JP6671636B2 - Optical power supply light source device and optical power supply system using the optical power supply light source device - Google Patents
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Description
本発明は、光給電用光源装置に係り、更に詳細には、塵埃等によるレーザー光のパワー低下を防止できる光給電用光源装置に関する。 The present invention relates to an optical power supply light source device, and more particularly, to an optical power supply light source device capable of preventing a reduction in power of laser light due to dust or the like.
現在の電気自動車は、走行に必要なエネルギーのすべてを電池に蓄積するものであり、電気自動車の航続可能距離は搭載する電池の容量によって決まってしまう。また、電池の充電は、電池材料の化学組成の変化防止や反応速度などの制限もあるため、大量のエネルーを短時間で蓄積することは困難であり、電気自動車の普及の障害となっている。 Current electric vehicles store all of the energy required for traveling in a battery, and the cruising range of the electric vehicle is determined by the capacity of the battery mounted. In addition, the charging of batteries is also difficult to accumulate a large amount of energy in a short time because there are restrictions on the change in the chemical composition of the battery material and the reaction rate, which is an obstacle to the spread of electric vehicles. .
特許文献1の特開2010−166675号公報には、道路に設けたレーザー光供給手段から、電気自動車が備えるレーザー光受給装置にレーザー光を供給し、該レーザー光受給装置が電力に変換することで、電気自動車が電力の供給を受けながら走行することを可能にするレーザー光給電システムが提案されている。
そして、信号機や街路灯などと共に道路の上部にレーザー光供給手段を設け、上方から電気自動車にレーザー光を供給することが例示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-166675 discloses that laser light is supplied from a laser light supply unit provided on a road to a laser light reception device provided in an electric vehicle, and the laser light reception device converts the laser light into electric power. There has been proposed a laser beam feeding system that enables an electric vehicle to travel while receiving electric power.
In addition, it is exemplified that a laser light supply unit is provided above a road together with a traffic light, a street light, and the like, and laser light is supplied to the electric vehicle from above.
また、特許文献2の特表2014−511507号公報には、車両の将来位置を予測し、レーザー光の指向性を高速で移動させる照明装置が提案されている。
Japanese Patent Application Publication No. 2014-511507 of
さらに、特許文献3の特開2005−268506号公報には、ガラス容器中にフッ素系不活性液体を封入した高耐力位相共役鏡を増幅光路中に配置することで、固体レーザー材料の発熱によるレーザー光の波面歪みを補正し、レーザー光の集光性を向上できる固体レーザー増幅器が開示されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-268506 of
光給電用光源装置内に塵埃や大気中の成分等が侵入すると、レーザー光発光器のレーザー光出射部に塵埃が付着したり、結露等により膜を形成する。これらの付着物はレーザー光の透過を妨げるだけでなく、光給電システムに用いられるレーザー光は高パワーであるため、レーザー光を吸収して発熱し、光源を劣化させる。 When dust or airborne components enter the light source device for optical power supply, the dust adheres to the laser light emitting portion of the laser light emitting device or forms a film due to dew condensation or the like. These deposits not only impede the transmission of the laser light, but also absorb the laser light and generate heat to deteriorate the light source because the laser light used in the optical power supply system has high power.
上記光源の劣化に対しては、レーザー光発光器に保護ガラスを設け、付着する塵埃等を上記保護ガラスで受けとめることが考えられるが、レーザー光の透過の妨げとなることは防止できず、光導波管内での保護ガラスを清掃するメンテナスは困難である。 For the deterioration of the light source, it is conceivable to provide a protective glass on the laser light emitter and catch the attached dust and the like with the protective glass. However, it is impossible to prevent the transmission of the laser light from being hindered. Maintenance to clean the protective glass inside the tube is difficult.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長期に亘り、光路の清浄度を高度に維持できるメンテナンス性に優れた光給電用光源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical power supply light source device with excellent maintainability that can maintain a high degree of cleanliness of an optical path for a long period of time. is there.
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、内部に気相と接する液相を有する光導波管の液相中にレーザー光発光器を設けることにより、レーザー光発光器の発熱によって上記液相に対流が生じ、該対流によりレーザー光発光器上に塵埃等が堆積することを防止でき、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, by providing a laser light emitter in the liquid phase of an optical waveguide having a liquid phase in contact with the gas phase inside, the laser light emitter The heat generated generates a convection in the liquid phase, and prevents the accumulation of dust and the like on the laser light emitting device due to the convection, and has found that the above object can be achieved. Thus, the present invention has been completed.
