(57)【要約】【課題】非接触充電を行う充電器と電子機器との間において、非接触充電に伴う交流磁界の影響を受けることなく確実に光無線通信を行い、また充電器と電子機器との間で回転や微小な位置ずれが生じても確実に光無線通信を行う非接触充電型の充電器と電子機器とを提供する。【解決手段】送電コイル３の中心部を基準として、第１発光素子２４と第１受光素子２５とからなる第１光通信モジュール４は送電コイル３の外側に中心部から離れて配置することにより、第１発光素子２４や第１受光素子２５で交流磁界により発生する誘導起電力は極めて小さくなり、第１発光素子２４や第１受光素子２５に発熱や電気ノイズはほとんど発生しないので、光信号の送受信でエラーは少なく、また光通信部の故障も少なくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の位置をコイルの中心部とし配置され、電力を送電する送電コイルと、前記送電コイルに電力を供給する電源部と、第２の位置に配置され、光信号を発光する第１発光素子と、前記発光素子が発光する光信号を伝搬する第１光伝搬素子と、前記第1の位置に配置され、前記第１光伝搬素子が伝搬する光信号を外部に射出する第１光出射部と、を備え、前記第２の位置が、前記第１の位置を基準に前記送電コイルより外側である充電器。
【請求項２】
第１の位置をコイルの中心部とし配置され、電力を送電する送電コイルと、前記送電コイルに電力を供給する電源部と、前記第１の位置に配置され、光信号を外部より入射する第１光入射部と、前記第１光入射部が入射する光信号を伝搬する第２光伝搬素子と、第３の位置に配置され、前記第2光伝搬素子が伝搬する光信号を受光する第１受光素子と、を備え、前記第３の位置が、前記第１の位置を基準に前記送電コイルより外側である充電器。
【請求項３】
第１の位置をコイルの中心部とし配置され、電力を送電する送電コイルと、前記送電コイルに電力を供給する電源部と、第２の位置に配置され、光信号を発光する第１発光素子と、前記発光素子が発光する光信号を伝搬する第１光伝搬素子と、前記第１の位置に配置され、前記第１光伝搬素子が伝搬する光信号を外部に射出する第１光出射部と、前記第１の位置に配置され、光信号を外部より入射する第１光入射部と、前記第１光入射部が入射する光信号を伝搬する第２光伝搬素子と、第３の位置に配置され、前記第２光伝搬素子が伝搬する光信号を受光する受光素子と、を備え、前記第２の位置が、前記第１の位置を基準に前記送電コイルより外側であり、前記第３の位置が、前記第１の位置を基準に前記送電コイルより外側である充電器。
【請求項４】
請求項３に記載の充電器であって、前記第２の位置と前記第３の位置が略一致する充電器。
【請求項５】
請求項１、請求項３、又は請求項４のいずれかに記載の充電器であって、前記光出射部の面積は、前記発光素子の発光出射面積よりも大きい充電器。
【請求項６】
請求項５に記載の充電器であって、前記第１光伝搬素子は光拡散手段を備える充電器。
【請求項７】
請求項２、請求項３、又は請求項４のいずれかに記載の充電器であって、前記入射部の面積は、前記受光素子の受光入射面積よりも大きい充電器。
【請求項８】
請求項７に記載の充電器であって、前記第２光伝搬素子は光拡散手段を備える充電器。
【請求項９】
請求項１から請求項８に記載の充電器であって、前記第１光伝搬素子または前記第２光伝搬素子と、前記充電器の筐体とが一体である充電器。
【請求項１０】
第４の位置をコイルの中心部とし配置され、電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルが受電する電力を用いて充電する二次電池と、第５の位置に配置され、光信号を発光する第２発光素子と、前記第２発光素子が発光する光信号を伝搬する第３光伝搬素子と、前記第４の位置に配置され、前記第３光伝搬素子が伝搬する光信号を外部に射出する第２光出射部と、を備え、前記第５の位置が、前記第４の位置を基準に前記受電コイルより外側である電子機器。
【請求項１１】
第４の位置をコイルの中心部とし配置され、電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルが受電する電力を用いて充電する二次電池と、前記第４の位置に配置され、光信号を外部より入射する第２光入射部と、前記第２光入射部が入射する光信号を伝搬する第４光伝搬素子と、第６の位置に配置され、前記第４光伝搬素子が伝搬する光信号を受光する受光素子と、を備え、前記第６の位置が、前記第４の位置を基準に前記受電コイルより外側である電子機器。
【請求項１２】
第４の位置をコイルの中心部とし配置され、電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルが受電する電力を用いて充電する二次電池と、第５の位置に配置され、光信号を発光する発光素子と、前記発光素子が発光する光信号を伝搬する第３光伝搬素子と、前記第４の位置に配置され、前記第３光伝搬素子が伝搬する光信号を外部に射出する光射出部と、前記第５の位置に配置され、光信号を外部より入射する光入射部と、前記光入射部が入射する光信号を伝搬する第４光伝搬素子と、第６の位置に配置され、前記第４光伝搬素子が伝搬する光信号を受光する受光素子と、を備え、前記第５の位置が、前記第４の位置を基準に前記受電コイルより外側であり、前記第６の位置が、前記第４の位置を基準に前記受電コイルより外側である電子機器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電子機器であって、前記第５の位置と前記第６の位置が略一致する電子機器。
【請求項１４】
請求項１０、請求項１２、又は請求項１３のいずれかに記載の電子機器であって、前記光出射部の面積は、前記発光素子の発光出射面積よりも大きい電子機器。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電子機器であって、前記第３光伝搬素子は光拡散手段を備える電子機器。
【請求項１６】
請求項１１、請求項１２、又は請求項１３のいずれかに記載の電子機器であって、前記入射部の面積は、前記受光素子の光受光面積よりも大きい電子機器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電子機器であって、前記第４光伝搬素子は光拡散手段を備える電子機器。
【請求項１８】
請求項１０から請求項１７に記載の電子機器であって、前記第３光伝搬素子または前記第４光伝搬素子と、前記電子機器の筐体とが一体である電子機器。
