WO2022259534A1 - 光給電コンバータ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an optical power supply converter that converts light input via an optical fiber cable and supplies power.
- an optical power supply converter is used that transmits light to the vicinity of electronic equipment via an optical fiber cable, photoelectrically converts the light, and supplies electric power.
- Such optical power converters are required to be able to output even greater power.
- an optical power supply converter is known in which divided light receiving units are connected in series to increase the output voltage.
- Patent Document 2 a structure is known in which a plurality of photodiodes that photoelectrically convert light with different wavelengths are stacked or arranged.
- the photocurrent is reduced because each light receiving area of the divided light receiving portions is small.
- the optical input is increased to compensate for the decrease in photocurrent, the amount of heat generated in the light-receiving section increases, causing the temperature to rise, and the output characteristics (photoelectric conversion efficiency) of the optical power supply converter to decrease.
- FIG. 9 as an example of the output characteristics of a general optical power supply converter, the output characteristics at room temperature indicated by curve A1 shift as shown by curve A2 at temperatures higher than room temperature.
- the maximum operating point Pmax maximum generated power
- the light source of the light incident on the optical power supply converter via the optical fiber cable is generally a laser light source that emits monochromatic light, and light of different wavelengths is used. , the light source becomes complicated, which is not preferable.
- An object of the present invention is to provide an optical power supply converter capable of suppressing a decrease in photoelectric conversion efficiency due to an increase in optical input.
- an optical power converter having a plurality of light-receiving elements for converting light incident through an optical fiber cable into electric power, wherein the side surfaces of a cone or a plurality of side surfaces of a regular polygonal pyramid are reflective surfaces. and the plurality of light receiving elements are annularly arranged around a center line passing through the centers of the apex and the bottom surface of the cone reflector, and extending from the optical fiber cable to the center line is radially reflected by the cone reflecting mirror in a direction away from the center line and is incident on the plurality of light-receiving elements.
- the light incident from the optical fiber cable is reflected by the cone reflecting mirror, spreads radially, and enters the plurality of light receiving elements. Since incident light is distributed to a plurality of light receiving elements by the cone reflecting mirror, less light is incident on one light receiving element and heat generation is suppressed. Therefore, the temperature rise of the light-receiving element, which lowers the photoelectric conversion efficiency as the temperature rises, is suppressed. Therefore, when the optical input is increased, the temperature rise of the light receiving element can be suppressed, and the decrease in the photoelectric conversion efficiency can be suppressed, so that the output of the optical feeding converter can be improved.
- an optical power supply converter comprising a strip-shaped flexible substrate for arranging the plurality of light receiving elements in a ring, wherein the plurality of light receiving elements are arranged on one side of the flexible substrate.
- the flexible substrate is mounted in a row in the longitudinal direction of the flexible substrate, and the flexible substrate is bent into a cylindrical shape so that the plurality of light receiving elements are inside and both ends in the longitudinal direction are close to each other. It is characterized in that it is arranged concentrically with the According to the above configuration, the strip-shaped flexible substrate on which a plurality of light receiving elements are arranged in a row on one side is arranged concentrically with the cone reflecting mirror while being bent into a cylindrical shape. Therefore, a plurality of light receiving elements can be easily arranged so as to surround the cone reflector. In addition, it is possible to promote heat dissipation from the plurality of light receiving elements through the flexible substrate, thereby suppressing temperature rise of these light receiving elements.
- the optical power supply converter of the invention of claim 3 is, in the invention of claim 2, a base provided with the cone reflecting mirror, and attached to the base so as to be concentric with the cone reflecting mirror.
- the flexible substrate is housed in the metal holder and is in contact with the inner wall of the metal holder. According to the above configuration, the outer periphery of the flexible substrate bent into a cylindrical shape is in contact with the inner wall of the metal holder. Therefore, the heat of the plurality of light receiving elements is transferred to the metal holder through the flexible substrate, thereby promoting heat dissipation of the plurality of light receiving elements and suppressing temperature rise of these light receiving elements.
- an optical feeding converter according to any one of the first to third aspects of the invention, wherein the plurality of light receiving elements are connected in series, in parallel, or in series-parallel. According to the above configuration, since a plurality of light-receiving elements are connected in series, in parallel, or in series-parallel, it is possible to provide an optical power supply converter corresponding to a required voltage.
- optical power supply converter of the present invention it is possible to suppress a decrease in photoelectric conversion efficiency due to an increase in optical input.
- FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1;
- FIG. 4 is an explanatory diagram of a series-connected flexible substrate;
- FIG. 4 is a diagram showing output characteristics of an optically fed converter having the flexible substrate of FIG. 3; It is explanatory drawing of the flexible substrate which shows the example of a series-parallel connection.
- FIG. 4 is an explanatory diagram of flexible substrates connected in parallel; It is explanatory drawing of the flexible substrate bent in a cylinder shape.
- 3 is a cross-sectional view showing a modification of the optical feeding converter of FIG. 2;
- FIG. 10 is a diagram showing deterioration of output characteristics due to heat of an optical power supply converter;
- an optical power supply converter 1 that converts incident light through an optical fiber cable OC into electric power and outputs the power includes a light introducing portion 2 and a power converter for outputting the converted electric power. It has a pair of output terminals 3a and 3b. A pair of output terminals 3a and 3b are provided on a disk-shaped base 4. As shown in FIG. A cylindrical metal holder 5 is attached to the base 4 concentrically therewith. One end of a cylindrical metal holder 5 is fixed to the base 4 , and the lead-in portion 2 is formed at the other end of the metal holder 5 . The outer shape of the metal holder 5 can also be formed in a square tube shape.
- the metal holder 5 has a collimating lens 6 for collimating the incident light traveling while spreading through the introduction part 2, as indicated by the plurality of light rays L.
- a collimating lens 6 for collimating the incident light traveling while spreading through the introduction part 2, as indicated by the plurality of light rays L.
- the collimating lens 6 and the base 4 there are a plurality of (for example 10) light receiving elements 8 mounted on a flexible substrate 7 and a metal film 9 formed on the side surface of the cone for reflecting light.
- a flattened cone reflector 10 is housed.
- the cone reflector 10 is arranged concentrically on the base 4 and fixed to the base 4 so that the center line C passing through the center of the apex and bottom of the cone passes through the center of the base 4. It may be formed integrally with the base 4 . Incident light is incident in the direction of this center line C, passes through the collimating lens 6, reaches the cone reflector 10, is reflected by the reflection surface of the cone reflector 10 in a direction away from the center line C, spread radially. When the angle between the center line C of the cone reflecting mirror 10 and the reflecting surface is 45°, the light is reflected in a direction orthogonal to the center line C.
- the angle formed by the center line C and the reflecting surface can be appropriately set, and the arrangement positions of the plurality of light receiving elements 8 with respect to the cone reflecting mirror 10 so that light can be incident on the plurality of light receiving elements 8 according to this angle. set.
- the cone reflecting mirror 10 can also form a plurality of side surfaces of a regular polygonal pyramid as respective reflecting surfaces.
- a plurality of light receiving elements 8 are arranged so as to correspond to a plurality of reflecting surfaces.
- the regular polypyramidal cone reflecting mirror 10 can reflect the incident light toward the plurality of light receiving elements 8 arranged in a ring while suppressing the spread of the incident light in the circumferential direction. is small, it is advantageous when the gap between the light receiving elements 8 is large.
- the positions of the plurality of light receiving elements 8 can be adjusted only in the direction of the center line C, so the assembly of the optical feeding converter 1 is easy.
- the flexible substrate 7 is bent into a cylindrical shape and arranged concentrically with the cone reflector 10 to surround the cone reflector 10 .
- the optical power supply converter 1 is configured so that the light reflected by the cone reflecting mirror 10 is incident on the plurality of light receiving elements 8 mounted on the flexible substrate 7 .
- a plurality of (here, 10) light receiving elements 8 are mounted on one side of a strip-shaped flexible substrate 7 in a row in the longitudinal direction of the flexible substrate 7 .
- a plurality of tabs 11 (11a to 11j) corresponding to the plurality of light receiving elements 8 are formed on one long side portion of the flexible substrate 7 .
- Two of the plurality of tabs 11, for example tab 11c and tab 11h, are formed in a rectangular shape and have connecting portions 12a and 12b connected to output terminals 3a and 3b.
- Other tabs 11a, 11b, 11d to 11g, 11i, and 11j have triangular portions that taper toward the tip.
- the connection portions 12a and 12b are provided on a pair of tabs that are opposed to each other when the flexible substrate 7 is cylindrical.
- the light receiving element 8 is a photodiode formed on an InP substrate using an InGaAs layer as a light absorption layer, for example, and converts light in the infrared light region into electric power by photoelectric conversion.
- Wiring (not shown) is formed on the flexible substrate 7 to connect the plurality of light receiving elements 8 in series between the two connection portions 12a and 12b as indicated by the dashed line W1.
- FIG. 4 shows the output characteristics of the optical power supply converter 1 when ten light receiving elements 8 are connected in series.
