(57)【要約】【課題】  送電装置から受電装置に電力を空間伝送する。【解決手段】  レーザダイオード（１２）は、低パワーの受電装置検出用ダミー光と高パワーの送電用レーザ光を選択的に出力する。レーザダイオード（１２）の出力レーザ光は、レンズ（１６）によりビーム拡がりを調整されて、送電装置（１０）の外部に出射される。受光素子（４２）の周囲に配置される４つのコーナーキューブリフレクタ（ＣＣＲ）（４４〜５０）が、送電装置（１０）からの受電装置検出用ダミー光を反射する。制御装置（３０）は、受電装置（４０）からの反射光に従い、レンズ（１６）のフォーカスを調整し、光軸偏向装置（３２）によりレーザ出射方向を制御する。これらの調節後、制御装置（３０）は、レーザダイオードから送電用レーザ光を出力させる。受電装置（４０）の受光素子（４２）は、送電装置（１０）からの送電用レーザ光を受光して電気エネルギーに変換する。【選択図】  図１
2008245404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置から受電装置に電力を空間伝送する電力伝送システムであって、
当該送電装置が、
広いビーム拡がり角で低パワーの受電装置検出用ダミー光と細いビームで高パワーの送電用レーザ光を選択的に出力可能なレーザ出射装置（１２，１６）と、
当該レーザ出射装置の出力レーザ光の出射方向を偏向可能な光軸偏向装置（３２）と、
当該受電装置検出用ダミー光の当該受電装置からの反射光に従い、当該光軸偏向装置を制御する制御装置（３０）
とを具備し、
当該受電装置は、
当該送電装置からの当該受電装置検出用ダミー光を入射方向に反射する反射器（４４，４６，４８，５０）と、
当該送電装置からの当該送電用レーザ光を光電変換する受光器（４２）
とを具備することを特徴とする電力伝送システム。
【請求項２】
当該レーザ出射装置が、出力パワーを選択可能なレーザ発生装置（１２）と、当該レーザ発生装置の出力レーザ光のビーム拡がりを調節するビーム調節装置（１６，２０）とを具備することを特徴とする電力伝送システム。
【請求項３】
当該受電装置は更に、二次電池（５４）と、当該受光器（４２）の出力電気信号に従い、当該二次電池を充電する受電装置５２とを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力伝送システム。
【請求項４】
当該反射器が、１以上のコーナーキューブリフレクタ（４４，４６，４８，５０）からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力伝送方法及びシステムに関し、より具体的には、光により電力を伝送する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池などの光電変換素子又は受光素子は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子でもある。太陽、蛍光灯などの種々の照明装置、並びに、レーザ及び発光ダイオード等の発光素子等が、光源として利用され得る。
【０００３】
短時間に大電力を伝送するには、光源の出力光の輝度を上げるか、受光素子の受光面積を上げるか、その両方の何れかが必要になる。但し、高輝度の光源を利用する場合、安全性を確保する必要があるので、開放空間では使いづらい。通常は、受光光学系の形状や構造を工夫している（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−１６５５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
大電力を伝送しようとすると、光源の高出力化を避けえない。レーザを利用できればよいが、空間を伝搬させると危険である。
【０００５】
本発明は、開放空間で高輝度光を伝搬させつつ、安全に電力を伝送できる電力伝送システムを提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電力伝送システムは、送電装置から受電装置に電力を空間伝送する電力伝送システムであって、当該送電装置が、広いビーム拡がり角で低パワーの受電装置検出用ダミー光と細いビームで高パワーの送電用レーザ光を選択的に出力可能なレーザ出射装置と、当該レーザ出射装置の出力レーザ光の出射方向を偏向可能な光軸偏向装置と、当該受電装置検出用ダミー光の当該受電装置からの反射光に従い、当該光軸偏向装置を制御する制御装置とを具備し、当該受電装置は、当該送電装置からの当該受電装置検出用ダミー光を入射方向に反射する反射器と、当該送電装置からの当該送電用レーザ光を光電変換する受光器とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レーザ光で高効率に送電装置から受電装置に電力を空間伝送できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示し、図２は、本実施例の光学系の斜視図を示す。
