JP7526798B2 - Wireless power supply system and receiving unit - Google Patents
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Description
本発明は、店舗内等において、スマートフォン等の充電型の機器を充電するための無線給電システム、および、この無線給電システムに用いられる受信部に関する。The present invention relates to a wireless power supply system for charging rechargeable devices such as smartphones in stores, etc., and a receiving unit used in this wireless power supply system.
赤外線レーザ等をスマートフォン等の充電型の機器に照射し、機器内で太陽電池等の光電変換素子によって光を電力に変換して充電する、無線給電システムが知られている。
このような無線給電システムでは、機器に装着された光電変換素子に赤外線レーザ等を照射して、光電変換素子によってレーザ光を光電変換することで充電する。
2. Description of the Related Art Wireless power supply systems are known in which an infrared laser or the like is irradiated onto a rechargeable device such as a smartphone, and the light is converted into electricity by a photoelectric conversion element such as a solar cell within the device to charge the device.
In such a wireless power supply system, an infrared laser or the like is irradiated onto a photoelectric conversion element attached to the device, and the laser light is photoelectrically converted by the photoelectric conversion element, thereby charging the device.
この方式によれば、伝送電力は大きいものの、レーザ光が人体へ影響しうる。
このような問題を解決できるシステムとして、特許文献1に記載される無線給電システム(空間分布レーザ共振器)が知られている。この無線給電システムの構成を、図10に概念的に示す。
Although this method has a high transmission power, the laser light may have an effect on the human body.
As a system capable of solving such problems, a wireless power supply system (space-distributed laser resonator) is known, as described in Patent Document 1. The configuration of this wireless power supply system is conceptually shown in FIG.
図10に示す無線給電システム200は、送信部204と受信部206とを有する。
送信部204は、受信部206に赤外線レーザ等の光電変換するためのレーザ光を照射する部位である。
他方、受信部206は、送信部204から照射されたレーザ光を受信して、光電変換しする部位である。受信部206は、例えば、スマートフォンおよびタブレット端末等の携帯可能な充電型の電子機器に組み込まれる。
The wireless power feeding system 200 shown in FIG. 10 includes a transmitting unit 204 and a receiving unit 206 .
The transmitting unit 204 is a part that irradiates the receiving unit 206 with laser light, such as an infrared laser, for photoelectric conversion.
On the other hand, the receiving unit 206 is a part that receives the laser light irradiated from the transmitting unit 204 and performs photoelectric conversion. The receiving unit 206 is incorporated in a portable, rechargeable electronic device such as a smartphone or a tablet terminal, for example.
送信部204は、利得媒体208、共振用ミラー210、レンズ212およびミラー214、ならびに、レンズ216を有する。送信部204において、レンズ212およびミラー214は、再帰反射器を構成する。
他方、受信部206は、集光レンズ218、ハーフミラー220、および、光電変換素子224を有する。受信部206において、集光レンズ218およびハーフミラー220は、再帰反射器を構成する。
The transmitting section 204 includes a gain medium 208, a resonance mirror 210, a lens 212 and a mirror 214, and a lens 216. In the transmitting section 204, the lens 212 and the mirror 214 form a retroreflector.
On the other hand, the receiving unit 206 has a condenser lens 218, a half mirror 220, and a photoelectric conversion element 224. In the receiving unit 206, the condenser lens 218 and the half mirror 220 form a retroreflector.
無線給電システム200において、無線給電をしていない状態、すなわち、受信部206が送信部204による無線給電領域に存在していない状態では、送信部204の利得媒体208は、図示しない励起源から照射された励起光によって所定の波長の光、例えば、赤外線を、等方に発光している。
この状態で、送信部204による無線給電領域(光照射領域)、すなわち、利得媒体208が等方に発光した光が届く領域に受信部206を有する機器が持ち込まれる。これにより、光は受信部206の集光レンズ218によって集光されてハーフミラー220に入射し、一部が透過して光電変換素子224に入射し、一部は、図中に白抜き矢印で示すように、集光レンズ218およびハーフミラー220からなる再帰反射器によって、再帰反射される。
In the wireless power supply system 200, when wireless power supply is not being performed, i.e., when the receiving unit 206 is not present in the wireless power supply area of the transmitting unit 204, the gain medium 208 of the transmitting unit 204 isotropically emitting light of a predetermined wavelength, for example, infrared light, by excitation light irradiated from an excitation source (not shown).
In this state, a device having a receiver 206 is brought into a wireless power supply area (light irradiation area) by the transmitter 204, that is, an area where light emitted isotropically by the gain medium 208 reaches. As a result, the light is collected by the collecting lens 218 of the receiver 206 and enters the half mirror 220, a part of which is transmitted and enters the photoelectric conversion element 224, and a part of which is retroreflected by the retroreflector consisting of the collecting lens 218 and the half mirror 220, as shown by the white arrow in the figure.
