TW202249296A - 光饋電轉換器 - Google Patents
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Abstract
[課題]提供一種光饋電轉換器，可抑制因增加光輸入而造成的光電轉換效率降低。[解決手段]一種光饋電轉換器（1），係具有將透過光纖纜線射入的光轉換為電力的多個受光元件（8），具有錐體反射鏡（10），其以圓錐之側面或正多角錐之多個側面作為反射面；多個受光元件（8）係將通過錐體反射鏡（10）之頂點及底面中心的中心線（C）作為中心而環狀地配設；該光饋電轉換器（1）構成為，從光纖纜線朝中心線（C）之方向射入的光Z係藉由錐體反射鏡（10）往遠離中心線（C）之方向放射狀地反射，並射入多個受光元件（8）。
Description
本發明係關於將透過光纖纜線輸入的光進行轉換並供給電力的光饋電轉換器。
在無饋電設備的偏遠地區、因饋電而生的微弱電磁場成為雜訊的環境、需要防爆的環境、具有電性相互影響的超高電壓設備內等的特殊環境中，有無法透過電源纜線供給使電子設備類運作的電力之情形。因此透過光纖纜線將光送至電子設備類的附近，並利用將此光進行光電轉換以供給電力的光饋電轉換器。
此種光饋電轉換器係要求可輸入更大的電力。例如專利文獻1所揭示，已知有將經分割的受光部串聯以提高輸出電壓之光饋電轉換器。又，例如專利文獻2所揭示，已知有多個光二極體層積或排列的構造，該光二極體係使波長相異的光進行光電轉換。
[習知技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：美國專利申請公開第2011/0108081號說明書
專利文獻2：日本特開2010-114235號公報
[發明所欲解決的課題]
但專利文獻1之光饋電轉換器中，經分割的受光部的各受光面積變小，故光電流會減少。若為了彌補光電流的減少而增加光輸入，則受光部的發熱量會增加而溫度升高，光饋電轉換器之輸出特性（光電轉換效率）會降低。例如圖9之一般的光饋電轉換器的輸出特性之例所示，以曲線A1所示的室溫下的輸出特性，在比室溫更高溫中會如曲線A2般偏移。因此，最大運作點Pmax（最大發電電力）會往接近原點的方向偏移，而輸出電力降低，故若增加光輸入反而有光饋電轉換器之輸出降低的情形。
又，在專利文獻2中，雖接收波長相異的光，但透過光纖纜線射入光饋電轉換器的光的光源一般為發出單色光的雷射光源，為了射入相異波長的光而使光源變複雜，較為不佳。
本發明之目的為提供一種光饋電轉換器，可抑制增加光輸入所造成的光電轉換效率降低。
[解決課題的技術手段]
請求項1的發明之光饋電轉換器，係具有將透過光纖纜線射入的光轉換為電力的多個受光元件，其特徵在於，具有錐體反射鏡，其以圓錐之側面或正多角錐之多個側面作為反射面；前述多個受光元件係將通過前述錐體反射鏡之頂點及底面中心的中心線作為中心而環狀地配設；前述光饋電轉換器構成為，從前述光纖纜線朝前述中心線之方向射入的光，係藉由前述錐體反射鏡往遠離前述中心線之方向放射狀地反射，並射入前述多個受光元件。
根據上述構成，從光纖纜線射入的光藉由錐體反射鏡反射而呈放射狀地擴散，且射入多個受光元件。藉由錐體反射鏡，入射光被分配至多個受光元件，故減少射入1個受光元件的光，並抑制發熱。因此，隨著溫度升高而光電轉換效率降低的受光元件，其溫度上升可受抑制。從而，在增加光輸入時，受光元件的溫度上升受到抑制，而可抑制光電轉換效率之降低，故可提高光饋電轉換器之輸出。
請求項2的發明之光饋電轉換器，其特徵在於，在請求項1的發明中具有帶狀的可撓性基板，其用以將前述多個受光元件環狀地配設，前述多個受光元件係於前述可撓性基板之單面，在前述可撓性基板之長度方向排成一列地裝配，以將前述多個受光元件設於內側且長度方向兩端相接近之方式彎曲為筒狀的前述可撓性基板，係與前述錐體反射鏡呈同心狀地配設。
根據上述構成，在單面上排成一列地裝配有多個受光元件之帶狀的可撓性基板，係以彎曲為筒狀的狀態與錐體反射鏡呈同心狀地配設。因此，可容易地配設多個受光元件以圍繞錐體反射鏡。又，可透過可撓性基板促進多個受光元件的散熱，抑制此等受光元件的溫度上升。