すなわち、本発明の光給電用光源装置は、内面が鏡面である中空の光導波管と、レーザー光を出射するレーザー光発光器とを備える。
そして、上記光導波管が、下端が閉塞して内部に気相と接する液相を有するものであり、上記液相中に上記レーザー光発光器を配置したものであることを特徴とする。
That is, the light source device for optical power supply of the present invention includes a hollow optical waveguide having an inner surface that is a mirror surface, and a laser light emitter that emits laser light.
The optical waveguide has a liquid phase in which the lower end is closed and in contact with the gas phase, and the laser light emitter is arranged in the liquid phase.
また、本発明の光給電システムは、上記本発明の光給電用光源装置と、該光源装置からの光を受光し発電する光給電用受光装置とを備える。 Further, an optical power supply system according to the present invention includes the above-described optical power supply light source device according to the present invention, and an optical power supply light receiving device that receives light from the light source device and generates power.
本発明によれば、内部に気相と接する液相を有する光導波管の液相中に、レーザー光発光器を設けることとしたため、長期に亘り、光路の清浄度を高度に維持できるメンテナンス性に優れた光給電用光源装置を提供することができる。 According to the present invention, since the laser light emitter is provided in the liquid phase of the optical waveguide having a liquid phase in contact with the gas phase inside, the maintenance property that can maintain a high degree of optical path cleanliness for a long time. It is possible to provide an optical power supply light source device excellent in the above.
<光給電システム>
まず、本発明の光給電システムについて説明する。
本発明の光給電システム100は、電気自動車等の移動体200への給電を非接触で行うものであり、図1に示すように、光給電用光源装置1と、該光給電用光源装置からの光を受光する光給電用受光装置201とを備え、該光給電用受光装置は電気自動車等の移動体に搭載される。
具体的には、上記光給電用光源装置1はレーザー光6を出射するものであり、上記光給電用受光装置201は、上記光給電用光源装置1からのレーザー光6を受光して発電する太陽電池を有するものである。
<Optical power supply system>
First, an optical power supply system of the present invention will be described.
An optical
Specifically, the light-feeding
レーザー光を用いて行う給電は、レーザー光の直進性が高いため送受電間距離を自由に設定でき、また送受電に伴う漏えい成分のコントロールが容易であるため汎用性が高い。 Power supply using laser light has high straightness of laser light, so that the distance between power transmission and reception can be freely set, and versatility is high because it is easy to control leakage components involved in power transmission and reception.
上記光給電用光源装置1から光給電用受光装置201に向けて照射するレーザー光6を、上記太陽電池のバンドギャップに合わせた波長の光にすることで、太陽光を照射したときよりも光電変換効率を高くすることができ、効率的な給電が可能となる。
By making the
そして、電気自動車等の移動体200は、ボディーや屋根などに設けた太陽電池で受光したレーザー光6を電力に変換し、直接又はバッテリーを介してモータを駆動して走行する。
The moving
電気自動車等の移動体200の走行に必要な大きな駆動電力を、光給電により上記移動体に供給する場合は、現状の市街地における街路灯や駐車場での保安灯に類似した形態で光給電用光源装置を設置することが、想定される代表的な普及形態の一つである。
When a large driving power required for traveling of the moving
そして、光給電用光源装置を街路灯に類似した形態とする場合、近年では電力線を埋設し、電柱を廃止することが趨勢となっている。また、光給電用光源装置のメンテナンス性の向上等を考慮すると、光給電用光源装置への電力供給は地上付近から行うこと想定される。 In the case where the light source device for optical power supply has a form similar to a street lamp, in recent years, it has become a trend to bury power lines and abolish power poles. In addition, in consideration of the improvement of the maintainability of the optical power supply light source device, it is assumed that the power supply to the optical power supply light source device is performed from near the ground.
上記光給電用光源装置1としては、以下に示す、レーザー光発光器5を地上付近に設置するものであることが好ましい。
As the
<光給電用光源装置>
本発明の光給電用光源装置について詳細に説明する。
上記光給電用光源装置1は、内面が鏡面である中空の光導波管2の内部に、気相3と接する液相4を有し、上記光導波管2内の液相中に配置されたレーザー光を出射するレーザー光発光器5を備える。
<Light source device for optical power supply>
The light source device for optical power supply of the present invention will be described in detail.