【請求項１９】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の充電器と、請求項１０から請求項１８のいずれかに記載の電子機器からなる電子機器充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非接触充電型の充電器および電子機器に係り、例えば、クレードル等からなる充電器と、充電器と充電および光無線通信を行う携帯電話端末等の電子機器と、充電器及び電子機器からなる電子機器充電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話端末等の電子機器が内蔵する二次電池への充電器からの充電方法として、コネクタ接続や接点接続による方法が主流であったが、コネクタ脱着の手間を軽減するため、あるいはコネクタ接続や接点接続における電気的接続不良による電源供給の問題の発生を軽減するためなどの理由により、近年では交流磁界を利用する非接触充電器が提案されている。
【０００３】
このような非接触充電器においては、交流磁界を発生するための送電コイルを充電器側に備えて、一方、電子機器側には受電のための受電コイルを備えており、送電コイルが発生する交流磁界よって受電コイルに誘導起電力を発生させ、電子機器側の充電部を介して二次電池に電気を供給している。
【０００４】
上記の様な構成においては、送電コイルや受電コイルが一般に形状対称性や空間的な広がりを持つため、送電コイルと受電コイルとの間でコイルの中心を軸とした回転やコイル面内での多少の位置ずれが発生しても、送受電ができるという特徴を有している。
【０００５】
一方、近年の携帯電話端末等の電子機器には、他の電子機器あるいはプリンタ、テレビ、録画機器、パーソナルコンピュータなど、他の電子機器と音楽や画像などのデータをやり取りするための通信機能を持っており、クレードルなどの充電器に通信機能を搭載して、クレードルを介して携帯電話端末等の電子機器が他の電子機器とデータをやり取りするようになっているものもある。このような電子機器と充電器との間で通信をするシステムには、利便性のため赤外線などの光による光無線で非接触の通信を行うものも提案されている。
【０００６】
充電器と電子機器との間で非接触充電および光無線通信とを行う場合、非接触充電では充電器と電子機器との間に回転や多少の位置ずれが生じても充電ができるので、光無線通信も同様に充電器と電子機器との間に回転や多少の位置ずれが生じても通信ができることが望ましい。
【０００７】
充電器と電子機器との間に回転が生じても、光無線通信などの通信が非接触充電と同様に行える技術として特許文献１がある。
【０００８】
図８に示すように、特許文献１における非接触電源装置では、送電側の第１のコイル１８の中心部に例えば発光素子からなる送信素子１９および受光素子からなる受信素子１７を、同様に受電側の第２のコイル１５の中心部に送信素子１６および受信素子１４を置く。このようにそれぞれのコイルの中心部に送信素子、受信素子を配置しているので、コイルの中心を軸とする回転に対して送信素子、受信素子の間の相対位置の変化は小さくなるため、送受信の機器間で回転が生じても通信することができる。
【特許文献１】特開２００２−９２７５２号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし特許文献１にある様な非接触電源装置においては、発光素子や受光素子をコイルの中心部に配置しているため、充電など電源供給のためにコイルによって発生する強い交流磁界の中に発光素子や受光素子が置かれることになり、発光素子や受光素子の配線などの金属部には交流磁界による誘導起電力が生じる。その結果、発光素子や受光素子には発熱や電気ノイズが発生することになるので、発熱によって発光素子の電気光変換効率、受光素子の光電気変換効率が低くなって信号レベルが下がり、また電気ノイズよって雑音や不要信号レベルが上がるので、通信品質の低下や通信不能状態が発生するという問題が生じ、さらに発熱や電気ノイズが大きくなると、発光素子や受光素子が熱的あるいは電気的に破壊されるという問題が生じる。
【００１０】
さらに携帯電話機器などの電子機器とその充電器では、小型化、薄型化のため、コイルと発光素子または受光素子とを近接して配置することになり、発光素子や受光素子が置かれる交流磁場は強くなる。その結果、交流磁場の影響による通信品質の低下や通信不能状態が発生するという問題や発光素子や受光素子が熱的あるいは電気的に破壊されるという問題はより大きなものとなる。
【００１１】
一方、充電器と電子機器との間で双方向通信をする場合、充電器の送電コイルの中心軸上には発光素子と受光素子の双方を配置することはできず、また電子機器の受電コイルの中心軸上も発光素子と受光素子の双方を配置することはできない。そのため、充電器の発光素子と電子機器の受光素子、あるいは電子機器の発光素子と充電器の受光素子の、少なくとも一方の発光素子と受光素子との間には、充電器と電子機器との間の回転に対して相対的な位置ずれが生じ、その結果、発光素子からの出射した光が受光素子へ入射する割合が減少して信号レベルが下がることになり、通信品質の低下や通信不能状態という問題を生じる。さらに充電器と電子機器との間で回転以外の位置ずれが僅かでも生じると、回転と同様に通信品質の低下や通信不能状態という問題を生じる。
【００１２】
本発明は前述したこれら問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、非接触充電を行う充電器と電子機器との間において、非接触充電に伴う交流磁界の影響を受けることなく確実に光無線通信を行い、また充電器と電子機器との間で回転や微小な位置ずれが生じても確実に光無線通信を行う非接触充電型の充電器と電子機器とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
１  前述した目的を達成するために、本発明の充電器は、第１の位置をコイルの中心部（中心及び中心近傍を含む）とし配置され、電力を送電する送電コイルと、前記送電コイルに電力を供給する電源部と、第２の位置に配置され、光信号を発光する第１発光素子と、前記発光素子が発光する光信号を伝搬する第１光伝搬素子と、前記第1の位置に配置され、前記第１光伝搬素子が伝搬する光信号を外部に射出する第１光出射部と、を備え、前記第２の位置が、前記第１の位置を基準に前記送電コイルより外側であることを特徴とする。
【００１４】
