特許 7522772 遠隔パワービーム分割

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-17

(45)【発行日】2024-07-25

(54)【発明の名称】遠隔パワービーム分割

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/30 20160101AFI20240718BHJP

   H01L 31/0232 20140101ALI20240718BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20240718BHJP

【ＦＩ】

H02J50/30

H01L31/02 D

H01L31/10

【請求項の数】 25

(21)【出願番号】P 2021569932

(86)(22)【出願日】2020-05-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-20

(86)【国際出願番号】 US2020034093

(87)【国際公開番号】W WO2020237099

(87)【国際公開日】2020-11-26

【審査請求日】2023-02-17

(31)【優先権主張番号】62/851,037

(32)【優先日】2019-05-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】521511058

【氏名又は名称】レーザーモーティブ インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＳＥＲＭＯＴＩＶＥ，ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】６００４ Ｓ． １９０ｔｈ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｓｕｉｔｅ １０１， Ｋｅｎｔ， ＷＡ ９８０３２ （ＵＳ）

(74)【代理人】

【識別番号】100105131

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 満

(74)【代理人】

【識別番号】100105795

【弁理士】

【氏名又は名称】名塚 聡

(72)【発明者】

【氏名】ニュージェント，ジュニア トーマス ジェー．

(72)【発明者】

【氏名】バシュフォード，トーマス ダブリュー．

(72)【発明者】

【氏名】ヘイ，アレクサンダー

(72)【発明者】

【氏名】バッシュフォード，デービッド

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１７９０５１（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特表２０１９－５１４３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１８７３３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０８２２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４８３４８０５（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００８－３１１４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１４６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２８７７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３４６９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１４０３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／３０

Ｈ０１Ｌ ３１／０２３２

Ｈ０１Ｌ ３１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高フラックスパワービームを出力するように構成された遠隔パワー送信機、及び、
前記高フラックスパワービームを受信するように構成された遠隔パワー受信機を含み、
前記受信機が、
前記高フラックスパワービームの光エネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように構成された少なくとも２つの光起電（ＰＶ）セルと、
前記少なくとも２つのＰＶセルに隣接する非ＰＶ構造と、
前記非ＰＶ構造から離して、前記少なくとも２つのＰＶセルに向かけてフラックスを誘導するように構成された光誘導構造と、を含む、遠隔パワーシステム。

【請求項2】

前記光誘導構造は前記少なくとも２つのＰＶセルの位置に対応する少なくとも２つの非連続領域に、隣接したパワービームを誘導するように構成される、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項3】

前記非ＰＶ構造は、前記少なくとも２つのＰＶ電池の間にある、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項4】

前記高フラックスパワービームはレーザービームである、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項5】

前記少なくとも１つの非ＰＶ構造は、配線、電力変換回路、及びＰＶセルを支持するためのフレーム構造のうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項6】

前記光誘導構造は第１の複数のレンズレットを含み、各レンズレットは、前記高フラックスパワービームと前記少なくとも２つのＰＶセルのＰＶセルとの間に少なくとも部分的に位置決めされる、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項7】

前記第１の複数のレンズレットの少なくとも２つのレンズレットが、エッジトゥエッジで配置される、請求項６に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項8】

前記第１の複数のレンズレットの各レンズレットは、収束レンズである、請求項６に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項9】

前記光誘導構造は第２の複数のレンズレットをさらに備え、前記第２の複数のレンズレットの各レンズレットは前記第１の複数のレンズレットのそれぞれのレンズレットとＰＶ電池との間に配置される、請求項６に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項10】

前記第２の複数のレンズレットの少なくとも２つのレンズレットが、互いに隣接して配置される、請求項９に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項11】

前記第２の複数のレンズレットの各レンズレットは、発散レンズである、請求項９に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項12】

前記光誘導構造は複数の反射構造をさらに含み、前記複数の反射構造の各反射構造は、ＰＶセル上に光を反射するように配置される、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項13】

前記複数の反射構造のうちの反射構造は、平面反射構造である、請求項１２に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項14】

前記複数の反射構造のうちの反射構造は、湾曲した反射構造である、請求項１２に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項15】

各ＰＶセルは長方形のＰＶセルであり、各ＰＶセルは、その４つの縁部のそれぞれに隣接する複数の反射構造のうちの１つの反射構造を有する、請求項１２に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項16】

前記複数の反射構造は、複数の全内部反射（ＴＩＲ）構造をさらに含み、前記複数の反射構造の各ＴＩＲ構造は、それぞれのＰＶセルを実質的に覆う、請求項１２に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項17】

前記複数の反射構造は、個々に形成された複数のレンズレットを備える、請求項１２に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項18】

前記複数の反射構造は、単一の構造として形成された複数のレンズレットを備える、請求項１２に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項19】

高フラックスパワービームを出力するように構成された遠隔パワー送信機、及び、
前記高フラックスパワービームを受信するように構成された遠隔パワー受信機を含み、
前記受信機は、
前記高フラックスパワービームのフラックスの少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように構成された少なくとも２つのエネルギー変換器と、
前記少なくとも２つのエネルギー変換器に隣接する非エネルギー変換器構造と、
前記非エネルギー変換器構造から離して、前記少なくとも２つのエネルギー変換器に向けてフラックスを誘導するように構成された光誘導構造と、を含む、遠隔パワーシステム。

【請求項20】

前記光誘導構造は前記少なくとも２つのエネルギー変換器の位置に対応する少なくとも２つの非連続領域に、連続したパワービームを誘導するように構成される、請求項１９に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項21】

前記非エネルギー変換器構造は、前記少なくとも２つのエネルギー変換器の間にある、請求項１９に記載の遠隔パワーシステム。

【請求項22】

送信機から高フラックスパワービームを送信することと、
少なくとも２つのエネルギー変換器と非エネルギー変換器構造を含む受信機で前記高フラックスパワービームを受信することと、
受信した前記高フラックスパワービームを前記非エネルギー変換器構造から離して、前記少なくとも２つのエネルギー変換器に向けて誘導することと、を含む、パワービームシステムを操作する方法。

【請求項23】

前記受信した高フラックスパワービームを誘導することは、前記受信したビームを、前記少なくとも２つのエネルギー変換器の位置に対応する少なくとも２つの不連続領域に誘導することを含む、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記非エネルギー変換器構造は、前記少なくとも２つのエネルギー変換器の間に配置される、請求項２２に記載の方法。

【請求項25】

前記少なくとも２つのエネルギー変換器は、光起電力（ＰＶ）セルである、請求項２２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は２０１９年５月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／８５１，０３７号の米国特許法１１９（ｅ）に基づく利益を主張したＰＣＴ／ＵＳ２０／３４０９３の米国特許法第３７１条の利益を主張し、これらの開示は、本明細書と矛盾しない範囲で参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は海軍研究局（Office of Naval Research）によって授与されたN0014-19-C-2006の下で政府の支援を受けてなされた。政府は本発明に対して所定の権利を保有している。

【背景技術】

【0002】

本開示は一般に、遠隔パワービーミングに関する。限定はしないが、より詳細には、本開示は遠隔パワーの改善された送達のために、受信機においてパワービームを分割することに関する。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本開示の背景を理解する際に有用であり得る技術及び関連技術のいくつかの態様は、以下の刊行物に記載される：
－電磁放射を電気に変換するためのデバイスを記載したＫａｒｅらの公開された米国特許出願第２０１４／０３１８６２０Ａ１号；
－パワービーミング垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を記載したＫａｒｅらの国際特許出願公開ＷＯ２０１６／１８７３２８Ａ１；
－シングルドＰＶセルを有するパワー受信機を記載したＢａｓｈｆｏｒｄらの公開された米国特許出願２０１９／００２０３０４Ａｌ；
－遠隔パワー安全システムを記載したＮｕｇｅｎｔらの国際特許出願公開ＷＯ２０１７／１４７２０６Ａ１；
－多層型安全システムを記載したＫａｒｅらの米国特許第１０，６３４，８１３号；
－パワービーミングを一体化したエネルギー効率のよい車両を記載したＯｌｓｓｏｎらの米国特許第９，８００，０９１号；
－拡散安全システムを記載したＫａｒｅらの公開された米国特許出願第２０１８／０１３６３３５Ａ１。