The
街路灯型の光給電用光源装置1の例の概略図を図2に示す。上記光給電用光源装置1は、内面が光反射面であり、上部が逆U字形をした光導波管2内の地表付近にレーザー光発光器5を備え、地表に向けてレーザー光6を照射するものである。
FIG. 2 shows a schematic diagram of an example of a street light type light-supply
上記レーザー光発光器5は、地中又は地表付近の電力ケーブル7から電力の供給を受けてレーザー光6を出射する。
上記レーザー光発光器5が上方に向けてレーザー光6を出射すると、出射したレーザー光6は、上記光導波管2の形状に沿って進路を変えて伝播し、電気自動車等の移動体200の光給電用受光装置201に入射して電力に変換される。
The
When the
上記街路灯型の光給電用光源装置1は、供給するレーザー光の照射位置調整のために可動部8が必要であり、また設置時の運搬容易の観点等から複数のパーツを接続して組み立てられる。
The
しかし、上記光給電用光源装置の可動部8や接続部から、塵埃や大気中の成分などが光導波管2内部へ侵入し光源の劣化や照射レーザー光のエネルギー低下が生じる。
However, dust and components in the atmosphere enter the
つまり、上記可動部等にシーリング部材等を設けたとしても、気温の変化や気圧の変化、風、雨、結露、振動、地震などの自然界の環境変化や、経時劣化等の影響により、光導波管内部への塵埃等の侵入を完全に防止することはできない。 In other words, even if a sealing member or the like is provided on the movable part or the like, the optical waveguide is affected by changes in the natural environment, such as changes in air temperature and pressure, wind, rain, condensation, vibration, earthquakes, and aging. It is not possible to completely prevent dust and the like from entering the inside of the pipe.
本発明の光給電用光源装置1においては、光導波管2内に気相3と接する液相4を有するものであるため、光導波管2内に侵入した塵埃等は気相中を降下して液相により捕捉される。
そして、レーザー光発光器5の上方にはレーザー光発光器5の発熱により上昇流が生じるため、レーザー光発光器5の上方では、塵埃等が対流に乗って上昇する。
In the optical power supply
Since an upward flow is generated above the
したがって、塵埃等がレーザー光発光器5の出射部51に堆積することが防止され、光源の劣化及びレーザー光の透過の妨げが防止され、照射レーザー光のエネルギー低下を防止することができる。
Therefore, dust and the like are prevented from being deposited on the
なお、液相が気相と接しているため、光給電用光源装置1に振動等が加わることで液面に非平坦部分が発生して屈折光が生じることがある。
しかし、上記非平坦部分は定常的に形成されるものではなく、一時的に屈折光が生じたとしても光導波管2内に閉じ込められ、光導波管2内面で反射しながら伝送されるので、反射を繰り返し光照射において伝搬に障害が発生することはない。
In addition, since the liquid phase is in contact with the gas phase, non-flat portions may be generated on the liquid surface due to vibration or the like applied to the
However, the non-flat portion is not always formed, and even if refracted light is temporarily generated, the non-flat portion is confined in the
(光導波管)
上記光導波管2は内面全体が鏡面処理されたものであり、下端21が閉塞して水密封止され、液相4を構成する液体が漏洩しないものである。
(Optical waveguide)
The entire inner surface of the
上記光導波管2を構成する材料が、常温での熱伝導率が200W/(m・K)以上の材料であると液相4を構成する液体の冷却が促進され、レーザー光発光器5付近の液体と気相との界面付近の液体との温度差が大きくなって対流が生じ、塵埃等がレーザー光発光器5に堆積することを防止できると共に、レーザー光発光器5の冷却が促進される。
When the material forming the
上記熱伝導率が200W/(m・K)以上の材料としては、銅、アルミニウム又はこれらを主成分とする合金を挙げることができる。 Examples of the material having a thermal conductivity of 200 W / (m · K) or more include copper, aluminum, and alloys containing these as a main component.
(液相)
上記液相を構成する液体としては、レーザー光に対して透明なものであれば使用できるが、メンテナンスフリーの観点から、沸点が高く、かつ蒸気圧が低い不活性の液体であることが好ましい。
本発明において、レーザー光に対して透明とは、レーザー光から出射される波長の光の透過率(厚さ1cmの試料を通過した光の放射発散度/入射光の放射発散度)が99%以上であることをいう。
(Liquid phase)
As the liquid constituting the liquid phase, any liquid that is transparent to laser light can be used, but from the viewpoint of maintenance-free, an inert liquid having a high boiling point and a low vapor pressure is preferable.
