WO2024023887A1 - 光給電コンバータ - Google Patents

光給電コンバータ Download PDF

Info

Publication number
WO2024023887A1
WO2024023887A1 PCT/JP2022/028625 JP2022028625W WO2024023887A1 WO 2024023887 A1 WO2024023887 A1 WO 2024023887A1 JP 2022028625 W JP2022028625 W JP 2022028625W WO 2024023887 A1 WO2024023887 A1 WO 2024023887A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
reflecting mirrors
light receiving
conical
optical power
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/028625
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
尚友 磯村
悦司 大村
Original Assignee
株式会社京都セミコンダクター
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社京都セミコンダクター filed Critical 株式会社京都セミコンダクター
Priority to PCT/JP2022/028625 priority Critical patent/WO2024023887A1/ja
Priority to JP2022560210A priority patent/JP7201287B1/ja
Publication of WO2024023887A1 publication Critical patent/WO2024023887A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/30—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using light, e.g. lasers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to an optical power supply converter that converts light input through an optical fiber cable into electric power and supplies the converted electric power.
  • optical power supply converters are used that receive light input to electronic devices via optical fiber cables, generate photocurrent through photoelectric conversion, and supply power.
  • Patent Document 1 discloses that a concave reflecting mirror that utilizes the properties of a paraboloid focuses light input through multiple optical fiber cables to a focal point of the paraboloid, and a light receiving element photoelectrically converts this light.
  • the technology for supplying power using Furthermore, in Patent Document 2, a concave reflecting mirror that utilizes the properties of an ellipsoid of revolution focuses light input through a plurality of optical fiber cables at the focal point of the ellipsoid of revolution, and this light is sent to a photodetector by a photodetector.
  • the technology to convert and supply power is described.
  • the light input through the optical fiber cable is a conical beam whose irradiation area expands as it advances after being emitted from the output end of the optical fiber cable.
  • the light intensity distribution of this light is generally a Gaussian distribution, and the light intensity decreases as the distance from the optical axis increases, and the light intensity distribution is rotationally symmetrical with respect to the optical axis.
  • an object of the present invention is to provide an optical power supply converter that allows light input via a plurality of optical fiber cables to enter a semiconductor light receiving element without increasing the light intensity.
  • the optical power supply converter according to the invention of claim 1 is an optical power supply converter that generates photocurrent from a plurality of incident lights inputted through a plurality of optical fiber cables and supplies power.
  • the plurality of reflecting mirrors include a mirror and a semiconductor light-receiving element having a light-receiving region that generates a photocurrent, and the plurality of reflecting mirrors are arranged so that the symmetry axes of the plurality of conical surfaces face the light-receiving region.
  • the plurality of conical surfaces are arranged at intervals such that the apexes of the plurality of conical surfaces are aligned on the center axis, with the plurality of axes of symmetry being parallel to each other and tilted with respect to the central axis of the region, respectively.
  • the incident light is transmitted from the plurality of optical fiber cables arranged on a plane including the plurality of symmetry axes and the central axis, and the optical axis of the incident light is directed from the vertex of the corresponding reflecting mirror to the central axis.
  • a plurality of reflected lights which are input to the plurality of reflecting mirrors and converted into ring-shaped lights by being reflected by the plurality of reflecting mirrors, pass perpendicularly to the plurality of reflecting mirrors, and the plurality of reflected lights are received by the above-mentioned light without intersecting each other. It is characterized by being configured to be incident on the area.
  • the plurality of incident lights inputted via the plurality of optical fiber cables are respectively incident on the corresponding plurality of reflecting mirrors.
  • the plurality of reflecting mirrors each have a conical surface facing the light-receiving area of the semiconductor light-receiving element as a reflecting surface, and each of the plurality of reflecting mirrors is formed at a constant angle with respect to the central axis of the light-receiving area so that the symmetry axes of the plurality of conical surfaces are parallel to each other. It's leaning.
  • a plurality of incident lights that are incident on the plurality of reflecting mirrors perpendicularly to the central axis of the light receiving area are respectively reflected and converted into a plurality of ring-shaped reflected lights.
  • the vertices of the conical surfaces of the multiple reflecting mirrors are lined up at intervals on the central axis of the light receiving area, so that the ring-shaped reflected light reflected by the multiple reflecting mirrors is received without intersecting each other. configured to be incident on the region. Therefore, the plurality of incident lights inputted from the plurality of optical fiber cables are converted into a plurality of ring-shaped reflected lights and are not concentrated in the light receiving area, so that the light can be input to the light receiving area without increasing the light intensity.
  • the optical power feeding converter according to the invention according to claim 2 is characterized in that in the invention according to claim 1, the apex angles of the conical surfaces of the plurality of reflecting mirrors are equal to each other. According to the above configuration, since the plurality of reflecting mirrors can be of the same type, the optical power feeding converter can be easily formed and the manufacturing cost can be reduced.
  • the optical power feeding converter of the invention according to claim 3 is characterized in that in the invention according to claim 1, at least one of the plurality of reflecting mirrors has a different apex angle of the conical surface from the other reflecting mirrors. .
  • the optical power feeding converter according to the invention according to claim 4 is characterized in that in the invention according to claim 1, the farther the reflecting mirror is from the light receiving area, the smaller the apex angle of the conical surface. According to the above configuration, the reflected light spreads more widely as the reflector is farther from the light-receiving area, so the distance between adjacent reflectors is reduced without causing the plurality of ring-shaped reflected lights to intersect with each other, and the optical power supply converter is Can be made smaller.
  • optical power supply converter of the present invention light input via a plurality of optical fiber cables can be made to enter the semiconductor light receiving element without increasing the light intensity.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an optical power supply converter according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a diagram showing an example of light incident on a reflecting mirror of the optical power feeding converter in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of the reflecting mirror in FIG. 2;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view including the symmetry axis of the reflecting mirror and the central axis of the light-receiving region of the optical power feeding converter in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a light intensity distribution diagram of light emitted from an optical fiber cable.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of light rays incident on a reflecting mirror.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of light rays incident on a reflecting mirror.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the distribution of reflected light incident on a light receiving area. This is an example of a graph showing the relationship between the apex angle of incident light and the distance corresponding to the outer diameter of reflected light. This is an example of a graph showing a distance corresponding to the outer diameter of reflected light with respect to the apex angle of the incident light and the base angle of the reflecting mirror in the form of contour lines.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical power feeding converter shown in FIG. 1.
