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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024000207
(43)【公開日】2024-01-05
(54)【発明の名称】光給電システム、給電装置及び受電装置
(51)【国際特許分類】
H04B 10/80 20130101AFI20231225BHJP
H02J 50/30 20160101ALI20231225BHJP
【ＦＩ】
H04B10/80 160
H02J50/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022098858
(22)【出願日】2022-06-20
(71)【出願人】
【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090033
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司
(74)【代理人】
【識別番号】100093045
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 良男
(72)【発明者】
【氏名】木村 良之
【テーマコード（参考）】
5K102
【Ｆターム（参考）】
5K102AH21
5K102AH23
5K102AH24
5K102AL13
5K102AL23
5K102AN01
5K102AN02
5K102AN03
5K102PB11
5K102PH31
(57)【要約】 （修正有）
【課題】給電光を介して電力と情報を同時に伝送する光給電システム、給電装置及び受電装置を提供する。
【解決手段】光給電システム１Ａは、給電装置１１０と受電装置３１０を備える。給電装置１１０は、給電光１１２を出力する発光部と、給電制御部１５０と、を有する。受電装置３１０は、入射された給電光１１２を電力に変換する第１受光部３１１ａと、入射された給電光１１２を電気信号に変換する第２受光部３１１ｂと、第２受光部３１１ｂで変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、を有する。給電制御部１５０は、給電光１１２を、少なくとも第１受光部３１１ａに照射された第１照射状態と、第１受光部３１１ａ及び第２受光部３１１ｂの双方に照射され、かつ、第１照射状態よりも第２受光部３１１ｂの被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える。
【選択図】図１
【解決手段】光給電システム１Ａは、給電装置１１０と受電装置３１０を備える。給電装置１１０は、給電光１１２を出力する発光部と、給電制御部１５０と、を有する。受電装置３１０は、入射された給電光１１２を電力に変換する第１受光部３１１ａと、入射された給電光１１２を電気信号に変換する第２受光部３１１ｂと、第２受光部３１１ｂで変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、を有する。給電制御部１５０は、給電光１１２を、少なくとも第１受光部３１１ａに照射された第１照射状態と、第１受光部３１１ａ及び第２受光部３１１ｂの双方に照射され、かつ、第１照射状態よりも第２受光部３１１ｂの被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
給電装置と受電装置を備え、
前記給電装置は、給電光を出力する発光部と、給電制御部と、を有し、
前記受電装置は、入射された前記給電光を電力に変換する第１受光部と、入射された前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、を有し、
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える、
光給電システム。
前記給電装置は、給電光を出力する発光部と、給電制御部と、を有し、
前記受電装置は、入射された前記給電光を電力に変換する第１受光部と、入射された前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、を有し、
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える、
光給電システム。
【請求項2】
前記第２照射状態は、前記第２受光部の被照射面積が互いに異なる複数の照射状態を含む、
請求項１に記載の光給電システム。
請求項１に記載の光給電システム。
【請求項3】
前記発光部、前記第１受光部及び前記第２受光部の各々は、レーザー波長５００ｎｍ以下のレーザー媒体を含む光電変換素子である、
請求項１に記載の光給電システム。
請求項１に記載の光給電システム。
【請求項4】
入射された給電光を電気に変換する第１受光部及び第２受光部に向けて前記給電光を出力する発光部と、給電制御部と、を備え、
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える、
給電装置。
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える、
給電装置。
【請求項5】
前記給電制御部は、前記給電光のピント調整を行うことにより、前記給電光を前記第１照射状態と前記第２照射状態とに切り替える、
請求項４に記載の給電装置。
請求項４に記載の給電装置。
【請求項6】
前記給電制御部は、前記給電光の被照射位置を移動させることにより、前記給電光を前記第１照射状態と前記第２照射状態とに切り替える、
請求項４に記載の給電装置。
請求項４に記載の給電装置。
【請求項7】
前記給電制御部は、前記発光部の出力を一定に保持しつつ、前記給電光を前記第１照射状態と前記第２照射状態とに切り替える、
請求項４に記載の給電装置。
請求項４に記載の給電装置。
【請求項8】
入射された給電光を電力に変換する第１受光部と、
入射された給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、