In the present invention, “transparent to laser light” means that the transmittance of light having a wavelength emitted from laser light (radiation divergence of light passing through a sample having a thickness of 1 cm / radiation divergence of incident light) is 99%. It is the above.
上記不活性の液体としては、3M社製フロリナート(登録商標)等のフッ素系不活性液体を挙げることができる。 Examples of the inert liquid include a fluorine-based inert liquid such as Fluorinert (registered trademark) manufactured by 3M.
上記フッ素系不活性液体は、水よりも比重が大きく、水よりも沸点が高く、かつ水との溶解率は無視できるほど小さいものである。したがって、レーザー光発光器と光導波管内に侵入した水とを分離でき、フッ素系不活性液体上に溜まった水は、運転中の熱により蒸発除去することができる。
さらに、上記フッ素系不活性液体は、高エネルギーの光の照射でも分解されない特性を有し、液体が劣化しないため信頼性が向上する。加えて、高い電気絶縁性を有し、レーザー光発光器の腐食劣化を防止できるものである。
The fluorine-based inert liquid has a higher specific gravity than water, a higher boiling point than water, and a negligible solubility in water. Therefore, the laser light emitter and the water that has entered the optical waveguide can be separated, and the water accumulated on the fluorine-based inert liquid can be removed by evaporation during operation.
Further, the fluorine-based inert liquid has a property that it is not decomposed even by irradiation with high-energy light, and the liquid is not deteriorated, so that the reliability is improved. In addition, it has high electrical insulation and can prevent corrosion deterioration of the laser light emitter.
(レーザー光発光器)
上記レーザー光発光器5としては、高エネルギーのレーザー光を出射できれば特に制限はないが、小型軽量であることから半導体発光素子であることが好ましく、さらにVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Lase)型レーザーであることが好ましい。
(Laser light emitter)
The
VCSEL型レーザーの出射光は、端面発光半導体レーザーのように楕円錐状ではなく、円錐状となり、出射光の放射角(開き角)が端面発光半導体レーザーよりも小角である。
したがって、光導波管内面での反射回数を低減した導波が可能であり、端面発光レーザーのように、複数のシリンドリカルレンズを並べて用いる必要がなく、大径の光導波管により高エネルギーのレーザー光を効率よく伝播させることができる。
The emitted light of the VCSEL type laser is not an elliptical cone but a conical shape unlike the edge emitting semiconductor laser, and the emission angle (opening angle) of the emitted light is smaller than that of the edge emitting semiconductor laser.
Therefore, it is possible to conduct guided light with a reduced number of reflections on the inner surface of the optical waveguide, and it is not necessary to use a plurality of cylindrical lenses side by side as in the case of an edge emitting laser. Can be efficiently propagated.
また、レーザー光発光器5は、レーザー光の光軸61が光導波管2の管方向と平行、かつレーザー光の出射方向が気相方向になるように配置することが好ましい。レーザー光が光導波管2の管壁で反射して生ずる発熱減衰を低減できる。
さらに、光導波管内2のレーザー光発光器5が液体に浸漬された領域から液面41までの範囲を光軸61が鉛直方向になるように配置することで、前述した液面41での屈折光を低減することができる。
Further, the
Further, by arranging the range from the region where the
以下、本発明を実施形態により詳細に説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments, but the present invention is not limited to the following embodiments.
(第1の実施形態)
第1の実施形態を図3により説明する。図3は図2中の点線丸で示す部分の拡大断面図である。
本実施形態の光給電用光源装置は、中空の光導波管2中に、気相3と接する液相4を構成する液体を有し、該液体中にレーザー光発光器5が配置されたものである。
(First embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged sectional view of a portion indicated by a dotted circle in FIG.