  • the optical power supply converter 1 includes a base 2, a cover portion 5, and a semiconductor light receiving element 10.
  • This optical power supply converter 1 generates a photocurrent from a plurality of incident lights L1 inputted via, for example, a plurality of single mode optical fiber cables OC, and supplies this photocurrent to the outside.
  • An example in which light is input through three optical fiber cables OC will be described below.
  • a semiconductor light-receiving element 10 and a cover part 5 for protecting the semiconductor light-receiving element 10 and positioning the output ends E of the plurality of optical fiber cables OC with respect to the semiconductor light-receiving element 10 are fixed to the base 2. There is.
  • This base 2 has a pair of output terminal portions 3a and 3b for feeding photocurrent from the semiconductor light receiving element 10 to the outside.
  • the semiconductor light receiving element 10 is housed and fixed, for example, in a housing portion 2a formed on the base 2.
  • This semiconductor light-receiving element 10 has a light-receiving region 12 for generating photocurrent through photoelectric conversion, and a pair of electrodes 10a and 10b for outputting the generated photocurrent.
  • the pair of electrodes 10a, 10b are connected to corresponding output terminal portions 3a, 3b by, for example, conductive wires 11a, 11b.
  • the output terminal portions 3a and 3b extend to the side surface of the base 2.
  • the cover part 5 has a cylindrical peripheral wall part 5a, a transparent resin 5b filled in the peripheral wall part 5a and cured, and a plurality of reflecting mirrors 6.
  • the transparent resin 5b is, for example, an epoxy resin that transmits the incident light L1.
  • a plurality of optical fiber introduction portions 5c are formed in the cover portion 5 to correspond to the plurality of reflecting mirrors 6 and have a predetermined depth extending through the peripheral wall portion 5a and into the transparent resin 5b.
  • the plurality of optical fiber cables OC are inserted into the corresponding optical fiber introducing portions 5c and fixed with the output ends E in contact with the transparent resin 5b at the back of the optical fiber introducing portions 5c.
  • the peripheral wall portion 5a may have a cylindrical shape other than a rectangular cylindrical shape or a polygonal cylindrical shape.
  • the reflecting mirror 6 includes a cylindrical main body 6a made of the same material as the transparent resin 5b filled in the peripheral wall 5a, and two bottom surfaces of the cylindrical main body 6a.
  • One side has a conical surface 6b formed by processing into a conical shape.
  • the symmetry axis 6c of the conical surface 6b coincides with the central axis of the main body 6a.
  • the angle formed between the generatrix of the conical surface 6b and the conical base is defined as the conical base angle ⁇ of the reflecting mirror 6, and the apex angle of the conical surface 6b is defined as the conical apex angle ⁇ of the reflecting mirror 6.
  • a metal film such as gold or silver is formed on the conical surface 6b by, for example, vapor deposition, and the conical surface 6b serves as a reflective surface that reflects the incident light L1.
  • the other bottom surface 6d of the cylindrical main body 6a is fixed to the tip of a columnar support member 7 made of the same material as the transparent resin 5b.
  • a columnar support member 7 made of the same material as the transparent resin 5b.
  • an inclined end surface 7b is formed which is inclined at a predetermined angle ⁇ of 45 degrees with respect to the axis 7a of the support member 7, and the bottom surface 6d of the reflecting mirror 6 is fixed to this inclined end surface 7b.
  • the shape of the cross section perpendicular to the axis 7a of the support member 7 is, for example, an ellipse, but is not limited to this.
  • the plurality of reflecting mirrors 6 are each arranged so that the conical surface 6b faces the light receiving area 12 of the semiconductor light receiving element 10.
  • the plurality of support members 7, each having a reflective mirror 6 fixed at the tip thereof are attached at the proximal end to a plurality of support member mounting portions 5d provided at intervals so as to pass through the peripheral wall portion 5a.
  • the sides are respectively inserted and fixed.
  • the cover part 5 to which the plurality of supporting members 7 are fixed is fixed to the base 2 to which the semiconductor light receiving element 10 is fixed. Note that the base end side of the support member 7 is cut so as not to protrude outward from the peripheral wall portion 5a.
  • the plurality of reflecting mirrors 6 are arranged at intervals so that the apexes of the conical surfaces 6b are lined up on the central axis 12a of the light receiving area 12, which passes through the center C of the light receiving area 12 perpendicularly to the light receiving area 12. will be placed.
  • the plurality of reflecting mirrors 6 are arranged such that the symmetry axes 6c of the respective conical surfaces 6b are inclined with respect to the central axis 12a and parallel to each other.
  • the support member 7 is fixed such that the extension line of its axis 7a extends perpendicularly to the central axis 12a, and the conical bottom surface of the conical surface 6b and the axis of symmetry 6c are each set at a constant angle ⁇ of 45 with respect to the central axis 12a. °It is tilted.
  • the inside of the peripheral wall 5a of the cover part 5 fixed to the base 2 is filled with a transparent resin 5b, and when this transparent resin 5b hardens, the supporting member 7 and the main body 6a of the reflecting mirror 6 are integrated with the transparent resin 5b. Ru. Since the inside of the peripheral wall portion 5a is sealed with the transparent resin 5b, the reflecting mirror 6 is prevented from swinging or falling off due to vibration, for example, and the reflecting mirror 6 and the semiconductor light receiving element 10 are protected from, for example, moisture. Further, refraction and reflection of light at the interface between the transparent resin 5b and the support member 7 and the interface between the transparent resin 5b and the main body 6a is prevented. Note that the cover portion 5 in which the transparent resin 5b is filled in the peripheral wall portion 5a may be fixed to the base 2.
  • a plurality of optical fiber introducing portions 5c into which a plurality of optical fiber cables OC are inserted are drilled, for example, with a micro drill so as to correspond to a plurality of reflecting mirrors 6, and penetrate through the peripheral wall portion 5a to reach inside the transparent resin 5b. It is formed to a predetermined depth.
  • a rod-shaped mold may be inserted into the plurality of optical fiber introducing portions 5c provided in the peripheral wall portion 5a to fill the transparent resin 5b, and the mold may be removed after the transparent resin 5b has hardened.
  • the plurality of optical fiber introducing portions 5c are each formed such that their axes are perpendicular to the central axis 12a of the light receiving region 12 in a plane including the plurality of symmetry axes 6c and the central axis 12a of the light receiving region 12.
  • the plurality of optical fiber cables OC are fixed to the corresponding optical fiber introducing portions 5c and arranged on a plane including the symmetry axis 6c and the central axis 12a. At this time, the positions of the output ends E are adjusted so that the optical axis OA of the incident light L1 passes through the apex of the conical surface 6b of the corresponding reflecting mirror 6 (the apex of the reflecting mirror 6) perpendicularly to the central axis 12a. be done.
  • the light input through the optical fiber cable OC is infrared light with a wavelength of, for example, about 1.5 ⁇ m. As shown in FIG.
  • the incident light L1 emitted from the output end E of the optical fiber cable OC is a conical beam with an apex angle ⁇ (full angle) whose irradiation range becomes wider as it advances.
  • the light intensity distribution of the incident light L1 is generally a Gaussian distribution, and the light intensity decreases as the distance from the optical axis OA increases, and the light intensity distribution is rotationally symmetrical with respect to the optical axis OA.
  • the outermost circumference of the incident light L1 is defined as the point where the light intensity of the incident light L1 entering the plane P perpendicular to the optical axis OA becomes 1/e 2 of the light intensity on the optical axis OA.
  • the plurality of incident lights L1 emitted from the output ends E of the plurality of optical fiber cables OC are directed toward the light receiving area 12 of the semiconductor light receiving element 10 by the corresponding plurality of reflecting mirrors 6. reflected respectively.