を備え、
前記第１受光部と前記第２受光部は、並設されるとともに、
前記給電光が少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記給電光が前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、を取り得る、
受電装置。
入射された給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、
を備え、
前記第１受光部と前記第２受光部は、並設されるとともに、
前記給電光が少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記給電光が前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、を取り得る、
受電装置。
【請求項9】
前記第１受光部と前記第２受光部は、互いの受光面を当接させた状態で並設されている、
請求項８に記載の受電装置。
請求項８に記載の受電装置。
【請求項10】
前記第１受光部と前記第２受光部は、互いの受光面の間に隙間を介在させた状態で並設されている、
請求項８に記載の受電装置。
請求項８に記載の受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光給電システム、給電装置及び受電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近時、電力を光（給電光と呼ばれる）に変換して伝送し、当該給電光を電気エネルギーに変換して電力として利用する光給電システムが研究されている。
特許文献１には、電気信号で変調された信号光、及び電力を供給するための給電光を発信する光発信機と、上記信号光を伝送するコア、上記コアの周囲に形成され上記コアより屈折率が小さく上記給電光を伝送する第１クラッド、及び上記第１クラッドの周囲に形成され上記第１クラッドより屈折率が小さい第２クラッド、を有する光ファイバーと、上記光ファイバーの第１クラッドで伝送された上記給電光を変換した電力で動作し、上記光ファイバーのコアで伝送された上記信号光を上記電気信号に変換する光受信機と、を備えた光通信装置が記載されている。
特許文献１には、電気信号で変調された信号光、及び電力を供給するための給電光を発信する光発信機と、上記信号光を伝送するコア、上記コアの周囲に形成され上記コアより屈折率が小さく上記給電光を伝送する第１クラッド、及び上記第１クラッドの周囲に形成され上記第１クラッドより屈折率が小さい第２クラッド、を有する光ファイバーと、上記光ファイバーの第１クラッドで伝送された上記給電光を変換した電力で動作し、上記光ファイバーのコアで伝送された上記信号光を上記電気信号に変換する光受信機と、を備えた光通信装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１０－１３５９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
光給電システムにおいて給電光に情報を挿入することで電力と情報とを同時に伝送できると有用である。
本開示は、給電光を介して電力と情報を同時に伝送することを目的とする。
本開示は、給電光を介して電力と情報を同時に伝送することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示に係る光給電システムは、
給電装置と受電装置を備え、
前記給電装置は、給電光を出力する発光部と、給電制御部と、を有し、
前記受電装置は、入射された前記給電光を電力に変換する第１受光部と、入射された前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、を有し、
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える。
給電装置と受電装置を備え、
前記給電装置は、給電光を出力する発光部と、給電制御部と、を有し、
前記受電装置は、入射された前記給電光を電力に変換する第１受光部と、入射された前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、を有し、
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える。
【0006】
本開示に係る給電装置は、
入射された給電光を電気に変換する第１受光部及び第２受光部に向けて前記給電光を出力する発光部と、給電制御部と、を備え、
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える。
入射された給電光を電気に変換する第１受光部及び第２受光部に向けて前記給電光を出力する発光部と、給電制御部と、を備え、
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える。
【0007】
本開示に係る受電装置は、
入射された給電光を電力に変換する第１受光部と、
入射された給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、
を備え、
前記第１受光部と前記第２受光部は、並設されるとともに、
前記給電光が少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記給電光が前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、を取り得る。
入射された給電光を電力に変換する第１受光部と、
入射された給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、
を備え、
前記第１受光部と前記第２受光部は、並設されるとともに、