The light source device for optical power supply of the present embodiment has a liquid constituting a
上記中空の光導波管2の内面は、全面が鏡面処理されており、上記レーザー光発光器5から上方に向けて出射されたレーザー光6を反射して伝播する。また、光導波管2の下端21は閉塞し、水密封止されて上記液体の漏洩を防止する。
The entire inner surface of the hollow
上記レーザー光発光器5は、上方に向けてレーザー光6を出射すると共に、発熱して周囲の液体を加熱する。すると、図4中矢印cで示すように、液相中にはレーザー光発光器5から上方に向けて上昇流が生じて液体が対流する。
The
したがって、レーザー光発光器5の上方に塵埃等が落下したとしても上昇流によってまき上げられ、レーザー光発光器5の出射部51に塵埃等が堆積することが防止される。
Therefore, even if dust or the like falls above the
また、塵埃等が液面に浮遊したとしても、液面41ではレーザー光6の光軸61から測方に向けて、すなわち、光導波管2の内壁に向かって流れ、塵埃等は、図5中点線で示すレーザー光の光路62から排斥されるため、レーザー光の透過の妨げとはならない。
Further, even if dust or the like floats on the liquid surface, it flows on the
さらに、レーザー光発光器が液相4中に配置されているので、保護ガラスを設けた場合のような結露による膜付着は発生しない。
Further, since the laser light emitter is arranged in the
上記光導波管2の下端部には塵埃溜まり22を設けることが好ましく、レーザー光発光器5を塵埃溜まり22よりも上方に配置することで、レーザー光発光器5に塵埃等が堆積することを防止できる。
It is preferable to provide a
上記液面41の高さhは、図5に示すように、レーザー光発光器から出射されたレーザー光のピーク強度に対して1/e2の強度を有する光が、最初に光導波管の内面で反射される位置rよりも低いことが好ましい。
As shown in FIG. 5, the height h of the
レーザー光の断面強度分布はガウス分布を基本とした分布を有し、レーザー光の光軸61が最も強く、該光軸から離れるにつれて低下するが、ピーク強度に対して1/e2以上の強度を有する高強度のレーザー光は、反射される際に光導波管2を加熱するエネルギーを有する。
Cross-sectional intensity distribution of the laser light has a basic and distribution of Gaussian distribution, the strongest
特にレーザ光発光器5が光導波管2と熱結合されていない場合においては、ピーク強度に対して1/e2の強度を有する高強度のレーザー光を最初に反射する位置rが液面41よりも高く、上記反射位置rと液面41とが離れていると、液面付近の光導波管が加熱されることが防止される。
In particular, when the
したがって、液体の冷却が促進されてレーザー光発光器5付近と液面41付近との温度差が大きくなって強い対流cが生じ、塵埃等のレーザー光発光器5への堆積が防止される。
Therefore, the cooling of the liquid is promoted, the temperature difference between the vicinity of the
(第2の実施形態)
第2の実施形態を図6により説明する。本実施形態の光給電用光源装置1は、光導波管2内の液相4中に反射材9を有する他は、上記第1の実施形態と同様である。
(Second embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIG. The optical power supply
上記反射材9は形状が板状又は筒状であり、光導波管2の内面及び上記レーザー光の光軸61と間隔を開けて略平行、かつ、その上端が液相中に存在するように配置される。
The reflecting
上記板状又は筒状の反射材9は、少なくとも光軸側の全面が鏡面であり、光導波管2の内側に小径の光導波管を形成する。上記反射材9の長さは、その下端がレーザー光発光器5の近傍まで達する長さであることが好ましい。
The plate-shaped or
上記反射材9により、液相中の上昇流と下降流とが分離され、下降流に乗って沈降する塵埃等がレーザー光発光器5上に入り込むことが防止されて塵埃等のレーザー光発光器5への堆積防止作用が促進される。
The reflecting
さらに、上記反射材9はレーザー光の光軸61側が鏡面であるため、光導波路が狭くなり、放射角が大きい成分の光が減衰してホモジナイズ効果が促進され、レーザー光の放射角の狭角化と均一性とが向上する。
Further, since the
(第3の実施形態)
第3の実施形態を図7により説明する。本実施形態の光給電用光源装置1は、光導波管2内の液相4中に多孔体10を有し、該多孔体10を図7中点線で示すレーザー光の光路62外に配置する他は、上記第1の実施形態、第2の実施形態と同様である。
本発明において、レーザー光の光路62とはピーク強度に対して1/e2以上の強度を有する光の範囲をいう。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIG. The light-feeding
In the present invention, the
上記多孔体10は塵埃のサイズよりも小さい空隙を有するものであり、例えば、0.3μm以下の空隙を有するものである。
The
塵埃のサイズよりも小さい空隙を有する多孔体は、図8に示すように、液相中の循環対流cに乗った塵埃等を捕捉し、液相中を流れる塵埃の濃度上昇を防ぎ、レーザー光の強度低下を防止する。 As shown in FIG. 8, the porous body having voids smaller than the size of the dust captures dust and the like riding on the circulating convection c in the liquid phase, prevents the concentration of dust flowing in the liquid phase from increasing, and reduces the laser light. To prevent the strength from decreasing.