受信部206の再帰反射器によって再帰反射された光(白抜き矢印)は、元の光路を戻って、レンズ216を透過して、利得媒体208に入射して共振用ミラー210によって反射され、レンズ212およびミラー214からなる再帰反射器に入射して、再帰反射される(黒矢印)。
なお、レンズ216は、利得媒体208が等方に発光する光が受信部206に届く範囲を広げ、かつ、受信部206から再帰反射される光が送信部204に適正に入射できる範囲を広げるために設けられるレンズである。
The light (open arrow) retroreflected by the retroreflector of the receiving section 206 returns along the original optical path, passes through lens 216, enters the gain medium 208, is reflected by the resonance mirror 210, and enters the retroreflector consisting of lens 212 and mirror 214, where it is retroreflected (black arrow).
The lens 216 is provided to expand the range over which the light emitted isotropically by the gain medium 208 reaches the receiving unit 206, and also to expand the range over which the light reflected back from the receiving unit 206 can properly enter the transmitting unit 204.
送信部204において、レンズ212およびミラー214からなる再帰反射器によって再帰反射された光(黒矢印)は、同様に、元の光路を戻って、利得媒体208に入射して共振用ミラー210によって反射され、レンズ216を透過して、再度、受信部206に入射する。
受信部206に再入射した光は、先と同様に、一部はハーフミラー220を透過して光電変換素子224に入射し、一部は、集光レンズ218およびハーフミラー220からなる再帰反射器によって、再帰反射される。
受信部206において再帰反射された光(白抜き矢印)は、共振用ミラー210によって反射され、レンズ212およびミラー214からなる再帰反射器によって再帰反射され(黒矢印)、同様に受信部206に入射して、一部が再帰反射され、その後、送信部204に入射して再帰反射することを繰り返す。
In the transmitting section 204, the light (black arrow) retroreflected by a retroreflector consisting of a lens 212 and a mirror 214 similarly travels back along the original optical path, enters the gain medium 208, is reflected by the resonant mirror 210, passes through the lens 216, and again enters the receiving section 206.
Of the light re-entering the receiving section 206 , part passes through the half mirror 220 and enters the photoelectric conversion element 224 , as before, and part is retroreflected by the retroreflector consisting of the condenser lens 218 and the half mirror 220 .
The light (white arrow) retroreflected at the receiving unit 206 is reflected by the resonance mirror 210, then retroreflected by a retroreflector consisting of a lens 212 and a mirror 214 (black arrow), and similarly enters the receiving unit 206, where a portion of it is retroreflected, and then enters the transmitting unit 204 and is retroreflected repeatedly.
これにより、送信部204および受信部206の2つの再帰反射器と、共振用ミラー210との間で、利得媒体208を挟んで光が反射されることを繰り返す。これにより、光の共振系(光共振器)が構成されて、利得媒体208が励起した光が増幅されてレーザ発振される。その結果、送信部204が十分な出力のレーザ光を照射し、受信部206に入射して、光電変換素子224が所望の電力を出力できるようになる。 As a result, light is repeatedly reflected between the two retroreflectors of the transmitting unit 204 and the receiving unit 206 and the resonant mirror 210, sandwiching the gain medium 208. This forms an optical resonant system (optical resonator), and the light excited by the gain medium 208 is amplified and oscillated as a laser. As a result, the transmitting unit 204 irradiates laser light of sufficient power, which enters the receiving unit 206, allowing the photoelectric conversion element 224 to output the desired power.
このような無線給電システム200では、送信部204と受信部206との間の再帰反射によって無線給電を行っている状態では、送信部204から十分な出力のレーザ光が出力され、受信部206が受信できる。
しかしながら、送信部204と受信部206との間のレーザ光の光路に、人の手などが入ると、その瞬間にレーザ光が遮断され共振が停止されるので、レーザ発振は、その時点で止まり、高出力のレーザ光で人が損傷することは無い。
従って、この無線給電システム200によれば、レーザ光による危険性を大幅に低下して、十分な出力のレーザ光による無線給電が可能になる。
In such a wireless power supply system 200, when wireless power supply is performed by retroreflection between the transmitting unit 204 and the receiving unit 206, laser light with sufficient power is output from the transmitting unit 204 and can be received by the receiving unit 206.
However, if a human hand or other object enters the optical path of the laser light between the transmitting unit 204 and the receiving unit 206, the laser light is instantly blocked and resonance is stopped, so that the laser oscillation stops at that point and the person will not be injured by the high-power laser light.
Therefore, according to the wireless power feeding system 200, the danger of laser light is significantly reduced, and wireless power feeding using laser light with sufficient output is possible.
ここで、上述のように、無線給電システム200において、受信部206は、スマートフォンおよびタブレット端末など、充電式の携帯可能な電子機器に設けられる。
一方で無線給電システム200において、送信部204および受信部206の2つの再帰反射器と、共振用ミラー210との間で光を共振させるためには、光をハーフミラー220の表面に適正に集光する必要がある。そのため、受信部206を構成する集光レンズ218には、ガラス製のレンズなどの無機レンズが用いられる。
また、集光に必要なレンズパワーを得るためには、集光レンズ218は、それなりの厚さが必要になる。
As described above, in the wireless power supply system 200, the receiving unit 206 is provided in a rechargeable, portable electronic device such as a smartphone or a tablet terminal.