請求項3的發明之光饋電轉換器，其特徵在於，在請求項2的發明中具有：基台，其具備前述錐體反射鏡；以及筒狀的金屬支架，其以相對於前述錐體反射鏡成為同心狀之方式安裝於前述基台，前述可撓性基板係收容於前述金屬支架內並接觸前述金屬支架之內壁。
根據上述構成，彎曲為筒狀的可撓性基板之外周接觸金屬支架之內壁。因此，多個受光元件的熱透過可撓性基板傳遞至金屬支架，故可促進多個受光元件散熱，而抑制此等受光元件的溫度上升。
請求項4的發明之光饋電轉換器，其特徵在於，在請求項1～3中任一項的發明中，前述多個受光元件串聯、並聯或串並聯地連接。
根據上述構成，多個受光元件串聯、並聯或串並聯地連接，故可提供對應所要求電壓之光饋電轉換器。
[發明功效]
根據本發明之光饋電轉換器可抑制由於增加光輸入所造成的光電轉換效率之降低。
以下根據實施例說明本發明之實施方式。
實施例
如圖1、圖2所示，將透過光纖纜線OC射入的光轉換為電力並輸出之光饋電轉換器1，係具有：光的導入部2；及用以輸出經轉換的電力之一對輸出端子3a、3b。一對輸出端子3a、3b係裝設於圓盤狀的基台4。圓筒狀的金屬支架5與基台4呈同心狀地安裝於此基台4。圓筒狀的金屬支架5之一端固定於基台4，而導入部2形成於金屬支架5之另一端側部分。再者，金屬支架5之外形也可形成為角筒狀。
金屬支架5係具有準直透鏡6，用以將如多個光線L所示、一邊在導入部2擴散一邊行進的入射光變換為平行光。在藉著金屬支架5、準直透鏡6及基台4所圍繞的區域中，收容有：多個（例如10個）受光元件8，其裝配於可撓性基板7；及錐體反射鏡10，其於圓錐的側面形成金屬膜9並作為反射面。
錐體反射鏡10係以通過圓錐之頂點及底面中心的中心線C通過基台4的中心之方式，與基台4呈同心狀地配置並固定於基台4，但也可為與基台4一體成形。入射光朝此中心線C之方向射入，並通過準直透鏡6而到達錐體反射鏡10，在錐體反射鏡10之反射面往遠離中心線C的方向反射，而呈放射狀地擴散。錐體反射鏡10之中心線C與反射面之夾角角度為45°時，往與中心線C正交之方向反射。再者，中心線C與反射面之夾角角度可適當地設定，而多個受光元件8相對於錐體反射鏡10的配設位置，則以對應此角度並能射入多個受光元件8之方式設定。
錐體反射鏡10中，正多角錐的多個側面也可分別形成為反射面。此時，多個受光元件8以與多個反射面對應之方式配設。正多角錐之錐體反射鏡10可朝向環狀地配設之多個受光元件8反射入射光且抑制往周方向的擴散，故例如在因受光元件8的數量較少而受光元件8間的間隙較大的情形中，係較為有利。另一方面，圓錐之錐體反射鏡10因多個受光元件8的位置調整僅在中心線C之方向，故光饋電轉換器1之組裝較容易。
可撓性基板7係彎曲為筒狀並與錐體反射鏡10呈同心狀地配設，且圍繞錐體反射鏡10。接著，以在錐體反射鏡10反射的光會射入裝配於可撓性基板7之多個受光元件8之方式，構成光饋電轉換器1。
如圖3所示，多個（在此為10個）受光元件8係於帶狀的可撓性基板7之單面，在可撓性基板7之長度方向排成一列地裝配。此可撓性基板7之單側的長邊部分，形成有與多個受光元件8對應的多個凸片11（11a～11j）。多個凸片11中的兩個，例如凸片11c及凸片11h係形成為矩形狀，並具有與輸出端子3a、3b連接之連接部12a、12b。其他凸片11a、11b、11d～11g、11i、11j具有往前端側變細之三角形狀的部分。此外，在可撓性基板7形成為筒狀時，連接部12a、12b係設置為成為對向位置的一對凸片。
受光元件8例如為於InP基板上形成InGaAs層作為光吸收層之光二極體，係將紅外線光區域的光藉由光電轉換而轉換為電力。可撓性基板7中，如虛線W1所示，形成有圖中未圖示之配線，用以在兩個連接部12a、12b之間串聯多個受光元件8。