(第4の実施形態)
第4の実施形態を図9により説明する。本実施形態の光給電用光源装置1は、光導波管2内の液相4中にレーザー光に対して透明な透明板を有し、該透明板11をレーザー光の光軸に対して傾けてレーザー光の光路62に配置する他は、上記第1〜3の実施形態の実施形態と同様である。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described with reference to FIG. The light-feeding
レーザー光発光器5の発熱により生じた上昇流は、図10中、矢印で示すように、上記透明板11に当たると該透明板11に沿って斜め上方に流れて光導波管の一側部より液面41付近まで上昇する。
そして、液面付近を光導波管の他側部に向かって流れる表面流と、光導波管付近で冷却され、光導波管に沿って流れる下降流とに分かれる。そして、上記表面流は冷却されて、光導波管の他側部から光導波管に沿って流れる下降流となる。
As shown by an arrow in FIG. 10, when the upward flow generated by the heat generated by the
Then, the flow is divided into a surface flow flowing near the liquid surface toward the other side of the optical waveguide, and a downward flow cooled near the optical waveguide and flowing along the optical waveguide. Then, the surface flow is cooled and becomes a downward flow flowing along the optical waveguide from the other side of the optical waveguide.
このように、本実施形態によれば、液面41において測方への液体の流れが促進され、レーザー光発光器5への塵埃等の堆積防止性能がさらに向上すると共に、レーザー光を出射しない休止中においても光導波管2内に侵入した塵埃等を透明板11でトラップすることができ、塵埃等がレーザー光発光器5上に降下することを防止できる。
さらに、光軸に対して傾いて設置した透明板は、レーザー射出口側から反射して戻ってくるレーザー光発光器5への入射を減少させることができるため、レーザー発振の安定動作を促進する効果も期待できる。
As described above, according to the present embodiment, the flow of the liquid to the measurement at the
Further, the transparent plate installed at an angle with respect to the optical axis can reduce the incidence on the
(第5の実施形態)
第5の実施形態を図11により説明する。本実施形態の光給電用光源装置1は、レーザー光発光器の熱を排熱する排熱部材12を備える他は、上記第1〜4の実施形態の実施形態と同様である。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described with reference to FIG. The light-feeding
上記排熱部材12は、光導波管2の下部とレーザー光発光器5を熱的に接続するものや、レーザー光発光器5に冷媒を供給する冷却管等を挙げることができる。
Examples of the heat-dissipating
上記レーザー光発光器5と光導波管2を熱的に接続するには、熱伝導率が高い金属や結晶性の炭素シート等をこれらの界面に挿入してボルト等を用いて密着させる手法を挙げることができる。
In order to thermally connect the
光導波管2の下部とレーザー光発光器5とを熱的に接続することで、光導波管の下部が加熱点、上部が放熱点となって液相中での対流cが促進される。
By thermally connecting the lower part of the
また、冷却管により冷媒を供給することでレーザー光発光器5の冷却が促進され、レーザー光発光器5を安定して動作させることができる。
Further, by supplying the cooling medium through the cooling pipe, the cooling of the
(第6の実施形態)
第6の実施形態を図12により説明する。本実施形態の光給電用光源装置は、レーザー光発光器5を複数備え、該レーザー光発光器5を光導波管の内面に沿って配置したものである他は、上記第1〜5の実施形態の実施形態と同様である。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment will be described with reference to FIG. The light-feeding light source device of the present embodiment includes a plurality of
光導波管内に複数のレーザー光発光器5を備えることで、部品点数を増加させることなくコンパクトにレーザー光のパワーを増加させることができる。
By providing a plurality of
また、光導波管2の内面に沿ってレーザー光発光器5を配置することで、図13中矢印で示すように、光導波管の内壁付近では上昇流が生じ、光導波管の中心部では下降流が生じて、塵埃等のレーザー光発光器5への堆積が防止される。
Further, by arranging the
また、レーザー光発光器を複数配置する場合にも、図14に示すように、上記第2の実施形態と同様、光導波管2内の液相4中に板状又は筒状の反射材9を設け、上昇流と下降流とを分離することができる。
In the case where a plurality of laser light emitters are arranged, as shown in FIG. 14, similarly to the second embodiment, the plate-like or
(第7の実施形態)
第7の実施形態の光給電用光源装置1は、上記光導波管2が外周に冷却部材13を備える他は、上記第1〜6の実施形態の実施形態と同様である。
(Seventh embodiment)
The
