JP3449963B2 - アンテナ光起電力素子一体化装置 - Google Patents
アンテナ光起電力素子一体化装置Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナと、アン
テナに付随する回路を動作させるための電力を発生する
発電素子を一体化した装置に関する。特に、発電素子と
して光起電力素子（太陽電池）を用い、アンテナと光起
電力素子を一体化した装置に関する。
テナに付随する回路を動作させるための電力を発生する
発電素子を一体化した装置に関する。特に、発電素子と
して光起電力素子（太陽電池）を用い、アンテナと光起
電力素子を一体化した装置に関する。
【０００２】なお、本明細書では、光起電力素子に光起
電力を生じさせる赤外線、可視光線、紫外線などを総称
して「光」という。
電力を生じさせる赤外線、可視光線、紫外線などを総称
して「光」という。
【０００３】
【従来の技術】例えばローカル位置情報システムでは、
そのサービスエリアに配置されるマーカからの送信情報
により、ユーザの位置を検出したり、ユーザが要求する
情報を提供するサービスを行う。ここで、マーカは、サ
ービスエリア内に適当な間隔で配置され、連続的または
断続的に電波を送信する。このマーカの電源として、商
用電力を用いると別途電力用の配線が必要になり、電池
を用いると一定期間ごとに交換が必要になり、システム
全体のメンテナンスコストが高くなる。そこで、マーカ
の自律動作を可能とするために、光起電力素子（太陽電
池）と蓄電池を組み合わせた電源を用いてメンテナンス
フリーとすることが考えられている。さらに、マーカに
用いられるアンテナと光起電力素子（太陽電池）を一体
化および小型化することが求められている。
そのサービスエリアに配置されるマーカからの送信情報
により、ユーザの位置を検出したり、ユーザが要求する
情報を提供するサービスを行う。ここで、マーカは、サ
ービスエリア内に適当な間隔で配置され、連続的または
断続的に電波を送信する。このマーカの電源として、商
用電力を用いると別途電力用の配線が必要になり、電池
を用いると一定期間ごとに交換が必要になり、システム
全体のメンテナンスコストが高くなる。そこで、マーカ
の自律動作を可能とするために、光起電力素子（太陽電
池）と蓄電池を組み合わせた電源を用いてメンテナンス
フリーとすることが考えられている。さらに、マーカに
用いられるアンテナと光起電力素子（太陽電池）を一体
化および小型化することが求められている。
【０００４】図４は、アンテナの構成例を示す。ここで
は、マイクロストリップアンテナの一つであるパッチア
ンテナの構成を示す。図４(1) は斜投影図、図４(2) は
中央部における断面図である。
は、マイクロストリップアンテナの一つであるパッチア
ンテナの構成を示す。図４(1) は斜投影図、図４(2) は
中央部における断面図である。
【０００５】図において、アンテナは、放射板１１およ
び地板１２を形成する導体電極と、それらを保持したり
特性を調整するために用いられる誘電体基板１３により
構成される。ここで、導体電極には主に銅やアルミニウ
ムのような金属が用いられるが、これらは赤外線、可視
光線、紫外線すべてに対して不透明であり、通常の状態
でこれらの光を透過させることができない。また、誘電
体基板には、ガラスエポキシ、テフロン（登録商標）系
誘電体、セラミックスなどが用いられるが、これらも同
様に赤外線、可視光線、紫外線すべてに対して不透明で
ある。
び地板１２を形成する導体電極と、それらを保持したり
特性を調整するために用いられる誘電体基板１３により
構成される。ここで、導体電極には主に銅やアルミニウ
ムのような金属が用いられるが、これらは赤外線、可視
光線、紫外線すべてに対して不透明であり、通常の状態
でこれらの光を透過させることができない。また、誘電
体基板には、ガラスエポキシ、テフロン（登録商標）系
誘電体、セラミックスなどが用いられるが、これらも同
様に赤外線、可視光線、紫外線すべてに対して不透明で
ある。
【０００６】図５は、光起電力素子の構成例を示す。図
５(1) は斜投影図、図５(2) は中央部における断面図で