圖4表示10個受光元件8串聯時之光饋電轉換器1之輸出特性。例如100mW的光射入受光靈敏度為1A/W之受光元件8時，此受光元件8之輸出特性以曲線B1所示。串聯之多個（10個）受光元件8分別接受100mW的光時，如曲線B2所示，相對於曲線B1，可使輸出電壓增加相當於受光元件8的數量（10倍），並供給電力。
例如圖5所示，可撓性基板7中，由於如虛線W2所示並聯多個受光元件8所串聯之串聯組（例如五個受光元件8串聯所構成之兩個串聯組），故可形成串並聯之配線。像這樣串並聯之多個（10個）受光元件8分別接受100mW的光時，相對於圖4之接受100mW的光之一個受光元件8之輸出特性（曲線B1），能供給輸出電壓為5倍且輸出電流為2倍之電力。
又，例如圖6所示，可撓性基板7中，由於如虛線W3所示並聯多個受光元件8，故可形成並聯之配線。像這樣並聯之多個（10個）受光元件8分別接受100mW的光時，相較於圖4之接受100mW的光之一個受光元件8之輸出特性（曲線B1），能使輸出電流成為10倍，並供給電力。
如圖7所示，帶狀的可撓性基板7係以所裝配之多個受光元件8為內側之方式彎曲為筒狀。可撓性基板7大多於紅外線光區域具有多個吸收線，而有使入射光衰減，根據波長而無法穿透可撓性基板7的情形。因此，多個受光元件8以面對錐體反射鏡10之方式配設，使在錐體反射鏡10反射的入射光會在不穿透可撓性基板7下射入受光元件8。
可撓性基板7係使其長度方向兩端相接近並彎曲為筒狀。此時，裝配受光元件8的部分難以彎曲，故使各受光元件8之間的部分彎曲，並形成為剖面呈正多邊形之角筒狀。在裝配有10個受光元件8之可撓性基板7的情況，此可撓性基板7形成為正十邊形之角筒狀。
彎曲為筒狀的可撓性基板7之多個凸片11a～11j，係如圖2所示以前端朝內側之方式分別折彎，並以筒狀的可撓性基板7與錐體反射鏡10成為同心狀之方式，例如藉由接著劑而固定於基台4。藉此，多個受光元件8配設為與錐體反射鏡10呈同心的環狀。
裝設於基台4之一對輸出端子3a、3b係在插通於可撓性基板7之對應的連接部12a、12b之狀態下，例如藉由導電性糊料13而與連接部12a、12b電性連接。接著，將固定於基台4之筒狀的可撓性基板7插入於裝設有準直透鏡6之金屬支架5，例如藉由接著劑而使金屬支架5安裝於基台4。金屬支架5之內壁係以可與筒狀的可撓性基板7的外周接觸之方式，形成為從中心線C之方向觀看為與筒狀的可撓性基板7的外周相同大小的正多邊形（正十邊形）。
從光纖纜線OC射入上述構成之光饋電轉換器1的光，一邊在導入部2擴散一邊行進，在準直透鏡6變換為平行光，且在錐體反射鏡10反射而射入多個受光元件8。射入多個受光元件8的光被進行光電轉換，並透過一對輸出端子3a、3b將電力輸出至外部。
此時，若為了增加輸出電力而增加光輸入，則各受光元件8之受光量變多，故發熱會增加。受光元件8之溫度越高，則如圖9之曲線A1至曲線A2所示，光饋電轉換器1之輸出特性降低，且最大運作點Pmax（最大供饋電力）降低。但因藉由錐體反射鏡10使入射光均等地分配至多個受光元件8，故各受光元件8的發熱之增加受抑制，而抑制輸出特性（光電轉換效率）的降低。
多個受光元件8的熱透過可撓性基板7傳遞至基台4，並促進多個受光元件8散熱。又，筒狀的可撓性基板7之外周與金屬支架5之內壁接觸，故多個受光元件8的熱透過可撓性基板7傳遞至熱傳導性及散熱性優異之金屬支架5，促進多個受光元件8散熱。
若透過光纖纜線OC，例如，使1W的光射入光饋電轉換器1，則入射光藉由錐體反射鏡10均等地分配並射入10個受光元件8。因此，對各受光元件8的輸入會變小而射入100mW的光，故相較於以一個受光元件8接受1W的光的情形，每一個受光元件8之輸出會變小。但是，因輸入較小而各受光元件8的發熱減少並且散熱也受到促進，故溫度上升變小，而抑制輸出特性（光電轉換效率）之降低。因此，連接多個受光元件8所形成之光饋電轉換器1，即使在增加光輸入時仍可抑制溫度上升並防止輸出特性降低。
圖8表示光饋電轉換器1A的構成，該構成為了防止異物進入，裝設對於入射光為透明之保護板16以取代光饋電轉換器1之準直透鏡6。此光饋電轉換器1A中，如多個光線L所示，來自導入部2的入射光一邊擴散一邊達錐體反射鏡10，在錐體反射鏡10反射的光亦一邊擴散一邊射入多個受光元件8。藉由相較於具有準直透鏡6的情形加大各受光元件8，或是藉由相較於具有準直透鏡6的情形將各受光元件8靠近錐體反射鏡10地配設，以使入射光能不被浪費地射入各受光元件8。