【0004】

上記文献の各々は、本明細書と矛盾しない範囲で参照により本明細書に組み込まれる。

【0005】

背景技術の項で論じた主題の全ては、必ずしも先行技術ではなく、単に背景技術の項におけるその議論の結果として先行技術であると仮定されるべきではない。これらの線に沿って、背景技術の項で論じられた、又はそのような主題に関連する従来技術における問題の認識は先行技術であると明示的に述べられていない限り、先行技術として扱われるべきではない。その代わりに、背景技術の項における任意の主題の議論は特定の問題に対する発明者らのアプローチの一部として扱われるべきであり、それ自体もまた発明的であり得る。

【0006】

以下は、いくつかの特徴及び文脈（又は、コンテキスト）の導入的な理解を提供するための本開示の概要である。この概要は、本開示の鍵となる（若しくは、重要な）又はクリティカル（若しくは、重要）な要素を識別すること、又は本開示の範囲を線引きすることを意図していない。この概要は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、本開示の特定の概念を簡略化された形態で提示する。

【0007】

本開示に記載される装置、方法、及びシステムの実施形態は受信機のエネルギー変換素子へのフラックス（又は、光束）の改良された送達のために、受信機において高強度パワービームを分割する。特定の光学構造によって実行されるビーム分割は受光した光からより多くの電力を生成し、廃熱を低減することによって、パワービーミングシステムの効率を改善する。本開示の教示は自由空間パワービーミングシステム、機械的光透過性（transmissive）媒体（例えば、光ファイバケーブル）、及び他の遠隔パワービーミングシステムに適用されてもよい。

【0008】

本開示の教示は、平坦な光起電力（ＰＶ）アレイ、円形リングＰＶアレイ、及び他の構成のために配置された実施形態において適用されてもよい。いくつかの場合において、実施形態は、複数の光学系を備えて配置される。他の場合には、実施形態が高エネルギービームからの光を成形及び分割するような複数の機能を処理するために、単一の光学系を備えて配置される。

【0009】

本明細書に開示される特定の場合において、レンズレット（又は、小型レンズ）は、高エネルギービームからの光を成形するように配置される。レンズレットアレイは従来、ビームを（例えば、正方形の形状に）成形するために、及び／又はビームを均質化するために使用されてきたが、ビームのサブパーツが別個の光起電力（ＰＶ）セル上に個別に向けられるように、高強度レーザーパワービームを分割するために（例えば、個別に、アレイで、又は別の構成で）レンズレットを使用することは新規である。本開示の教示は、様々な方法で様々な目的のために使用される既知の太陽集光器とは区別される。

【0010】

本明細書に開示される実施形態によって提供される１つの利点は、構造材料、電子材料、又は他の材料に衝突することによって浪費されるのとは対照的に、受信機に到達するフラックスのより高い割合をＰＶセルに衝突させるために向けることを含む。別の利点は、実施形態の少なくともいくつかが、ＰＶセル上で受け取られるエネルギーの強度を増加させることであり、この増加は一般に、より高いＰＶ効率に関連する。実施形態のうちの少なくとも一部は従来のシステムよりも、個々のＰＶセルをより大きな距離だけ離すことを可能にし、これは、熱管理及び配線ルーティングを改善する。

【0011】

場合によっては、円形、正方形、又は他の形状のレンズのグリッドが、計画された高エネルギーパワービームスポットサイズよりも大きいサイズを有する。グリッドは、レンズレット間のギャップ（又は、隙間）を低減するように成形された個々のレンズレットセルから形成されてもよい。いくつかの実施形態では、成形されたレンズ間にギャップを有さないことが望ましく、これらの場合、例えば、レンズ表面は単位セルを満たし、これは各レンズ表面がレンズレットセル内に含まれるか、又はさもなければ支持され、未使用の空間が残される、公知のほとんどのレンズアレイとは異なる。本開示で教示される少なくともいくつかの実施形態では、各レンズレットがそのそれぞれのＰＶセルよりも大きな面積を有する。これらの場合、レンズレットは高エネルギーパワービームの一部を、対応するＰＶセルのＰＶアクティブエリアとほぼ同じサイズ又はそれより小さいスポットサイズに集束させ、それによって、それぞれのＰＶセルの境界内に、少なくともいくらかのマージンだけ（又は、少なくともいくらかは）、高エネルギーパワービーム強度のより集束された領域を生成する。

【0012】

個々のレンズレットの間のギャップが低減されたレンズレットアレイを作製するための様々な方法がある。場合によっては、個々のレンズレットが薄く、実質的に見えない結合線を備えて組み立てられる。場合によっては、個々のレンズレットが１つの小片から機械加工されるか、１つの小片に打ち出し（又は、打ち抜き、スタンプ）されるか、又はホログラフィック光学素子として作られ、さらに他の場合には個々のレンズレットが異なる方法で作られる。

【0013】

いくつかの場合において、集光レンズアレイは、本明細書に記載されるように配置される。場合によっては、発散レンズが追加され（例えば、ＰＶセルごとに１つ）、入射角の範囲がより狭くなるように（例えば、光線が平行に近くなり、ＰＶセルに垂直角度で入射するように）入射フラックスの角度広がりを変化させる。このような改善は例えば、パワービームの入射角のより狭い範囲でＰＶ効率が改善される多層ＰＶセルにおいて利点を提供する。少なくともいくつかの実施形態ではより狭い範囲はより急峻な入射角であり、場合によっては直交又は実質的に直交してもよい。

【0014】

これら及びさらに他の場合において、反射構造が屈折構造と共に、又はその代わりに、展開されてもよい。反射（例えば、ミラーリングされた）表面は、通常はＰＶセルに衝突しないであろう高出力ビームの部分を反射するように、ＰＶセルの上（すなわち、送信機に近い）、ＰＶセルの間、及び、ＰＶセルの上とその間に配置されてもよい。反射を行うことによって、高エネルギーフラックスの一部が、フラックスをＰＶセルに衝突させる角度で反射されることになる。反射構造は平坦にする又は湾曲（例えば、複合放物面又は他の曲面の集光器のスタイルで）させることができ、ある場合には、ビーム分割光学系（例えば、レンズレット、プリズム又は他の光学系）も、各「ビームレット」の中心をレンズレットに入射する高フラックスパワービームの中心に対してシフトさせるように、高フラックスパワービームに対して配置することができる。この構成では、レンズレットを通過する高フラックスパワービームの部分がＰＶセルの所望の位置に当たるであろう。

【0015】

この概要は、発明を実施するための形態においてさらに詳細に説明される特定の概念を簡略化された形態で説明するために提供された。概要は、特許請求される主題の範囲を限定するものではなく、むしろ、特許請求の範囲の用語自体が特許請求される主題の範囲を決定する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

非限定的かつ非網羅的な実施形態が、以下の図面を参照して記載され、ここで、特に指定されない限り、様々な図を通して同様の符号は同様の部分を指す。図面における要素のサイズ及び相対位置は、必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない。例えば、様々な要素の形状を選択し、拡大し、配置して、図面の読みやすさを向上させる。描かれた要素の特定の形状は、図面における認識を容易にするために選択されている。説明された新規な要素に直接関連しない図示された実施形態の特徴は、明確にするために省略されてもよい。以下、添付図面を参照して、１つ以上の実施形態について説明する。