- the output characteristic of the light receiving element 8 is represented by a curve B1.
- the output voltage is increased to correspond to the number of light-receiving elements 8 (10 times) with respect to curve B1. Power can be supplied in increments.
- the flexible substrate 7 is provided with a series group (for example, two groups of five light receiving elements 8 connected in series) in which a plurality of light receiving elements 8 are connected in series as indicated by the dashed line W2.
- Series-parallel wiring can be formed to connect series groups) in parallel.
- the output characteristic (curve B1) of one light receiving element 8 receiving light of 100 mW in FIG. On the other hand, it is possible to supply power with five times the output voltage and twice the output current.
- parallel wiring can be formed on the flexible substrate 7 in order to connect a plurality of light receiving elements 8 in parallel as indicated by broken lines W3.
- a plurality (10) of light receiving elements 8 connected in parallel in this way each receives light of 100 mW
- the output characteristic (curve B1) of one light receiving element 8 receiving light of 100 mW in FIG. the output current can be increased by a factor of 10 to supply power.
- the belt-shaped flexible substrate 7 is bent into a cylindrical shape so that the multiple light-receiving elements 8 mounted on it face inside.
- the flexible substrate 7 often has a plurality of absorption lines in the infrared region, which attenuates the incident light and may not transmit the flexible substrate 7 depending on the wavelength. Therefore, a plurality of light receiving elements 8 are arranged so as to face the cone reflecting mirror 10 so that the incident light reflected by the cone reflecting mirror 10 enters the light receiving element 8 without passing through the flexible substrate 7.
- the flexible substrate 7 is bent into a cylindrical shape with both ends in the longitudinal direction brought close to each other. At this time, since it is difficult to bend the portion where the light receiving elements 8 are mounted, the portion between the light receiving elements 8 is bent to form a square tube having a regular polygonal cross section. In the case of the flexible substrate 7 on which ten light receiving elements 8 are mounted, the flexible substrate 7 is formed in the shape of a regular decagonal prism.
- a plurality of tabs 11a to 11j of the flexible substrate 7 bent into a cylindrical shape are bent so that the tips thereof are directed inward as shown in FIG. It is fixed to the base 4 with an adhesive, for example.
- a plurality of light receiving elements 8 are arranged in an annular shape concentrically with the cone reflecting mirror 10 .
- a pair of output terminals 3a and 3b provided on the base 4 are electrically connected to the connection portions 12a and 12b by, for example, a conductive paste 13 while being inserted into the corresponding connection portions 12a and 12b of the flexible substrate 7.
- the cylindrical flexible substrate 7 fixed to the base 4 is inserted into the metal holder 5 equipped with the collimating lens 6, and the metal holder 5 is attached to the base 4 with an adhesive, for example.
- the inner wall of the metal holder 5 is a regular polygon (regular polygon) having the same size as the outer circumference of the tubular flexible substrate 7 when viewed from the direction of the center line C so that it can be brought into contact with the outer circumference of the tubular flexible substrate 7 . 10-sided).
- incident on Light incident on the plurality of light receiving elements 8 is photoelectrically converted, and electric power is output to the outside through a pair of output terminals 3a and 3b.
- the heat of the plurality of light receiving elements 8 is transmitted to the base 4 via the flexible substrate 7, and heat dissipation of the plurality of light receiving elements 8 is promoted.
- the heat of the plurality of light receiving elements 8 passes through the flexible substrate 7, and the metal holder 5 is excellent in thermal conductivity and heat dissipation. , and the heat dissipation of the plurality of light receiving elements 8 is promoted.
- the optical power supply converter 1 formed by connecting a plurality of light receiving elements 8 can suppress the temperature rise and prevent the deterioration of the output characteristics even when the optical input is increased.
- FIG. 8 shows the configuration of an optical feed converter 1A equipped with a protective plate 16 transparent to incident light instead of the collimating lens 6 of the optical feed converter 1 to prevent foreign matter from entering.
- this optical power supply converter 1A as shown by a plurality of light rays L, the incident light from the introduction portion 2 spreads and reaches the cone reflecting mirror 10, and the light reflected by the cone reflecting mirror 10 also spreads and receives a plurality of light rays. It is incident on the element 8 .
- Incident light is wasted by making each light receiving element 8 larger than with a collimating lens 6 or by placing each light receiving element 8 closer to the cone reflector 10 than with a collimating lens 6. It is possible to make the light incident on each light receiving element 8 without any light.