このように構成された充電器においては、コイルの中心部（中心及び中心近傍を含む）を第１の位置として配置した送電コイルが発生する交流磁界の強度は第１の位置を基準とした送電コイルの外側の第２の位置では小さいため、第２の位置に配置した第１発光素子で交流磁界により発生する誘導起電力は極めて小さく、第１発光素子に発熱や電気ノイズはほとんど発生しないため、送信における電気光変換での劣化が少なく、また第１発光素子の故障が少ない。また、第１発光素子が発光する光信号を、第１光出射部を第１の位置に配置した第１光伝搬素子により伝搬させることで、第１発光素子が発光する光信号を第１の位置のコイルの中心部から出射するので、送電が第１の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由であるのと同様に、光送信が第１の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由となる。
２  また、本発明の充電器は、第１の位置をコイルの中心部とし配置され、電力を送電する送電コイルと、前記送電コイルに電力を供給する電源部と、前記第１の位置に配置され、光信号を外部より入射する第１光入射部と、前記第１光入射部が入射する光信号を伝搬する第２光伝搬素子と、第３の位置に配置され、前記第２光伝搬素子が伝搬する光信号を受光する第１受光素子と、を備え、前記第３の位置が、前記第１の位置を基準に前記送電コイルより外側であることを特徴とする。
【００１５】
このように構成された充電器においては、コイルの中心部（中心及び中心近傍を含む）を第１の位置として配置した送電コイルが発生する交流磁界の強度は第１の位置を基準とした送電コイルの外側の第３の位置では小さいため、第３の位置に配置した第１受光素子で交流磁界により発生する誘導起電力は極めて小さく、第１受光素子に発熱や電気ノイズはほとんど発生しないため、受信における光電気変換での劣化が少なく、また第１受光素子の故障が少ない。また、第１受光素子が受光する光信号を、第１光入射部を第１の位置に配置した第２光伝搬素子により伝搬させることで、第１の位置のコイルの中心部に入射する光信号を第２発光素子は受光するので、送電が第１の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由であるのと同様に、光受信が第１の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由となる。
３  また、本発明の充電器は、第１の位置をコイルの中心部（中心及び中心近傍を含む）とし配置され、電力を送電する送電コイルと、前記送電コイルに電力を供給する電源部と、第２の位置に配置され、光信号を発光する第１発光素子と、前記発光素子が発光する光信号を伝搬する第１光伝搬素子と、前記第１の位置に配置され、前記第１光伝搬素子が伝搬する光信号を外部に射出する第１光出射部と、前記第１の位置に配置され、光信号を外部より入射する第１光入射部と、前記第１光入射部が入射する光信号を伝搬する第２光伝搬素子と、第３の位置に配置され、前記第２光伝搬素子が伝搬する光信号を受光する受光素子と、を備え、前記第２の位置が、前記第１の位置を基準に前記送電コイルより外側であり、前記第３の位置が、前記第１の位置を基準に前記送電コイルより外側であることを特徴とする。
【００１６】
このように構成された充電器においては、コイルの中心部を第１の位置として配置した送電コイルが発生する交流磁界の強度は第１の位置を基準とした送電コイルの外側の第２の位置では小さいため、第２の位置に配置した第１発光素子で交流磁界により発生する誘導起電力は極めて小さく、第１発光素子に発熱や電気ノイズはほとんど発生しないため、送信における電気光変換での劣化が少なく、また第１発光素子の故障が少ない。また、第１発光素子が発光する光信号を、第１光出射部を第１の位置に配置した第１光伝搬素子により伝搬させるので、第１発光素子が発光する光信号を第１の位置のコイルの中心部から出射するので、送電が第１の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由であるのと同様に、光送信が第１の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由となる。さらに、コイルの中心部を第１の位置として配置した送電コイルが発生する交流磁界の強度は第１の位置を基準とした送電コイルの外側の第３の位置では小さいため、第３の位置に配置した第１受光素子で交流磁界により発生する誘導起電力は極めて小さく、第１受光素子に発熱や電気ノイズはほとんど発生しないため、受信における光電気変換での劣化が少なく、また第１受光素子の故障が少ない。また、第１受光素子が受光する光信号を、第１光入射部を第１の位置に配置した第２光伝搬素子により伝搬させるで、第１の位置のコイルの中心部に入射する光信号を第２発光素子は受光するので、送電が第１の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由であるのと同様に、光受信が第１の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由となる。
４  さらに、本発明の充電器は、前記第２の位置と前記第３の位置が略一致することを特徴とする。
【００１７】
このように構成された充電器においては、第２の位置の第１発光素子と第３の位置の第１受光素子とが略一致して配置するため、第１発光素子と第１受光素子とを一体化でき、充電器が小型となる。
５  さらに、本発明の充電器は、前記光出射部の面積は、前記発光素子の発光出射面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１８】
このように構成された充電器においては、第１光伝搬素子の第１光出射部の面積が第１発光素子の発光出射面積よりも大きいので、充電器からの送信光の出射断面積が大きくなり、充電器の位置ずれに対する光送信の頑強性が向上する。
６  さらに、本発明の充電器は、前記第１光伝搬素子は光拡散手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
このように構成された充電器においては、第１光出射部における出射光の空間分布が広くなるので、充電器の位置ずれに対する光送信の頑強性が向上する。
７  さらに、本発明の充電器は、前記入射部の面積は、前記受光素子の受光入射面積よりも大きいことを特徴とする。
【００２０】