【0017】

図１Ａ及び図１Ｂは、レーザーパワービーミングシステムを介した遠隔パワー送達の一形態を示す。図１Ａ及び図１Ｂは、本明細書ではまとめて図１と呼ぶこともある

【0018】

図２Ａは、従来の受信機の正面側図である。

【0019】

図２Ｂは、図２Ａの従来の受信機の断面図である。図２Ａ及び図２Ｂは、本明細書ではまとめて図２と呼ぶこともある。

【0020】

図３Ａは、集光レンズレットのアレイを含む遠隔パワービーム分割受信機の実施形態の正面側図である。

【0021】

図３Ｂは、図３Ａの遠隔パワービーム分割受信機の実施形態の断面図である。図３Ａ及び図３Ｂは、本明細書ではまとめて図３と呼ぶこともある。

【0022】

図４Ａは、集光レンズレットのアレイと発散レンズレットのアレイとを含む別の遠隔パワービーム分割受信機の実施形態の正面側図である。

【0023】

図４Ｂは、図４Ａの遠隔パワービーム分割受信機の実施形態の断面図である。図４Ａ及び図４Ｂは、本明細書ではまとめて図４と呼ぶこともある。

【0024】

図５は、実質的に平坦な反射器を含む別の遠隔パワービーム分割受信機の実施形態の断面図である。

【0025】

図６は、湾曲した反射器を含む別の遠隔パワービーム分割受信機の実施形態の断面図である。

【0026】

図７は、一次反射器及び二次反射器を含む別の遠隔パワービーム分割受信機の実施形態の断面図である。

【0027】

図８は、全内部反射（ＴＩＲ）材料を含む別の遠隔パワービーム分割受信機の実施形態の断面図である。

【0028】

図９は、発散レンズレットのアレイを含む別の遠隔パワービーム分割受信機の実施形態の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

本開示は、この詳細な説明及び添付の図面を参照することによって、より容易に理解され得る。本明細書で使用される用語は特定の実施形態を説明するためだけのものであり、管轄権を有する裁判所又は受諾された機関がそのような用語が限定的であると決定しない限り、特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書で特に定義されない限り、本明細書で使用される用語は、関連技術分野で知られているようなその伝統的な意味を与えられるべきである。

【0030】

本開示に記載される装置、方法、及びシステムの実施形態は、受信機のエネルギー変換素子（例えば、光起電力（ＰＶ）セル）へのフラックスの改良された送達のために、受信機において高強度パワービームを分割する。特定の光学構造によって実行されるビーム分割は受光からより多くの電力を生成し、熱を低減することによって、パワービーミングシステムの効率を改善する。本開示の教示は自由空間パワービーミングシステム、固体光透過性媒体（solid light transmissive mediums）（例えば、光ファイバケーブル又は他の導波路）、及び他の遠隔パワービーミングシステムに適用されてもよい。

【0031】

用語「パワービーム」、「高フラックスパワービーム」等は、本開示及び請求の範囲の全体を通して、全ての文法形式において、交換可能に使用され、一般的に方向性を有することが可能であり、好適な受信機への誘導（又は、操縦／ｓｔｅｅｒ）／照準のために配置することが可能な、光の場を含み得る高フラックス光透過（high-flux light transmission）に言及する。本開示で論じられるパワービームは、ワイヤ（又は、電線）などの従来の電気導管を介してパワーを通過させることなく、望ましいレベルのパワーを遠隔受信機に送達するのに十分な、高フラックスレーザーダイオード、ファイバレーザー、又は他の同様のソースによって形成されるビームを含む。

【0032】

本開示では「光」という用語が光ベースの送信機又は光ベースの受信機の一部として使用される場合、場合によっては光学素子又は準光学素子によって誘導（例えば、反射、屈折、フィルタリング、吸収、捕捉など）することができる周波数範囲内にあり、極低周波数（ＥＬＦ）からガンマ線までにわたる電磁スペクトルで定義され、少なくとも紫外線、可視光、長波長、中波長及び短波長の赤外線、テラヘルツ放射、ミリメートル波、マイクロ波、ならびに他の可視光及び不可視光を含む、電磁放射を生成又は捕捉するように構成された送信機又は受信機を指す。

【0033】

本明細書では、「フラックス」という用語は、パワーを意味し、文脈上別段の指示がない限り、特に、その一部又は全部を電力に変換することができる受信機に到達する選択された量の電磁波放射などの光パワーを意味する。

【0034】

本開示において、「隣接領域（又は、連続領域／contiguous region）」という語は、パワービームに適用される場合、ビームによって照明される領域が完全に接続されることを意味する。文脈上別段の指示がない限り、２つの非隣接領域は重複しないと推定される。パワービームは「非隣接」と表現される２つの領域の間の領域を照明（又は、照射）する少量の光を含み得るが、この照明は領域の照明の強度よりも実質的に低強度であり、例えば、それらの強度の１０％、それらの強度の５％、それらの強度の１％、それらの強度の０．１％、それらの強度の０．０１％、又は実質的にゼロ強度である。

【0035】

図１Ａ及び図１Ｂは、レーザーパワービーミングシステム１００を介した遠隔パワー送達の１つの形態を示す。光遠隔パワービーミングシステムとも呼ばれるレーザーパワービーミングシステム１００は、少なくとも１つの送信機１０２及び少なくとも１つの受信機１０４を含む。図１Ａにおいて、レーザーパワービーミングシステム１００は、送信機１０２を振り返って受信機１０４の視点から見られている。図１Ｂにおいて、レーザーパワービーミングシステム１００は、受信機１０４に向かって見ている送信機１０２の視点から見られている。

【0036】

図１の送信機１０２は高フラックスパワービーム１０６（例えば、レーザー光の高エネルギービーム）を出力するように配置された遠隔パワー送信機であり、このビームは空気又は光又は何らかの光透過性媒体（例えば、光ファイバケーブル）を通して、受信機１０４に向かって距離を越えて投射される。図１の受信機１０４は、高フラックスパワービームを受信するように配置された遠隔パワー受信機である。受信機１０４は地面より上にあってもよく、又は容易に利用可能な電力がない遠隔地（例えば、水中、山上、建物の頂部、又は他の高架構造物）にあってもよく、高フラックスパワービーム１０６からフラックスを捕捉するように取り付けられた任意の数の光起電力（ＰＶ）セルを含む。受信機１０４において、ＰＶセルは、高フラックスパワービーム１０６内のエネルギーから電力を生成する。次いで、電力は、電力が消費される１つ以上の回路（図示せず）に運ばれる。

【0037】

いくつかの場合には、送信機１０２は、必須ではないが、典型的には０．７～２．０μｍの間の光スペクトル波長の近赤外（ＮＩＲ）部分の光パワー（例えば、光）に電力を変換するレーザーアセンブリを含む。レーザーアセンブリは相互にコヒーレントであってもインコヒーレントであってもよい複数のレーザー又は単一のレーザーを含んでもよい。場合によっては、１つ又は複数のレーザーは、１つ又は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）、超放射ダイオード、ファイバレーザー、又は他の何らかの高強度光源によって置き換えることができる。レーザーアセンブリの光エネルギー出力は生レーザー光（又は、無処理のレザー光）を所望のサイズ、形状（例えば、円形、長方形、台形）、出力分布、及び発散のビームに変換する任意の数の光学要素（例えば、光ファイバ、レンズ、ミラー等）を通過することができる。また、レーザーアセンブリの種々の要素は、高フラックスパワービーム１０６を受信機１０４に向けるように配置することができる。