- the optical feed converter 1, 1A has a plurality of light-receiving elements 8 annularly arranged around a center line C passing through the center of the apex and bottom of the cone reflecting mirror 10. As shown in FIG. Light incident on the optical feed converters 1 and 1A from the optical fiber cable OC in the direction of the center line C is radially reflected by the cone reflecting mirror 10 in a direction away from the center line C to form a plurality of light receiving elements 8. incident on. Since the incident light is distributed to the plurality of light receiving elements 8 by the cone reflecting mirror 10, less light is incident on one light receiving element 8, and heat generation of each light receiving element 8 is suppressed.
- the temperature rise of the light-receiving element 8, whose output characteristics (photoelectric conversion efficiency) decrease as the temperature rises, is suppressed. Therefore, even when the light input is increased, the temperature rise of the light receiving element 8 can be suppressed, and the deterioration of the output characteristics (photoelectric conversion efficiency) can be suppressed. can be done.
- a strip-shaped flexible substrate 7 on which a plurality of light receiving elements 8 are arranged in a row on one side is arranged concentrically with the cone reflecting mirror 10 while being bent into a cylindrical shape. Therefore, the plurality of light receiving elements 8 can be easily arranged so as to surround the cone reflecting mirror 10, and the heat dissipation of the plurality of light receiving elements 8 can be promoted via the flexible substrate 7 to suppress the temperature rise.
- the outer periphery of the flexible substrate 7 bent into a cylindrical shape is in contact with the inner wall of the metal holder 5 . Therefore, the heat of the plurality of light receiving elements 8 is transferred to the metal holder 5 through the flexible substrate 7, so that the heat dissipation of the plurality of light receiving elements 8 can be promoted and the temperature rise can be suppressed.
- Reference Signs List 1 optical power supply converter 2: lead-in portions 3a, 3b: output terminal 4: base 5: metal holder 6: collimating lens 7: flexible substrate 8: light receiving element 9: metal film 10: cone reflectors 11, 11a to 11j : Tabs 12a, 12b: Connection portion 13 : Conductive paste 16 : Protection plate C : Center line OC : Optical fiber cable