このように構成された充電器においては、第２光伝搬素子の第１光入射部の面積が第１受光素子の受光入射面積よりも大きいので、充電器への受信光の入射可能面積が大きくなり、充電器の位置ずれに対する光受信の頑強性が向上する。
８  さらに、本発明の充電器は、前記第２光伝搬素子は光拡散手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
このように構成された充電器においては、第１光入射部と第１受光素子との間の光伝搬可能な第１光入射部の領域が広くなるので、充電器の位置ずれに対する光受信の頑強性が向上する。
９  さらに、本発明の充電器は、前記第１光伝搬素子または前記第２光伝搬素子と、前記充電器の筐体とが一体であることを特徴とする。
【００２２】
このように構成された充電器においては、第１光伝搬素子または前記第２光伝搬素子と、充電器の筐体とが一体であるため、充電器が小型となる。
１０  また、本発明の電子機器は、第４の位置をコイルの中心部（中心及び中心近傍を含む）とし配置され、電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルが受電する電力を用いて充電する二次電池と、第５の位置に配置され、光信号を発光する第２発光素子と、前記第２発光素子が発光する光信号を伝搬する第３光伝搬素子と、前記第４の位置に配置され、前記第３光伝搬素子が伝搬する光信号を外部に射出する第２光出射部と、を備え、前記第５の位置が、前記第４の位置を基準に前記受電コイルより外側であることを特徴とする。
【００２３】
このように構成された電子機器においては、コイルの中心部を第４の位置として配置した受電コイルが充電時に感受する交流磁界の強度は第４の位置を基準とした受電コイルの外側の第５の位置では小さいため、第５の位置に配置した第２発光素子で交流磁界により発生する誘導起電力は極めて小さく、第２発光素子に発熱や電気ノイズはほとんど発生しないため、送信における電気光変換での劣化が少なく、また第２発光素子の故障が少ない。また、第２発光素子が発光する光信号を、第２光出射部を第４の位置に配置した第３光伝搬素子により伝搬させることで、第２発光素子が発光する光信号を第４の位置のコイルの中心部から出射するので、受電が第４の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由であるのと同様に、光送信が第４の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由となる。
１１  また、本発明の電子機器は、第４の位置をコイルの中心部（中心及び中心近傍を含む）とし配置され、電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルが受電する電力を用いて充電する二次電池と、前記第４の位置に配置され、光信号を外部より入射する第２光入射部と、前記第２光入射部が入射する光信号を伝搬する第４光伝搬素子と、第６の位置に配置され、前記第４光伝搬素子が伝搬する光信号を受光する受光素子と、を備え、前記第６の位置が、前記第４の位置を基準に前記受電コイルより外側であることを特徴とする。
【００２４】
このように構成された電子機器においては、充電時にコイルの中心部を第４の位置として配置した受電コイルが感受する交流磁界の強度は第４の位置を基準とした送電コイルの外側の第６の位置では小さいため、第６の位置に配置した第２受光素子で交流磁界により発生する誘導起電力は極めて小さく、第２受光素子に発熱や電気ノイズはほとんど発生しないため、受信における光電気変換での劣化が少なく、また第２受光素子の故障が少ない。また、第２受光素子が受光する光信号を、第２光入射部を第４の位置に配置した第４光伝搬素子により伝搬させることで、第４の位置のコイルの中心部に入射する光信号を第２受光素子は受光するので、送電が第４の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由であるのと同様に、光受信が第４の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由となる。
１２  また、本発明の電子機器は、第４の位置をコイルの中心部（中心及び中心近傍を含む）とし配置され、電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルが受電する電力を用いて充電する二次電池と、第５の位置に配置され、光信号を発光する発光素子と、前記発光素子が発光する光信号を伝搬する第３光伝搬素子と、前記第４の位置に配置され、前記第３光伝搬素子が伝搬する光信号を外部に射出する光射出部と、前記第５の位置に配置され、光信号を外部より入射する光入射部と、前記光入射部が入射する光信号を伝搬する第４光伝搬素子と、第６の位置に配置され、前記第４光伝搬素子が伝搬する光信号を受光する受光素子と、を備え、前記第５の位置が、前記第４の位置を基準に前記受電コイルより外側であり、前記第６の位置が、前記第４の位置を基準に前記受電コイルより外側であることを特徴とする。
【００２５】
このように構成された電子機器においては、コイルの中心部を第４の位置として配置した受電コイルが充電時に感受する交流磁界の強度は第４の位置を基準とした受電コイルの外側の第５の位置では小さいため、第５の位置に配置した第２発光素子で交流磁界により発生する誘導起電力は極めて小さく、第２発光素子に発熱や電気ノイズはほとんど発生しないため、送信における電気光変換での劣化が少なく、また第２発光素子の故障が少ない。また、第２発光素子が発光する光信号を、第２光出射部を第４の位置に配置した第３光伝搬素子により伝搬させることで、第２発光素子が発光する光信号を第４の位置のコイルの中心部から出射するので、受電が第４の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由であるのと同様に、光送信が第４の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由となる。
また充電時にコイルの中心部を第４の位置として配置した受電コイルが感受する交流磁界の強度は第４の位置を基準とした送電コイルの外側の第６の位置では小さいため、第６の位置に配置した第２受光素子で交流磁界により発生する誘導起電力は極めて小さく、第２受光素子に発熱や電気ノイズはほとんど発生しないため、受信における光電気変換での劣化が少なく、また第２受光素子の故障が少ない。また、第２受光素子が受光する光信号を、第２光入射部を第４の位置に配置した第４光伝搬素子により伝搬させることで、第４の位置のコイルの中心部に入射する光信号を第２受光素子は受光するので、送電が第４の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由であるのと同様に、光受信が第４の位置のコイルの中心を軸とする回転に対し自由となる。