  • the incident light L1 is reflected by the conical surface 6b of the reflecting mirror 6 and converted into ring-shaped reflected light L2, and this reflected light L2 enters the light receiving area 12.
  • the reflected light ray R2 which is the light ray R1 included in the incident light L1 reflected by the reflecting mirror 6, will be explained.
  • the central axis 12a is made to coincide with the y-axis, and the optical axis OA of the incident light L1 is aligned with the x-axis. match.
  • the exit point of the incident light L1 is set as an exit point P0, and the position where the light ray R1 included in the incident light L1 enters the conical surface 6b is set as a point P1.
  • the emission point P0 is separated by a distance s from the origin O (the apex of the conical surface 6b of the reflecting mirror 6).
  • the angle of the light ray R1 with respect to the x-axis (optical axis OA) is assumed to be ⁇
  • the incident angle at the point P1 is assumed to be ⁇ .
  • the reflected light ray R2 reflected at the reflection angle ⁇ at the point P1 is incident on the point P2 of the light receiving area 12, which is separated from the origin O by a distance h.
  • the coordinates of points P1 and P2 on the xy plane are the intersection of the straight line representing the conical surface 6b and the light ray R1, and the intersection of the straight line representing the light receiving area 12 and the reflected light ray R2.
  • the light ray R1 incident on the conical surface 6b of the above equation (1) is expressed by the following equation (4).
  • y (x+s)tan( ⁇ )...(4)
  • a point P1 (x1, y1) is calculated as the intersection of equations (1) and (4) above.
  • the reflected light ray R2 reflected at the point P1 is expressed by the following equation (5).
  • y y1+(x-x1)tan(180°+ ⁇ +2 ⁇ )...(5)
  • the incident light L1 on the xy plane is reflected by two straight lines representing the conical surface 6b and is divided into two reflected lights L2 (see FIG. 3).
  • the point P2 where the reflected light ray R2 is reflected by the reflecting mirror 6 and enters the light receiving area 12 is The distribution becomes ring-shaped.
  • the incident light L1 is reflected by the reflecting mirror 6 and converted into ring-shaped reflected light L2 whose irradiation area is ring-shaped.
  • the plurality of incident lights L1 are each reflected by the corresponding reflecting mirrors 6. Therefore, as shown in FIG. (irradiation area) becomes multiple rings.
  • Arrow A indicates the direction of incidence of the plurality of incident lights L1.
  • the plurality of reflecting mirrors 6 are arranged at intervals such that the apex of the conical surface 12b is located on the central axis 12a of the light receiving area 12, and the farther the reflecting mirrors 6 are from the semiconductor light receiving element 10, the more the ring-shaped The reflected light L2 spreads out and enters the outer peripheral side of the light receiving area 12.
  • the light is concentrated by setting the shape and position of the reflecting mirror 6 (cone base angle ⁇ , distance s, and distance h) so that the plurality of ring-shaped reflected lights L2 do not overlap with each other in the light receiving area 12.
  • the light can be made to enter the light receiving area 12 without increasing the light intensity.
  • the ring-shaped reflected light L2 has a shape that approximates not a circular ring but an elliptical ring whose major axis is in the x-axis direction.
  • the conical base angle ⁇ of the reflecting mirror 6 is 10° or 20°
  • the distance s between the output end E and the apex of the reflecting mirror 6 is 500 ⁇ m
  • the distance h between the apex of the reflecting mirror 6 and the light receiving area 12 is In the case of 500 ⁇ m
  • the half angle ( ⁇ /2) of this apex angle ⁇ corresponds to the outer diameter in the x-axis direction of the ring-shaped reflected light L2 in the light receiving area 12.
  • the relationship between distances Do is shown.
  • the conical base angle ⁇ that is, the smaller the conical apex angle ⁇ of the reflecting mirror 6, the larger the distance Do becomes.
  • FIG. 10 shows a half angle ( ⁇ /2) and the conical base angle ⁇ of the reflecting mirror 6 as parameters, the distance Do is shown in a contour line.
  • FIG. 10 it is possible to set, for example, a combination of the apex angle ⁇ of the incident light L1 and the conical base angle ⁇ of the reflecting mirror 6 that provides the desired distance Do.
  • the conical apex angles ⁇ of the reflecting mirrors 6 are set to 176°, 168°, and 160° in order from the reflecting mirror 6 closest to the semiconductor light-receiving element 10.
  • H1 800 ⁇ m
  • H2 1500 ⁇ m
  • H3 1980 ⁇ m. has been done.
  • the optical power feeding converter 1 can be made smaller.
  • the cone apex angle of at least one reflecting mirror 6 smaller than that of the other reflecting mirrors, the reflected light L2 of this reflecting mirror 6 is brought close to the semiconductor light receiving element 10 so as not to overlap with other reflected lights L2, and the light It is possible to downsize the power supply converter 1.
  • a plurality of incident lights L1 input into the optical power supply converter 1 via a plurality of optical fiber cables OC are incident on a plurality of corresponding reflecting mirrors 6, respectively.
  • a plurality of incident lights L1 input into the conical surfaces 6b of the plurality of reflecting mirrors 6 perpendicularly to the central axis 12a are respectively reflected and converted into a plurality of ring-shaped reflected lights L2.
  • the plurality of reflecting mirrors 6 are arranged at intervals so that the vertices of the conical surface 6b are lined up on the central axis 12a, and the plurality of ring-shaped reflected lights L2 reflected by the plurality of reflecting mirrors 6 intersect with each other. It is configured such that the light enters the light receiving area 12 without any interference. Therefore, since the plurality of incident lights L1 inputted from the plurality of optical fiber cables OC are not concentrated, the light can be made to enter the light receiving area 12 without increasing the light intensity.
  • the plurality of reflecting mirrors 6 can be of the same type, which facilitates the formation of the optical power supply converter 1 and reduces manufacturing costs. can be reduced.
  • the way in which the ring-shaped reflected light L2 spreads is determined by changing the conical apex angle ⁇ . can be changed. Therefore, for example, it is possible to downsize the optical power supply converter 1 by setting the conical apex angle ⁇ small so that the reflected light L2 is greatly spread, and by adjusting the intervals between the plurality of reflecting mirrors 6 according to this conical apex angle ⁇ . can. Further, the distance between the plurality of ring-shaped reflected lights L2 can be adjusted to be small, so that the reflected lights L2 can be made to enter most of the light receiving area 12.
  • the cone apex angle ⁇ is smaller as the reflecting mirror 6 is farther from the light receiving area 12, the reflected light L2 spreads more widely as the reflecting mirror 6 is farther from the light receiving area 12. Therefore, the space between adjacent reflecting mirrors 6 can be reduced without allowing the plurality of ring-shaped reflected lights L2 to intersect with each other, thereby making it possible to downsize the optical power supply converter 1.
  • the semiconductor light receiving element 10 may be of a back-illuminated type. It is possible to form an optical power feeding converter 1 having a number of reflecting mirrors 6 corresponding to the number of optical fiber cables OC, and to correspond to input from two or four or more optical fiber cables OC. Although the plurality of optical fiber introduction parts 5c are formed at the same depth, by forming them at different depths, the incident light L1 with different beam diameters is made incident on the corresponding reflecting mirror 6, and the reflected light L2 You can also adjust the size of. In addition, those skilled in the art can implement various modifications to the embodiments described above without departing from the spirit of the present invention, and the present invention includes such modifications.
  • Optical power supply converter 2 Base 3a, 3b: Output terminal section 5: Cover section 5a: Peripheral wall section 5b: Transparent resin 5c: Optical fiber introduction section 5d: Support member mounting section 6: Reflector 6a: Main body 6b: Cone Surface 6c: Axis of symmetry 6d: Bottom surface 7: Support member 7a: Axis 7b: Inclined end surface 10: Semiconductor light receiving elements 10a, 10b: Electrodes 11a, 11b: Conductive wire 12: Light receiving area 12a: Central axis L1: Incident light L2: Reflected light OA: Optical axis OC: Optical fiber cable