On the other hand, in the wireless power supply system 200, in order to resonate light between the two retroreflectors of the transmitting unit 204 and the receiving unit 206 and the resonance mirror 210, it is necessary to properly focus the light on the surface of the half mirror 220. For this reason, an inorganic lens such as a glass lens is used for the focusing lens 218 constituting the receiving unit 206.
Moreover, in order to obtain the lens power required for focusing, the focusing lens 218 needs to have a certain thickness.
そのため、無線給電システム200では、集光レンズ218に起因して、受信部206が大型化することが避けられない。その結果、小型の機器への受信部の搭載が困難であり、また、受信部を組み込む機器の小型化の阻害要因にも成り得る。Therefore, in the wireless power supply system 200, it is unavoidable that the receiver 206 becomes large due to the focusing lens 218. As a result, it is difficult to mount the receiver in a small device, and this may also be an obstacle to miniaturization of the device incorporating the receiver.
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、送信部と受信部とを有し、光の照射によって受信部に給電する無線給電システムにおいて、受信部を小型化でき、小型の機器への搭載、および、機器の小型化を容易にできる無線給電システム、ならびに、この無線給電システムに用いられる受信部を提供することにある。The object of the present invention is to solve the problems of the conventional technology by providing a wireless power supply system having a transmitting unit and a receiving unit, which supplies power to the receiving unit by irradiating light, in which the receiving unit can be made compact, making it easy to install in small devices and to miniaturize the devices, and by providing a receiving unit for use in this wireless power supply system.
このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を有する。 In order to achieve this objective, the present invention has the following configuration.
[1] 送信部と受信部とを有する無線給電システムであって、
送信部は、利得媒体と、送信側反射部材と、を有し、
受信部は、回折レンズと、光電変換素子と、回折レンズと光電変換素子との間に配置される、回折レンズを透過した光の一部を反射する受信側反射部材と、を有し、
送信側反射部材と受信側反射部材との間に配置された利得媒体によって増幅された光が、回折レンズおよび受信側反射部材を透過して、光電変換素子に入射する、無線給電システム。
[2] 回折レンズが、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層を有する液晶回折レンズであって、
光学異方性層は、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、一方向に向かって連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを、内側から外側に向かう放射状に有し、かつ、
液晶配向パターンにおいて、液晶化合物に由来する光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物に由来する光学軸の向きが180°回転する長さを1周期とした際に、1周期の長さが内側から外側に向かって、漸次、短くなるものである、[1]に記載の無線給電システム。
[3] 受信部が、回折レンズを挟んで、λ/4板を有する、[1]または[2]に記載の無線給電システム。
[4] 受信側反射部材が、ハーフミラーである、[3]に記載の無線給電システム。
[5] 送信側反射部材が、ハーフミラー、または、全反射型のミラーである、[3]
または[4]に記載の無線給電システム。
[6] 受信側反射部材が、コレステリック液晶層、または、誘電体多層膜を有する、
[1]または[2]に記載の無線給電システム。
[7] 送信側反射部材が、コレステリック液晶層、または、誘電体多層膜を有する、
[6]に記載の無線給電システム。
[8] 回折レンズの焦点位置が、受信側反射部材の表面から7mm以内の距離に位置する、[1]~[7]のいずれかに記載の無線給電システム。
[9] 複数の回折レンズが、一次元的、または、二次元的に配列されている、[1]
~[8]のいずれかに記載の無線給電システム。
[10] 無線給電システムに使用される受信部であって、
回折レンズと、光電変換素子と、回折レンズと光電変換素子との間に配置される、回折レンズを透過した光の一部を反射する受信側反射部材と、を有する、受信部。
[11] 回折レンズが、液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層を有する液晶回折レンズであって、
光学異方性層は、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、一方向に向かって連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを、内側から外側に向かう放射状に有し、かつ、
液晶配向パターンにおいて、液晶化合物に由来する光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物に由来する光学軸の向きが180°回転する長さを1周期とした際に、1周期の長さが内側から外側に向かって、漸次、短くなるものである、[10]に記載の受信部。
[12] 回折レンズを挟んでλ/4板を有する、[10]または[11]に記載の受信部。
[13] 受信側反射部材が、ハーフミラーである、[12]に記載の受信部。
[14] 受信側反射部材が、コレステリック液晶層、または、誘電体多層膜を有する、[10]または[11]に記載の受信部。
[15] 回折レンズの焦点位置が、受信側反射部材の表面から7mm以内の距離に位置する、[10]~[14]のいずれかに記載の受信部。
[16] 複数の回折レンズが、一次元的、または、二次元的に配列されている、[10]~[15]のいずれかに記載の受信部。
[1] A wireless power supply system having a transmitting unit and a receiving unit,
The transmitter section includes a gain medium and a transmission-side reflector.
the receiving unit has a diffractive lens, a photoelectric conversion element, and a receiving-side reflecting member disposed between the diffractive lens and the photoelectric conversion element, the receiving member reflecting a portion of the light transmitted through the diffractive lens;
A wireless power supply system in which light amplified by a gain medium disposed between a transmitting-side reflecting member and a receiving-side reflecting member passes through a diffractive lens and the receiving-side reflecting member and is incident on a photoelectric conversion element.