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Abstract
【課題】光入力の増加による光電変換効率の低下を抑制することができる光給電コンバータ(1)を提供すること。 【解決手段】光ファイバケーブル(OC)を介して入射する光(L)を電力に変換する複数の受光素子(8)を有する光給電コンバータ(1)において、円錐の側面又は正多角錐の複数の側面を反射面とする錐体反射鏡(10)を有し、複数の受光素子(8)が、錐体反射鏡(10)の頂点と底面の中心を通る中心線(C)を中心にして環状に配設され、光ファイバケーブル(OC)から中心線(C)の方向に入射する光が、錐体反射鏡(10)によって中心線(C)から離隔する方向に放射状に反射されて複数の受光素子(8)に入射するように構成した。
Description
本発明は、光ファイバケーブルを介して入力する光を変換して電力を供給する光給電コンバータに関する。
給電設備がない遠隔地、給電による微弱な電磁界がノイズとなる環境、防爆を必要とする環境、電気的相互影響がある超高電圧設備内等、特殊な環境では電源ケーブルを介して電子機器類を作動させる電力を供給できない場合がある。そのため、電子機器類の傍まで光ファイバケーブルを介して光を送り、この光を光電変換して電力を供給する光給電コンバータが利用されている。
このような光給電コンバータには、一層大きな電力を出力できるようにすることが要求されている。例えば特許文献1のように、分割された受光部を直列に接続して出力電圧を高くする光給電コンバータが知られている。また、例えば特許文献2のように、波長が異なる光を光電変換する複数のフォトダイオードが積層された又は並べられた構造が知られている。
しかし、特許文献1の光給電コンバータは、分割された受光部の各受光面積が小さくなるので、光電流が減少する。光電流の減少を補うために光入力を増加させると、受光部の発熱量が増加して高温になり、光給電コンバータの出力特性(光電変換効率)が低下する。例えば図9の一般的な光給電コンバータの出力特性の例に示すように、曲線A1で示す室温での出力特性が、室温よりも高温では曲線A2のようにシフトする。これにより最大動作点Pmax(最大発電電力)が原点に近づく方向にシフトし、出力電力が低下することになるので、光入力を増加させると光給電コンバータの出力が却って低下する場合がある。
また、特許文献2では、波長が異なる光を受光するが、光ファイバケーブルを介して光給電コンバータに入射する光の光源は、一般的には単色光を発するレーザ光源であり、異なる波長の光を入射させるためには光源が複雑になり好ましくない。
本発明の目的は、光入力の増加による光電変換効率の低下を抑制することができる光給電コンバータを提供することである。
請求項1の発明の光給電コンバータは、光ファイバケーブルを介して入射する光を電力に変換する複数の受光素子を有する光給電コンバータにおいて、円錐の側面又は正多角錐の複数の側面を反射面とする錐体反射鏡を有し、前記複数の受光素子が、前記錐体反射鏡の頂点と底面の中心を通る中心線を中心にして環状に配設され、前記光ファイバケーブルから前記中心線の方向に入射する光が、前記錐体反射鏡によって前記中心線から離隔する方向に放射状に反射されて前記複数の受光素子に入射するように構成したことを特徴としている。
上記構成によれば、光ファイバケーブルから入射する光が錐体反射鏡によって反射されて放射状に広がり、複数の受光素子に入射する。錐体反射鏡によって入射光が複数の受光素子に分配されるので、1つの受光素子に入射する光が少なくなり、発熱が抑制される。それ故、高温になる程光電変換効率が低下する受光素子の温度上昇が抑制される。従って、光入力を増加させた場合に、受光素子の温度上昇が抑制され、光電変換効率の低下を抑制することができるので、光給電コンバータの出力を向上させることができる。
請求項2の発明の光給電コンバータは、請求項1の発明において、前記複数の受光素子を環状に配設するための帯状のフレキシブル基板を有し、前記複数の受光素子が前記フレキシブル基板の片面に前記フレキシブル基板の長手方向に1列に並べられて搭載され、前記複数の受光素子を内側にして長手方向両端が近接するように筒状に曲げられた前記フレキシブル基板が、前記錐体反射鏡と同心状に配設されたことを特徴としている。
上記構成によれば、片面に複数の受光素子が1列に並べられて搭載された帯状のフレキシブル基板が、筒状に曲げられた状態で錐体反射鏡と同心状に配設される。従って、錐体反射鏡を囲むように複数の受光素子を容易に配設できる。また、フレキシブル基板を介して複数の受光素子の放熱を促進させて、これら受光素子の温度上昇を抑制することができる。
上記構成によれば、片面に複数の受光素子が1列に並べられて搭載された帯状のフレキシブル基板が、筒状に曲げられた状態で錐体反射鏡と同心状に配設される。従って、錐体反射鏡を囲むように複数の受光素子を容易に配設できる。また、フレキシブル基板を介して複数の受光素子の放熱を促進させて、これら受光素子の温度上昇を抑制することができる。