前記給電光が少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記給電光が前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、を取り得る。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、給電光を介して電力と情報を同時に伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の第１実施形態に係る光給電システムの構成図である。
【図2】本開示の第１実施形態に係る（ａ）２つの受光部への給電光の照射を示す概念図、（ｂ）２つの受光部の正面図、（ｃ）第２受光部の出力波形例を示す図である。
【図3】本開示の第１実施形態に係る給電光の照射状態の切り替え態様の変形例を示す図である。
【図4】本開示の第１実施形態に係る受光部の変形例を示す図である。
【図5】本開示の第２実施形態に係る光給電システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に本開示の一実施形態につき図面を参照して説明する。
【0011】
〔第１実施形態〕
図１に示すように本実施形態の光給電システム１Ａは、給電装置（PSE:Power Sourcing Equipment）１１０と、受電装置（PD:Powered Device）３１０を備える。光給電システム１Ａは、給電装置１１０が生成した給電光１１２を、空間を介して受電装置３１０に伝送する。このような空間伝送の光給電方式は、ＰｏＡ（Power over Air）と呼ばれる。
なお、本開示における給電装置は電力を光エネルギーに変換して供給する装置であり、受電装置は光エネルギーの供給を受け当該光エネルギーを電力に変換する装置である。また、本開示では、給電光により電力と情報（データ）とが伝送される。
図１に示すように本実施形態の光給電システム１Ａは、給電装置（PSE:Power Sourcing Equipment）１１０と、受電装置（PD:Powered Device）３１０を備える。光給電システム１Ａは、給電装置１１０が生成した給電光１１２を、空間を介して受電装置３１０に伝送する。このような空間伝送の光給電方式は、ＰｏＡ（Power over Air）と呼ばれる。
なお、本開示における給電装置は電力を光エネルギーに変換して供給する装置であり、受電装置は光エネルギーの供給を受け当該光エネルギーを電力に変換する装置である。また、本開示では、給電光により電力と情報（データ）とが伝送される。
【0012】
給電装置１１０は、給電用半導体レーザー１１１と、給電制御部１５０を含む。
給電装置１１０は電源に接続され、給電用半導体レーザー１１１等が電気駆動される。
給電用半導体レーザー１１１は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する。
給電装置１１０は、例えばコリメータレンズ等のレンズ１１５を有し、給電用半導体レーザー１１１から出射される給電光１１２を、レンズ１１５を介して空間に送出する。レンズ１１５は、モータ等のレンズ駆動部１１６の駆動により、その中心軸方向に移動可能に構成されている。レンズ駆動部１１６によるレンズ１１５の移動により、給電光１１２のピント調整が行われる。なお、レンズ１１５は複数枚であってもよい。この場合、レンズ駆動部１１６により駆動されるレンズはそのうちの一部であってもよい。
給電装置１１０は電源に接続され、給電用半導体レーザー１１１等が電気駆動される。
給電用半導体レーザー１１１は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する。
給電装置１１０は、例えばコリメータレンズ等のレンズ１１５を有し、給電用半導体レーザー１１１から出射される給電光１１２を、レンズ１１５を介して空間に送出する。レンズ１１５は、モータ等のレンズ駆動部１１６の駆動により、その中心軸方向に移動可能に構成されている。レンズ駆動部１１６によるレンズ１１５の移動により、給電光１１２のピント調整が行われる。なお、レンズ１１５は複数枚であってもよい。この場合、レンズ駆動部１１６により駆動されるレンズはそのうちの一部であってもよい。
【0013】
給電制御部１５０は、給電用半導体レーザー１１１のレーザー発振を制御して給電光１１２の出力を制御する。また、給電制御部１５０は、レンズ駆動部１１６を動作制御して給電光１１２のピント調整を行うことにより、給電光１１２に情報を重畳させる。具体的な情報の重畳態様については後述する。
なお、給電光１１２に重畳させる情報は特に限定されない。例えば、給電装置１１０の電力伝送状態を受電装置３１０に通知する（これから給電量を上げる等）信号や、受電装置３１０の機器（又は外部機器）を制御する信号などでもよい。
なお、給電光１１２に重畳させる情報は特に限定されない。例えば、給電装置１１０の電力伝送状態を受電装置３１０に通知する（これから給電量を上げる等）信号や、受電装置３１０の機器（又は外部機器）を制御する信号などでもよい。
【0014】
受電装置３１０は、給電装置１１０からの給電光１１２を受ける受光室３１２を含む。
受光室３１２は、給電装置１１０側の壁部に開口３１２ｂを有する。給電装置１１０からの給電光１１２は、開口３１２ｂを通じて受光室３１２内に入射する。なお、開口３１２ｂには、パワーを有しない平行平板又は集光レンズなどのレンズが配置されてもよい。
受光室３１２は、給電装置１１０側の壁部に開口３１２ｂを有する。給電装置１１０からの給電光１１２は、開口３１２ｂを通じて受光室３１２内に入射する。なお、開口３１２ｂには、パワーを有しない平行平板又は集光レンズなどのレンズが配置されてもよい。
【0015】
受光室３１２の内部には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、光電変換素子である２つの受光部３１１（第１受光部３１１ａ、第２受光部３１１ｂ）が収容されている。
２つの受光部３１１は、受光室３１２内のうち、開口３１２ｂに対向する壁部に並設されている。ただし、開口３１２ｂを通じて受光室３１２内に入射する給電光１１２の中心軸（光軸）は、第１受光部３１１ａ上に位置している。２つの受光部３１１は、それぞれの受光面３１１ａｆ、３１１ｂｆに入射した給電光１１２を電気に変換する。また、本実施形態の２つの受光部３１１は、互いの受光面３１１ａｆ、３１１ｂｆを当接させた状態で並設されている。