[2] A diffractive lens is a liquid crystal diffractive lens having an optically anisotropic layer formed using a composition containing a liquid crystal compound,
The optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating in one direction radially from the inside to the outside, and
The wireless power supply system described in [1], in which in a liquid crystal orientation pattern, when the length of a 180° rotation of the optical axis direction originating from the liquid crystal compound in one direction in which the direction of the optical axis originating from the liquid crystal compound changes while continuously rotating, is defined as one period, the length of one period gradually becomes shorter from the inside to the outside.
[3] The wireless power supply system according to [1] or [2], wherein the receiving unit has a λ/4 plate between which a diffractive lens is sandwiched.
[4] The wireless power supply system according to [3], wherein the receiving side reflective member is a half mirror.
[5] The transmitting side reflecting member is a half mirror or a total reflection type mirror. [3]
Or the wireless power supply system according to [4].
[6] The receiving side reflective member has a cholesteric liquid crystal layer or a dielectric multilayer film.
The wireless power supply system according to [1] or [2].
[7] The transmitting side reflecting member has a cholesteric liquid crystal layer or a dielectric multilayer film.
The wireless power supply system according to [6].
[8] The wireless power supply system according to any one of [1] to [7], wherein the focal position of the diffractive lens is located at a distance of 7 mm or less from the surface of the receiving side reflecting member.
[9] A plurality of diffractive lenses are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. [1]
The wireless power supply system according to any one of claims 1 to 8.
[10] A receiving unit used in a wireless power supply system,
A receiving section having a diffractive lens, a photoelectric conversion element, and a receiving-side reflecting member disposed between the diffractive lens and the photoelectric conversion element, which reflects a portion of the light transmitted through the diffractive lens.
[11] A liquid crystal diffractive lens having an optically anisotropic layer formed using a composition containing a liquid crystal compound,
The optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating in one direction radially from the inside to the outside, and
The receiving unit described in [10], in which in a liquid crystal orientation pattern, when the length of the optical axis direction originating from the liquid crystal compound rotates 180° in one direction in which the direction of the optical axis originating from the liquid crystal compound changes while continuously rotating, the length of one period gradually becomes shorter from the inside to the outside.
[12] The receiving unit according to [10] or [11], having a λ/4 plate sandwiched between a diffractive lens.
[13] The receiving unit according to [12], wherein the receiving-side reflective member is a half mirror.
[14] The receiving section according to [10] or [11], wherein the receiving-side reflective member has a cholesteric liquid crystal layer or a dielectric multilayer film.
[15] The receiving unit according to any one of [10] to [14], wherein the focal position of the diffractive lens is located at a distance of 7 mm or less from the surface of the receiving side reflecting member.
[16] The receiving unit according to any one of [10] to [15], wherein a plurality of diffractive lenses are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
本発明によれば、光の照射によって受信部に給電する無線給電システムにおいて、受信部を小型化でき、小型の機器への搭載、および、機器の小型化を容易にできる。 According to the present invention, in a wireless power supply system in which power is supplied to a receiving unit by irradiating light, the receiving unit can be made smaller, making it easier to install it in small devices and to miniaturize the devices.
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
The present invention will be described in detail below.
The following description of the components may be based on representative embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.
In this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.
無線給電システムは、送信部と受信部とを有し、送信部が照射したレーザ光を受信部が受信して光電変換することにより、給電する、レーザ光による無線給電システムである。 The wireless power supply system is a laser light-based wireless power supply system that has a transmitting unit and a receiving unit, and supplies power by receiving the laser light emitted by the transmitting unit and performing photoelectric conversion on it.
図1に、本発明の無線給電システムの一例を概念的に示す。
図1に示す本発明の無線給電システム100は、送信部102と受信部104とを有する。送信部102は、受信部104に赤外線レーザ等のレーザ光を照射(送信)する部位である。他方、受信部104は、送信部102から照射されたレーザ光を受信して、光電変換する部位である。
FIG. 1 conceptually illustrates an example of a wireless power supply system according to the present invention.
1 includes a transmitting unit 102 and a receiving unit 104. The transmitting unit 102 is a unit that irradiates (transmits) laser light such as an infrared laser to the receiving unit 104. On the other hand, the receiving unit 104 is a unit that receives the laser light irradiated from the transmitting unit 102 and performs photoelectric conversion.
無線給電システム100は、受信部104が搭載された機器等に、レーザ光を照射することで、受信部104を搭載する機器を充電するためのシステムである。
本発明において、受信部104が搭載される機器(装置、デバイス、物品)には、制限はなく、各種の機器が利用可能である。
一例として、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末およびモバイルPC(Personal Computer)などの携帯型の電子機器、腕時計などの時計、プロジェクタ、プリンタおよびコンピュータなどのOA(Office Automation)機器、電子錠および洗面用水栓のセンサーなどの特殊機器、ならびに、掃除用ロボット、自立走行ロボットおよびドローン等のロボット等が例示される。
さらに、受信部104は、これらの機器に取り付け可能、または、着脱可能な充電器であってもよい。
The wireless power supply system 100 is a system for charging a device equipped with a receiving unit 104 by irradiating the device with laser light.