ある。図において、光起電力素子は、光起電能部２１の
両面に上面電極２２および下面電極２３を形成し、基板
２４上に配置した構成である。この光起電能部２１に
は、可視光線に対して光起電力を生じさせる多結晶シリ
コンやアモルファスシリコンなどの薄膜が用いられる。
また、光起電能部２１の上面電極２２には、光を透過す
る透明導電膜が用いられる。このような透明導電膜に
は、低い抵抗率と高い可視光透過率を同時に満たす特性
が要求され、例えばインジウム・すず酸化物（ＩＴＯ：
Indium Tin Oxide）膜などが一般的に用いられている。
５(1) は斜投影図、図５(2) は中央部における断面図で
ある。図において、光起電力素子は、光起電能部２１の
両面に上面電極２２および下面電極２３を形成し、基板
２４上に配置した構成である。この光起電能部２１に
は、可視光線に対して光起電力を生じさせる多結晶シリ
コンやアモルファスシリコンなどの薄膜が用いられる。
また、光起電能部２１の上面電極２２には、光を透過す
る透明導電膜が用いられる。このような透明導電膜に
は、低い抵抗率と高い可視光透過率を同時に満たす特性
が要求され、例えばインジウム・すず酸化物（ＩＴＯ：
Indium Tin Oxide）膜などが一般的に用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図４に示すアンテナお
よび図５に示す光起電力素子を組み合わせ、アンテナに
付随する回路を動作させるための電力を光起電力素子で
発生させて自律動作を可能とする装置を構成する場合に
は、アンテナの放射パターンなどの特性と光起電力素子
の起電力特性が相互に影響を与えないように配置上の工
夫が必要となる。特に、従来のアンテナは光を透過しな
いので、その影によって光起電力素子の起電力が低下し
ないように、光の入射方向に対して両者を重ねて配置す
ることはできない。そのため、両者を平面的に配置せざ
るをえず、その結果として占有面積が大きくなって装置
の小型化が阻害される問題点があった。
よび図５に示す光起電力素子を組み合わせ、アンテナに
付随する回路を動作させるための電力を光起電力素子で
発生させて自律動作を可能とする装置を構成する場合に
は、アンテナの放射パターンなどの特性と光起電力素子
の起電力特性が相互に影響を与えないように配置上の工
夫が必要となる。特に、従来のアンテナは光を透過しな
いので、その影によって光起電力素子の起電力が低下し
ないように、光の入射方向に対して両者を重ねて配置す
ることはできない。そのため、両者を平面的に配置せざ
るをえず、その結果として占有面積が大きくなって装置
の小型化が阻害される問題点があった。
【０００８】本発明は、アンテナと光起電力素子を重ね
て配置可能とし、占有面積の小型化を達成することがで
きるアンテナ光起電力素子一体化装置を提供することを
目的とする。
て配置可能とし、占有面積の小型化を達成することがで
きるアンテナ光起電力素子一体化装置を提供することを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のアンテナ光起電
力素子一体化装置は、パッチアンテナを形成する導体電
極および誘電体基板として光を透過できるものを用い、
パッチアンテナを透過した光により光起電力素子が発電
できるように重ねて配置することを特徴とする。特に、
光起電力素子を形成する上面電極と、パッチアンテナの
地板を形成する導体電極とを共有する構成とする。これ
により占有面積が小さくなり、小型化することができ
る。
力素子一体化装置は、パッチアンテナを形成する導体電
極および誘電体基板として光を透過できるものを用い、
パッチアンテナを透過した光により光起電力素子が発電
できるように重ねて配置することを特徴とする。特に、
光起電力素子を形成する上面電極と、パッチアンテナの
地板を形成する導体電極とを共有する構成とする。これ
により占有面積が小さくなり、小型化することができ
る。
【００１０】なお、光を透過する導体電極としては、光
起電力素子に光起電力を生じさせる光に対して透明な導
体、半透明な導体、多数の貫通孔を設けた不透明導体、
これらの組合せを用いる。また、光を透過する誘電体基