【0038】

送信機１０２から離れた後、高フラックスパワービーム１０６は自由空間又は光透過媒体（例えば、光ファイバケーブル）を通って受信機１０４に向かって進む。本発明で使用される「自由空間」という用語は、空気又は真空、水、気体などのような任意の合理的に透明な媒体を意味する。自由空間は、常にではないが、一般的には、全内部反射（ＴＩＲ）（「全」という用語を含むにもかかわらず、特に光ファイバ又は導管が曲げられる実施形態では、一定量の光エネルギーの損失を含む可能性がある）によって、高エネルギー光ビーム又はフィールドを閉じ込めるか、又は取り囲む光ファイバ又は導管などの機械的な光透過性媒体とは区別される。本開示では、自由空間又は機械的媒体経路が高エネルギー光の特定の特性を方向転換又は変更する１つ又は複数のミラー、レンズ、プリズム、又は他の個別の光学素子を含むことができる。

【0039】

受信機１０４において、高フラックスパワービーム１０６は、受光モジュール（図１には示されていない）に衝突する。高フラックスパワービーム１０６からのエネルギーは捕捉され、少なくとも部分的に、別の形態の有用なパワーに再変換される。場合によっては、受光モジュールが光を直流（ＤＣ）電気に変換する光起電力（ＰＶ）セルのアレイを含む。他の場合には、受光モジュールが他の方法で、例えば、光パワーを熱に変換し、熱エンジン（例えば、スターリングエンジン、タービン）、熱電デバイス、又は他の何らかのデバイスを駆動することによって、光を電気に変換する。

【0040】

図２Ａは、従来の受信機１０４Ａの正面側図である。図２Ｂは、従来の受信機１０４Ａの、断面線２Ｂ－２Ｂにおける断面図である。

【0041】

受信機１０４Ａは、光起電力（ＰＶ）セル２０８のアレイと、非ＰＶ電気回路及び機械的構造２１０の集合体とを含む。図では単純化のために、１つのＰＶセル２０８のみが識別されており、電気回路及び機械的構造２１０の１つの集合体のみが識別されている。非ＰＶ電気回路及び機械的構造２１０は、ＰＶセル２０８間の１つ又は複数の隙間に形成される。この図及び後続の図において明確にするために、断面で示されるＰＶセル２０８は、実際のパワー受信機において典型的であるよりもいくらか厚く描かれている。

【0042】

ＰＶセル２０８の間にギャップがないことが理想的であるが、そのような市販のシステムは知られていない。代わりに、ＰＶセル２０８間の隙間は、電子回路（例えば、発電回路、電力変換回路、データ記憶装置、プロセッサ、トランシーバ等）、ＰＶセルフレーム、熱放散構造等に使用される。いくつかの場合において、いくつかのＰＶセルは互いに直接隣接して形成されるが、これらの場合でさえ、ＰＶ材料フレーム、結合材料（又は、ボンディング材料）、隣接するセル間の電気的短絡を防止する必要性などのために、少なくともいくらかのギャップ（例えば、０．２５ミリメートル、０．５ミリメートル、又は他のいくらかのギャップ）が存在する。他の場合には、ＰＶセルが「シングルド（又は、シングル葺き／重なり合うように配置／shingled」されることが知られている（すなわち、ＰＶセルの１つの縁部の前部が別のＰＶセルの１つの縁部の後部に重なり、後ろにある）が、これらの場合であっても、高フラックスパワーを受け取り、そこから電気を生成するのに利用できないギャップが残る可能性がある。

【0043】

従って、経時的に送達される高フラックスパワービーム１０６では、ビームの中央部分が実際に均一な強度を有し得る一方で、一方のエッジから他方のエッジまで均一性が存在しない場合がある。したがって、高フラックスパワービーム１０６は均一な円形断面を有するように形成されてもよいが、受信機に到達する高フラックスパワービーム１０６は特にその周辺部において、強度にある程度の変動を有する可能性がある。これは、図２において、より高い強度からより低い強度の領域を示す複数の円１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃによって示されている。

【0044】

図２Ｂでは、受光器を覆う任意選択のカバー１１２が高フラックスパワービーム１０６からの光をＰＶセル２０８アレイに向かって直接通す。図において簡単にするために、高フラックスパワービーム１０６の反射又は屈折は示されていない。高フラックスパワービーム１０６の第１の部分１０６ＰＶは、ＰＶセル２０８材料に到達する。高フラックスパワー１０６の第２の部分１０６Ｘは、ＰＶセル２０８材料に到達しない。

【0045】

高フラックスパワービーム１０６部分の第２の部分１０６ＸがＰＶ電池２０８材料に到達しないことを考慮して、本発明者らは、この損失が受信機１０４Ａの効率を下げることを認識した。したがって、本開示の教示はこの欠点に対処し、図１の受信機１０４などの遠隔パワー受信機の動作を改善する。本明細書で論じられるように、本開示の教示は、種々の遠隔パワービーム分割の実施形態を説明する。

【0046】

図３Ａは、発明の遠隔パワービーム分割受信機１０４の正面側図である。図３Ｂは、断面線３Ｂ－３Ｂにおける図３Ａの遠隔パワービーム分割受信機１０４の断面図である。図３の受信機１０４は複数のＰＶセル２０８の一部又は全部に向かって、かつ非ＰＶ構造（例えば、電気回路及び機械的構造２１０）の一部又は全部から離れるようにフラックスを操縦するための複数の構造を含む。

【0047】

受信機１０４は、光起電力（ＰＶ）セル２０８のアレイと、非ＰＶ電気回路及び機械的構造２１０の集合体とを含む。図３Ａ及び図３Ｂにおける単純化のために、１つのＰＶセル２０８のみが識別されており、非ＰＶ電気回路及び機械的構造２１０の１つの集合体のみが識別されている。非ＰＶ電気回路及び機械的構造２１０は、ＰＶセル２０８間の１つ又は複数のギャップに形成される。図３Ｂの受信機１０４におけるギャップは図２の従来の受信機１０４ＡにおけるＰＶセル２０８間のギャップと同じサイズでも、より小さくても、又はより大きくてもよい。図３Ｂには示されないが、一部の実装では、電気回路及び機械的構造２１０がＰＶセル２０８の表面より上に延在してもよい。

【0048】

図３Ｂでは、複数の集束／集光レンズレット３０２がＰＶセル２０８の個々の１つの上に配置されている。複数のレンズレットの各レンズレット３０２は、入ってくる高フラックスパワービーム１０６とそれぞれのＰＶセル２０８との間に配置される。レンズレット３０２は、個々のビームレット（又は、小ビーム）、光線、光子、又は高フラックスパワービーム１０６の任意の他の適切に命名された部分を、受信機１０４の非ＰＶ部分から離れて、ＰＶセル２０８のＰＶ材料に向かって集束させるか、さもなければ集光させる。

【0049】

場合によっては、個々のレンズレット３０２が個別に形成され、互いに隣接して配置されてもよい（例えば、エッジトゥエッジ（edge to edge）で、結合材料だけによって分離されて、結合材料とフレームだけによって分離されてもよいし、単一の材料片から形成されてもよいし、又は同様のものであってもよい）。場合によっては、個々のレンズレット３０２が単一の構造として形成されてもよい。収束／集光レンズレット３０２は当業者に明らかな方法で、注入、成形、打ち抜き、機械加工、又は他の方法で形成することができる。

【0050】

いくつかの実施形態では、ＰＶセル２０８のうちの選択されたものは円形の上側形状を有するように形成される。他の実施態様において、ＰＶセル２０８のうちの選択されたものは、正方形の上側形状、長方形の上側形状、六角形の上側形状、又は任意の他の好適な上側形状を有するように形成される。対応して、レンズレットは任意の適切な上側形状（円形、正方形、長方形、六角形など）で形成されてもよく、レンズレットは高フラックスパワービーム１０６からの光を、円形、正方形、長方形、六角形などの任意の適切な形状に屈折させるように形成されてもよい。しかしながら、少なくともいくつかの場合には、レンズレット３０２及び下にあるＰＶセル２０８が異なる上側形状を有する。