２つの受光部３１１は、受光室３１２内のうち、開口３１２ｂに対向する壁部に並設されている。ただし、開口３１２ｂを通じて受光室３１２内に入射する給電光１１２の中心軸（光軸）は、第１受光部３１１ａ上に位置している。２つの受光部３１１は、それぞれの受光面３１１ａｆ、３１１ｂｆに入射した給電光１１２を電気に変換する。また、本実施形態の２つの受光部３１１は、互いの受光面３１１ａｆ、３１１ｂｆを当接させた状態で並設されている。
【0016】
２つの受光部３１１には、給電制御部１５０によってピント調整された給電光１１２が照射される。具体的に、給電制御部１５０は、送信する情報に基づいて、給電用半導体レーザー１１１のレーザー出力を略一定に保持しつつ給電光１１２のピント調整を行うことにより、給電光１１２を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替える。第１照射状態Ｓ１は、第２受光部３１１ｂに照射されず第１受光部３１１ａのみに照射された状態である。第２照射状態Ｓ２は、２つの受光部３１１上への被照射面積が第１照射状態Ｓ１よりも大きい状態であって、第１受光部３１１ａ及び第２受光部３１１ｂの双方に照射された状態である。
なお、給電用半導体レーザー１１１（給電光１１２）の出力が「（略）一定」であるとは、制御による能動的な出力変化が加えられることなく実質的に一定であることをいい、制御以外の外乱等による出力変化分を加味しない。
なお、給電用半導体レーザー１１１（給電光１１２）の出力が「（略）一定」であるとは、制御による能動的な出力変化が加えられることなく実質的に一定であることをいい、制御以外の外乱等による出力変化分を加味しない。
【0017】
第１照射状態Ｓ１の給電光１１２は、第１受光部３１１ａによって電力に変換される。一方、第２照射状態Ｓ２の給電光１１２は、第１受光部３１１ａの照射部分が当該第１受光部３１１ａによって電力に変換されるとともに、第２受光部３１１ｂの照射部分が当該第２受光部３１１ｂによって電気信号に変換される。
これにより、第１受光部３１１ａからは、少なくとも第１照射状態Ｓ１に対応する電力が安定して出力される。一方、第２受光部３１１ｂからは、図２（ｃ）に示すように、第２照射状態Ｓ２と第１照射状態Ｓ１とでＯＮ／ＯＦＦが切り替えられたパルス波形の信号１１４が出力される。したがって、給電光１１２を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替えることにより、変調した情報を給電光１１２に重畳させることができる。
これにより、第１受光部３１１ａからは、少なくとも第１照射状態Ｓ１に対応する電力が安定して出力される。一方、第２受光部３１１ｂからは、図２（ｃ）に示すように、第２照射状態Ｓ２と第１照射状態Ｓ１とでＯＮ／ＯＦＦが切り替えられたパルス波形の信号１１４が出力される。したがって、給電光１１２を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替えることにより、変調した情報を給電光１１２に重畳させることができる。
【0018】
なお、第１照射状態Ｓ１は、給電光１１２が少なくとも第１受光部３１１ａに照射された状態であればよく、第２照射状態Ｓ２は、第１受光部３１１ａ及び第２受光部３１１ｂの双方に照射され、かつ、第１照射状態Ｓ１よりも第２受光部３１１ｂの被照射面積が大きい状態であればよい。したがって、第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とで第２受光部３１１ｂからの電気出力の大きさが異なっていれば、第１照射状態Ｓ１において給電光１１２が第２受光部３１１ｂに照射されていてもよい。
また、図２（ｂ）、（ｃ）では、第２受光部３１１ｂからの信号１１４を二値化した例を示したが、より多値化した高次のデジタル変調を行ってもよいし、アナログ変調を行ってもよい。例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第２照射状態Ｓ２を、第２受光部３１１ｂの被照射面積が互いに異なる複数の照射状態（図３（ａ）の例では、２つの照射状態Ｓ２１、Ｓ２２）を含むものとし、信号１１４を多値化させてもよい。
また、給電光１１２を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替える手法は、給電光１１２のピント調整に限定されない。例えば図３（ｃ）に示すように、給電光１１２の照射位置を移動させることで、給電光１１２を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替えてもよい。この場合でも、第２受光部３１１ｂからの信号１１４を多値化等できる。またこの場合、第１受光部３１１ａ及び第２受光部３１１ｂ上での給電光１１２の被照射面積及びフォーカス状態は、第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とで変わっていてもよいし変わっていなくてもよい（図３（ｃ）の例では変わっていない）。
また、図２（ｂ）、（ｃ）では、第２受光部３１１ｂからの信号１１４を二値化した例を示したが、より多値化した高次のデジタル変調を行ってもよいし、アナログ変調を行ってもよい。例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第２照射状態Ｓ２を、第２受光部３１１ｂの被照射面積が互いに異なる複数の照射状態（図３（ａ）の例では、２つの照射状態Ｓ２１、Ｓ２２）を含むものとし、信号１１４を多値化させてもよい。
また、給電光１１２を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替える手法は、給電光１１２のピント調整に限定されない。例えば図３（ｃ）に示すように、給電光１１２の照射位置を移動させることで、給電光１１２を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替えてもよい。この場合でも、第２受光部３１１ｂからの信号１１４を多値化等できる。またこの場合、第１受光部３１１ａ及び第２受光部３１１ｂ上での給電光１１２の被照射面積及びフォーカス状態は、第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とで変わっていてもよいし変わっていなくてもよい（図３（ｃ）の例では変わっていない）。