板としては、光起電力素子に光起電力を生じさせる光に
対して透明な誘電体を用いる。
起電力素子に光起電力を生じさせる光に対して透明な導
体、半透明な導体、多数の貫通孔を設けた不透明導体、
これらの組合せを用いる。また、光を透過する誘電体基
板としては、光起電力素子に光起電力を生じさせる光に
対して透明な誘電体を用いる。
【００１１】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発
明の第１の実施形態を示す。図１(1) は斜投影図、図１
(2) は中央部における断面図である。ここでは、光が上
方から下方に向かって入射するものとする。
明の第１の実施形態を示す。図１(1) は斜投影図、図１
(2) は中央部における断面図である。ここでは、光が上
方から下方に向かって入射するものとする。
【００１２】図において、光起電力素子２は、光起電能
部２１の両面に上面電極２２および下面電極２３を形成
し、基板２４上に配置した構成である。アンテナ１は、
誘電体基板１３の上面に放射板１１となる導体電極を形
成し、光起電力素子２の上面電極２２をアンテナの地板
として共有する構成である。
部２１の両面に上面電極２２および下面電極２３を形成
し、基板２４上に配置した構成である。アンテナ１は、
誘電体基板１３の上面に放射板１１となる導体電極を形
成し、光起電力素子２の上面電極２２をアンテナの地板
として共有する構成である。
【００１３】本実施形態は、アンテナ１を構成する誘電
体基板１３および放射板１１となる導体電極として、光
起電力素子２に光起電力を生じさせる光に対して透明な
材料を用い、アンテナ１の誘電体基板１３と光起電力素
子２の上面電極２２（アンテナ１の地板）を所定の空隙
３を介して重ねて配置した構成を特徴とする。空隙３
は、信号周波数に応じて例えば数ｍｍ〜数ｃｍの範囲に
設定されるが、アンテナとしての特性が損なわれなけれ
ば誘電体基板１３と上面電極２２は接触していてもよ
い。
体基板１３および放射板１１となる導体電極として、光
起電力素子２に光起電力を生じさせる光に対して透明な
材料を用い、アンテナ１の誘電体基板１３と光起電力素
子２の上面電極２２（アンテナ１の地板）を所定の空隙
３を介して重ねて配置した構成を特徴とする。空隙３
は、信号周波数に応じて例えば数ｍｍ〜数ｃｍの範囲に
設定されるが、アンテナとしての特性が損なわれなけれ
ば誘電体基板１３と上面電極２２は接触していてもよ
い。
【００１４】ここで、光起電能部２１として、可視光線
に対して光起電力を生じさせる多結晶シリコンやアモル
ファスシリコンなどの薄膜を用いた場合には、アンテナ
１の放射板１１を形成する導体電極として、可視光線に
対して透明なＩＴＯ膜などを用い、誘電体基板１３とし
て可視光線に対して透明なサファイヤ、石英ガラスなど
を用いる。このようなガラス板の上面にＩＴＯ膜で電極
を形成してアンテナ１とした場合には、ＩＴＯの製造条
件によって異なるが、太陽光の60％〜90％程度がこのア
ンテナ１を透過して光起電力素子２に到達し、アンテナ
に付随する回路を動作させるために必要な電力を発生す
ることができる。
に対して光起電力を生じさせる多結晶シリコンやアモル
ファスシリコンなどの薄膜を用いた場合には、アンテナ
１の放射板１１を形成する導体電極として、可視光線に
対して透明なＩＴＯ膜などを用い、誘電体基板１３とし
て可視光線に対して透明なサファイヤ、石英ガラスなど
を用いる。このようなガラス板の上面にＩＴＯ膜で電極
を形成してアンテナ１とした場合には、ＩＴＯの製造条
件によって異なるが、太陽光の60％〜90％程度がこのア
ンテナ１を透過して光起電力素子２に到達し、アンテナ
に付随する回路を動作させるために必要な電力を発生す
ることができる。
【００１５】本実施形態では、アンテナ１として、誘電
体基板１３の上面にパターン形成した導体電極を放射板
１１として用いた１つのパッチアンテナを示したが、一
般的なマイクロストリップアンテナのパターンや複数の
アンテナを形成してもよい。また、光起電能部２１が可
視光線以外の赤外線や紫外線に対して光起電力を生じさ
せる構造であれば、赤外線や紫外線に対してそれぞれ透
明な材料でアンテナ１を構成する。