請求項3の発明の光給電コンバータは、請求項2の発明において、前記錐体反射鏡を備えた基台と、前記錐体反射鏡に対して同心状となるように前記基台に取り付けられた筒状の金属ホルダを有し、前記フレキシブル基板が、前記金属ホルダ内に収容されて前記金属ホルダの内壁に接触していることを特徴としている。
上記構成によれば、筒状に曲げられたフレキシブル基板の外周が金属ホルダの内壁に接触している。従って、複数の受光素子の熱がフレキシブル基板を介して金属ホルダに伝わるので、複数の受光素子の放熱を促進させて、これら受光素子の温度上昇を抑制することができる。
上記構成によれば、筒状に曲げられたフレキシブル基板の外周が金属ホルダの内壁に接触している。従って、複数の受光素子の熱がフレキシブル基板を介して金属ホルダに伝わるので、複数の受光素子の放熱を促進させて、これら受光素子の温度上昇を抑制することができる。
請求項4の発明の光給電コンバータは、請求項1~3の何れか1項の発明において、前記複数の受光素子が、直列、並列又は直並列に接続されたことを特徴としている。
上記構成によれば、複数の受光素子が直列、並列又は直並列に接続されているので、要求される電圧に対応させた光給電コンバータを提供することができる。
上記構成によれば、複数の受光素子が直列、並列又は直並列に接続されているので、要求される電圧に対応させた光給電コンバータを提供することができる。
本発明の光給電コンバータによれば、光入力の増加による光電変換効率の低下を抑制することができる。
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
図1、図2に示すように、光ファイバケーブルOCを介して入射する光を電力に変換して出力する光給電コンバータ1は、光の導入部2と、変換された電力を出力するための1対の出力端子3a,3bを有する。1対の出力端子3a,3bは、円盤状の基台4に装備されている。この基台4には、円筒状の金属ホルダ5が基台4と同心状に取り付けられている。円筒状の金属ホルダ5の一端が基台4に固定され、金属ホルダ5の他端側部分に導入部2が形成されている。尚、金属ホルダ5の外形は、角筒状に形成することもできる。
金属ホルダ5は、複数の光線Lで示すように、導入部2を広がりながら進行する入射光を平行光にするために、コリメートレンズ6を有する。金属ホルダ5とコリメートレンズ6と基台4によって囲まれた領域には、フレキシブル基板7に搭載された複数(例えば10個)の受光素子8と、円錐の側面に金属膜9を形成して反射面とした錐体反射鏡10が収容されている。
錐体反射鏡10は、円錐の頂点と底面の中心を通る中心線Cが基台4の中心を通るように、基台4に同心状に配置されて基台4に固定されているが、基台4と一体に形成されていてもよい。入射光は、この中心線Cの方向に入射され、コリメートレンズ6を通過して錐体反射鏡10に到達し、錐体反射鏡10の反射面で中心線Cから離隔する方向に反射され、放射状に広がる。錐体反射鏡10の中心線Cと反射面の成す角度が45°の場合には、中心線Cと直交する方向に反射される。尚、中心線Cと反射面の成す角度は適宜設定することができ、この角度に応じて複数の受光素子8に入射可能なように錐体反射鏡10に対する複数の受光素子8の配設位置を設定する。
錐体反射鏡10は、正多角錐の複数の側面を夫々反射面として形成することもできる。この場合には、複数の反射面に対応するように複数の受光素子8が配設される。正多角錐の錐体反射鏡10は、環状に配設された複数の受光素子8に向けて周方向への広がりを抑制して入射光を反射することができるので、例えば受光素子8の数量が少ないため受光素子8間の隙間が大きい場合に有利である。一方、円錐の錐体反射鏡10は、複数の受光素子8の位置調整が、中心線Cの方向だけになるので、光給電コンバータ1の組み立てが容易である。
フレキシブル基板7は、筒状に曲げられて錐体反射鏡10と同心状に配設され、錐体反射鏡10を囲んでいる。そして、錐体反射鏡10で反射された光が、フレキシブル基板7に搭載された複数の受光素子8に入射するように、光給電コンバータ1が構成されている。
図3に示すように、複数(ここでは10個)の受光素子8は、帯状のフレキシブル基板7の片面に、フレキシブル基板7の長手方向に1列に並べられて搭載されている。このフレキシブル基板7の片側の長辺部分には、複数の受光素子8に対応する複数のタブ11(11a~11j)が形成されている。複数のタブ11のうちの2つ、例えばタブ11cとタブ11hは、矩形状に形成されて出力端子3a,3bに接続される接続部12a,12bを有する。他のタブ11a,11b,11d~11g,11i,11jは、先端側程細くなる三角形状の部分を有する。尚、接続部12a,12bは、フレキシブル基板7を筒状にしたときに、対向位置となる1対のタブに設けられる。
受光素子8は、例えばInGaAs層を光吸収層としてInP基板上に形成されたフォトダイオードであり、赤外光領域の光を光電変換により電力に変換する。フレキシブル基板7には、破線W1で示すように2つの接続部12a,12bの間で複数の受光素子8を直列に接続するために、不図示の配線が形成されている。