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

【課題】複数の光ファイバケーブルを介して入力される光を光強度が高くならないように半導体受光素子に入射させることができる光給電コンバータを提供すること。 【解決手段】複数の光ファイバケーブル(OC)から入力される複数の入射光(L1)から光電流を生成して給電する光給電コンバータ(1)は、円錐面(6b)を反射面とする複数の反射鏡(6)と、受光領域(12)で光電流を生成する半導体受光素子(10)を備え、複数の反射鏡(6)は、円錐面(6b)が受光領域(12)に臨み且つ円錐面(6b)の対称軸(6c)が受光領域(12)の中心軸線(12a)に対して傾斜すると共に、複数の対称軸(6c)が互いに平行となる姿勢で複数の円錐面(6b)の頂点が中心軸線(12a)上に並ぶように間隔を空けて配設され、複数の入射光(L1)の光軸(OA)が対応する反射鏡(6)の頂点を中心軸線(12a)に対して垂直に通るように複数の入射光(L1)が入力され、リング状の光に夫々変換された複数の反射光(L2)が交差せずに受光領域(12)に入射するように構成された。

Description

光給電コンバータ
　本発明は、光ファイバケーブルを介して入力される光を電力に変換して給電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入力される光を受けて、光電変換によって光電流を生成して給電する光給電コンバータが利用されている。
　大きな電力を給電することが光給電コンバータに求められる場合には、例えば光入力を大きくすることが有効である。しかし、一般的なシングルモードの光ファイバケーブルは、光が伝搬するコアの直径が１０μｍ程度と小さいので、例えば１Ｗを超える大きい光入力に対してファイバフューズ現象によってコアが損傷する場合がある。それ故、例えば特許文献１，２のように、複数の光ファイバケーブルを用いて光を入力することが検討されている。
　特許文献１には、放物面の性質を利用する凹面反射鏡によって、複数の光ファイバケーブルを介して入力される光を放物面の焦点位置に集め、この光を受光素子が光電変換して給電する技術が記載されている。また、特許文献２には、回転楕円面の性質を利用する凹面反射鏡によって、複数の光ファイバケーブルを介して入力される光を回転楕円面の焦点位置に集め、この光を受光素子が光電変換して給電する技術が記載されている。
特許第６９２８９９２号公報 特許第６９３７５３８号公報
　光ファイバケーブルを介して入力される光は、光ファイバケーブルの出射端から出射された後には進行するほど照射領域が広がる円錐状のビームである。この光の光強度分布は一般的にガウス分布であり、光軸から離隔するほど光強度が低下すると共に、光軸に対して回転対称状の光強度分布である。
　複数の光ファイバケーブルから出射されたガウス分布の光が特許文献１，２のように焦点位置に集められた場合には、光強度が最も高い光軸上の光が焦点位置で重なる。それ故、この焦点位置及びこの焦点近傍において光強度が高くなり過ぎ、この光を受ける半導体受光素子は、例えば空間電荷効果、温度上昇等によって光電変換の効率が低下して、光給電コンバータの給電能力が低下する虞がある。
　そこで、本発明は、複数の光ファイバケーブルを介して入力される光を光強度が高くならないように半導体受光素子に入射させることができる光給電コンバータを提供することを目的としている。
　請求項１の発明の光給電コンバータは、複数の光ファイバケーブルを介して入力される複数の入射光から光電流を生成して給電する光給電コンバータにおいて、円錐面を反射面とする複数の反射鏡と、光電流を生成する受光領域を有する半導体受光素子を備え、複数の前記反射鏡は、複数の前記円錐面が前記受光領域に臨むように、複数の前記円錐面の対称軸が前記受光領域の中心軸線に対して夫々傾斜すると共に、複数の前記対称軸が互いに平行になる姿勢で、複数の前記円錐面の頂点が前記中心軸線上に並ぶように間隔を空けて配設され、複数の前記入射光は、複数の前記対称軸と前記中心軸線を含む平面上に並べられた複数の前記光ファイバケーブルから、前記入射光の光軸が対応する前記反射鏡の頂点を前記中心軸線に対して垂直に通るように、複数の前記反射鏡に入力され、複数の前記反射鏡で反射されることによってリング状の光に夫々変換された複数の反射光が、互いに交差せずに前記受光領域に入射するように構成されたことを特徴としている。
　上記構成によれば、複数の光ファイバケーブルを介して入力される複数の入射光は、対応する複数の反射鏡に夫々入射する。複数の反射鏡は、半導体受光素子の受光領域に臨む円錐面を夫々反射面としており、複数の円錐面の対称軸が互いに平行になるように受光領域の中心軸線に対して一定の角度で夫々傾いている。受光領域の中心軸線に対して垂直に複数の反射鏡に入射された複数の入射光は、夫々反射されて複数のリング状の反射光に変換される。複数の反射鏡は、それらの円錐面の頂点が間隔を空けて受光領域の中心軸線上に並んでおり、複数の反射鏡で反射された複数のリング状の反射光が互いに交差せずに受光領域に入射するように構成されている。従って、複数の光ファイバケーブルから入力される複数の入射光を、複数のリング状の反射光にして受光領域において集中させないので、光強度が高くならないように受光領域に入射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、複数の前記反射鏡は、前記円錐面の頂角が互いに等しいことを特徴としている。
　上上記構成によれば、複数の反射鏡を同一種類にすることができるので、光給電コンバータの形成が容易になると共に、製造コストを低減することができる。
　請求項３の発明の光給電コンバータは、請求項１の発明において、複数の前記反射鏡のうちの少なくとも１つは、前記円錐面の頂角が他の前記反射鏡と異なることを特徴としている。