１３  さらに、本発明の電子機器は、前記第５の位置と前記第６の位置が略一致することを特徴とする。
【００２６】
このように構成された電子機器においては、第５の位置の第２発光素子と第６の位置の第２受光素子とが略一致して配置するため、第２発光素子と第２受光素子とを一体化でき、電子機器が小型となる。
１４  さらに、本発明の電子機器は、前記光出射部の面積は、前記発光素子の発光出射面積よりも大きいことを特徴とする。
【００２７】
このように構成された電子機器においては、第３光伝搬素子の第２光出射部の面積が第２発光素子の発光出射面積よりも大きいので、電子機器からの送信光の出射断面積が大きくなり、電子機器の位置ずれに対する光送信の頑強性が向上する。
１５  さらに、本発明の電子機器は、前記第３光伝搬素子は光拡散手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
このように構成された電子機器においては、第２光出射部における出射光の空間分布が広くなるので、電子機器の位置ずれに対する光送信の頑強性が向上する。
１６  さらに、本発明の電子機器は、前記入射部の面積は、前記受光素子の光受光面積よりも大きいことを特徴とする。
【００２９】
このように構成された電子機器においては、第４光伝搬素子の第２光入射部の面積が第１受光素子の受光入射面積よりも大きいので、電子機器への受信光の入射可能面積が大きくなり、電子機器の位置ずれに対する光受信の頑強性が向上する。
１７  さらに、本発明の電子機器は、前記第４光伝搬素子は光拡散手段を備えることを特徴とする。
【００３０】
このように構成された電子機器においては、第２光入射部と第２受光素子との間の光伝搬可能な第２光入射部の領域が広くなるので、電子機器の位置ずれに対する光受信の頑強性が向上する。
１８  さらに、本発明の電子機器は、前記第３光伝搬素子または前記第４光伝搬素子と、前記電子機器の筐体とが一体であることを特徴とする。
【００３１】
このように構成された電子機器においては、第３光伝搬素子または第４光伝搬素子と、電子機器の筐体とが一体であるため、電子機器が小型となる。
１９  また、本発明の電子機器充電システムは、前記記載の充電器および電子機器からなる。
【００３２】
このように構成された電子機器充電システムにおいては、交流磁界の影響を受けることなく確実に光無線通信を行うことができ、また充電器と電子機器との間で回転や微小な位置ずれが生じても確実に光無線通信を行うことができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明による充電器は、送電コイルの中心部を基準に送電コイルの外側に発光素子または受光素子を配置し、送電コイルの中心部に光出射部または光入射部を備えた光伝搬素子を介して発光素子からの光を充電器の外部に出射または充電器の外部からの光を受光素子に入射するので、また、本発明による電子機器は、受電コイルの中心部を基準に受電コイルの外側に発光素子または受光素子を配置し、受電コイルの中心部に光出射部または光入射部を備えた光伝搬素子を介して発光素子からの光を電子機器の外部に出射または電子機器の外部からの光を受光素子に入射するので、非接触充電を行う充電器と電子機器との間において、非接触充電に伴う交流磁界の影響を受けることなく確実に光無線通信を行うことができ、また充電器と電子機器との間で回転や微小な位置ずれが生じても確実に光無線通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
本発明の第１の実施形態に係る充電器について、図１および２を用いて説明する。
【００３６】
図１は充電器の斜視透視図、図２は電気的構成図である。
【００３７】
充電器１は、充電器筐体２の内部に非接触充電用の送電コイル３、第１発光素子２４と第１受光素子２５からなる第１通信モジュール４、第１発光素子２４で発生し出射した光を第１送信伝搬光７として伝搬する第１光伝搬素子５、充電器１に入射した第１受信入射光１２を第１受信伝搬光１１として第１受光素子２５へ伝搬する第２伝搬素子９を備えている。
【００３８】
送電コイル３は、例えばフレキシブル基板上に円形や四角、または渦巻き状などの配線パターンを形成することによりコイルを形成したり、あるいは細線状の配線を円形や四角などの形状に巻いた後に樹脂等を用いて固化することによりコイルを形成する。
【００３９】
第１光モジュール４は、第１発光素子２４と第１受光素子２５とを例えば樹脂で一体に成型されており、送電コイル３の中心部（中心及び中心近傍を含む）を基準として、送電コイル３の外側に配置され、第１光伝搬素子５および第２光伝搬素子９の端面とは、例えば光学接着剤を用いて接合することで光結合をしている。
【００４０】
第１光伝搬素子５には、第１光出射部６が送電コイル３の中心部（中心及び中心近傍を含む）に形成してある。第１発光素子２４で発生した送信光は、第１送信伝搬光７として第１光伝搬素子５の中を拡散しながら伝搬し、第１光出射部６で第１光伝搬素子５の拡散伝搬面に対し略垂直方向に第１送信出射光８として充電器筐体２の外に出射する。
【００４１】
一方、第２光伝搬素子９には第１光入射部１０が送電コイル３の中心部（中心及び中心近傍を含む）に形成してあり、充電器筐体２の外から第２光伝搬素子９の拡散伝搬面へ略垂直に入射する第１受信入射光１２は、第１光入射部１０で第２光伝搬素子９の拡散伝搬面内を第２光伝搬光１１として伝搬し、第１受光素子２５に受信光として入力する。
【００４２】
第１光伝搬素子５としては、例えば板状のガラス材やポリマー材に屈折率分布を持たせ、光を閉じ込めて面内を伝搬させる光導波路や、液晶表示器の照明に用いるガラス材やプラスチック材からなる導光板を用いる。さらに、第１光伝搬素子５の内部で光をより拡散伝搬させるために、例えば光の波長程度の径を持つ第１光伝搬素子５の基材より屈折率の高い球状のポリマー材を基材に分散して球状のポリマー材の界面で光の屈折角や反射角を拡散し、あるいは第１光伝搬素子５の界面に波長程度の微細な凹凸や斜面を形成し、これら凹凸や斜面で光の反射方向を拡散させる。
【００４３】