In the present invention, there is no limitation on the equipment (apparatus, device, article) in which the receiving unit 104 is mounted, and various types of equipment can be used.
Examples include portable electronic devices such as smartphones, mobile phones, tablet devices, and mobile PCs (Personal Computers); watches such as wristwatches; OA (Office Automation) devices such as projectors, printers, and computers; specialized devices such as electronic locks and bathroom faucet sensors; and robots such as cleaning robots, autonomous robots, and drones.
Furthermore, the receiving unit 104 may be a charger that is attachable to or detachable from these devices.
他方、送信部102の装着位置にも、制限はなく、各種の位置が利用可能である。
一例として、天井、および、壁などの、店舗内部、住宅内部、および、工場内部等が例示される。
On the other hand, there is no restriction on the mounting position of the transmitter 102, and various positions are available.
Examples include ceilings and walls inside a store, a house, and a factory.
図示例の無線給電システム100において、送信部102は、利得媒体108、共振用ミラー110、レンズ112およびコレステリックミラー114、レンズ116、ならびに、検出器118を有する。送信部102において、レンズ112およびコレステリックミラー114は、再帰反射器を構成する。
他方、受信部104は、液晶回折レンズ120、コレステリックミラー124、および、光電変換素子126を有する。受信部104において、液晶回折レンズ120およびコレステリックミラー124は、再帰反射器を構成する。
In the wireless power supply system 100 of the illustrated example, the transmitter 102 has a gain medium 108, a resonance mirror 110, a lens 112 and a cholesteric mirror 114, a lens 116, and a detector 118. In the transmitter 102, the lens 112 and the cholesteric mirror 114 form a retroreflector.
On the other hand, the receiving section 104 has a liquid crystal diffractive lens 120, a cholesteric mirror 124, and a photoelectric conversion element 126. In the receiving section 104, the liquid crystal diffractive lens 120 and the cholesteric mirror 124 form a retroreflector.
まず、無線給電システム100および受信部104における、受信部104の液晶回折レンズ120について説明する。First, we will explain the liquid crystal diffractive lens 120 of the receiving unit 104 in the wireless power supply system 100 and the receiving unit 104.
図4に、液晶回折レンズ120の平面図を、図5に液晶回折レンズ120の層構成を、概念的に示す。
平面図とは、液晶回折レンズ120をレンズの光軸方向から見た図であり、後述する光学異方性層26の主面と直交する方向から見た図である。主面とは、シート状物(板状物、フィルム、層)の最大面である。
FIG. 4 is a plan view of the liquid crystal diffractive lens 120, and FIG. 5 conceptually shows the layer structure of the liquid crystal diffractive lens 120. As shown in FIG.
The plan view is a view of the liquid crystal diffractive lens 120 viewed from the optical axis direction of the lens, that is, from a direction perpendicular to the main surface of the optically anisotropic layer 26 described later. The main surface is the largest surface of a sheet-like object (plate-like object, film, layer).
図示例において、液晶回折レンズ120は、支持体20と、配向膜24と、光学異方性層26とを有する。
光学異方性層26は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成されるものである。この光学異方性層26は、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、一方向に向かって連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを、内側から外側に向かう放射状に有する。すなわち、図4に示す光学異方性層26の液晶配向パターンは、液晶化合物30に由来する光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである。
なお、図4~図8においては、液晶化合物30として、棒状液晶化合物を例示しているので、光学軸の方向は、液晶化合物30の長手方向に一致する。
In the illustrated example, the liquid crystal diffractive lens 120 includes a support 20 , an alignment film 24 , and an optically anisotropic layer 26 .
The optically anisotropic layer 26 is formed using a composition containing a liquid crystal compound. The optically anisotropic layer 26 has a liquid crystal orientation pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating in one direction, radially from the inside to the outside. That is, the liquid crystal orientation pattern of the optically anisotropic layer 26 shown in FIG. 4 is a concentric pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating in one direction, concentrically from the inside to the outside.
In addition, since a rod-shaped liquid crystal compound is illustrated as the liquid crystal compound 30 in FIGS. 4 to 8, the direction of the optical axis coincides with the longitudinal direction of the liquid crystal compound 30.
光学異方性層26において、液晶化合物30の光学軸の向きは、光学異方性層26の中心から外側に向かう多数の方向、例えば、矢印A1で示す方向、矢印A2で示す方向、矢印A3で示す方向、矢印A4で示す方向…に沿って、連続的に回転しながら変化している。
従って、光学異方性層26において、液晶化合物30の光学軸の回転方向は、全ての方向(一方向)で同じ方向である。図示例では、矢印A1で示す方向、矢印A2で示す方向、矢印A3で示す方向、および、矢印A4で示す方向の全ての方向で、液晶化合物30の光学軸の回転方向は、反時計回りである。
すなわち、矢印A1と矢印A4とを1本の直線と見なすと、この直線上では、光学異方性層26の中心で、液晶化合物30の光学軸の回転方向が逆転する。一例として、矢印A1と矢印A4とが成す直線が、図中右方向(矢印A1方向)に向かうとする。この場合には、液晶化合物30の光学軸は、最初は、光学異方性層26の外方向から中心に向かって時計回りに回転し、光学異方性層26の中心で回転方向が逆転し、その後は、光学異方性層26の中心から外方向に向かって反時計回りに回転する。
In the optically anisotropic layer 26, the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating along a number of directions from the center of the optically anisotropic layer 26 toward the outside, for example, the direction indicated by the arrow A1 , the direction indicated by the arrow A2 , the direction indicated by the arrow A3 , the direction indicated by the arrow A4 , ....