【００１０】
本実施例では、送電装置１０は、給電開始を指示するユーザの所定操作に応じて、広いビーム拡がり角で低パワーのダミー光（受電装置検出用ダミー光）を出射して、受電装置４０の存在と方向を確認する。そして、受電装置４０の存在と方向を確認できると、送電装置１０は、確認できた受電装置４０の受光部に向けて、受光部の面積程度の細いビームで高パワー、例えば、数十ｍＷ〜数Ｗのレーザ光（送電用レーザ光）を出射する。詳細は後述するが、送電装置１０は、送電用レーザ光の出射方向を互いに直交する２方向、例えば、水平面内と垂直面内の２方向で偏向する手段を具備する。
【００１１】
レーザダイオード１２は、出力パワーを制御可能であり、駆動装置１４により駆動されて、低パワーの受電装置検出用ダミー光又は高パワーの送電用レーザ光を出力する。レーザダイオード１２の出力レーザ光は、レンズ１６によりビーム拡がりを調整され、更にハーフミラー１８により反射されて、送電装置１０の外部に出射される。焦点制御装置２０は、この段階では、送電装置１０が広いビーム拡がり角の受電装置検出用ダミー光１２ａを外部に出力するように、レンズ１６のフォーカスを調整する。例えば、焦点制御装置２０は、レンズ１６をデフォーカス状態に制御する。
【００１２】
受電装置４０は、携帯機器、例えば、携帯電話機であり、送電装置１０からの送電用レーザ光を受光して電気エネルギーに変換する受光素子４２と、受光素子４２の周囲に配置される４つのコーナーキューブリフレクタ（ＣＣＲ）４４，４６，４８，５０を具備する。ＣＣＲ４４，４６，４８，５０は、周知のごとく、入射光をそのまま入射方向に反射する反射器であり、本実施例では、送電装置１０からの受電装置検出用ダミー光を反射するために設置される。受光素子４２と４つのＣＣＲ４４，４６，４８，５０は、ＣＣＲ４４とＣＣＲ４８を結ぶ線と、ＣＣＲ４６とＣＣＲ５０を結ぶ線が交差する位置に受光素子４２が位置するように、配置されている。後述するように、本実施例では、ＣＣＲ４４，４６，４８，５０の反射光により、受光素子４２の位置、より具体的には送電装置１０から見た方向を特定するので、ＣＣＲ４４とＣＣＲ４８を結ぶ線と、ＣＣＲ４６とＣＣＲ５０を結ぶ線は、互いに直交しているのが好ましい。
【００１３】
送電装置１０からの受電装置検出用ダミー光がＣＣＲ４４，４６，４８，５０に入射すると、ＣＣＲ４４，４６，４８，５０は、そのダミー光を送電装置１０に向け反射する。反射されたダミー光は、その一部がハーフミラー１８を透過し、レンズ２２を介して、撮像素子２４に入射する。
【００１４】
撮像素子２４は、ＣＣＲ４４，４６，４８，５０からの反射光を含む画像信号を出力する。画像表示装置２６は、撮像素子２４から出力される画像信号を画像として表示する。また、画像処理・認識装置２８は、撮像素子２４の出力画像信号から、ＣＣＲ４４，４６，４８，５０からの反射光の位置とスポットサイズを検出し、検出結果を制御装置３０に供給する。制御装置３０は、画像処理・認識装置２８からの反射光のスポットサイズが最小になるように、即ち、受電装置４２にピントが合うように、焦点制御装置２０によりレンズ２２のフォーカスを調節させる。この調節より、撮像素子２４の撮像視野内で、ＣＣＲ４４，４６，４８，５０の位置を特定できる。オペレータ又はユーザは、画像表示装置２６の表示画像から、送電装置１０が受電装置４０に適切に送電用レーザ光を照射しているかどうかを確認できる。
【００１５】
制御装置３０は、ＣＣＲ４４，４６，４８，５０の４つの反射スポットの中心が撮像素子２４の撮像視野内で中央に位置するように、ダミー光１２ａの出射方向を変更する。この光軸調整のために、本実施例では、送電装置１０の、レーザダイオード１２，レンズ１６，ハーフミラー１８，レンズ２２及び撮像素子２４は、共通の台３４（図２）上に設置される。光軸偏向装置３２が、制御装置３０からの指示に従い、台３４を互いに直交する２方向（例えば、水平面内のパンと垂直面内のチルトの２方向）で回転させる。この動作により、光軸偏向装置３２は、送電装置１０から出射される出射レーザ光の光軸を、受電装置４０の受光素子４２に向けることができる。光軸偏向装置３２は、図２に示すように、パンのためのモータ３４ａと、チルトのためのモータ３４ｂを具備する。勿論、光学素子により、光軸を所望の方向に偏向しても良い。
【００１６】
出射レーザ光の光軸が、受電装置４０の受光素子４２に合うと、制御装置３０は、送電装置１０が狭ビーム拡がり角の送電用レーザ光を出射するように、駆動装置１４及び焦点制御装置２０を制御する。具体的には、駆動装置１４は、レーザダイオード１２から高パワーのレーザ光を出射させ、焦点制御装置２０は、送電装置１０の出力レーザ光がぎりぎり受電装置４０の受光素子４２に入射する程度に、例えば受電装置１０の受光素子４２にフォーカスするように、レンズ１６のフォーカスを制御する。これにより、高パワーの細いビームのレーザ光が受光素子４２に入射しつつ、周囲の人の目にレーザビームが入ることは無い。