　上記構成によれば、円錐面の頂角を変えることによってリング状の反射光の広がり方を変えることができる。従って、例えば反射光が大きく広がるように円錐面の頂角を小さく設定し、この頂角に応じて複数の反射鏡の間隔を調整して、光給電コンバータ１を小型化することができる。
　請求項４の発明の光給電コンバータは、請求項１の発明において、前記受光領域から遠い前記反射鏡ほど前記円錐面の頂角が小さいことを特徴としている。
　上記構成によれば、受光領域から遠い反射鏡ほど反射光が大きく広がるので、複数のリング状の反射光を互いに交差させずに隣接する反射鏡の間の間隔を縮小して、光給電コンバータを小型化することができる。
　本発明の光給電コンバータによれば、複数の光ファイバケーブルを介して入力される光を光強度が高くならないように半導体受光素子に入射させることができる。
本発明の実施形態に係る光給電コンバータの例を示す図である。 図１の光給電コンバータの反射鏡への光の入射例を示す図である。 図２の反射鏡の説明図である。 図１の光給電コンバータの反射鏡の対称軸と受光領域の中心軸線を含む断面図である。 光ファイバケーブルから出射される光の光強度分布図である。 反射鏡に入射する光線の例を示す図である。 反射鏡に入射する光線の他の例を示す図である。 受光領域に入射する反射光の分布の１例を示す図である。 入射光の頂角と反射光の外径に相当する距離の関係を示すグラフの１例である。 入射光の頂角と反射鏡の底角に対して反射光の外径に相当する距離を等高線状に示すグラフの１例である。 図１の光給電コンバータの他の構成例を示す断面図である。
　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、光給電コンバータ１は、基台２と、カバー部５と、半導体受光素子１０を有する。この光給電コンバータ１は、例えばシングルモードの複数の光ファイバケーブルＯＣを介して入力される複数の入射光Ｌ１から光電流を生成し、この光電流を外部に給電する。以下では、３本の光ファイバケーブルＯＣを介して光が入力される例について説明する。
　基台２には、半導体受光素子１０と、この半導体受光素子１０を保護すると共に半導体受光素子１０に対して複数の光ファイバケーブルＯＣの出射端Ｅを位置決めするためのカバー部５が固定されている。この基台２は、半導体受光素子１０から光電流を外部に給電するための１対の出力端子部３ａ，３ｂを有する。
　半導体受光素子１０は、例えば基台２に形成された収容部２ａに収容されて固定されている。この半導体受光素子１０は、光電変換により光電流を生成するための受光領域１２と、生成された光電流を出力するための１対の電極１０ａ，１０ｂを有する。１対の電極１０ａ，１０ｂは、例えば導電性ワイヤ１１ａ，１１ｂによって、対応する出力端子部３ａ、３ｂに接続されている。尚、図示を省略するが、出力端子部３ａ、３ｂは、基台２の側面に延びている。
　カバー部５は、筒状の周壁部５ａと、周壁部５ａ内に充填されて硬化した透明樹脂５ｂと、複数の反射鏡６を有する。透明樹脂５ｂは、入射光Ｌ１を透過させる例えばエポキシ系の樹脂である。このカバー部５には、複数の反射鏡６に対応するように、周壁部５ａを貫通して透明樹脂５ｂ内に至る所定の深さの複数の光ファイバ導入部５ｃが形成されている。複数の光ファイバケーブルＯＣは、対応する光ファイバ導入部５ｃに差し込まれ、出射端Ｅが光ファイバ導入部５ｃの奥の透明樹脂５ｂに当接した状態で固定される。尚、周壁部５ａは、矩形の筒状以外の円筒又は多角形の筒状であってもよい。
　図３に示すように、反射鏡６は、例えば周壁部５ａ内に充填された透明樹脂５ｂと同じ材料で形成された円柱状の本体６ａと、円柱状の本体６ａの２つの底面のうちの一方が円錐状に加工されて形成された円錐面６ｂを有する。円錐面６ｂの対称軸６ｃは、本体６ａの中心軸と一致する。この円錐面６ｂの母線と円錐底面のなす角を反射鏡６の円錐底角αとし、円錐面６ｂの頂角を反射鏡６の円錐頂角βとする。円錐面６ｂには例えば金、銀のような金属膜が例えば蒸着によって形成されており、円錐面６ｂは入射光Ｌ１を反射する反射面になっている。
　反射鏡６は、円柱状の本体６ａの他方の底面６ｄが、透明樹脂５ｂと同じ材料で形成された柱状の支持部材７の先端に固定されている。支持部材７の先端には、この支持部材７の軸７ａに対して所定の角度φとして４５°傾斜した傾斜端面７ｂが形成され、この傾斜端面７ｂに反射鏡６の底面６ｄが固定されている。支持部材７の軸７ａに直交する断面の形状は、例えば楕円形であるが、これに限定されるものではない。
　図１～図４のように、複数の反射鏡６は、半導体受光素子１０の受光領域１２に円錐面６ｂが臨むように夫々配設されている。先端に反射鏡６が固定された複数の支持部材７は、透明樹脂５ｂの充填前に、周壁部５ａを貫通するように間隔を空けて設けられた複数の支持部材装着部５ｄに、基端側が夫々挿通されて固定される。そして、複数の支持部材７が固定されたカバー部５が、半導体受光素子１０が固定された基台２に固定される。尚、支持部材７の基端側は、周壁部５ａから外側に突出しないように切断されている。
　このとき、複数の反射鏡６は、円錐面６ｂの頂点が受光領域１２に対して垂直にこの受光領域１２の中心Ｃを通る受光領域１２の中心軸線１２ａ上に並ぶように、間隔を空けて配設される。これと同時に、複数の反射鏡６は、各々の円錐面６ｂの対称軸６ｃが中心軸線１２ａに対して夫々傾斜し且つ互いに平行になる姿勢で配設される。支持部材７は、その軸７ａの延長線が中心軸線１２ａ対して直交方向に延びるように固定され、円錐面６ｂの円錐底面及び対称軸６ｃが中心軸線１２ａに対して一定の角度φとして夫々４５°傾いている。