Therefore, the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 is the same in all directions (one direction) in the optically anisotropic layer 26. In the illustrated example, the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 is counterclockwise in all directions indicated by the arrows A1 , A2 , A3 , and A4 .
That is, when the arrows A1 and A4 are regarded as one straight line, the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 is reversed at the center of the optically anisotropic layer 26 on the straight line. As an example, the straight line formed by the arrows A1 and A4 is directed to the right direction in the figure (the direction of the arrow A1 ). In this case, the optical axis of the liquid crystal compound 30 first rotates clockwise from the outside of the optically anisotropic layer 26 toward the center, reverses the rotation direction at the center of the optically anisotropic layer 26, and then rotates counterclockwise from the center of the optically anisotropic layer 26 toward the outside.
また、液晶回折レンズ120の光学異方性層26において、液晶配向パターンは、液晶化合物30の光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向における、液晶化合物に由来する光学軸の向きが180°回転する長さを1周期とした際に、1周期の長さが内側から外側に向かって、漸次、短くなる。In addition, in the optically anisotropic layer 26 of the liquid crystal diffraction lens 120, when the length of one period is defined as the length of the optical axis direction originating from the liquid crystal compound rotating 180° in one direction in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 changes while rotating continuously, the length of one period gradually becomes shorter from the inside to the outside.
この液晶配向パターンを有する光学異方性層26に入射した円偏光は、液晶化合物30の光学軸の向きが異なる個々の局所的な領域において、それぞれ、絶対位相が変化する。この際に、それぞれの絶対位相の変化量は、円偏光が入射した液晶化合物30の光学軸の向きに応じて異なる。
液晶化合物30の光学軸の向きが、一方向に向かって連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する光学異方性層(液晶光学素子)では、透過する光の屈折方向は、液晶化合物30の光学軸の回転方向に依存する。すなわち、この液晶配向パターンでは、液晶化合物30の光学軸の回転方向が逆の場合には、透過する光の屈折方向は、光学軸が回転する一方向に対して逆方向になる。
また、光学異方性層26による回折角度は、1周期が短いほど、大きくなる。すなわち、光学異方性層26による光の屈折は、1周期が短いほど、大きくなる。
The absolute phase of the circularly polarized light incident on the optically anisotropic layer 26 having this liquid crystal orientation pattern changes in each local region having a different optical axis direction of the liquid crystal compound 30. At this time, the amount of change in each absolute phase differs depending on the optical axis direction of the liquid crystal compound 30 into which the circularly polarized light is incident.
In an optically anisotropic layer (liquid crystal optical element) having a liquid crystal orientation pattern in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 changes while rotating continuously in one direction, the refraction direction of the transmitted light depends on the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30. That is, in this liquid crystal orientation pattern, when the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 is reversed, the refraction direction of the transmitted light is reverse to the one direction in which the optical axis rotates.
Moreover, the shorter one period, the larger the diffraction angle by the optically anisotropic layer 26. That is, the shorter one period, the larger the refraction of light by the optically anisotropic layer 26.
従って、このような同心円状の液晶配向パターン、すなわち、放射状に光学軸が連続的に回転して変化する液晶配向パターンを有する光学異方性層26は、液晶化合物30の光学軸の回転方向および入射する円偏光の旋回方向に応じて、複数の入射光(光ビーム)を、発散または集束して透過できる。液晶回折レンズ120は、この原理を利用して入射光を集光する。
以下、この液晶回折レンズ120について、より詳細に説明する。
Therefore, the optically anisotropic layer 26 having such a concentric liquid crystal orientation pattern, i.e., a liquid crystal orientation pattern in which the optical axis changes by continuously rotating radially, can transmit a plurality of incident light beams (light beams) while diverging or converging them depending on the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 30 and the rotation direction of the incident circularly polarized light. The liquid crystal diffractive lens 120 utilizes this principle to focus the incident light.
The liquid crystal diffractive lens 120 will be described in more detail below.
上述のように、液晶回折レンズ120は、一例として、支持体20と、配向膜24と、上述した光学異方性層26とを有する。
なお、本発明の無線給電システムおよび受信部において、液晶回折レンズの層構成は、これに制限はされない。すなわち、液晶回折レンズは、図5に示す液晶回折レンズ120から支持体20を剥離した、配向膜24と光学異方性層26とで構成されるものあってもよく、図5に示す液晶回折レンズ120から支持体20および配向膜24を剥離した、光学異方性層26のみで構成されるものあってもよく、光学異方性層26に、別の基材などのシート状物を貼着したものであってもよい。
すなわち、本発明の無線給電システムおよび受信部において、液晶回折レンズは、上述した、液晶化合物に由来する光学軸の向きが、一方向に向かって連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを、内側から外側に向かう放射状(同心円状)に有する光学異方性層を有するものであれば、各種の層構成が利用可能である。
As described above, the liquid crystal diffractive lens 120 includes, for example, the support 20, the alignment film 24, and the optically anisotropic layer 26 described above.