【0019】
また、本実施形態では、２つの受光部３１１（第１受光部３１１ａと第２受光部３１１ｂ）が、互いの受光面３１１ａｆ、３１１ｂｆを当接させた状態で並設されていることとした。これにより、２つの受光部３１１の双方に給電光１１２が照射される場合でも、２つの受光面３１１ａｆ、３１１ｂｆの間への受光漏れを抑制でき、ひいては効率よく給電及び情報の抽出を行うことができる。
しかし、図４（ａ）に示すように、２つの受光部３１１は、互いの受光面３１１ａｆ、３１１ｂｆの間に隙間ＣＬを介在させた状態で並設されていてもよい。この場合には、例えば第１照射状態Ｓ１において第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆの端部に照射された給電光１１２が第２受光部３１１ｂに誤検出されることを抑制できる。
また、給電光１１２から情報（電気信号）を取り出す第２受光部３１１ｂは、例えば図４（ｂ）に示すように、複数設けられていてもよい。この場合、全ての第２受光部３１１ｂを第１受光部３１１ａに隣接させてもよいし、第１受光部３１１ａに隣接せずに他の第２受光部３１１ｂのみに隣接する第２受光部３１１ｂを含んでもよい。また、第１受光部３１１ａと複数の第２受光部３１１ｂとの各隣接部では、互いの受光面が当接していてもよいしその間に隙間が介在していてもよい。また、複数の第２受光部３１１ｂの各々から得られる信号（情報）は、互いに異なるものでもよいし、同じものが含まれてもよい。
しかし、図４（ａ）に示すように、２つの受光部３１１は、互いの受光面３１１ａｆ、３１１ｂｆの間に隙間ＣＬを介在させた状態で並設されていてもよい。この場合には、例えば第１照射状態Ｓ１において第１受光部３１１ａの受光面３１１ａｆの端部に照射された給電光１１２が第２受光部３１１ｂに誤検出されることを抑制できる。
また、給電光１１２から情報（電気信号）を取り出す第２受光部３１１ｂは、例えば図４（ｂ）に示すように、複数設けられていてもよい。この場合、全ての第２受光部３１１ｂを第１受光部３１１ａに隣接させてもよいし、第１受光部３１１ａに隣接せずに他の第２受光部３１１ｂのみに隣接する第２受光部３１１ｂを含んでもよい。また、第１受光部３１１ａと複数の第２受光部３１１ｂとの各隣接部では、互いの受光面が当接していてもよいしその間に隙間が介在していてもよい。また、複数の第２受光部３１１ｂの各々から得られる信号（情報）は、互いに異なるものでもよいし、同じものが含まれてもよい。
【0020】
また、受電装置３１０は、図１に示すように、受光室３１２の外部に復調回路３７０を備える。
復調回路３７０は、第２受光部３１１ｂにより給電光１１２から変換された信号１１４を復調し、給電光１１２に予め重畳されていた情報を取得する。取得された情報は、その内容に応じて、受電装置３１０の制御部等に出力されたり、外部機器に出力されたりする。
復調回路３７０は、第２受光部３１１ｂにより給電光１１２から変換された信号１１４を復調し、給電光１１２に予め重畳されていた情報を取得する。取得された情報は、その内容に応じて、受電装置３１０の制御部等に出力されたり、外部機器に出力されたりする。
【0021】
給電用半導体レーザー１１１及び２つの受光部３１１の各々は、レーザー波長５００ｎｍ以下のレーザー媒体を含む光電変換素子である。より詳しくは、給電用半導体レーザー１１１及び２つの受光部３１１の光‐電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料が、５００ｎｍ以下の短波長のレーザー波長をもった半導体とされる。
短波長のレーザー波長をもった半導体は、バンドギャップが大きく光電変換効率が高いので、光給電の発電側及び受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
そのためには、同半導体材料として、例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、レーザー波長（基本波）が２００～５００ｎｍのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
また、同半導体材料として、２．４ｅＶ以上のバンドギャップを有した半導体が適用される。
例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、バンドギャップ２．４～６．２ｅＶのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
なお、レーザー光は長波長ほど伝送効率が良く、短波長ほど光電変換効率が良い傾向にある。したがって、長距離伝送の場合には、レーザー波長（基本波）が５００ｎｍより大きいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。また、光電変換効率を優先する場合には、レーザー波長（基本波）が２００ｎｍより小さいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
これらの半導体材料は、給電用半導体レーザー１１１及び２つの受光部３１１の少なくとも１つに適用すればよい。給電側又は受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
短波長のレーザー波長をもった半導体は、バンドギャップが大きく光電変換効率が高いので、光給電の発電側及び受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
そのためには、同半導体材料として、例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、レーザー波長（基本波）が２００～５００ｎｍのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