　基台２に固定されたカバー部５の周壁部５ａの内側に透明樹脂５ｂが充填され、この透明樹脂５ｂが硬化して支持部材７及び反射鏡６の本体６ａが透明樹脂５ｂと一体化される。周壁部５ａの内部が透明樹脂５ｂによって封止されるので、例えば振動による反射鏡６の揺動、脱落が防止され、例えば水分等から反射鏡６及び半導体受光素子１０が保護される。また、透明樹脂５ｂと支持部材７の界面、及び透明樹脂５ｂと本体６ａの界面における光の屈折、反射が防止される。尚、周壁部５ａ内に透明樹脂５ｂが充填されたカバー部５が、基台２に固定されてもよい。
　複数の光ファイバケーブルＯＣが差し込まれる複数の光ファイバ導入部５ｃは、複数の反射鏡６に対応するように、例えばマイクロドリルによって掘削されて、周壁部５ａを貫通して透明樹脂５ｂ内に至るように所定の深さに形成される。周壁部５ａに設けられた複数の光ファイバ導入部５ｃに棒状の金型を挿入して透明樹脂５ｂを充填し、透明樹脂５ｂの硬化後に金型を除去してもよい。複数の光ファイバ導入部５ｃは、その軸線が、複数の対称軸６ｃと受光領域１２の中心軸線１２ａを含む平面において、受光領域１２の中心軸線１２ａに対して直交するように夫々形成される。
　複数の光ファイバケーブルＯＣは、対応する光ファイバ導入部５ｃに固定されて、対称軸６ｃと中心軸線１２ａを含む平面上に並べられる。このとき、入射光Ｌ１の光軸ＯＡが対応する反射鏡６の円錐面６ｂの頂点（反射鏡６の頂点）を中心軸線１２ａに対して垂直に通るように、出射端Ｅの位置が夫々調整される。光ファイバケーブルＯＣを介して入力される光は、波長が例えば１．５μｍ程度の赤外光である。この光ファイバケーブルＯＣの出射端Ｅから出射された入射光Ｌ１は、図５に示すように、進行するほど照射範囲が広がる頂角θ（全角）の円錐状のビームである。この入射光Ｌ１の光強度分布は、一般的にはガウス分布であり、光軸ＯＡから離隔するほど光強度が低下すると共に、光軸ＯＡに対して回転対称状の光強度分布である。そして、光軸ＯＡと直交する平面Ｐに入射する入射光Ｌ１の光強度が、光軸ＯＡ上の光強度の１／ｅ２になるところを、入射光Ｌ１の最外周としている。
　図３、図４のように、複数の光ファイバケーブルＯＣの出射端Ｅから出射された複数の入射光Ｌ１は、対応する複数の反射鏡６によって、半導体受光素子１０の受光領域１２に向けて夫々反射される。このとき、入射光Ｌ１は、反射鏡６の円錐面６ｂで反射されてリング状の反射光Ｌ２に変換され、この反射光Ｌ２が受光領域１２に入射する。
　次に、入射光Ｌ１に含まれる光線Ｒ１が反射鏡６で反射された反射光線Ｒ２について説明する。図６、図７のように、円錐面６ｂの対称軸６ｃと受光領域１２の中心軸線１２ａを含むｘｙ平面において、中心軸線１２ａをｙ軸に一致させ、入射光Ｌ１の光軸ＯＡをｘ軸に一致させる。反射鏡６は、その頂点が原点Ｏの位置となるように、且つ円錐面６ｂの円錐底面がｘ軸及びｙ軸に夫々φ＝４５°で交差するように傾斜した姿勢で配設されている。尚、円錐底角αは円錐頂角βを用いて表すことができ、α＝（１８０°－β）／２である。
　入射光Ｌ１の出射点を出射点Ｐ０、入射光Ｌ１に含まれる光線Ｒ１が円錐面６ｂに入射する位置を点Ｐ１とする。出射点Ｐ０は、原点Ｏ（反射鏡６の円錐面６ｂの頂点）から距離ｓだけ離隔している。また、ｘ軸（光軸ＯＡ）に対する光線Ｒ１の角度をγ、点Ｐ１における入射角をζとする。点Ｐ１において反射角ζで反射された反射光線Ｒ２は、原点Ｏから距離ｈだけ離隔した受光領域１２の点Ｐ２に入射する。
　ｘｙ平面における点Ｐ１，Ｐ２の座標は、円錐面６ｂを表す直線と光線Ｒ１の交点、及び受光領域１２を表す直線と反射光線Ｒ２の交点である。円錐面６ｂを表す直線は、下記（１），（２）式で表される。
　ｙ＝ｘｔａｎ（３φ－α）　（ｘ＜０）　・・・（１）
　ｙ＝－ｘｔａｎ（φ－α）　（ｘ＞０）　・・・（２）
また、受光領域１２を表す直線は、下記（３）式で表される。
　ｙ＝－ｈ　・・・（３）
　図６のように上記（１）式の円錐面６ｂに入射する光線Ｒ１は、下記（４）式で表される。
　ｙ＝（ｘ＋ｓ）ｔａｎ（γ）　・・・（４）
　反射鏡６の円錐面６ｂの形状を表す円錐底角αと、入射光Ｌ１の出射点Ｐ０を表す距離ｓと、入射光Ｌ１の頂角θが与えられると、０≦γ≦（θ／２）の範囲内で、上記（１），（４）式の交点として点Ｐ１（ｘ１，ｙ１）が算出される。点Ｐ１で反射された反射光線Ｒ２は、下記（５）式で表される。
　ｙ＝ｙ１＋（ｘ－ｘ１）ｔａｎ（１８０°＋γ＋２ζ）　・・・（５）
そして、原点Ｏから受光領域１２までの距離ｈが与えられると、点Ｐ１と上記（３），（５）式を用いて点Ｐ２（ｘ２，－ｈ）が算出される。このときζ＝４５°－α－γである。
　一方、図７のように上記（２）式の円錐面６ｂに入射する光線Ｒ１は、下記（６）式で表される。
　ｙ＝－（ｘ＋ｓ）ｔａｎ（γ）　・・・（６）
　上記と同様に円錐底角αと距離ｓと頂角θが与えられると、上記（２），（６）式の交点として点Ｐ１（ｘ１，ｙ１）が算出され、点Ｐ１で反射された反射光線Ｒ２が下記（７）式で表される。
　ｙ＝ｙ１＋（ｘ－ｘ１）ｔａｎ（１８０°－γ＋２ζ）　・・・（７）
そして、距離ｈが与えられると、点Ｐ１と上記（３），（７）式を用いて点Ｐ２（ｘ２，－ｈ）が算出される。このときζ＝４５°＋α＋γである。
　ｘｙ平面上の入射光Ｌ１は、円錐面６ｂを表す２つの直線で反射されて、２つの反射光Ｌ２に分かれる（図３参照）。ここで、入射光Ｌ１は、ｘ軸、ｙ軸に夫々直交するｚ軸方向にも広がりを有することを考慮すると、反射鏡６で反射されて受光領域１２に反射光線Ｒ２が入射する点Ｐ２の分布がリング状になる。つまり、入射光Ｌ１は反射鏡６で反射されて照射領域がリング状になるリング状の反射光Ｌ２に変換されている。
　光給電コンバータ１では、図４のように複数の入射光Ｌ１が対応する反射鏡６で夫々反射されるので、例えば図８のように、受光領域１２における点Ｐ２の分布（複数の反射光Ｌ２の照射領域）が複数のリング状になる。矢印Ａは、複数の入射光Ｌ１の入射方向を示す。