說明上述光饋電轉換器1、1A的作用、功效。
光饋電轉換器1、1A係具有多個受光元件8，其將通過錐體反射鏡10之頂點及底面中心的中心線C作為中心而環狀地配設。從光纖纜線OC對此光饋電轉換器1、1A朝中心線C之方向射入的光，藉由錐體反射鏡10往遠離中心線C之方向放射狀地反射，並射入多個受光元件8。藉由錐體反射鏡10使入射光分配至多個受光元件8，故射入一個受光元件8的光減少，而各受光元件8的發熱受抑制。因此，隨著溫度升高而輸出特性（光電轉換效率）降低的受光元件8，其溫度上升可受抑制。因此，即使是增加光輸入時，受光元件8的溫度上升受抑制，並可抑制輸出特性（光電轉換效率）之降低，故可提高光饋電轉換器1、1A之輸出。
在單面上排成一列地裝配有多個受光元件8之帶狀的可撓性基板7，係以彎曲為筒狀的狀態與錐體反射鏡10呈同心狀地配設。因此，可容易地配設多個受光元件8以圍繞錐體反射鏡10，並可透過可撓性基板7促進多個受光元件8的散熱而抑制溫度上升。
彎曲為筒狀的可撓性基板7之外周接觸金屬支架5的內壁。因此，多個受光元件8的熱透過可撓性基板7傳遞至金屬支架5，故促進多個受光元件8散熱，並抑制溫度之上升。
多個受光元件8串聯、並聯或串並聯地連接，故可提供對應所要求的電壓之光饋電轉換器1。
又，所屬技術領域中具有通常知識者可在不脫離本發明主旨的範圍內對上述實施方式進行各種變更並實施，本發明亦包括上述變更形態。
1:光饋電轉換器
2:導入部
3a,3b:輸出端子
4:基台
5:金屬支架
6:準直透鏡
7:可撓性基板
8:受光元件
9:金屬膜
10:錐體反射鏡
11,11a~11j:凸片
12a,12b:連接部
13:導電性糊料
16:保護板
C:中心線
OC:光纖纜線
圖1係由光的射入側觀看本發明的實施例之光饋電轉換器的圖。
圖2係圖1之II-II線的剖面圖。
圖3係串聯之可撓性基板的說明圖。
圖4係表示具有圖3之可撓性基板的光饋電轉換器之輸出特性的圖。
圖5係表示串並聯之例之可撓性基板的說明圖。
圖6係並聯之可撓性基板的說明圖。
圖7係彎曲為筒狀之可撓性基板的說明圖。
圖8係表示圖2的光饋電轉換器之變形例的剖面圖。
圖9係表示因光饋電轉換器的熱造成輸出特性降低的圖。
1:光饋電轉換器
2:導入部
3a,3b:輸出端子
4:基台
5:金屬支架
6:準直透鏡
7:可撓性基板
8:受光元件
9:金屬膜
10:錐體反射鏡
12a,12b:連接部
13:導電性糊料
C:中心線
OC:光纖纜線
L:光線
Claims (4)
- 一種光饋電轉換器，係具有將透過光纖纜線射入的光轉換為電力的多個受光元件，其特徵在於， 具有錐體反射鏡，其以圓錐之側面或正多角錐之多個側面作為反射面， 前述多個受光元件係將通過前述錐體反射鏡之頂點及底面中心的中心線作為中心而環狀地配設， 前述光饋電轉換器構成為，從前述光纖纜線朝前述中心線之方向射入的光，係藉由前述錐體反射鏡往遠離前述中心線之方向放射狀地反射，並射入前述多個受光元件。
- 如請求項1之光饋電轉換器，其中， 具有帶狀的可撓性基板，其用以將前述多個受光元件環狀地配設， 前述多個受光元件係於前述可撓性基板之單面，在前述可撓性基板之長度方向排成一列地裝配， 以將前述多個受光元件設於內側且長度方向兩端相接近之方式彎曲為筒狀的前述可撓性基板，係與前述錐體反射鏡呈同心狀地配設。
- 如請求項2之光饋電轉換器，其中， 具有：基台，其具備前述錐體反射鏡；以及筒狀的金屬支架，其以相對於前述錐體反射鏡成為同心狀之方式安裝於前述基台， 前述可撓性基板係收容於前述金屬支架內並接觸前述金屬支架之內壁。
- 如請求項1～3中任一項之光饋電轉換器，其中，前述多個受光元件串聯、並聯或串並聯地連接。
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