また、同半導体材料として、２．４ｅＶ以上のバンドギャップを有した半導体が適用される。
例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、バンドギャップ２．４～６．２ｅＶのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
なお、レーザー光は長波長ほど伝送効率が良く、短波長ほど光電変換効率が良い傾向にある。したがって、長距離伝送の場合には、レーザー波長（基本波）が５００ｎｍより大きいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。また、光電変換効率を優先する場合には、レーザー波長（基本波）が２００ｎｍより小さいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
これらの半導体材料は、給電用半導体レーザー１１１及び２つの受光部３１１の少なくとも１つに適用すればよい。給電側又は受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
【0022】
以上のように、本実施形態によれば、給電光１１２が、少なくとも第１受光部３１１ａに照射された第１照射状態Ｓ１と、第１受光部３１１ａ及び第２受光部３１１ｂの双方に照射され、かつ、第１照射状態Ｓ１よりも第２受光部３１１ｂの被照射面積が大きい第２照射状態Ｓ２と、に切り替えられる。第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とを通じて第１受光部３１１ａに照射された給電光１１２は電力に変換される。一方、第２受光部３１１ｂに照射された給電光１１２は、第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とで出力の大きさが異なる電気信号に変換される。この電気信号は復調回路３７０で復調されて、給電光１１２に予め重畳されていた情報が抽出される。
すなわち、給電光１１２を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替えることにより、給電光１１２によって給電を行いつつ当該給電光１１２に情報を重畳させることができる。したがって、給電光１１２を介して電力と情報を同時に伝送することができる。
すなわち、給電光１１２を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替えることにより、給電光１１２によって給電を行いつつ当該給電光１１２に情報を重畳させることができる。したがって、給電光１１２を介して電力と情報を同時に伝送することができる。
【0023】
また、本実施形態によれば、給電制御部１５０は、給電用半導体レーザー１１１の出力を略一定に保持しつつ、給電光１１２を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替える。
これにより、例えばレーザー出力を変動させて情報を重畳させる場合に比べ、給電光１１２の出力変動を抑えて電力供給効率を向上させることができる。
これにより、例えばレーザー出力を変動させて情報を重畳させる場合に比べ、給電光１１２の出力変動を抑えて電力供給効率を向上させることができる。
【0024】
〔第２実施形態〕
図５に示すように、本実施形態の光給電システム１Ｂは、給電装置１１０を含む第１のデータ通信装置１００と、光ファイバーケーブル２００と、受電装置３１０を含む第２のデータ通信装置３００とを備える。
給電装置１１０は、給電用半導体レーザー１１１と給電制御部１５０を含む。第１のデータ通信装置１００は、給電装置１１０のほか、受信部１３０を含む。第１のデータ通信装置１００は、データ端末装置(DTE(Data Terminal Equipment))、中継器(Repeater)等に相当する。受信部１３０は、信号用フォトダイオード１３１を含む。
図５に示すように、本実施形態の光給電システム１Ｂは、給電装置１１０を含む第１のデータ通信装置１００と、光ファイバーケーブル２００と、受電装置３１０を含む第２のデータ通信装置３００とを備える。
給電装置１１０は、給電用半導体レーザー１１１と給電制御部１５０を含む。第１のデータ通信装置１００は、給電装置１１０のほか、受信部１３０を含む。第１のデータ通信装置１００は、データ端末装置(DTE(Data Terminal Equipment))、中継器(Repeater)等に相当する。受信部１３０は、信号用フォトダイオード１３１を含む。
【0025】
光ファイバーケーブル２００は、信号光の伝送路を形成する光ファイバー２５０を含む。
光ファイバーケーブル２００は、一端が第１のデータ通信装置１００に接続可能とされ、他端が第２のデータ通信装置３００に接続可能とされ、信号光を伝送する。
光ファイバーケーブル２００は、一端が第１のデータ通信装置１００に接続可能とされ、他端が第２のデータ通信装置３００に接続可能とされ、信号光を伝送する。
【0026】
受電装置３１０は、２つの受光部３１１（第１受光部３１１ａ、第２受光部３１１ｂ）を収容する受光室３１２と、復調回路３７０とを含む。第２のデータ通信装置３００は、受電装置３１０のほか、発信部３２０と、データ処理ユニット３４０とを含む。第２のデータ通信装置３００は、パワーエンドステーション(Power End Station)等に相当する。発信部３２０は、信号用半導体レーザー３２１と、モジュレーター３２２とを含む。データ処理ユニット３４０は、受信した信号を処理するユニットである。また、第２のデータ通信装置３００は、給電ネットワークにおけるノードである。または第２のデータ通信装置３００は、他のノードと通信するノードでもよい。
【0027】
第１のデータ通信装置１００は電源に接続され、給電用半導体レーザー１１１、信号用フォトダイオード１３１等が電気駆動される。また、第１のデータ通信装置１００は、給電ネットワークにおけるノードである。または第１のデータ通信装置１００は、他のノードと通信するノードでもよい。
