(57)【要約】【課題】赤外線を用いた既電力伝送装置（例えば、特願２００１−３１６８１７号及び特願２００２−１０６７５９号公報参照）は発光ダイオードへ流す供給電流は発熱の関係で間欠動作を行なっているが、供給電流Ｉｍａｘで制限され、赤外線を用いた電力伝送は不可能であるが本考案はこれを解決している。【解決手段】球面反射鏡を用いた受光素子合成型或いは仮想楕円形の焦点を利用した楕円弧反射型の方式で遠距離の大電力伝送を得ている。更に信号伝送（デジタル又はアナログ）も併せて電力伝送信号に重畳して電力と信号の同時伝送を行う事が出来る。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を用いて光エネルギーを転送する場合、発光素子の光量を受光素子に有効に伝送するために、楕円球面反射鏡の一方の焦点位置に発光素子を位置せしめ、もう一方の焦点位置に受光素子を配置せしめた光エネルギー伝送システム装置。
【請求項２】
光エネルギー伝送システムの受光素子について、受光効率の良い球面反射鏡の焦点に受光素子を設置する構造が使用されている。本件では、同一中心点を共有する球面反射鏡において、近接した複数本の半径線上にある複数の光学焦点位置に各々受光素子を配置せしめる事で、一つの反射球面鏡で複数倍の光エネルギーを受光可能とする受光装置。
但し、この場合、光エネルギー送信用の発光素子は一つの受光用反射鏡内の各々の焦点と球面中心を結んだ複数個の延長線上に配置されている事が必要である。
尚、発光素子は発光用半導体チップ（例えばＧａＡｓ発光ダイオードチップ）を反射鏡面内の焦点位置に鏡面の中心に向けて設置発光させる事を条件とする。
【請求項３】
複数個（例えばｎ個）の発光ダイオードに各々対応した受光ダイオードを配置せしめる場合、ｎ個の発光ダイオードに１／ｎの時分割をし、許容電力のｎ倍を供給することで、受光素子の受光エネルギー（電力）をｎ倍に向上させることを可能としたエネルギー伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光、受光ダイオードを使用した電力伝送装置に関する。特に遠距離の電力伝送に関するもので発光、受光ダイオードの素子及び発光ダイオードの動作に独特の工夫を凝らした遠距離電力伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力伝送装置は反射型発光ダイオードで電力伝送し、ホトダイオードのチップを直列接続、錠前装置に応用したものがあるが（例えば、特願２００１−３１６８１７号公報参照）、これは近接型である。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
例えば、特願２００１−３１６８１７号公報に示す従来の電力伝送装置はＧａＡｓ系の反射型発光ダイオードに対向して、４個のホトダイオードを直列接続し、受光ダイオードとしたが、これは近接型であり、電力不足の為、遠距離電力伝送には不向きである。又、発光ダイオード２個内蔵の反射型発光ダイオード（例えば特願２００２−１０６７５９号公報参照）を使用した電力伝送もあるが供給電流に制限がある為、遠距離の電力伝送はできない。
【０００４】
本発明は遠距離電力伝送を行なう為に、発光ダイオード、受光ダイオード共に高効率発光、受光を行なう事を狙った、素子、システムを原理的に改善した装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記、特願２００１−３１６８１７号における発光ダイオード側の電力、受光ダイオート側の電力変換効率を算出、発光ダイオードの発光特性を考慮し、原理的に改善を図ったものである。
【０００６】
発光ダイオードを用いて遠距離の電力伝送する方法として例えばレーザダイオードを用いる方法があるが、空間を媒体として飛ばす事は非常に危険である。又、ＧａＡｓ系の素材を効率良く活用する方法もあるが、例えば受光面積を大きくすると価格が膨大にアップすると同時にダイオードの接合容量が増加し、遮断周波数が低下する。これは高速データ伝送に対しては不適当である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は市販されている反射型発光ダイオードの断面図及び発光特性を示す。
反射型ダイオードの構成は図１に示す様にケース１の直方体の中に電極４が配置され、下部に凹面鏡２が取り付けられている。赤外線発光ダイオード（チップ）３は電極４に下方向（凹面鏡２側の方向）へ発光する様になっており、その発光特性は凹面鏡２の反射によって平行光となって外部へ放出される（赤外線５）。赤外線５は平行光となって外部へ放出される為、通常の砲弾型発光ダイオードと比べ赤外線が散乱しない強い赤外光となって放出される事が特徴である。
【０００８】
図２は従来の反射型発光ダイオードと同ダイオードの赤外光を受光する受光ダイオードがら成る赤外線電力伝送装置を示す。ここで反射型発光ダイオード６は周期Ｔ１がＯＮでＴ２がＯＦＦの間欠動作（図４ａ）参照）で受光ダイオード７に電力伝送されている。電力伝送を行なう為には、発光ダイオード６へ供給する電流はダイオードの最大定格電流（Ｉｍａｘ（Ａ））を流す必要がある。従って連続通電動作を行なうと発熱破損の危険がある為、このような場合、一般的には間欠動作を行なう。
ここで、信号（デジタル又はアナログ）を同時に伝送を行う為、間欠動作の中で号２０が重畳されている。発光ダイオードに２チップ入りダイオードを使用する事により、光量が増え、効率はアップするがダイオード１個当りの供給電流がＩｍａｘで制限される為、遠距離電力伝送には無理がある。