【0051】

図３Ｂの実施形態では、レンズレット３０２が高フラックスパワービーム１０６のビームレットをＰＶセル２０８に向けて収束させるように配置される。図３において、高フラックスパワービーム１０６の大量の高フラックスエネルギー（又は、高フラックスエネルギーの大部分）は、ＰＶ材料を貫通するように示される。様々な強度の様々な高フラックスパワービーム部分１０６Ｄ、１０６Ｅ、１０６Ｆ、１０６Ｇが、図３Ａに示されている。レンズレット３０２によって生成される効率の大幅な向上にもかかわらず、ＰＶセル２０８に到達しない高フラックスパワービーム１０６の一部分１０６Ｘが存在し得る。ＰＶセル２０８に到達しない部分１０６Ｘは、レンズレット間の継ぎ目から反射するか、レンズレット間の継ぎ目を通過して、受信機１０４の非ＰＶ領域に到達するか、又はＰＶ材料から離れる何らかの他の方向に進み得る。それにもかかわらず、図３の実施形態は、これまでに知られている受信機を使用して可能であったものよりも大量の、ＰＶセル２０８において高フラックスパワービーム１０６から電気エネルギーに変換されるエネルギーを提供する改良された受信機１０４である。特に図２Ａ及び図３Ａの表現において、図２の従来の受信機１０４Ａを図３の改良された受信機１０４と区別するように、高フラックスパワービーム１０６からのエネルギーは、図２のＰＶセル２０８に到達するよりも、図３のＰＶセル２０８に到達する方が著しく多く、高フラックスパワービーム１０６から図３の電気回路及び機械的構造２１０に到達するエネルギーは、図２において到達するエネルギーよりも著しく少ない。

【0052】

図４Ａは、別の発明の遠隔パワービーム分割受信機１０４Ｂの正面側図である。図４Ｂは図４Ａの遠隔パワービーム分割受信機１０４Ｂ実施形態の、断面線４Ｂ－４Ｂによる断面図である。図４の受信機１０４Ｂは複数のＰＶセル２０８のいくつか又はすべてに向かって、非ＰＶ構造（すなわち、電気回路及び機械的構造２１０）のいくつか又はすべてから離れるようにフラックスを誘導する第１の複数の構造と、第１の複数の構造を通過する高フラックスパワービームレットをＰＶセル２０８のそれぞれの表面に向かって直接（又は、真っすぐに）屈折させる第２の複数の構造とを含む。

【0053】

図３に倣って、受信機１０４Ｂは、光起電力（ＰＶ）セル２０８のアレイと、非ＰＶ電気回路及び機械的構造２１０の集合体とを含む。簡単のために、図３Ａにおけるそのような構造に倣った、図４Ａの受信機１０４Ｂの特定の特徴については、さらには論じない。

【0054】

図４Ｂにおいて、図３Ｂに倣って、複数の集束／集光レンズレット４０２が、ＰＶセル２０８の個々のもの上に配置される。複数のレンズレットの各レンズレット４０２は、流入する高フラックスパワービーム１０６とそれぞれのＰＶセル２０８との間に配置される。レンズレット４０２は、個々のビームレット、光線、光子、又は高フラックスパワービーム１０６の任意の他の適切に命名された部分を、受信機１０４Ｂの非ＰＶ部分から離れて、ＰＶセル２０８のＰＶ材料に向かって収束又は集光させ、場合によっては誘導（又は、操舵／方向制御／steering）する。

【0055】

図４Ｂの受信機１０４Ｂの実施形態では、第２の複数のレンズレット４０４がそれぞれのレンズレット４０２と特定のＰＶセル２０８との間に配置される。第２の複数のレンズレット４０４は入射角度の範囲がより狭くなるように、入ってくるフラックスの角度広がりを変化させるように配置された発散レンズであってもよい。第２の複数の発散レンズレット４０４はビームレットをより平行にし、ＰＶセル２０８への垂直な入射角に近づける。少なくともいくつかの場合において、発散レンズレット４０４はまた、ビームレットをそれぞれのＰＶセル２０８の望ましい部分に誘導するか、さもなければ導くことができる。

【0056】

場合によっては個々のレンズレット４０４が個別に形成され、エッジトゥエッジで配置されてもよく、他の場合には個々の発散レンズレット４０４がフレーム、結合材料、材料コストを低減する設計、又は何らかの他の理由により、互いに分離されてもよい。場合によっては、個々のレンズレット４０４が単一の構造として形成されてもよい。発散レンズレット４０４は注入、成形、打ち抜き、機械加工、又は他の何らかの方法で形成することができる。

【0057】

図４Ｂの実施形態では、第１のレンズレット４０２及び第２のレンズレット４０４が協働して、ＰＶセル２０８に向かう高フラックスパワービーム１０６のビームレットを収束させ、コリメートする。この配置ではコリメートされたビームレットが実質的に直交する配向でＰＶセル２０８に到達することができ、ある場合にいくつかのＰＶセル設計に対して、高フラックスパワービーム１０６のより大量の高フラックスエネルギーが実質的に均一性をもって図４ＢのＰＶ材料に浸透することを可能にするであろう。例えば、多接合ＰＶセルは典型的には特定の配向（多くは直交であるが、必ずしもそうであるとは限らない）でＰＶセルに到達する光に対して、各層で吸収される光の量を等しくするように選択された各接合層間の厚さで設計される。光が、ＰＶセルが設計されている角度とは異なる角度で到達すると、この等化が妨害される可能性がある。ＰＶセルはまた、セルから外へ電気エネルギーを運ぶために使用される内部グリッド線を含み、垂直でない角度でセル表面に到達する光は、これらのグリッド線の遮光効果を増加させ得る。最後に、いくつかのＰＶセルは反射防止コーティングを用いて設計され、その反射防止効果はセルに到達する光の角度に敏感であり得る。図３のレンズレット４０２の継ぎ目と同様に、図４の第１及び第２のレンズレット４０２、４０４の継ぎ目も、フラックスの一部１０６ＸがＰＶセル２０８に到達するのを妨げ得る。

【0058】

場合によっては、本開示のＰＶセル２０８は、一辺が約２ミリメートル（２ｍｍ）から一辺が１００ｍｍまでの範囲であってもよい。もちろん、他のサイズ及び形状も考えられる。場合によっては、本開示のＰＶセル２０８がほぼ正方形又は長方形の形状であり、正方形又は長方形のアレイに配置され、任意選択で角が切られている。少なくとも１つの場合において、ＰＶセル２０８は一辺が約１０ｍｍであり、いくつかの場合において、ＰＶセル２０８は、一辺が約５ｍｍ～約１５ｍｍの範囲であってもよい。受信機１０４におけるセルのアレイは例えば、幅（又は、差し渡し／across）１０ｃｍ～１００ｃｍ、幅２０ｃｍ～６０ｃｍ、又は幅約４５ｃｍであってもよい。場合によっては、受信機１０４が１つのＰＶセル２０８、４つのＰＶセル２０８、１００個のＰＶセル２０８、又はいくつかの他の数のＰＶセル２０８を有することができる。少なくともいくつかの場合には、受信機１０４がさらに多数のＰＶセル２０８を備えることが考えられる。