In the wireless power supply system and the receiving unit of the present invention, the layer structure of the liquid crystal diffractive lens is not limited to this. That is, the liquid crystal diffractive lens may be one that is composed of the alignment film 24 and the optically anisotropic layer 26 obtained by peeling off the support 20 from the liquid crystal diffractive lens 120 shown in Fig. 5, or one that is composed of only the optically anisotropic layer 26 obtained by peeling off the support 20 and the alignment film 24 from the liquid crystal diffractive lens 120 shown in Fig. 5, or one in which a sheet-like material such as another substrate is attached to the optically anisotropic layer 26.
In other words, in the wireless power supply system and receiving unit of the present invention, the liquid crystal diffractive lens can have various layer configurations as long as it has an optically anisotropic layer having a liquid crystal orientation pattern in which the orientation of the optical axis derived from the liquid crystal compound as described above changes while continuously rotating in one direction, radially (concentrically) from the inside to the outside.
<<支持体>>
液晶回折レンズ120において、支持体20は、配向膜24、および、光学異方性層26を支持するものである。
<<Support>>
In the liquid crystal diffractive lens 120 , the support 20 supports the alignment film 24 and the optically anisotropic layer 26 .
支持体20は、配向膜24および光学異方性層26を支持できるものであれば、各種のシート状物(フィルム、板状物)が利用可能である。
支持体20としては、透明支持体が好ましく、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂フィルム、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂フィルム、シクロオレフィンポリマー系フィルム(例えば、商品名「アートン」、JSR社製、商品名「ゼオノア」、日本ゼオン社製)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、および、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。支持体は、可撓性のフィルムに限らず、ガラス基板等の非可撓性の基板であってもよい。
The support 20 may be any sheet-like material (film, plate-like material) as long as it can support the alignment film 24 and the optically anisotropic layer 26 .
The support 20 is preferably a transparent support, and examples of such support include polyacrylic resin films such as polymethyl methacrylate, cellulose resin films such as cellulose triacetate, cycloolefin polymer films (for example, trade name "Arton" manufactured by JSR Corporation, trade name "ZEONOR" manufactured by Zeon Corporation), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, and polyvinyl chloride. The support is not limited to a flexible film, and may be a non-flexible substrate such as a glass substrate.
支持体20の厚さには、制限はなく、液晶回折レンズ120の用途および支持体20の形成材料等に応じて、配向膜および光学異方性層を保持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
支持体20の厚さは、1~1000μmが好ましく、3~250μmがより好ましく、5~150μmがさらに好ましい。
There is no limitation on the thickness of the support 20, and the thickness capable of supporting the alignment film and the optically anisotropic layer may be appropriately set depending on the application of the liquid crystal diffractive lens 120 and the material from which the support 20 is formed.
The thickness of the support 20 is preferably from 1 to 1000 μm, more preferably from 3 to 250 μm, and even more preferably from 5 to 150 μm.
<<配向膜>>
液晶回折レンズ120において、支持体20の表面には配向膜24が形成される。
配向膜24は、液晶回折レンズ120の光学異方性層26を形成する際に、液晶化合物30を所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。
<<Alignment film>>
In the liquid crystal diffractive lens 120 , an alignment film 24 is formed on the surface of the support 20 .
The alignment film 24 is an alignment film for aligning the liquid crystal compound 30 in a predetermined liquid crystal alignment pattern when the optically anisotropic layer 26 of the liquid crystal diffractive lens 120 is formed.
上述のように、液晶回折レンズ120において、光学異方性層26は、液晶化合物30に由来する光学軸30A(図6参照)の向きが、面内の一方向(上述した矢印A1方向等)に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを、内側から外側に向かって放射状に有する。言い換えれば、本発明でレンズ素子として用いる液晶回折レンズ120において、光学異方性層26の液晶配向パターンは、液晶化合物30に由来する光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである。
また、本発明においては、光学異方性層26の液晶配向パターンは、光学軸30Aの向きが連続的に回転しながら変化する一方向において、光学軸30Aの向きが180°回転する長さを1周期(光学軸の回転周期)とした際に、1周期の長さが、内側から外側に向かって(中心から外側に向かって)、漸次、短くなる。
従って、液晶回折レンズ120の配向膜は、光学異方性層26が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
As described above, in the liquid crystal diffractive lens 120, the optically anisotropic layer 26 has a liquid crystal orientation pattern in which the direction of the optical axis 30A (see FIG. 6) derived from the liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating along one in-plane direction (such as the direction of the arrow A1 described above) radially from the inside to the outside. In other words, in the liquid crystal diffractive lens 120 used as a lens element in the present invention, the liquid crystal orientation pattern of the optically anisotropic layer 26 is a concentric pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating, concentrically from the inside to the outside.