　複数の反射鏡６は、受光領域１２の中心軸線１２ａ上に円錐面１２ｂの頂点が位置するように間隔を空けて配設されており、反射鏡６が半導体受光素子１０から遠いほど、リング状の反射光Ｌ２は広がって受光領域１２の外周側に入射する。そして、複数のリング状の反射光Ｌ２が受光領域１２において互いに重ならないように、反射鏡６の形状と位置（円錐底角αと距離ｓと距離ｈ）を設定することにより、光を集中させず、光強度が高くならないように受光領域１２に入射させることができる。尚、リング状の反射光Ｌ２は、円環ではなく、ｘ軸方向が長径となる楕円環に近似する形状になる。
　図９には、反射鏡６の円錐底角αが１０°又は２０°、出射端Ｅと反射鏡６の頂点との距離ｓが５００μｍ、反射鏡６の頂点と受光領域１２との距離ｈが５００μｍの場合に、頂角θの入射光Ｌ１が入射したときに、この頂角θの半角（θ／２）と受光領域１２におけるリング状の反射光Ｌ２のｘ軸方向の外径に相当する距離Ｄｏの関係が示されている。入射光Ｌ１の頂角θが大きいほど距離Ｄｏが大きくなる。また、円錐底角αが大きい方、即ち反射鏡６の円錐頂角βが小さい方が、距離Ｄｏが大きくなることがわかる。
　図１０には、出射端Ｅと反射鏡６の頂点との距離ｓが５００μｍ、反射鏡６の頂点と受光領域１２との距離ｈが５００μｍの場合に、入射光Ｌ１の頂角θの半角（θ／２）と反射鏡６の円錐底角αをパラメータとして、距離Ｄｏが等高線状に示されている。この図１０を用いて、例えば所望の距離Ｄｏが得られる入射光Ｌ１の頂角θと反射鏡６の円錐底角αの組み合わせを設定することができる。
　例えば図４では、半導体受光素子１０に近い反射鏡６から順に、反射鏡６の円錐頂角βが１７６°、１６８°、１６０°に夫々設定されている。そして、反射鏡６の頂点から受光領域１２までの距離ｈについて、半導体受光素子１０に近い反射鏡６から順に距離Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３とすると、Ｈ１＝８００μｍ、Ｈ２＝１５００μｍ、Ｈ３＝１９８０μｍに設定されている。半導体受光素子１０から遠い反射鏡６ほど、円錐頂角βが小さいため反射光Ｌ２が大きく広がるので、複数のリング状の反射光Ｌ２を互いに交差させずに隣接する反射鏡６の間の間隔を縮小して、光給電コンバータ１を小型化することができる。少なくとも１つの反射鏡６の円錐頂角を他の反射鏡よりも小さくすることによって、この反射鏡６の反射光Ｌ２が他の反射光Ｌ２と重ならないように半導体受光素子１０に近づけて、光給電コンバータ１を小型化することが可能である。
　一方、例えば図１１では、複数の反射鏡６の円錐頂角βが１６０°に夫々設定され、距離Ｈ１＝８００μｍ，Ｈ２＝１３７０μｍ，Ｈ３＝１９８０μｍに設定されている。複数の反射鏡６は形状が同一なので、支持部材７を含めて同一種類の反射鏡６を使用して、光給電コンバータ１の形成を容易にすると共に製造コストを低減することができる。
　上記光給電コンバータ１の作用、効果について説明する。
　複数の光ファイバケーブルＯＣを介して光給電コンバータ１に入力される複数の入射光Ｌ１は、対応する複数の反射鏡６に夫々入射する。複数の反射鏡６は、半導体受光素子１０の受光領域１２に臨む円錐面６ｂを夫々反射面としており、円錐面６ｂの対称軸６ｃは、互いに平行になるように受光領域１２の中心軸線１２ａに対して一定の角度φ＝４５°で傾いている。中心軸線１２ａに対して垂直に複数の反射鏡６の円錐面６ｂに入力された複数の入射光Ｌ１は、夫々反射されて複数のリング状の反射光Ｌ２に変換される。複数の反射鏡６は、間隔を空けて中心軸線１２ａ上に円錐面６ｂの頂点が並ぶように配設され、複数の反射鏡６で反射された複数のリング状の反射光Ｌ２が互いに交差せずに受光領域１２に入射するように構成されている。従って、複数の光ファイバケーブルＯＣから入力される複数の入射光Ｌ１を集中させないので、光強度が高くならないように受光領域１２に入射させることができる。
　複数の反射鏡６の円錐面６ｂの円錐頂角βが互いに等しい場合には、複数の反射鏡６を同一種類にすることができるので、光給電コンバータ１の形成が容易になると共に、製造コストを低減することができる。
　複数の反射鏡６のうちの少なくとも１つは、円錐面６ｂの円錐頂角βが他の反射鏡６と異なる場合には、円錐頂角βを変えることによってリング状の反射光Ｌ２の広がり方を変えることができる。従って、例えば反射光Ｌ２が大きく広がるように円錐頂角βを小さく設定し、この円錐頂角βに応じて複数の反射鏡６の間隔を調整して、光給電コンバータ１を小型化することができる。また、複数のリング状の反射光Ｌ２の間の距離が小さなるように調整して、受光領域１２の大部分に入射させることができる。
　受光領域１２から遠い反射鏡６ほど円錐頂角βが小さい場合には、受光領域１２から遠い反射鏡６ほど反射光Ｌ２が大きく広がる。従って、複数のリング状の反射光Ｌ２を互いに交差させずに隣接する反射鏡６の間の間隔を縮小して、光給電コンバータ１を小型化することができる。
　半導体受光素子１０は裏面入射型であってもよい。光ファイバケーブルＯＣの本数に応じた個数の反射鏡６を有する光給電コンバータ１を形成して、２本又は４本以上の光ファイバケーブルＯＣからの入力に対応させることが可能である。複数の光ファイバ導入部５ｃは同等の深さに形成されているが、互いに異なる深さに形成することによって、異なるビーム径の入射光Ｌ１を対応する反射鏡６に入射させて、反射光Ｌ２のサイズを調整することもできる。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　　：基台
３ａ，３ｂ：出力端子部
５　　：カバー部
５ａ　：周壁部
５ｂ　：透明樹脂
５ｃ　：光ファイバ導入部
５ｄ　：支持部材装着部
６　　：反射鏡
６ａ　：本体
６ｂ　：円錐面
６ｃ　：対称軸
６ｄ　：底面
７　　：支持部材
７ａ　：軸
７ｂ　：傾斜端面
１０　：半導体受光素子
１０ａ，１０ｂ：電極
１１ａ，１１ｂ：導電性ワイヤ
１２　：受光領域
１２ａ：中心軸線
Ｌ１　：入射光
Ｌ２　：反射光
ＯＡ　：光軸
ＯＣ　：光ファイバケーブル