第１光出射部６は、第１光伝搬素子５に形成した回折素子または微細斜面で構成されており、回折素子による回折作用または微細斜面による反射作用により、第１送信伝搬光７を第１送信出射光８へ変換して出射する。ここで第１光出射部６の光出射部はφ５−５０ｍｍで、φ３ｍｍの第１発光素子２４の発光出射面積より光出射面積を大きくする。
【００４４】
第１光入射部１０は、第２光伝搬素子９に形成した回折素子または微細斜面で構成されており、回折素子による回折作用または微細斜面による反射作用により、入射した第１受信入射光１２を第１伝搬受信光１１へ変換する。ここで第１光入射部１０の光入射部はφ５−５０ｍｍで、φ３ｍｍの第１受光素子２５の受光入射面積より光入射面積を大きくする。
【００４５】
第１光伝搬素子５と第２光伝搬素子９は積層一体化されているが、構造がほとんど同じであるので、一組の光伝搬素子と光出射部または光入射部とで兼ねることも可能である。
【００４６】
図２にあるように、送電コイル３には電源部２１が電気的に接続される。電源部２１には、商用電源を直接または図不示のＡＣアダプターなどの電圧変換器を介して、あるいは乾電池などから電気が供給される。電源部２１は電圧変換回路、整流回路、周波数変換回路、負荷検出回路、制御回路で構成され、負荷状態、温度などの周囲環境、急速充電等のユーザーが選択する充電条件などに応じて、最適な条件となる振幅、周波数、波形形状の交流電流を送電コイル３に供給し、充電が完了したことを検知したら電流供給を停止する。
【００４７】
電源部２１から供給される電流により、送電コイル３は非接触充電用の交流磁界を発生する。送電コイル３が発生する交流磁界は、コイルの中心部が最も強度が大きくなるように分布する。
【００４８】
第１発光素子２４は、例えば可視あるいは赤外線を発光する化合物半導体からなる発光ダイオードや半導体レーザのチップと、発光した光を第１光伝搬素子５へ高効率で光結合させるためにコリメートまたは集光するためのレンズとを備えており、電気信号を光信号に変換して出射する。
【００４９】
第１発光素子２４には第１発光素子駆動部２２が電気的に接続されており、第１発光素子駆動部２２は電流制御回路、波形整形回路で構成される。第１発光素子駆動部２２は、図不示のデータ入力信号に応じて、発光するために適当な電流を発光素子２４へ供給する。
【００５０】
第１受光素子２５は、例えばシリコンあるいは化合物半導体からなる受光ダイオードのチップと、受光ダイオードチップ上に光を集光するレンズとを備えており、入射した光信号を電気へ変換する。
【００５１】
第１受光素子２５には第１受光素子受信部２３が電気的に接続されており、第１受光素子受信部２３は逆バイアス電源回路、増幅回路、波形整形回路で構成される。第１受光素子受信部２３は第１受光素子２５に光電流を発生させるのに必要な逆バイアス電圧を第１受光素子２５に供給し、また第１受光素子２５で光信号から変換された電気信号を、増幅、波形整形して、図不示のデータ出力信号として出力する。
【００５２】
第１の実施形態では、送電コイル３の中心部（中心及び中心近傍を含む）を基準として、第１発光素子２４と第１受光素子２５とからなる第１光通信モジュール４は送電コイル３の外側に中心部から離れて配置している。コイルが発生する磁界の強度は、コイルの形状によるが、おおよそ距離の２乗に反比例するため、第１光通信モジュール４の位置における送電コイル３による交流磁界の強度は小さくなる。したがって、第１発光素子２４や第１受光素子２５で交流磁界により発生する誘導起電力は極めて小さく、第１発光素子２４や第１受光素子２５に発熱や電気ノイズはほとんど発生しないので、光信号の送受信でエラーは少なく、また光通信部の故障が少なくなる。
【００５３】
次に本発明の第２の実施形態に係る充電器および電子機器について、図１から５を用いて説明する。
【００５４】
第２の実施形態に係る充電器については、第１の実施の形態に係る充電器と同じなので説明は省略する。
【００５５】
図３は電子機器の斜視透視図、図４は電子機器の電気的構成図である。
【００５６】
電子機器３１は、電子機器筐体３２の内部に非接触充電用の受電コイル３３、第２発光素子５４と第１受光素子５５からなる第２光通信モジュール３４、第２発光素子５４で発光し出射した光を第２送信伝搬光３７として伝搬する第３光伝搬素子３５、電子機器３１に入射した第２受信入射光４２を第２受信伝搬光４１として第２受光素子５５へ伝搬する第４伝搬素子３９を備えている。
【００５７】
受電コイル３３は、例えばフレキシブル基板上に円形や四角、または渦巻き状などの配線パターンを形成することによりコイルを形成する。あるいは細線状の配線を円形や四角などの形状に巻いた後に樹脂等を用いて固化することによりコイルを形成する。
【００５８】
第２光モジュール３４は、第２発光素子５４と第２受光素子５５とを例えば樹脂で一体に成型されており、受電コイル３３の中心部（中心及び中心近傍を含む）を基準として、受電コイル３３の外側に配置され、第３光伝搬素子３５および第４光伝搬素子３９の端面とは、例えば光学接着剤を用いて接合することで光結合をしている。
【００５９】
第３光伝搬素子３５には、第２光出射部３６が受電コイル３３の中心部（中心及び中心近傍を含む）に形成してある。第２発光素子５４で発生した送信光は、第２送信伝搬光として第３光伝搬素子３５の中を拡散しながら伝搬し、第２光出射部３６で第３光伝搬素子３５の拡散伝搬面に対し略垂直方向に第２送信出射光３８として電子機器筐体３２の外に出射する。
【００６０】
一方、第４光伝搬素子３９には第２光入射部４０が受電コイル３３の中心部（中心及び中心近傍を含む）に形成してあり、電子機器筐体３２の外から第４光伝搬素子３９の拡散伝搬面へ略垂直に入射する第２受信入射光４２は、第２光入射部４０で第４光伝搬素子３９の拡散伝搬面内を第２光伝搬光４１として伝搬し、第２受光素子５５に受信光として入力する。
【００６１】
第３光伝搬素子３５としては、例えば板状のガラス材やポリマー材に屈折率分布を持たせ、光を閉じ込めて面内を伝搬させる光導波路や、液晶表示器の照明に用いるガラス材やプラスチック材からなる導光板を用いる。さらに、第３光伝搬素子３５の内部で光をより拡散伝搬させるために、例えば光の波長程度の径を持つ第３光伝搬素子３５の基材より屈折率の高い球状のポリマー材を基材に分散して球状のポリマー材の界面で光の屈折角や反射角を拡散し、あるいは第３光伝搬素子３５の界面に波長程度の微細な凹凸や斜面を形成し、これら凹凸や斜面で光の反射方向を拡散させる。
【００６２】