体基板１３の上面にパターン形成した導体電極を放射板
１１として用いた１つのパッチアンテナを示したが、一
般的なマイクロストリップアンテナのパターンや複数の
アンテナを形成してもよい。また、光起電能部２１が可
視光線以外の赤外線や紫外線に対して光起電力を生じさ
せる構造であれば、赤外線や紫外線に対してそれぞれ透
明な材料でアンテナ１を構成する。
【００１６】また、アンテナ１の放射板１１を形成する
導体電極に、光起電力素子２に光起電力を生じさせる光
に対して半透明な材料を用いてもよい。なお、例えば可
視光線に対して半透明な導体としては、例えば厚さ 100
ｎｍ以下に堆積したクロムやアルミニウムなどの金属を
用いることができる。
導体電極に、光起電力素子２に光起電力を生じさせる光
に対して半透明な材料を用いてもよい。なお、例えば可
視光線に対して半透明な導体としては、例えば厚さ 100
ｎｍ以下に堆積したクロムやアルミニウムなどの金属を
用いることができる。
【００１７】また、アンテナ１の放射板１１を形成する
導体電極に、光起電力素子２に光起電力を生じさせる光
に対して不透明な材料に例えばメッシュ状に多数の貫通
孔を設けたものを用いてもよい。なお、不透明な導体と
して例えばアルミニウム、銅、クロムなどの金属を用い
てアンテナ１の電極を形成しても、メッシュ状に多数の
貫通孔を設けることにより例えば80％程度の光を透過さ
せることは可能である。これにより、太陽光がこのアン
テナ１を透過して光起電力素子２に到達し、アンテナに
付随する回路を動作させるために必要な電力を発生する
ことができる。
導体電極に、光起電力素子２に光起電力を生じさせる光
に対して不透明な材料に例えばメッシュ状に多数の貫通
孔を設けたものを用いてもよい。なお、不透明な導体と
して例えばアルミニウム、銅、クロムなどの金属を用い
てアンテナ１の電極を形成しても、メッシュ状に多数の
貫通孔を設けることにより例えば80％程度の光を透過さ
せることは可能である。これにより、太陽光がこのアン
テナ１を透過して光起電力素子２に到達し、アンテナに
付随する回路を動作させるために必要な電力を発生する
ことができる。
【００１８】また、金属電極にあけた貫通孔の部分に、
上記の透明導体あるいは半透明導体を埋め込んだものを
用いてもよい。この場合には、貫通孔を完全な空隙とす
るよりは、導体としての特性を改善することができる。
上記の透明導体あるいは半透明導体を埋め込んだものを
用いてもよい。この場合には、貫通孔を完全な空隙とす
るよりは、導体としての特性を改善することができる。
【００１９】以上示した本発明の構成では、アンテナ１
の地板と光起電力素子２の上面電極２２を共有するよう
になっているので、光起電力素子２により発電される直
流電力とアンテナ１で送受信される高周波信号の分離が
必要になる場合がある。この直流電力と高周波信号を分
離する等価回路の一例を図２に示す。
の地板と光起電力素子２の上面電極２２を共有するよう
になっているので、光起電力素子２により発電される直
流電力とアンテナ１で送受信される高周波信号の分離が
必要になる場合がある。この直流電力と高周波信号を分
離する等価回路の一例を図２に示す。
【００２０】図２において、アンテナ１の放射板１１に
は、高周波信号の入出力端子３１が接続される。アンテ
ナ１の地板と光起電力素子２の上面電極２２が共有にな
っているので、その電極は高周波的に短絡かつ直流的に
開放である必要があり、例えば数ピコファラッド以上の
容量をもつコンデンサ３２を介して接地する。また、そ
の電極から高周波信号の影響を受けずに直流電力出力端
子３３に直流電力を出力するには、その間が高周波的に
開放かつ直流的に短絡である必要があり、例えば数ナノ
ヘンリーのコイル３４を直列に接続する。
は、高周波信号の入出力端子３１が接続される。アンテ
ナ１の地板と光起電力素子２の上面電極２２が共有にな
っているので、その電極は高周波的に短絡かつ直流的に
開放である必要があり、例えば数ピコファラッド以上の
容量をもつコンデンサ３２を介して接地する。また、そ
の電極から高周波信号の影響を受けずに直流電力出力端
子３３に直流電力を出力するには、その間が高周波的に
開放かつ直流的に短絡である必要があり、例えば数ナノ