10個の受光素子8が直列接続された場合の光給電コンバータ1の出力特性を図4に示す。例えば受光感度が1A/Wの受光素子8に100mWの光が入射した場合に、この受光素子8の出力特性が曲線B1で表されている。直列接続された複数(10個)の受光素子8が夫々100mWの光を受ける場合には、曲線B2で示すように、曲線B1に対して受光素子8の数量相当(10倍)に出力電圧を増加させて電力を供給することができる。
例えば図5のように、フレキシブル基板7には、破線W2で示すように複数の受光素子8が直列に接続された直列グループ(例えば5個の受光素子8が直列接続されて構成された2つの直列グループ)を並列に接続するために、直並列の配線を形成することができる。このように直平列接続された複数(10個)の受光素子8が夫々100mWの光を受ける場合には、図4の100mWの光を受ける1つの受光素子8の出力特性(曲線B1)に対して、出力電圧が5倍且つ出力電流が2倍の電力を供給することが可能である。
また、例えば図6のように、フレキシブル基板7には、破線W3で示すように複数の受光素子8を並列に接続するために、並列の配線を形成することができる。このように平列接続された複数(10個)の受光素子8が夫々100mWの光を受ける場合には、図4の100mWの光を受ける1つの受光素子8の出力特性(曲線B1)と比べて、出力電流を10倍にして、電力を供給することが可能である。
帯状のフレキシブル基板7は、図7のように、搭載された複数の受光素子8が内側になるように筒状に曲げられる。フレキシブル基板7は赤外光領域に複数の吸収線を有する場合が多く、入射光を減衰させ、波長によってはフレキシブル基板7を透過しない場合がある。そのため、複数の受光素子8が錐体反射鏡10に臨むように配設され、錐体反射鏡10で反射された入射光がフレキシブル基板7を透過せずに受光素子8に入射するようしている。
フレキシブル基板7は、その長手方向両端を近接させて筒状に曲げられている。このとき、受光素子8の搭載部分は曲げることが困難なので、各受光素子8の間部分が曲げられて、断面が正多角形の角筒状に形成されている。10個の受光素子8を搭載したフレキシブル基板7の場合には、このフレキシブル基板7が正10角形の角筒状に形成される。
筒状に曲げられたフレキシブル基板7の複数のタブ11a~11jは、図2のように先端が内側に向くように夫々折り曲げられ、筒状のフレキシブル基板7が錐体反射鏡10と同心状となるように、例えば接着剤によって基台4に固定される。これにより、複数の受光素子8が錐体反射鏡10と同心の環状に配設される。
基台4に装備された1対の出力端子3a,3bは、フレキシブル基板7の対応する接続部12a,12bに挿通された状態で、例えば導電性ペースト13によって接続部12a,12bに電気的に接続される。そして、基台4に固定された筒状のフレキシブル基板7を、コリメートレンズ6を装備した金属ホルダ5に挿入し、例えば接着剤によって金属ホルダ5が基台4に取り付けられる。金属ホルダ5の内壁は、筒状のフレキシブル基板7の外周と接触させることができるように、中心線Cの方向から見て筒状のフレキシブル基板7の外周と同じ大きさの正多角形(正10角形)に形成されている。
上記構成の光給電コンバータ1に光ファイバケーブルOCから入射する光は、導入部2を広がりながら進行してコリメートレンズ6で平行光にされ、錐体反射鏡10で反射されて複数の受光素子8に入射する。複数の受光素子8に入射した光は光電変換され、1対の出力端子3a,3bを介して外部に電力が出力される。
このとき、出力電力を増加させるために光入力を増加させると、各受光素子8の受光量が多くなるので発熱が増加する。受光素子8の温度が高くなる程、図9の曲線A1から曲線A2のように光給電コンバータ1の出力特性が低下して最大動作点Pmax(最大供給電力)が低下する。しかし、錐体反射鏡10によって入射光を複数の受光素子8に均等に分配しているので、各受光素子8の発熱の増加が抑制され、出力特性(光電変換効率)の低下が抑制される。
複数の受光素子8の熱は、フレキシブル基板7を介して基台4に伝わり、複数の受光素子8の放熱が促進される。また、筒状のフレキシブル基板7の7の外周が金属ホルダ5の内壁に接触しているので、複数の受光素子8の熱がフレキシブル基板7を介して熱伝導性及び放熱性に優れる金属ホルダ5に伝わり、複数の受光素子8の放熱が促進される。
光ファイバケーブルOCを介して例えば1Wの光を光給電コンバータ1に入射させると、入射光は、錐体反射鏡10によって均等に分配されて10個の受光素子8に入射する。従って、各受光素子8への入力が小さくなって100mWの光が入射することになるので、1つの受光素子8で1Wの光を受ける場合よりも1つの受光素子8当たりの出力は小さくなる。しかし、入力が小さいので各受光素子8の発熱が少なくなると共に放熱も促進されるので、温度上昇が小さくなり、出力特性(光電変換効率)の低下が抑制される。それ故、複数の受光素子8を接続して形成された光給電コンバータ1は、光入力を増加させた場合でも、温度上昇を抑制して出力特性の低下を防ぐことができる。
光給電コンバータ1のコリメートレンズ6の代わりに、入射光に対して透明な保護板16を異物の進入防止のために装備させた光給電コンバータ1Aの構成が、図8に示されている。この光給電コンバータ1Aでは、複数の光線Lで示すように、導入部2から入射光が広がりながら錐体反射鏡10に到達し、錐体反射鏡10で反射された光も広がりながら複数の受光素子8に入射する。コリメートレンズ6が有る場合よりも各受光素子8を大きくすることにより、又はコリメートレンズ6がある場合よりも各受光素子8を錐体反射鏡10に近づけて配設することにより、入射光を無駄なく各受光素子8に入射させることが可能である。