【0059】

少なくともいくつかの実施形態では本開示の収束／集光レンズレット３０２、４０２はＰＶセル２０８よりも大きく、集光比は約１．５倍～約５０倍（５０倍）であってもよい。このような場合、正方形レイアウトの場合、これは、各収束／集光レンズレット３０２、４０２の寸法が所望のスポットサイズに集光比の平方根を掛けたものであることを意味する。例えば、約（１．２×スポットサイズ）から約（７．１×スポットサイズ）までである。少なくともいくつかの場合において、受信機１０４は、約２～約５０、約３．５～約２５、又は約４～約１５の範囲の収束／集光レンズレット３０２、４０２集光比を有するように形成される。１つの公知の場合において、収束／集光レンズレット３０２、４０２は約３．４ｃｍの幅であり、一方、各ＰＶセル２０８のアクティブ領域は約１センチメートル（１ｃｍ）であり、この場合、ターゲットスポットサイズは、約０．８ｃｍであった。これらの寸法は、（３．４ｃｍ／０．８ｃｍ）^２つまり約１８の集光比に対応する。これらの集光比は、他の条件下で他の目的のために表面的に類似の構造を使用することができる太陽集光器の典型的な集光比と対比することができる。特に、太陽集光器は、典型的には約５０×～５００×の集光比を有する。これらのより高い集光比により、ＰＶセルの材料を保存し、より好ましいエネルギーレジームで作動させるために、太陽集光器が比較的弱い太陽光を太陽ＰＶセル上に集光することが可能になる。対照的に、本明細書に記載されるパワービーミングシステムは、ＰＶセルを照射するためにレーザー光を使用する（場合によっては１つ以上の特定のレーザー周波数で効率のために調整されてもよい）。このレーザー光は典型的には少なくとも関心のある特定の周波数において、太陽光よりも実質的により強く、より低い集光比は、受信機システムにメルティング又は他の損傷を引き起こし得るエネルギー強度を生成することなく、レーザー光の実質的な部分をＰＶセル上に導くのに十分であることが見出されている。本明細書に記載される受信機は、太陽光がパワービームの領域に限定されずに広い受信機領域にわたって豊富に利用可能であるため「失われた」光をあまり懸念することなく典型的に設計される太陽集光器とは対照的に、入射レーザー光の可能な限り多く（例えば、入射レーザー光の８０％超、９０％超、９５％超、９８％超、又は実質的に全て）を集光しようと試み得る。

【0060】

本明細書に教示されるいくつかの実施形態では、レーザーパワー（又は、出力）のためのＰＶセル２０８材料がＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、又はＧａＳｂのうちの１つである。収束／集光レンズレット３０２、４０２は光学ガラス（例えば、ＢＫ７）又は公知の光学プラスチック（例えば、ポリカーボネート又はアクリル）などの材料から形成されてもよい。本明細書で教示するいくつかの実施形態では、反射構造が、支持構造を備えた、アルミニウム化マイラーなどの材料、又はアルミニウム、炭素繊維複合材、もしくはプラスチックなどの他の反射性もしくは反射性コーティング材料で形成することができる。

【0061】

図５－図９は、さらなる受信機の実施形態を示す。受信機１０４Ｃ、１０４Ｄ、１０４Ｅ、１０４Ｆのさらなる実施形態は、それぞれ、高フラックスパワービーム１０６の部分をＰＶセル２０８のＰＶ材料の方へ分割するか、さもなければ再誘導するように配置される。図５－図９には光の方向を示す矢印がわずかしか示されていないため、ＰＶセル２０８の表面で終端して示されていることに留意されたい。もちろん、光は使用中に光電池に一定の距離浸透することができ、この表面での終了は、図面を明確にするためのものであることが理解されるであろう。

【0062】

図５において、反射構造５０２はパワー受信機１０４Ｃ上の、ＰＶセル２０８を囲む平面構造（又は、平坦構造）である（例えば、長方形ＰＶセル２０８は４つの周囲平面反射構造５０２を有し、六角形ＰＶセル２０８は６つの周囲平面反射構造５０２を有する、等々）。反射構造５０２には、図２に関連して上述したように、任意選択のカバーシート２１２が頂部に設けられている。これらの場合の少なくともいくつかでは、それぞれの長方形（例えば、正方形）のＰＶセル２０８の４つの縁部のうちの１つに隣接する、複数の反射構造５０２の各反射構造５０２は、同じＰＶセル２０８にも合致する２つの他の反射構造５０２にさらに隣接する。このような構成において、高フラックスパワービーム１０６の光のかなりの部分、又はほぼ全てが、直接的又は間接的にＰＶセル２０８に送られる。また、そのような場合、隣接する反射構造５０２の上側シーム（例えば、境界線（又は、接合線）に向けられる光を、そのようなシームから離れるように発散させることもできるように、様々な他の実施形態を形成することができる（図９に関連して以下でさらに説明する）。

【0063】

各反射構造５０２はそれぞれのＰＶセル２０８に実質的に直交する角度で配置されてもよいが、図５に示される反射構造５０２はＰＶセル２０８に正確に垂直ではない。すなわち、図５の反射構造５０２は、さもなければ非ＰＶの電気回路及び機械的構造２１０に当たるフラックスを、構造が再度方向付け、捕捉することを可能にする入射角を有する。場合によっては、反射構造５０２が法線の１０度以内、法線の２０度以内、法線の３０度以内、又は他の何らかの位置にある。場合によっては、各反射構造５０２の法線からオフセットされる角度が反射構造のサイズ及び隣接するＰＶセル２０８間の空間の量に基づく。例えば、反射構造５０２が垂直［直交］から２０度である場合、入射光が「垂直」（ＰＶセルによって画定される表面に垂直）に入射する場合、一方の表面５０２から反射する光は、ＰＶ２０８に対して垂直から４０度の角度を作るであろう。例えば、セルの幅が１ｃｍであり、セル間のスペースが１ｃｍであり、反射構造がＰＶセルの真ん中にある場合、各反射構造モジュールの幅は２ｃｍであり、４×の集光比を作り出す。よって、法線から２０度の角度を持つ平面の表面は、１．３７ｃｍの高さになるであろう（０．５ｃｍ幅／ｔａｎ（２０°）と計算される）。

【0064】

図６において、パワー受信機１０４ＤはＰＶセル２０８を囲む湾曲（例えば、放物線、円錐、円形、双曲線、又は他のいくつかの選択された湾曲）を有する反射構造６０２を含む。これらの曲線は凹状又は凸状であってもよく、図６に示されるように、反射構造６０２は凹状である。図５に倣って、反射構造６０２には、任意選択のカバーシート２１２が頂部に設けられている。場合によっては、放物面反射構造６０２が図５の反射構造５０２と同様に（又は、図５の反射構造５０２の線に沿って）、長方形のＰＶセル、六角形のＰＶセル、又は他のいくつかの配列のＰＶセルの周囲に配置されてもよい。いくつかの実施形態は、図５に示されるような平坦な反射器５０２と、図６に示されるような湾曲した反射器６０２との混合物を含み得ることが理解される。

【0065】

図７は、受信機１０４Ｅの別の実施形態を断面図で示す。この実施形態では、反射構造７０２がＰＶセル２０８を部分的に囲む一次反射構造であり、二次反射構造７０４と協働して働く。一次反射構造７０２は、湾曲していても平坦であってもよく、矩形のＰＶセル、六角形のＰＶセル、楕円形のＰＶセル、円形のＰＶセル、又は他の何らかの配置のＰＶセルの周りにさらに配置されてもよい。さらに他の実施形態も考えられる。二次構造７０４は、一次反射器７０２からの一次反射を下にあるＰＶセル２０８のＰＶ材料に向けて再指向するように形成され、一次反射器７０２と協働して光をＰＶセル２０８上に反射するのに適切な任意の形状を有する。この設計は、当業者に精通していると思われる特定の光反射望遠鏡に関連している。いくつかの実施態様において、図７に示されるように、これらの形状７０２、７０４は、同一の三次元構造の左側面及び右側面を表してもよい。場合によってはＰＶセル２０８が紙面に垂直な方向に小さなギャップのみを有して列状に配置されると都合がよく、又はこの方向に互いの上に重ねて配置されてもよく（同時係属中の共同所有の米国特許出願公開第２０１９／００２０３０４号に概説されるように）、電気回路及び機械的構造２１０は示されるようにＰＶセル２０８の左側及び右側に配置されてもよい。あるいは、このタイプの二次元実施形態が、入射光がＰＶセル（複数）１１８上に分割されるように、レンズ軸が反射器軸に対して垂直である状態で、図３Ｂ又は図４Ｂに示されるような類似の二次元レンズ実施形態と組み合わされてもよい。