ヘンリーのコイル３４を直列に接続する。
【００２１】（第２の実施形態）図３は、本発明の第２
の実施形態を示す。図３(1) は斜投影図、図３(2) は中
央部における断面図である。ここでは、光が上方から下
方に向かって入射するものとする。
の実施形態を示す。図３(1) は斜投影図、図３(2) は中
央部における断面図である。ここでは、光が上方から下
方に向かって入射するものとする。
【００２２】本実施形態の特徴は、図１に示す第１の実
施形態の構成において、アンテナ１を構成する誘電体基
板１３の下面に放射板１１となる導体電極を形成し、空
隙３を介して光起電力素子２の上面電極２２を用いた地
板と対向させるところにある。その他の構成は、第１の
実施形態と同様である。
施形態の構成において、アンテナ１を構成する誘電体基
板１３の下面に放射板１１となる導体電極を形成し、空
隙３を介して光起電力素子２の上面電極２２を用いた地
板と対向させるところにある。その他の構成は、第１の
実施形態と同様である。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のアンテナ
光起電力素子一体化装置は、アンテナを形成する導体電
極および誘電体基板として光を透過できるものを用い、
アンテナを透過した光により光起電力素子が発電できる
ように配置することにより、アンテナとアンテナに付随
する回路を動作させるための電力を発生する光起電力素
子を縦積みで一体化することができる。これにより、自
律動作可能な装置（例えばローカル位置情報システムに
おけるマーカ）の占有面積を小さくし、小型化すること
ができる。
光起電力素子一体化装置は、アンテナを形成する導体電
極および誘電体基板として光を透過できるものを用い、
アンテナを透過した光により光起電力素子が発電できる
ように配置することにより、アンテナとアンテナに付随
する回路を動作させるための電力を発生する光起電力素
子を縦積みで一体化することができる。これにより、自
律動作可能な装置（例えばローカル位置情報システムに
おけるマーカ）の占有面積を小さくし、小型化すること
ができる。
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図。
【図２】直流電力と高周波信号を分離する等価回路の一
例を示す図。
例を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す図。
【図４】アンテナの構成例を示す図。
【図５】光起電力素子の構成例を示す図。
１ アンテナ
２ 光起電力素子
１１ 放射板
１２ 地板
１３ 誘電体基板
２１ 光起電能部
２２ 上面電極（アンテナの地板）
２３ 下面電極
３１ 高周波信号の入出力端子
３２ コンデンサ
３３ 直流電力出力端子
３４ コイル
フロントページの続き
(72)発明者 工藤 栄亮
東京都千代田区大手町二丁目３番１号
日本電信電話株式会社内
(72)発明者 関 智弘
東京都千代田区大手町二丁目３番１号
日本電信電話株式会社内
(72)発明者 内田 大誠
東京都千代田区大手町二丁目３番１号
日本電信電話株式会社内
(72)発明者 渋谷 昭範
東京都千代田区大手町二丁目３番１号
日本電信電話株式会社内
(72)発明者 小川 智明
東京都千代田区大手町二丁目３番１号
日本電信電話株式会社内
(56)参考文献 特開 平９−135110（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−270925（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−177336（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−15230（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−12244（ＪＰ，Ａ)
特開2001−267836（ＪＰ，Ａ)
特開2000−165128（ＪＰ，Ａ)
実開 平４−59644（ＪＰ，Ｕ)
実開 平２−145806（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01Q 13/08