第２光出射部３６は、第３光伝搬素子３５に形成した回折素子または微細斜面で構成されており、回折素子による回折作用または微細斜面による反射作用により、第２送信伝搬光３７を第２送信出射光３８へ変換して出射する。ここで第２光出射部３６の光出射部はφ５−５０ｍｍで、φ３ｍｍの第２発光素子５４の発光出射面積より光出射面積を大きくする。
【００６３】
第２光入射部４０は、第４光伝搬素子３９に形成した回折素子または微細斜面で構成されており、回折素子による回折作用または微細斜面による反射作用により、入射した第２受信入射光４２を第１伝搬受信光４１へ変換する。ここで第２光入射部４０の光入射部はφ５−５０ｍｍで、φ３ｍｍの第２受光素子５５の受光入射面積より光入射面積を大きくする。
【００６４】
第３光伝搬素子３５と第４光伝搬素子３９は積層一体化されているが、構造がほとんど同じであるので、一組の光伝搬素子と光出射部または光入射部とで兼ねることも可能である。
【００６５】
図４にあるように、受電コイル３３には充電部５１が電気的に接続される。充電器１による交流磁界が受電コイル３３に電磁誘導して発生した電流は、充電部５１に供給される。充電部５１は電圧変換回路、整流回路、負荷検出回路、制御回路で構成され、負荷状態、温度などの周囲環境、急速充電等のユーザーが選択する充電条件などに応じて、最適な電流値の充電電流を二次電池５６に供給し、充電が完了したことを検知したら電流供給を停止する。
【００６６】
第２発光素子５４は、例えば可視あるいは赤外線を発光する化合物半導体からなる発光ダイオードや半導体レーザのチップと、発光した光を第２光伝搬素子３５へ高効率で光結合させるためにコリメートまたは集光するためのレンズとを備えており、電気信号を光信号に変換して出射する。
【００６７】
第２発光素子５４には第２発光素子駆動部５２が電気的に接続されており、第２発光素子駆動部５２は電流制御回路、波形整形回路で構成される。第２発光素子駆動部５２は、図不示のデータ入力信号に応じて、発光するために適当な電流を発光素子５４へ供給する。
【００６８】
第２受光素子５５は、例えばシリコンあるいは化合物半導体からなる受光ダイオードのチップと、受光ダイオードチップ上に光を集光するレンズとを備えており、入射した光信号を電気へ変換する。
【００６９】
第２受光素子５５には第２受光素子受信部５３が電気的に接続されており、第２受光素子受信部５３は逆バイアス電源回路、増幅回路、波形整形回路で構成される。第２受光素子受信部５３は第２受光素子５５に光電流を発生させるのに必要な逆バイアス電圧を第２受光素子５５に供給し、また第２受光素子５５で光信号から変換された電気信号を、増幅、波形整形して、図不示のデータ出力信号として出力する。
【００７０】
図５は充電器１と電子機器３１とを対向させ、充電器１と電子機器３１との間で、非接触充電および光無線通信をする場合の断面図である。
【００７１】
充電器筐体２の光入出力面は第１筐体窓部６１を備えており、第１筐体窓部６１は第１送信出射光８および第１受信入射光１２の光の波長を透過する樹脂材料を用いている。第１筐体窓部６１は光を透過させると共に、充電器筐体２の内部に埃や水などの異物が入ることを防ぐ。
【００７２】
また充電器１では、充電器筐体２の内部へ向かって、第１筐体窓部６１、送電コイル３、第１光伝搬素子５および第２光伝搬素子９を順に配置している。
【００７３】
電子機器筐体３２の光入出力面は第２筐体窓部６２を備えており、第２筐体窓部６２は第２送信出射光３８および第２受信入射光４２の光の波長を透過する樹脂材料を用いている。第２筐体窓部６２は光を透過させると共に、電子機器筐体３２の内部に埃や水などの異物が入ることを防ぐ。
【００７４】
また電子機器３１では、電子機器筐体３２の内部へ向かって、第２筐体窓部６２、受電コイル３３、第３光伝搬素子３５および第４光伝搬素子３９を順に配置している。
【００７５】
充電器１と電子機器３１とは、充電器１の送電コイル３の中心部（中心及び中心近傍を含む）と、電子機器３１の受電コイル３１の中央部とが略一致するように対向配置し、非接触充電および光無線通信を行う。なお充電器１と電子機器３１とが対向配置しやすいように、例えば充電器筐体２または電子機器筐体３２に凹凸部を形成してもよい。
【００７６】
対向配置した充電器１と電子機器３１との間では、送電コイル３が発生する交流磁界により受電コイル３１には電磁誘導により誘導起電力が発生して電流が流れ、この電流は充電部５１に供給されて二次電池５６が充電される。
【００７７】
また、充電器１からの第１筐体窓部６１を通して出射される第１送信出射光８は、第２受信入射光４２となって第２筐体窓部６２を透過して電子機器３１へ入射し、電子機器３１からの第２筐体窓部６２を通して出射される第２送信出射光３８は、第１受信入射光１２となって充電器１の第１筐体窓部６１へ入射することで、充電器１と電子機器３１との間で光無線通信をする。
【００７８】
第２の実施形態では、受電コイル３３の中心部（中心及び中心近傍を含む）を基準として、第２発光素子５４と第２受光素子５５とからなる第３光通信モジュール３４は受電コイル３３の外側に中心部から離れて配置している。送電コイル３が発生する磁界の強度は、コイルの形状によるが、おおよそ距離の２乗に反比例するため、第２光通信モジュール３４の位置における送電コイル３による交流磁界の強度は小さくなる。したがって、第２発光素子５４や第２受光素子５５で交流磁界により発生する誘導起電力は極めて小さく、第２発光素子５４や第１受光素子５５に発熱や電気ノイズはほとんど発生しないので、光信号の送受信でエラーは少なく、また光通信部の故障が少なくなる。
【００７９】
また、送電コイル３の中心部（中心及び中心近傍を含む）に、第１発光素子２４の発光出射面積より大きい面積の第１光出射部６を、また第１受光素子２５の受光入射面積より大きい面積の第１光入射部１０を配置し、さらに受電コイル３３の中心部（中心及び中心近傍を含む）に、第２発光素子５４の発光出射面積より大きい面積の第２光出射部３６を、また第２受光素子５５の受光入射面積より大きい面積の第２光入射部４０を配置しているので、充電器１と電子機器３１との間で回転や微小な位置ずれが生じても、第１光出射部６と第２光入射部４０との間、および第２光出射部３６と第１光入射部１０との間では光結合に必要な光出入射部の重なり面積が確保されるので、光無線通信を行うことができる。
【００８０】
次に本発明の第３の実施形態に係る電子機器について、図６の透明斜視図および図７の断面図を用いて説明する。
【００８１】