給電用半導体レーザー１１１は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する。このとき、給電制御部１５０は、上記第１実施形態と同様に、送信する情報に基づいて、給電用半導体レーザー１１１のレーザー出力を略一定に保持しつつ給電光１１２のピント調整を行うことにより、２つの受光部３１１への給電光１１２の照射状態を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替える。第１照射状態Ｓ１は、給電光１１２が少なくとも第１受光部３１１ａに照射された状態である。第２照射状態Ｓ２は、第１受光部３１１ａ及び第２受光部３１１ｂの双方に照射され、かつ、第１照射状態Ｓ１よりも第２受光部３１１ｂの被照射面積が大きい状態である。これにより、給電光１１２に情報が重畳される。給電装置１１０からの給電光１１２は、空間を介して第２のデータ通信装置３００の受電装置３１０に伝送され、受光室３１２内に入射する。
給電用半導体レーザー１１１は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する。このとき、給電制御部１５０は、上記第１実施形態と同様に、送信する情報に基づいて、給電用半導体レーザー１１１のレーザー出力を略一定に保持しつつ給電光１１２のピント調整を行うことにより、２つの受光部３１１への給電光１１２の照射状態を第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とに切り替える。第１照射状態Ｓ１は、給電光１１２が少なくとも第１受光部３１１ａに照射された状態である。第２照射状態Ｓ２は、第１受光部３１１ａ及び第２受光部３１１ｂの双方に照射され、かつ、第１照射状態Ｓ１よりも第２受光部３１１ｂの被照射面積が大きい状態である。これにより、給電光１１２に情報が重畳される。給電装置１１０からの給電光１１２は、空間を介して第２のデータ通信装置３００の受電装置３１０に伝送され、受光室３１２内に入射する。
【0028】
受光室３１２内の第１受光部３１１ａは、第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とを通じて、照射された給電光１１２を電力に変換する。得られた電力は、発信部３２０及びデータ処理ユニット３４０の駆動電力、その他の第２のデータ通信装置３００内で必要となる駆動電力とされる。さらに第２のデータ通信装置３００は、得られた電力を外部機器用に出力可能とされていてもよい。
一方、第２受光部３１１ｂは、照射された給電光１１２を、第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とで出力の大きさが異なる電気信号に変換する。復調回路３７０は、第２受光部３１１ｂで変換された電気信号を復調して、予め給電光１１２に重畳されていた情報を抽出する。取得された情報は、その内容に応じて、データ処理ユニット３４０に出力されたり、外部機器に出力されたりする。
一方、第２受光部３１１ｂは、照射された給電光１１２を、第１照射状態Ｓ１と第２照射状態Ｓ２とで出力の大きさが異なる電気信号に変換する。復調回路３７０は、第２受光部３１１ｂで変換された電気信号を復調して、予め給電光１１２に重畳されていた情報を抽出する。取得された情報は、その内容に応じて、データ処理ユニット３４０に出力されたり、外部機器に出力されたりする。
【0029】
データ処理ユニット３４０は、入力されたデータをノードに送信し、その一方で当該ノードからデータを受信し、送信データ３２４としてモジュレーター３２２に出力する。
発信部３２０のモジュレーター３２２は、信号用半導体レーザー３２１からのレーザー光３２３を送信データ３２４に基づき変調して信号光３２５として出力する。
受信部１３０の信号用フォトダイオード１３１は、光ファイバーケーブル２００を通して伝送されてきた信号光３２５を電気信号に復調し出力する。当該電気信号によるデータがノードに送信される。当該ノードからのデータは、給電制御部１５０が給電用半導体レーザー１１１を制御して給電光１１２に重畳させる情報とされてもよい。
発信部３２０のモジュレーター３２２は、信号用半導体レーザー３２１からのレーザー光３２３を送信データ３２４に基づき変調して信号光３２５として出力する。
受信部１３０の信号用フォトダイオード１３１は、光ファイバーケーブル２００を通して伝送されてきた信号光３２５を電気信号に復調し出力する。当該電気信号によるデータがノードに送信される。当該ノードからのデータは、給電制御部１５０が給電用半導体レーザー１１１を制御して給電光１１２に重畳させる情報とされてもよい。
【0030】
第１のデータ通信装置１００からの給電光１１２は、空間を介して第２のデータ通信装置３００に伝送される。
第２のデータ通信装置３００からの信号光３２５は、光ファイバーケーブル２００に入力され、第１のデータ通信装置１００に出力される。
なお、信号光３２５は、ＰｏＡ方式で空間を介して伝送させてもよい。
第２のデータ通信装置３００からの信号光３２５は、光ファイバーケーブル２００に入力され、第１のデータ通信装置１００に出力される。
なお、信号光３２５は、ＰｏＡ方式で空間を介して伝送させてもよい。
【0031】
給電用半導体レーザー１１１及び２つの受光部３１１の各々は、光－電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料として上記第１実施形態と同様のものを含む。これにより、高い光給電効率が実現される。
【0032】
以上のように構成された光給電システム１Ｂによっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、光給電システム１Ｂにも上記第１実施形態と同様の各種変形例を適用できる。
また、光給電システム１Ｂにも上記第１実施形態と同様の各種変形例を適用できる。
【0033】