上記冷却部材13としては、例えば、放熱板や、図15に示すような、光導波管2の外周に冷媒132を供給する冷媒供給部材、図16に示すような、上記光導波管2よりも大径の外管を上記光導波管2と間隙をもって配置し、下端を開放として煙突構造を形成し上記間隙を通過する空気や水等の冷媒132により、光導波管の冷却と光導波管と外管との熱分離を向上させるもの、また、図17に示すように光導波管2外周の外管13の上下両端を光導波管2との間で気密封止し、内部に減圧にて液体の冷媒を少量含む中空気密構造を有することでヒートパイプを形成するものなどを挙げることができる。
As the cooling
光導波管2を冷却することで、液相中の対流が促進されてレーザー光発光器5への塵埃等の堆積が防止されると共に、冷却部材13を光導波管の外周に設けることによって光導波管2を保護することができ、光導波管2の強度を上記冷却部材13に持たせることで光導波管2の設計・加工が容易になる。
By cooling the
厚さ10mm、幅140mm、長さ6mの構造用アルミニウム合金製の板を4枚用意し、上記アルミニウム板の片面を鏡面研磨して、表面にガラスコーティングを施した。
上記4枚のアルミニウム板を、鏡面が内側になるように合わせて、外側の突き合わせ部分を水密となるようにアルゴン溶接して、断面が四角形の光導波管2を作製した。
Four structural aluminum alloy plates having a thickness of 10 mm, a width of 140 mm, and a length of 6 m were prepared, and one surface of the aluminum plate was mirror-polished, and the surface was coated with glass.
The four aluminum plates were aligned such that the mirror surface was on the inside, and the outer butted portions were argon-welded so as to be water-tight, thereby producing the
また、表面を鏡面に研磨した厚さ0.3mmのステンレス板を用いて、1辺が60mm、長さが1mの断面が四角形の筒状の反射材9を製作した。
上記光導波管2内に上記筒状の反射材9を挿入し、反射材の下端がレーザー光発光器5の出射部51よりも上方に位置し、かつ光導波管2の内面及びレーザー光の光軸61と平行になるように間隔を開けて固定した。
In addition, a
The
次に、4台のレーザー光発光器(VCSELレーザー発振器)を、レーザー光の出射方向が鉛直方向上向きになるように、光導波管の内面に沿わせて光導波管の下部に金属製のねじで固定し、上記レーザー光発光器の間の空間に開孔径0.3μmのフィルタを挿入した。 Next, four laser light emitters (VCSEL laser oscillators) are screwed on the lower part of the optical waveguide along the inner surface of the optical waveguide so that the emission direction of the laser light is vertically upward. And a filter having an opening diameter of 0.3 μm was inserted into the space between the laser light emitters.
上記レーザー光発光器5に電源供給配線を接続し、フィードスルー端子を取り付けた底蓋(150mm角、厚さ10mmのアルミニウム板)を、Oリングパッキンを挟んで光導波管の一端にねじ止めし、光導波管2の下端部を水密封止した。
A power supply wiring is connected to the
次に、上記光導波管2の外側に、外径280mm厚さ12mm、長さ5mの構造用アルミニム合金製の外管を設け、上記該外管の上端及び下端を、内側に150mm角の穴が開孔した外径280mm厚さ12mmの構造用アルミニウム製の蓋で塞ぎ、気密溶接して、光導波管の外周に冷却部材13を設けた。
上記冷却部材の上部には、水供給及び/又は排気を行うバルブ・ジョイント131を取り付けた。
Next, an outer tube made of a structural aluminum alloy having an outer diameter of 280 mm, a thickness of 12 mm, and a length of 5 m is provided on the outer side of the
A valve joint 131 for supplying and / or exhausting water was attached to the upper part of the cooling member.
上記冷却部材13に冷媒132として純水を内容積の10%程度注入し、残る空間を減圧して高温部が重力側となるヒートパイプを形成した。
なお、冷却部材中の水量及び圧力は、光給電用光源装置1の設置環境で最適の冷却能力になるように設置後調整する。
About 10% of the internal volume of pure water was injected into the cooling
The amount of water and the pressure in the cooling member are adjusted after installation so that the cooling power is optimal in the installation environment of the
その後、光導波管2内に、フッ素系不活性液体(フロリナート:FC−43:3M社製)を上記ヒートパイプの上部気密接合部位置(およそ、高さ5m)まで満たした。
上記フッ素系不活性液体は、沸点が174℃、蒸気圧が1.4×10−4mPaと非常に低いために蒸発しにくく、長期にわたり補充メンテナンスの必要がない。
Thereafter, the
The fluorinated inert liquid has a very low boiling point of 174 ° C. and a low vapor pressure of 1.4 × 10 −4 mPa, so that it is difficult to evaporate and does not require replenishment maintenance for a long time.