【０００９】
図３（ａ）、（ｂ）に本考案の例を示す。（ａ）に示す受光素子（受光チップ）合成型は半径ｒｏの球面反射鏡８の内部にｒｏ／２なる位置９、１０、１１に受光素子を配置する。但し、９、１０、１１に配置した各々の受光素子はそれぞれｒｏからの距離Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２離れた場所にそれぞれ発光素子１２、１３、１４が配置されており、９、１０、１１の位置はそれぞれ球面反射鏡の中心１５（ｒ０）を共有し、Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２の延長線上にある。又、発光素子１２、１３、１４はＬ０＝Ｌ１＝Ｌ２となる同一円周上に配置しても良く、直線上に配置しても良い。
ここで発光素子１２から放射された赤外光は球面反射鏡８で反射され、受光素子９に集光される。又発光素子１３から放射された赤外光は受光素子１０に集光される。発光素子１４、受光素子１１の関係も同様である（それぞれの発光素子１２、１３、１４は図１の反射型発光ダイオードを用いた方が望ましい）。従って受光素子９、１０、１１の出力は用途によって直列接続或は並列接続する事で距離Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２の遠距離（Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２＞＞ｒｏ）より電圧又は電流が加算された大電力が得られる。各々の受光素子９、１０、１１はそれぞれｒｏ／２に配置することで発光素子１２、１３、１４に対して各々の焦点となり、各々の光が集光されることを意味する。９、１０、１１の受光素子が発光素子で、発光素子１２、１３、１４が受光素子、即ち逆の場合も成立する。
【００１０】
図３（ｂ）に示す仮想楕円形において、発光ダイオードチップを焦点１７（ｆ１）に設置、焦点１７から発光した光は楕円弧反射鏡１６で反射し、他方の焦点１８（ｆ２）に集光させ、焦点１８に受光素子を配置する事で、大電力を得るものである。本考案は楕円焦点が２個ある事を利用し、一方の焦点に発光素子を配置、他方の焦点に受光素子を配置、楕円弧を反射鏡として用い、大電力を得るものである。
【００１１】
前記、（０００９）は発光素子１２、１３、１４を同時に発光した場合であるが同発光素子１２、１３、１４を間欠で動作させる場合、発光素子１２、１３、１４の供給電流を時分割で行う事もできる。これを図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示されるように供給電流をＴ１／３時分割で行なう事に依って電流は３倍のＩｍａｘ迄許容される。即ち３倍の光量が受光素子９、１０、１１に供給され、これを直列又は並列加算することによって受光素子全体の受光電力は３倍となって大電力を得る事ができる。従ってｎ個の発光素子と受光素子を使用することによりｎ倍の大電力を得る事ができる。発光素子への電流供給を時分割供給方式とした場合も受光素子で得られる合計電力は前記（０００９）と同様であるが発光ダイオードのＩｍａｘ、データ伝送速度を考慮し、用途に応じて前記（０００９）の方法と（００１１）の方法の何れかの方法を採用すれば良い。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は以上説明した様に構成されるので、以下に記載されるような効果を奏でる。
【００１３】
受光素子合成型は発光素子数と受光素子数は同一でなければならない。発光、受光素子数がｎ個ある場合はｎ倍の受光電力、即ち、球面反射鏡の曲率半径を大きくする事によって無限に大きな電力を得る事ができる。
【００１４】
楕円焦点集光型では楕円焦点が２個ある内の１個に発光素子を配置し、楕円の弧となる楕円弧の反射鏡に反射させる事によって他方の焦点に光が集光される為、該、焦点に受光素子を配置する事で光量の損失が無い大電力を得る事ができる。このとき、球面反射鏡１６は１７、１８を焦点として楕円弧の構造でなければならない。
【００１５】
受光素子合成型は各々発光、受光素子数が多くなって大型で高価であるが、遠距離伝送でも大電力が得られる特徴がある。
【００１６】
楕円焦点型は受光素子合成型と比較して小型、安価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】既存の反射型発光ダイオードの断面及び配光図である。
【図２】従来の赤外線電力伝送システムのブロック構成図である。
【図３】本考案の大電力伝送システム構成図である。
【図４】本考案の発光素子の時分割供給電流波形である。
【符号の説明】
１  反射型発光ダイオードのケース
２  反射型発光ダイオードの凹面鏡
３  赤外線発光素子（発光ダイオードチップ）
４  反射型発光ダイオードの電極（リードフレーム）
５  赤外線
６  光パワー発光ダイオード
７  光パワー受光ダイオード
８  球面反射鏡
９、１０、１１、１８  受光素子（又は発光素子）
１２、１３、１４、１７  発光素子（又は受光素子）
１６  楕円弧反射鏡
１９  発光素子のＯＮ、ＯＦＦ供給電流波形
２０  重畳信号（デジタル又はアナログ）
２１  発光素子の１／３時分割供給電流波形
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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