以上、本開示の各実施形態について説明した。しかし、本開示の内容は、上記実施形態に限られるものではない。実施形態で示した細部等は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0034】
以下、本開示の一実施形態を示す。一実施形態において、
（１）光給電システムは、
給電装置と受電装置を備え、
前記給電装置は、給電光を出力する発光部と、給電制御部と、を有し、
前記受電装置は、入射された前記給電光を電力に変換する第１受光部と、入射された前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、を有し、
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える。
（１）光給電システムは、
給電装置と受電装置を備え、
前記給電装置は、給電光を出力する発光部と、給電制御部と、を有し、
前記受電装置は、入射された前記給電光を電力に変換する第１受光部と、入射された前記給電光を電気信号に変換する第２受光部と、前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、を有し、
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える。
【0035】
（２）上記（１）の光給電システムにおいて、
前記第２照射状態は、前記第２受光部の被照射面積が互いに異なる複数の照射状態を含む。
前記第２照射状態は、前記第２受光部の被照射面積が互いに異なる複数の照射状態を含む。
【0036】
（３）上記（１）又は（２）の光給電システムにおいて、
前記発光部、前記第１受光部及び前記第２受光部の各々は、レーザー波長５００ｎｍ以下のレーザー媒体を含む光電変換素子である。
前記発光部、前記第１受光部及び前記第２受光部の各々は、レーザー波長５００ｎｍ以下のレーザー媒体を含む光電変換素子である。
【0037】
（４）給電装置は、
入射された給電光を電気に変換する第１受光部及び第２受光部に向けて前記給電光を出力する発光部と、給電制御部と、を備え、
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える。
入射された給電光を電気に変換する第１受光部及び第２受光部に向けて前記給電光を出力する発光部と、給電制御部と、を備え、
前記給電制御部は、前記給電光を、少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、に切り替える。
【0038】
（５）上記（４）の給電装置において、
前記給電制御部は、前記給電光のピント調整を行うことにより、前記給電光を前記第１照射状態と前記第２照射状態とに切り替える。
前記給電制御部は、前記給電光のピント調整を行うことにより、前記給電光を前記第１照射状態と前記第２照射状態とに切り替える。
【0039】
（６）上記（４）の給電装置において、
前記給電制御部は、前記給電光の被照射位置を移動させることにより、前記給電光を前記第１照射状態と前記第２照射状態とに切り替える。
前記給電制御部は、前記給電光の被照射位置を移動させることにより、前記給電光を前記第１照射状態と前記第２照射状態とに切り替える。
【0040】
（７）上記（４）～（６）のいずれかの給電装置において、
前記給電制御部は、前記発光部の出力を一定に保持しつつ、前記給電光を前記第１照射状態と前記第２照射状態とに切り替える。
前記給電制御部は、前記発光部の出力を一定に保持しつつ、前記給電光を前記第１照射状態と前記第２照射状態とに切り替える。
【0041】
（８）受電装置は、
入射された給電光を電力に変換する第１受光部と、
入射された給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、
を備え、
前記第１受光部と前記第２受光部は、並設されるとともに、
前記給電光が少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記給電光が前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、を取り得る。
入射された給電光を電力に変換する第１受光部と、
入射された給電光を電気信号に変換する第２受光部と、
前記第２受光部で変換された電気信号を復調して情報を取得する復調部と、
を備え、
前記第１受光部と前記第２受光部は、並設されるとともに、
前記給電光が少なくとも前記第１受光部に照射された第１照射状態と、前記給電光が前記第１受光部及び前記第２受光部の双方に照射され、かつ、前記第１照射状態よりも前記第２受光部の被照射面積が大きい第２照射状態と、を取り得る。
【0042】
（９）上記（８）の受電装置において、
前記第１受光部と前記第２受光部は、互いの受光面を当接させた状態で並設されている。
前記第１受光部と前記第２受光部は、互いの受光面を当接させた状態で並設されている。
【0043】
（１０）上記（８）の受電装置において、
前記第１受光部と前記第２受光部は、互いの受光面の間に隙間を介在させた状態で並設されている。
前記第１受光部と前記第２受光部は、互いの受光面の間に隙間を介在させた状態で並設されている。
【符号の説明】
【0044】
１Ａ、１Ｂ 光給電システム
１１０ 給電装置
１１１ 給電用半導体レーザー（発光部）
１１２ 給電光
１１４ 信号
１１５ レンズ
１１６ レンズ駆動部
１５０ 給電制御部
３１０ 受電装置
３１１ 受光部
３１１ａ 第１受光部
３１１ａｆ 受光面
３１１ｂ 第２受光部
３１１ｂｆ 受光面
３７０ 復調回路（復調部）
ＣＬ 隙間
Ｓ１ 第１照射状態
Ｓ２ 第２照射状態
１１０ 給電装置
１１１ 給電用半導体レーザー（発光部）
１１２ 給電光
１１４ 信号
１１５ レンズ
１１６ レンズ駆動部
１５０ 給電制御部
３１０ 受電装置
３１１ 受光部
３１１ａ 第１受光部
３１１ａｆ 受光面
３１１ｂ 第２受光部
３１１ｂｆ 受光面
３７０ 復調回路（復調部）
ＣＬ 隙間
Ｓ１ 第１照射状態
Ｓ２ 第２照射状態
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】