Claims (4)

  1. 　複数の光ファイバケーブルを介して入力される複数の入射光から光電流を生成して給電する光給電コンバータにおいて、
    　円錐面を反射面とする複数の反射鏡と、光電流を生成する受光領域を有する半導体受光素子を備え、
    　複数の前記反射鏡は、複数の前記円錐面が前記受光領域に臨むように、複数の前記円錐面の対称軸が前記受光領域の中心軸線に対して夫々傾斜すると共に、複数の前記対称軸が互いに平行になる姿勢で、複数の前記円錐面の頂点が前記中心軸線上に並ぶように間隔を空けて配設され、
    　複数の前記入射光は、複数の前記対称軸と前記中心軸線を含む平面上に並べられた複数の前記光ファイバケーブルから、前記入射光の光軸が対応する前記反射鏡の頂点を前記中心軸線に対して垂直に通るように、複数の前記反射鏡に入力され、
    　複数の前記反射鏡で反射されることによってリング状の光に夫々変換された複数の反射光が、互いに交差せずに前記受光領域に入射するように構成されたことを特徴とする光給電コンバータ。
  2. 　複数の前記反射鏡は、前記円錐面の頂角が互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の光給電コンバータ。
  3. 　複数の前記反射鏡のうちの少なくとも１つは、前記円錐面の頂角が他の前記反射鏡と異なることを特徴とする請求項１に記載の光給電コンバータ。
  4. 　前記受光領域から遠い前記反射鏡ほど前記円錐面の頂角が小さいことを特徴とする請求項１に記載の光給電コンバータ。
PCT/JP2022/028625 2022-07-25 2022-07-25 光給電コンバータ WO2024023887A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/028625 WO2024023887A1 (ja) 2022-07-25 2022-07-25 光給電コンバータ
JP2022560210A JP7201287B1 (ja) 2022-07-25 2022-07-25 光給電コンバータ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/028625 WO2024023887A1 (ja) 2022-07-25 2022-07-25 光給電コンバータ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024023887A1 true WO2024023887A1 (ja) 2024-02-01

Family

ID=84817472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/028625 WO2024023887A1 (ja) 2022-07-25 2022-07-25 光給電コンバータ

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7201287B1 (ja)
WO (1) WO2024023887A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08146342A (ja) * 1994-11-21 1996-06-07 Canon Inc 光混合光学素子及びそれを用いた照明装置
JPH11176221A (ja) * 1997-12-12 1999-07-02 Moritex Corp 光源装置とこれに使用するアキシコンプリズム
JP2017163636A (ja) * 2016-03-07 2017-09-14 株式会社豊田中央研究所 エネルギー送信装置、エネルギー受信装置、エネルギー送受信装置及びこれらを有するワイヤレス給電システム
JP6795870B1 (ja) * 2020-07-06 2020-12-02 株式会社京都セミコンダクター 光給電コンバータ
CN112059415A (zh) * 2020-08-04 2020-12-11 华中科技大学 一种输出组合环形光斑的光学系统
JP6928992B1 (ja) * 2021-02-22 2021-09-01 株式会社京都セミコンダクター 光給電コンバータ
JP2021197847A (ja) * 2020-06-16 2021-12-27 トヨタ自動車株式会社 多接合型太陽電池を用いた非接触光給電方法とそのための光給電用投光装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08146342A (ja) * 1994-11-21 1996-06-07 Canon Inc 光混合光学素子及びそれを用いた照明装置
JPH11176221A (ja) * 1997-12-12 1999-07-02 Moritex Corp 光源装置とこれに使用するアキシコンプリズム
JP2017163636A (ja) * 2016-03-07 2017-09-14 株式会社豊田中央研究所 エネルギー送信装置、エネルギー受信装置、エネルギー送受信装置及びこれらを有するワイヤレス給電システム
JP2021197847A (ja) * 2020-06-16 2021-12-27 トヨタ自動車株式会社 多接合型太陽電池を用いた非接触光給電方法とそのための光給電用投光装置
JP6795870B1 (ja) * 2020-07-06 2020-12-02 株式会社京都セミコンダクター 光給電コンバータ
CN112059415A (zh) * 2020-08-04 2020-12-11 华中科技大学 一种输出组合环形光斑的光学系统
JP6928992B1 (ja) * 2021-02-22 2021-09-01 株式会社京都セミコンダクター 光給電コンバータ

Also Published As

Publication number Publication date
JP7201287B1 (ja) 2023-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022009265A1 (ja) 光給電コンバータ
US7769258B2 (en) Optical element and system using the same
CN110199447A (zh) 低成本光学泵浦激光器封装件
US20240021748A1 (en) Optical power supply converter
CN110537301B (zh) 包括集成于包封物中的光学结构的vcsel照明器封装
JP6928992B1 (ja) 光給電コンバータ
WO2024023887A1 (ja) 光給電コンバータ
US8529139B2 (en) Optical element and system using the same
CN111468825A (zh) 光源组件
WO2018092850A1 (ja) レーザモジュール
US8174036B2 (en) Lighting device
WO2024028981A1 (ja) 光給電コンバータ
JP7178153B1 (ja) 光給電コンバータ
TW202249296A (zh) 光饋電轉換器
JP2011119662A (ja) 発光モジュールおよびその設計方法
JP7178152B1 (ja) 光給電コンバータ
JP7178151B1 (ja) 光給電コンバータ
JP7178154B1 (ja) 光給電コンバータ
WO2023238280A1 (ja) 光給電コンバータ
JPS6338909A (ja) レンズ付光フアイバ
CN100380754C (zh) 半导体激光器装置
RU2714781C1 (ru) Способ поперечной накачки рабочей среды лазера
WO2022079912A1 (ja) 半導体受光素子
WO2000019547A1 (en) Biconic reflector for collecting radiation from both top and side surfaces of led die
KR20020028264A (ko) 레이저 다이오드를 채용한 광학계

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22952986

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1