【００１７】
受光素子４２は、送電装置１０からの送電用レーザ光のエネルギーを電気エネルギーに変換する。充電装置５２は、受光素子４２の出力電気エネルギーにより、二次電池５４を充電する。
【００１８】
制御装置３０は、送電用レーザ光を出射する状態が所定時間、継続すると、レーザダイオード１２の出力パワーを下げさせ、外部に出力されるレーザビームの拡がり角を広くする。即ち、受電装置４０への給電を停止する。勿論、送電装置１０は、レーザビームの出力を完全に停止しても良い。この場合、ユーザの所定の操作に応じて、送電装置１０は、受電装置検出用ダミー光を出力して、受電装置４０を探索し、受電装置４０を発見できたら、上述のように、送電用レーザ光を出射する。
【００１９】
受電装置検出用ダミー光の拡がりは、送電装置１０と受電装置４０との間の想定される距離において、撮像素子２４の撮影視野とほぼ同程度にしておくのが好ましい。
【００２０】
ＣＣＲの位置と個数は、ＣＣＲの位置から受光素子の中心を決定できるように設定されていればよい。ＣＣＲの配置例を図３乃至図７に示す。図３は、受光素子４２の中心に１個のＣＣＲ４４ａを配置した例を示す。図４は、受光素子４２の左右にそれぞれ１個のＣＣＲ４４ｂ，４６ｂを配置した例を示す。図５は、受光素子４２の周囲に３個のＣＣＲ４４ｃ，４６ｃ，４８ｃを等角度で配置した例を示す。図６は、受光素子４２の周囲に４個のＣＣＲ４４ｄ，４６ｄ，４８ｄ，５０ｄを等角度で配置した例を示す。図７は、図６に示す構成に加えて、受光素子４２の中心にＣＣＲ５０ｅを配置した例を示す。
【００２１】
単一の受光素子４２を電力受信に使用する実施例を説明したが、複数の受光素子を併置しても良い。図８乃至図１１は、複数の受光素子を併置する構成の例を示す。図８は、２つの受光素子４２ａ，４２ａを横に並べた構成例を示す。図９は、３つの受光素子４２ｂ，４２ｂ，４２ｂを横に並べた構成例を示す。図１０は、４つの受光素子４２ｃ，４２ｃ，４２ｃ，４２ｃを２×２のマトリクス状に配置した構成例を示す。図１１は、多数の受光素子４２ｄをマトリクス状に配置した構成例を示す。
【００２２】
上述の実施例は、例えば、次のように具体化される。即ち、受電装置４０となる携帯電話機を置く台の上方に、送電装置１０を配置する。ユーザが、受電装置４０を、その受光素子４２を上向きにその台上に置くと、送電装置１０が、受電装置４０の位置を自動認識し、送電用レーザ光を受電装置４０の受光素子４２に正しく照射する。ユーザが、受電装置４０となる携帯電話機をある範囲内に適当に置くだけで良く、ユーザの使い勝手が向上する。
【００２３】
レーザダイオードを光源とする実施例を説明したが、高輝度発光ダイオードを使用しても良い。
【００２４】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施例の概略構成ブロック図である。
【図２】図１に示す実施例の光学系の概略構成図である。
【図３】ＣＣＲの配置例である。
【図４】ＣＣＲの配置例である。
【図５】ＣＣＲの配置例である。
【図６】ＣＣＲの配置例である。
【図７】ＣＣＲの配置例である。
【図８】複数の受光素子を使う場合の受光素子の配置例である。
【図９】複数の受光素子を使う場合の受光素子の配置例である。
【図１０】複数の受光素子を使う場合の受光素子の配置例である。
【図１１】複数の受光素子を使う場合の受光素子の配置例である。
【符号の説明】
【００２６】
１０：送電装置
１２：レーザダイオード
１２ａ：受電装置検出用ダミー光
１４：駆動装置
１６：レンズ
１８：ハーフミラー
２０：焦点制御装置
２２：レンズ
２４：撮像素子
２６：画像表示装置
２８：画像処理・認識装置
３０：制御装置
３２：光軸偏向装置
３４：台
３４ａ：パン用モータ
３４ｂ：チルト用モータ
４０：受電装置
４２：受光素子
４４，４６，４８，５０：コーナーキューブリフレクタ（ＣＣＲ）
５２：充電装置
５４：二次電池
【図１】
2008245404.tif 000003
【図２】
2008245404.tif 000004
【図３】
2008245404.tif 000005
【図４】
2008245404.tif 000006
【図５】
2008245404.tif 000007
【図６】
2008245404.tif 000008
【図７】
2008245404.tif 000009
【図８】
2008245404.tif 000010
【図９】
2008245404.tif 000011
【図１０】
2008245404.tif 000012
【図１１】
2008245404.tif 000013