また、上記フッ素系不活性液体は、可視光から赤外線領域の波長の光を吸収せず、水に対する溶解性や電気伝導性もほとんどない特徴を有するため、本発明の光給電用光源装置に用いる液体として最適である。 Further, since the fluorine-based inert liquid does not absorb light having a wavelength in the range from visible light to infrared light, and has characteristics of hardly dissolving in water or electric conductivity, it is used in the light source device for optical power supply of the present invention. Ideal as a liquid.
上記フッ素系不活性液体を用いると、結露等で光導波管内部に水がたまった場合でも、運転時のレーザー光発光器の発熱や自然蒸発で水を除去でき、光源系を常に清浄に保つことができる。 When the above-mentioned fluorine-based inert liquid is used, even if water accumulates inside the optical waveguide due to condensation or the like, water can be removed by heat generation or natural evaporation of the laser light emitter during operation, and the light source system is always kept clean. be able to.
さらに、上記フッ素系不活性液体中に完全に沈むように、上部から8cm角の石英ガラス製の透明板11をレーザー光の光軸に対して5°程度傾け、レーザー光の光路上に細いステンレスワイヤ製のステーを用いて光導波管2の内部に取り付けて、図17に示す、本発明にかかる実施例の一例となる光給電用光源装置1の柱部分を製作した。
Further, a
1 光給電用光源装置
2 光導波管
21 下端
22 塵埃溜まり
3 気相(気体)
4 液相(液体)
41 液面
5 レーザー光発光器
51 出射部
6 レーザー光
61 光軸
62 光路
7 電力ケーブル
8 可動部
9 反射材
10 多孔体
11 透明板
12 排熱部材
13 冷却部材
131 バルブ・ジョイント
132 冷媒
100光給電システム
200移動体
201光給電用受光装置
h 液面高さ
r 反射位置
c 対流
DESCRIPTION OF
4 liquid phase (liquid)
41
Claims (16)
上記光導波管が、下端が閉塞して内部に気相と接する液相を有するものであり、
上記液相中に上記気相方向へ発光する上記レーザー光発光器を備えることを特徴とする光給電用光源装置。 A hollow optical waveguide whose inner surface is a mirror surface, and a laser light emitter that emits laser light,
The optical waveguide has a liquid phase in which the lower end is closed and in contact with the gas phase inside,
An optical power supply light source device, comprising: the laser light emitter that emits light in the gas phase direction in the liquid phase.
上記反射材が、光導波管内面及び上記レーザー光の光軸と間隔を開けて略平行に配置され、
上記反射材の光軸側が鏡面であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光給電用光源装置。 Further, having a reflector in the liquid phase in the optical waveguide,
The reflecting material is disposed substantially parallel to the optical waveguide inner surface and the optical axis of the laser light at an interval,
The light source device for optical power supply according to claim 1 , wherein an optical axis side of the reflector is a mirror surface.
上記多孔体をレーザー光の光路外に備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の光給電用光源装置。 Further, having a porous body in the liquid phase in the optical waveguide,
The light source device for optical power feeding according to any one of claims 1 to 3, wherein the porous body is provided outside the optical path of the laser light.
上記透明板を、レーザー光の光路上にレーザー光の光軸に対して傾けて備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の光給電用光源装置。 Furthermore, having a transparent plate transparent to laser light in the liquid phase in the optical waveguide,
The light source device for optical power feeding according to any one of claims 1 to 4, wherein the transparent plate is provided on the optical path of the laser light so as to be inclined with respect to the optical axis of the laser light.
上記排熱部材が、上記レーザー光発光器の熱を排熱するものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の光給電用光源装置。 Furthermore, it has a heat exhaust member,
The light source device for optical power supply according to any one of claims 1 to 5, wherein the heat discharging member is configured to discharge heat of the laser light emitter.
上記光給電用光源装置が、請求項1〜15のいずれか1つの項に記載の光給電システム。 An optical power supply system including an optical power supply light source device and an optical power supply light receiving device that receives light from the light source device and generates power.
The optical power supply system according to any one of claims 1 to 15, wherein the optical power supply light source device is provided.
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