【0066】

さらに、エッジ反射構造７０６が、受信機１０４Ｅのエッジに形成されてもよい。エッジ反射構造７０６は反射構造７０２に対して逆の曲率を有してもよく、異なる曲率を有してもよく、又はエッジ反射構造は任意の他の適切な形状及び配向（例えば、平面であり、正確に又は実質的に直交し、平面であり、ＰＶセル２０８の表面に対して異なる角度を有し、複雑な形状を有する）をとってもよい。構造７０２（及び存在する場合には７０６）の湾曲は電気回路及び機械的構造２１０がＰＶセル２０８の間に配置されることを可能にし、一方、さもなければ電気回路及び機械的構造２１０に到達するであろう光をＰＶセル２０８上に向ける。各ＰＶセル２０８は、一次反射構造７０２、二次反射構造７０４、及び／又はエッジ反射構造７０６の混合物によって取り囲まれてもよい。

【0067】

図８において、全内部反射（ＴＩＲ）材料８０４は、各ＰＶセル２０８にわたって望ましい形状、サイズ、密度、及び他のそのような特性を有する受信機１０４Ｆ内に形成される。その材料及びそれに隣接する材料（通常は空気又は場合によってはそれを隣接する構造８０４又は側壁に付着させる接着剤）のＴＩＲ角度よりも小さい高フラックスパワービーム１０６の部分は、それらが底部で出るまでＴＩＲ材料８０４内を伝播するように拘束される。図示されるように、ＴＩＲ材料８０４の上面及び下面は湾曲しているが、それらはまた、平坦、角度を成し、又は任意の他の光学的及び機械的に好適な形状であってもよい。図８に示されるような配置では、高フラックスパワービーム１０６Ｌの光のほぼすべてがＰＶセル２０８に渡され、電気回路及び機械的構造２１０を回避する。いくつかの実施形態では、ＴＩＲ材料８０４の出口表面が、出射光がＰＶセル２０８に到達する前に、出射光をいくらかぼかすために、ディンプル加工又はテクスチャ加工されてもよい。

【0068】

図９はさらに、断面で示される１つ以上の受信機実施形態１０４Ｇである。本実施形態では、複数の発散レンズレット素子９０２を有する窓が高フラックスパワービーム１０６と、それぞれのＰＶセル２０８の特定のエッジ（例えば、４つのエッジのうちの１つ）に隣接する、複数の反射構造５０２のうちの各反射構造５０２が、近接する第２のＰＶセル２０８に隣接する別の反射構造５０２に隣接する継ぎ目との間に配置される。場合によっては隣接する反射構造５０２間の接合線は非常に狭いが、これらの接合線は高フラックスパワービーム１０６の一部がＰＶセル２０８のＰＶ材料に到達するのを反射したり、さもなければ妨げたりする可能性がある。この欠点を改善するために、発散レンズレット９０２を継ぎ目の上方に配置して、さもなければ失われるであろう特定の部分１０６ＭをＰＶセル２０８に向かって方向転換させることができる。場合によっては（図示のように）、発散レンズレット９０２はカバー窓（例えば、受信機カバー１１２）の裏側に形成される溝又は凹状レンズレットである。

【0069】

ある種の高フラックスパワービーム部１０６Ｉが図５に示され、他の種々の高フラックスパワービーム部１０６Ｊ、１０６Ｋ、１０６Ｌが図６乃至図９に示されている。図５～図９の高フラックスパワービーム部１０６Ｉ、１０６Ｊ、１０６Ｋ、１０６Ｌの部分の数、部分の強度、入射角、反射角、及びその他の特性及び特性は例示的なものであり、限定的なものではない。多くの他の形状、向き、角度、及び他のそのような特性が考えられる。さらに、図３～図９の実施形態に関して、さらに他の実施形態が、別の実施形態の教示と組み合わされた１つの実施形態の教示を用いて形成され得ることが認識される。例えば、場合によっては、任意の適切な材料及び任意の単純な形状、複雑な形状、異なる形状などの反射体及び反射材料を有する実施形態を形成することができる。

【0070】

特定の実施形態では、本開示が高フラックスパワービーム１０６からの光を集光させるためのレンズレットを教示する。他の実施形態では、本開示が高フラックスパワービーム１０６からの光を発散させるレンズレットを教示する。そして、さらに他の実施形態では、本開示が反射器（平坦な反射器、湾曲した反射器、及びＴＩＲ反射器を含む）を教示して、高フラックスパワービーム１０６からの光の方向を変更する。本明細書に開示される様々な実施形態は、１つ以上のＰＶセルに到達する高フラックスパワービーム１０６からの光の量を増加させるために適切に組み合わされてもよい。

【0071】

別段の定義がない限り、本明細書で使用される技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと類似又は同等の任意の方法及び材料もまた、本発明の実施又は試験において使用され得るが、限定された数の例示的な方法及び材料が本明細書に記載される。

【0072】

本開示では要素（例えば、構成要素、回路、デバイス、装置、構造、層、材料など）が別の要素の「上にある」、「結合されている」、又は「接続されている」と称される場合、該要素は直接上にある、直接結合されている、又は互いに直接接続されている、又は介在する要素が存在することができる。対照的に、要素が別の要素の「上に直接ある」、「直接結合されている」、又は「直接接続されている」、又は「直接接続されている」と称される場合、介在する要素は存在しない。

【0073】

用語「include含む」及び「comprise含む」ならびにその派生物及びその変形はそれらの構文文脈のすべてにおいて、限定されはしないが、非限定的で（open）、包括的な意味で解釈されるべきで（例えば、「含むが、これに限定されない」）ある。用語「又は」は包含的であるか、及び／又はを意味する。「関連する」及び／又は「それに付随する」という句、及び／又はその派生物は、含む、中に含まれる、ともに相互接続する、含有する、含有される、それに又はそれと接続する、それに又はそれと連結する、又はそれと通信可能である、それと協働する、インターリーブする、並列する、それに近い、それに又はそれと結合される、有する、特性を有する、などを意味すると理解することができる。

【0074】

本明細書全体を通して、「一実施形態」又は「実施形態」、及びその変形への言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構成、又は特徴が少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な場所に「一実施形態において」又は「実施形態において」という語句が現れることは、必ずしもすべて同じ実施形態を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造又は性質は１以上の実施形態において任意の適当な方法で組み合わせられ得る。

【0075】

本開示では第１、第２などの用語は様々な要素を説明するために使用され得るが、これらの要素は文脈がそのような限定を明確に要求しない限り、これらの用語によって限定されない。これらの用語は、単に１つの要素を別の要素から区別するために使用される。例えば、発明の概念の範囲から逸脱することなく、第１の機械は第２の機械と呼ぶことができ、同様に、第２の機械は第１の機械と呼ぶことができる。

【0076】

本開示における単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「Ｔｈｅ」は内容及び文脈がそうでないことを明確に指示しない限り、複数の指示対象を含む。連結語「及びａｎｄ」及び「又はｏｒ」は内容及び文脈が場合によって包含性または排他性を明確に指示しない限り、「及び／又はａｎｄ／ｏｒ」を含む最も広い意味で一般に使用される。本明細書において「及びａｎｄ」及び「又はｏｒ」の構成は、「及び／又はａｎｄ／ｏｒ」として列挙される場合、それに関連する要素のすべてと、それに関連する要素のすべてより少ない要素を含む少なくとも１つ以上の代替実施形態とを含む実施形態を包含する。