H01L 31/04
H01Q 1/38
H01Q 1/44
Claims (5)
- 【請求項１】 光起電力素子に光起電力を生じさせる光
を透過する材料または構造によるアンテナと、 前記アンテナの下に配置され、前記アンテナを透過した
光により前記アンテナに付随する回路を動作させるため
の電力を発生する光起電力素子とを備え、前記光起電力素子は、光起電能部およびその両面に形成
される電極を基板上に配置した構成であり、 前記アンテナは、地板を形成する導体電極として前記光
起電力素子の上面電極を用い、放射板を形成する導体電
極を上面に形成した誘電体基板を、当該誘電体基板の下
面が前記上面電極に接触するかまたは空隙を介して前記
上面電極に対向するように配置した構造のパッチアンテ
ナであり、 前記放射板を形成する導体電極および前記誘電体基板と
して、前記光起電力素子に光起電力を生じさせる光に対
して透明な材料を用いた構成である ことを特徴とするア
ンテナ光起電力素子一体化装置。 - 【請求項２】 光起電力素子に光起電力を生じさせる光
を透過する材料または構造によるアンテナと、 前記アンテナの下に配置され、前記アンテナを透過した
光により前記アンテナに付随する回路を動作させるため
の電力を発生する光起電力素子とを備え、 前記光起電力素子は、光起電能部およびその両面に形成
される電極を基板上に配置した構成であり、 前記アンテナは、地板を形成する導体電極として前記光
起電力素子の上面電極を用い、放射板を形成する導体電
極を下面に形成した誘電体基板を、当該放射板を形成す
る導体電極が空隙を介して前記上面電極に対向するよう
に配置した構造のパッチアンテナであり、 前記 放射板を形成する導体電極および前記誘電体基板と
して、前記光起電力素子に光起電力を生じさせる光に対
して透明な材料を用いた構成であることを特徴とするア
ンテナ光起電力素子一体化装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のアンテナ
光起電力素子一体化装置において、 前記アンテナの放射板を形成する導体電極は、前記光起
電力素子に光起電力を生じさせる光に対して透明な材料
に代わり、半透明な材料を用いた構成であることを特徴
とするアンテナ光起電力素子一体化装置。 - 【請求項４】 請求項１または請求項２記載のアンテナ
光起電力素子一体化装置において、 前記アンテナの放射板を形成する導体電極は、前記光起
電力素子に光起電力を生じさせる光に対して透明な材料
に代わり、不透明な材料に多数の貫通孔を設けた構成で
あることを特徴とするアンテナ光起電力素子一体化装
置。 - 【請求項５】 請求項４記載のアンテナ光起電力素子一
体化装置において、 前記アンテナの放射板を形成する導体電極は、前記光起
電力素子に光起電力を生じさせる光に対して不透明な材
料に設けた多数の貫通孔に、この光に対して透明または
半透明な導体を埋め込んだ構成であることを特徴とする
アンテナ光起電力素子一体化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000137317A JP3449963B2 (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | アンテナ光起電力素子一体化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000137317A JP3449963B2 (ja) | 2000-05-10 | 2000-05-10 | アンテナ光起電力素子一体化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001320224A JP2001320224A (ja) | 2001-11-16 |
| JP3449963B2 true JP3449963B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
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