上記光給電コンバータ1,1Aの作用、効果について説明する。
光給電コンバータ1,1Aは、錐体反射鏡10の頂点と底面の中心を通る中心線Cを中心にして環状に配設された複数の受光素子8を有する。この光給電コンバータ1,1Aに対して光ファイバケーブルOCから中心線Cの方向に入射する光が、錐体反射鏡10によって中心線Cから離隔する方向に放射状に反射されて複数の受光素子8に入射する。錐体反射鏡10によって入射光が複数の受光素子8に分配されるので、1つの受光素子8に入射する光が少なくなり、各受光素子8の発熱が抑制される。それ故、高温になる程出力特性(光電変換効率)が低下する受光素子8の温度上昇が抑制される。従って、光入力を増加させた場合でも、受光素子8の温度上昇が抑制され、出力特性(光電変換効率)の低下を抑制することができるので、光給電コンバータ1,1Aの出力を向上させることができる。
光給電コンバータ1,1Aは、錐体反射鏡10の頂点と底面の中心を通る中心線Cを中心にして環状に配設された複数の受光素子8を有する。この光給電コンバータ1,1Aに対して光ファイバケーブルOCから中心線Cの方向に入射する光が、錐体反射鏡10によって中心線Cから離隔する方向に放射状に反射されて複数の受光素子8に入射する。錐体反射鏡10によって入射光が複数の受光素子8に分配されるので、1つの受光素子8に入射する光が少なくなり、各受光素子8の発熱が抑制される。それ故、高温になる程出力特性(光電変換効率)が低下する受光素子8の温度上昇が抑制される。従って、光入力を増加させた場合でも、受光素子8の温度上昇が抑制され、出力特性(光電変換効率)の低下を抑制することができるので、光給電コンバータ1,1Aの出力を向上させることができる。
片面に複数の受光素子8が1列に並べられて搭載された帯状のフレキシブル基板7が、筒状に曲げられた状態で錐体反射鏡10と同心状に配設されている。従って、錐体反射鏡10を囲むように複数の受光素子8を容易に配設でき、フレキシブル基板7を介して複数の受光素子8の放熱を促進させて温度上昇を抑制することができる。
筒状に曲げられたフレキシブル基板7の外周は、金属ホルダ5の内壁に接触している。従って、複数の受光素子8の熱がフレキシブル基板7を介して金属ホルダ5に伝わるので、複数の受光素子8の放熱を促進させて温度上昇を抑制することができる。
複数の受光素子8が直列、並列又は直並列に接続されているので、要求される電圧に対応させた光給電コンバータ1を提供することができる。
その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、上記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態も包含するものである。
1 :光給電コンバータ
2 :導入部
3a,3b:出力端子
4 :基台
5 :金属ホルダ
6 :コリメートレンズ
7 :フレキシブル基板
8 :受光素子
9 :金属膜
10 :錐体反射鏡
11,11a~11j:タブ
12a,12b:接続部
13 :導電性ペースト
16 :保護板
C :中心線
OC :光ファイバケーブル
2 :導入部
3a,3b:出力端子
4 :基台
5 :金属ホルダ
6 :コリメートレンズ
7 :フレキシブル基板
8 :受光素子
9 :金属膜
10 :錐体反射鏡
11,11a~11j:タブ
12a,12b:接続部
13 :導電性ペースト
16 :保護板
C :中心線
OC :光ファイバケーブル
Claims (4)
- 光ファイバケーブルを介して入射する光を電力に変換する複数の受光素子を有する光給電コンバータにおいて、
円錐の側面又は正多角錐の複数の側面を反射面とする錐体反射鏡を有し、
前記複数の受光素子が、前記錐体反射鏡の頂点と底面の中心を通る中心線を中心にして環状に配設され、
前記光ファイバケーブルから前記中心線の方向に入射する光が、前記錐体反射鏡によって前記中心線から離隔する方向に放射状に反射されて前記複数の受光素子に入射するように構成したことを特徴とする光給電コンバータ。 - 前記複数の受光素子を環状に配設するための帯状のフレキシブル基板を有し、
前記複数の受光素子が前記フレキシブル基板の片面に前記フレキシブル基板の長手方向に1列に並べられて搭載され、
前記複数の受光素子を内側にして長手方向両端が近接するように筒状に曲げられた前記フレキシブル基板が、前記錐体反射鏡と同心状に配設されたことを特徴とする請求項1に記載の光給電コンバータ。 - 前記錐体反射鏡を備えた基台と、前記錐体反射鏡に対して同心状となるように前記基台に取り付けられた筒状の金属ホルダを有し、
前記フレキシブル基板が、前記金属ホルダ内に収容されて前記金属ホルダの内壁に接触していることを特徴とする請求項2に記載の光給電コンバータ。 - 前記複数の受光素子が、直列、並列又は直並列に接続されたことを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の光給電コンバータ。
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