【0077】

本開示では、連接リストは、オックスフォードカンマ、ハーバードカンマ、シリアルカンマ、又は別の同様の用語として知られ得るカンマを使用する。このようなリストはコンマに続くものもリストに含まれるように、単語、節、又は文を接続することを意図している。

【0078】

本明細書で提供される開示の名称及び要約は単に便宜上のものであり、本発明の範囲を表すものではなく、又は実施形態を意味するものでもない。

【0079】

ある範囲の値が与えられる場合、その間にある値各々は、特に述べない限り、該範囲の上限と下限との間の、該下限の１／１０まで、及び任意の他の記載された値又は該記載された範囲内の値は、本発明の範囲内に入る。これらのより小さい範囲の上限及び下限は、独立して、より小さい範囲に含まれてもよく、記載された範囲における任意の特に除外された制限を条件として、本発明内に包含される。記載の範囲が当該制限の一方又は両方を含む場合、それらの含まれる制限のいずれか又は両方を排除する範囲も本発明に含まれる。

【0080】

一般に、特に断らない限り、本発明及び／又はその構成要素を作製するための材料は、金属、金属合金、半導体、セラミック、プラスチックなどの適切な材料から選択されてもよい。

【0081】

ビームパワー伝送システム１００はさらに、オペレーティングシステム等の従来の組み込みデバイスに見られる動作ソフトウェア、Ｉ／Ｏ回路、ネットワーク回路、及び他の周辺コンポーネント回路を介して動作を方向付けるためのソフトウェアドライバを含むことができる。さらに、ビームパワー伝送システム１００は、他のコンピューティング装置と通信するためのネットワークソフトウェア、データベースを構築及び維持するためのデータベースソフトウェア、及び様々なＣＰＵ間で通信及び／又は動作ワークロードを分配するためのタスク管理ソフトウェアなどの動作アプリケーションソフトウェアを含むことができる。場合によってはビームパワー伝送システム１００が本明細書に列挙されたハードウェア及びソフトウェアを有する単一のハードウェアデバイスであり、他の場合にはビームパワー伝送システム１００がビームパワー伝送システムの機能を実行するために一緒に働く個別のハードウェア及びソフトウェアデバイスのネットワーク化された集合である。送信機１０２及び受信機１０４の従来のハードウェア及びソフトウェアは、簡略化のために図には示されていない。

【0082】

上記の種々の実施形態は、更なる実施形態を提供するように組み合わされることが可能である。実施形態の態様は、必要に応じて、本明細書で参照される様々な特許、特許出願、及び刊行物の概念を使用して、さらなる実施形態を提供するように修正することができる。

【0083】

上記の詳細説明に照らして、上記の及び他の変形がそれらの実施形態に対して行われることが可能である。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は特許請求の範囲を、明細書及び特許請求の範囲に開示される特定の実施形態に限定するように解釈されるべきではなく、そのような特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲とともに、すべての可能な実施形態を含むように解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は、本開示によって限定されない。
下記は、本願の出願当初に記載の発明である。
＜請求項１＞
高フラックスパワービームを出力するように構成された遠隔パワー送信機、及び、
前記高フラックスパワービームを受信するように構成された遠隔パワー受信機を含み、
前記受信機が、
前記高フラックスパワービームの光エネルギーの少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように構成された少なくとも２つの光起電（ＰＶ）セルと、
前記少なくとも２つのＰＶセルに隣接する非ＰＶ構造と、
前記非ＰＶ構造から離して、前記少なくとも２つのＰＶセルに向かけてフラックスを誘導するように構成された光誘導構造と、を含む、遠隔パワーシステム。
＜請求項２＞
前記光誘導構造は前記少なくとも２つのＰＶセルの位置に対応する少なくとも２つの非連続領域に、隣接したパワービームを誘導するように構成される、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項３＞
前記非ＰＶ構造は、前記少なくとも２つのＰＶ電池の間にある、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項４＞
前記高フラックスパワービームはレーザービームである、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項５＞
前記少なくとも１つの非ＰＶ構造は、配線、電力変換回路、及びＰＶセルを支持するためのフレーム構造のうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項６＞
前記光誘導構造は第１の複数のレンズレットを含み、各レンズレットは、前記高フラックスパワービームと前記少なくとも２つのＰＶセルのＰＶセルとの間に少なくとも部分的に位置決めされる、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項７＞
前記第１の複数のレンズレットの少なくとも２つのレンズレットが、エッジトゥエッジで配置される、請求項６に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項８＞
前記第１の複数のレンズレットの各レンズレットは、収束レンズである、請求項６に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項９＞
前記光誘導構造は第２の複数のレンズレットをさらに備え、前記第２の複数のレンズレットの各レンズレットは前記第１の複数のレンズレットのそれぞれのレンズレットとＰＶ電池との間に配置される、請求項６に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項１０＞
前記第２の複数のレンズレットの少なくとも２つのレンズレットが、互いに隣接して配置される、請求項９に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項１１＞
前記第２の複数のレンズレットの各レンズレットは、発散レンズである、請求項９に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項１２＞
前記光誘導構造は複数の反射構造をさらに含み、前記複数の反射構造の各反射構造は、ＰＶセル上に光を反射するように配置される、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項１３＞
前記複数の反射構造のうちの反射構造は、平面反射構造である、請求項１２に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項１４＞
前記複数の反射構造のうちの反射構造は、湾曲した反射構造である、請求項１２に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項１５＞
各ＰＶセルは長方形のＰＶセルであり、各ＰＶセルは、その４つの縁部のそれぞれに隣接する複数の反射構造のうちの１つの反射構造を有する、請求項１２に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項１６＞
前記複数の構造は、複数の全内部反射（ＴＩＲ）構造をさらに含み、前記複数の反射構造の各ＴＩＲ構造は、それぞれのＰＶセルを実質的に覆う、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項１７＞
前記複数の構造は、個々に形成された複数のレンズレットを備える、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項１８＞
前記複数の構造は、単一の構造として形成された複数のレンズレットを備える、請求項１に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項１９＞
高フラックスパワービームを出力するように構成された遠隔パワー送信機、及び、
前記高フラックスパワービームを受信するように構成された遠隔パワー受信機を含み、
前記受信機は、
前記高フラックスパワービームのフラックスの少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように構成された少なくとも２つのエネルギー変換器と、
前記少なくとも２つのエネルギー変換器に隣接する非エネルギー変換器構造と、
前記非エネルギー変換器構造から離して、前記少なくとも２つのエネルギー変換器に向けてフラックスを誘導するように構成された光誘導構造と、を含む、遠隔パワーシステム。
＜請求項２０＞
前記光誘導構造は前記少なくとも２つのエネルギー変換器の位置に対応する少なくとも２つの非連続領域に、連続したパワービームを誘導するように構成される、請求項１９に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項２１＞
前記非エネルギー変換器構造は、前記少なくとも２つのエネルギー変換器の間にある、請求項１９に記載の遠隔パワーシステム。
＜請求項２２＞
送信機から高フラックスパワービームを送信することと、
少なくとも２つのエネルギー変換器と非エネルギー変換器構造を含む受信機で前記高フラックスパワービームを受信することと、
受信した前記高フラックスパワービームを前記非エネルギー変換器構造から離して、前記少なくとも２つのエネルギー変換器に向けて誘導することと、を含む、パワービームシステムを操作する方法。
＜請求項２３＞
前記受信した高フラックスパワービームを誘導することは、前記受信したビームを、前記少なくとも２つのエネルギー変換器の位置に対応する少なくとも２つの不連続領域に誘導することを含む、請求項２２に記載の方法。
＜請求項２４＞
前記非エネルギー変換器構造は、前記少なくとも２つのエネルギー変換器の間に配置される、請求項２２に記載の方法。
＜請求項２５＞
前記少なくとも２つのエネルギー変換器は、光起電力（ＰＶ）セルである、請求項２２に記載の方法。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】