第３の実施形態に係る電子機器は、光入出力面側の電子機器筐体３２の表面に第３光伝搬素子３５および第４光伝搬素子３９の外形に合わせて形成したくり抜き部分に、第３光伝搬素子３５および第４光伝搬素子３９を嵌め込こみ、電子機器筐体３２と第３光伝搬素子３５および第４光伝搬素子３９とを接着剤を用いて一体化して、第３光伝搬素子３５および第４光伝搬素子３９は電子機器筐体３２の一部となるようにしている。したがって第３の実施形態における電子機器３１では、電子機器筐体３２の内部へ向かって、第３光伝搬素子３５および第４光伝搬素子３９、受電コイル３３の順に配置される。
【００８２】
また第３光伝搬素子３５および第４光伝搬素子３９は、第２の実施携帯における筐体窓部と同様に、電子機器筐体３２の内部に埃や水などの異物が入ることを防ぐ働きもしている。
【００８３】
第３光伝搬素子３５および第４光伝搬素子３９の構成は、第２の実施の形態と同じであり、第３光伝搬素子３５と第４光伝搬素子３９とを積層一体化している。
【００８４】
またその他の符号は第２の実施の形態と同じである。
【００８５】
電子機器３２への第２受信入射光４２は、第２光入射部４０へ直接入射し、また電子機器３２からの第２送信出射光３８は、第２光出射部３６から直接へ出射する。
【００８６】
第３の実施形態では、第２の実施形態における効果に加え、第３光伝搬素子３５および第４光伝搬素子３９を電子機器筐体３２と一体化しているため、電子機器筐体３２の内部に第２光出射部３６および第２光入射部４０がある場合と比べ、電子機器３１はより薄型化されている。
【００８７】
また、電子機器筐体３２の表面部に第２光出射部３６および第２光入射部４０を配置しているので、電子機器筐体３２の内部に第２光出射部３６および第２光入射部４０がある場合には必要となる筐体窓部は不要となり、筐体窓部による光吸収や光散乱がないので、光信号強度の低下による光信号の送受信でのエラーが少ない。
【００８８】
さらに、電子機器筐体３２の表面部で第２送信出射光３８および第２受信入射光４２は出射および入射するため、電子機器筐体３２の内部に第２光出射部３６および第２光入射部４０がある場合と比べ、例えば充電器などの外部接続機器との間での光伝搬距離は短くなるので、光伝搬距離の増大に伴う光の空間的広がりによる光信号強度の低下が抑えられ、光信号の送受信でのエラーが少ない。
【００８９】
なお、第３の実施形態の電子機器と同様に、充電器において、光入出力面側の充電器筐体の表面に第１光伝搬素子および第２光伝搬素子の外形に合わせて形成したくり抜き部分に、第１光伝搬素子および第２光伝搬素子を嵌め込こみ、充電器と第１光伝搬素子および第２光伝搬素子とを接着剤を用いて一体化して、第１光伝搬素子および第２光伝搬素子は充電器筐体の一部となるようにすることにより、充電器の薄型化や充電器と電子機器との間の光信号の送受信でのエラーを少なくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明に係る充電器は、送電コイルの中心部を基準に送電コイルの外側に発光素子または受光素子を配置し、送電コイルの中心部に光出射部または光入射部を備えた光伝搬素子を介して発光素子からの光を充電器の外部に出射または充電器の外部からの光を受光素子に入射するので、また、本発明に係る電子機器は、受電コイルの中心部を基準に受電コイルの外側に発光素子または受光素子を配置し、受電コイルの中心部に光出射部または光入射部を備えた光伝搬素子を介して発光素子からの光を電子機器の外部に出射または電子機器の外部からの光を受光素子に入射するので、非接触充電を行う充電器と電子機器との間において、非接触充電に伴う交流磁界の影響を受けることなく確実に光無線通信を行うことができ、また充電器と電子機器との間で回転や微小な位置ずれが生じても確実に光無線通信を行うことができるという効果を有し、充電器と電子機器、および充電器と電子機器からなる電子機器充電システムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る充電器を示す斜視透視図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る充電器の電気的構成図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電子機器を示す斜視透視図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る電子機器の電気的構成図
【図５】本発明の第２の実施形態における充電器と電子機器との間で非接触充電および光無線通信をしている状態を示す断面図
【図６】本発明の第３の実施形態に係る電子機器を示す斜視透視図
【図７】本発明の第３の実施形態に係る電子機器を示す断面図
【図８】従来の非接触電源装置を示す斜視図
【符号の説明】
【００９２】
１    充電器
２    充電器筺体
３    送電コイル
４    第１光通信モジュール
５    第１光伝搬素子
６    第１光出射部
７    第１送信伝搬光
８    第１送信出射光
９    第２光伝搬素子
１０    第１光入射部
１１    第１受信伝搬光
１２    第１受信入射光
２１    電源部
２２    第１発光素子駆動部
２３    第１受光素子受信部
２４    第１発光素子
２５    第１受光素子
３１    電子機器
３２    電子機器筺体
３３    受電コイル
３４    第２光通信モジュール
３５    第３光伝搬素子
３６    第２光出射部
３７    第２送信伝搬光
３８    第２送信出射光
３９    第４光伝搬素子
４０    第２光入射部
４１    第２受信伝搬光
４２    第２受信入射光
５１    充電部
５２    第２発光素子駆動部
５３    第２受光素子受信部
５４    第２発光素子
５５    第２受光素子
５６    二次電池  
６１    第１筺体窓部
６２    第２筺体窓部
【図１】
2010200511.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010200511.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010200511.tif 000007
【図６】
2010200511.tif 000008
【図７】
2010200511.tif 000009
【図８】
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