In addition, in the present invention, the liquid crystal orientation pattern of the optically anisotropic layer 26 is such that, in one direction in which the orientation of the optical axis 30A changes while continuously rotating, the length of one period (rotation period of the optical axis) is the length over which the orientation of the optical axis 30A rotates 180°, and the length of one period gradually becomes shorter from the inside to the outside (from the center to the outside).
Therefore, the alignment film of the liquid crystal diffractive lens 120 is formed so that the optically anisotropic layer 26 can form this liquid crystal alignment pattern.
以下の説明では、『光学軸30Aの向きが回転』を単に『光学軸30Aが回転』とも言う。 In the following explanation, "the orientation of the optical axis 30A rotates" will also be referred to simply as "the optical axis 30A rotates."
配向膜は、公知の各種のものが利用可能である。
例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω-トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリン酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるLB(Langmuir-Blodgett:ラングミュア・ブロジェット)膜を累積させた膜、等が例示される。
As the alignment film, various known films can be used.
Examples of such films include a rubbed film made of an organic compound such as a polymer, an obliquely evaporated film of an inorganic compound, a film having a microgroove, and a film obtained by accumulating LB (Langmuir-Blodgett) films made by the Langmuir-Blodgett method of an organic compound such as ω-tricosanoic acid, dioctadecylmethylammonium chloride, and methyl stearate.
ラビング処理による配向膜は、ポリマー層の表面を紙または布で一定方向に数回こすることにより形成できる。
配向膜に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平9-152509号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開2005-97377号公報、特開2005-99228号公報、および、特開2005-128503号公報記載の配向膜等の形成に用いられる材料が好ましく例示される。
The alignment layer formed by rubbing treatment can be formed by rubbing the surface of the polymer layer several times in a certain direction with paper or cloth.
Preferred examples of materials used for the alignment film include polyimide, polyvinyl alcohol, polymers having a polymerizable group described in JP-A-9-152509, and materials used for forming alignment films and the like described in JP-A-2005-97377, JP-A-2005-99228, and JP-A-2005-128503.
液晶回折レンズ120においては、配向膜は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜とした、いわゆる光配向膜が好適に利用される。すなわち、液晶回折レンズ120においては、配向膜24として、支持体20上に、光配向材料を塗布して形成した光配向膜が、好適に利用される。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。
In the liquid crystal diffractive lens 120, a so-called photo-alignment film, which is an alignment film formed by irradiating a photo-alignable material with polarized or non-polarized light, is preferably used as the alignment film 24. That is, in the liquid crystal diffractive lens 120, a photo-alignment film formed by applying a photo-alignment material onto the support 20 is preferably used as the alignment film 24.
The photo-alignment film can be irradiated with polarized light from a vertical direction or an oblique direction, while the photo-alignment film can be irradiated with unpolarized light from an oblique direction.
本発明に利用可能な光配向膜に用いられる光配向材料としては、例えば、特開2006-285197号公報、特開2007-76839号公報、特開2007-138138号公報、特開2007-94071号公報、特開2007-121721号公報、特開2007-140465号公報、特開2007-156439号公報、特開2007-133184号公報、特開2009-109831号公報、特許第3883848号公報および特許第4151746号公報に記載のアゾ化合物、特開2002-229039号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開2002-265541号公報および特開2002-317013号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび/またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第4205195号および特許第4205198号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表2003-520878号公報、特表2004-529220号公報および特許第4162850号に記載の光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミドおよび光架橋性エステル、ならびに、特開平9-118717号公報、特表平10-506420号公報、特表2003-505561号公報、国際公開第2010/150748号、特開2013-177561号公報および特開2014-12823号公報に記載の光二量化可能な化合物、特にシンナメート化合物、カルコン化合物およびクマリン化合物等が、好ましい例として例示される。
中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性エステル、シンナメート化合物、および、カルコン化合物は、好適に利用される。
Examples of photo-alignment materials used in the photo-alignment film that can be used in the present invention include those described in JP-A-2006-285197, JP-A-2007-76839, JP-A-2007-138138, JP-A-2007-94071, JP-A-2007-121721, JP-A-2007-140465, JP-A-2007-156439, and JP-A-2007-160144. azo compounds described in JP-A-07-133184, JP-A-2009-109831, JP-B-3883848 and JP-B-4151746; aromatic ester compounds described in JP-A-2002-229039; maleimides having photo-orientable units described in JP-A-2002-265541 and JP-A-2002-317013; and/or alkenyl-substituted nadimide compounds, photocrosslinkable silane derivatives described in Japanese Patent Nos. 4205195 and 4205198, photocrosslinkable polyimides, photocrosslinkable polyamides and photocrosslinkable esters described in JP-T-2003-520878, JP-T-2004-529220 and JP-T-4162850, and photodimerizable compounds described in JP-A-9-118717, JP-T-10-506420, JP-T-2003-505561, WO 2010/150748, JP-A-2013-177561 and JP-A-2014-12823, in particular cinnamate compounds, chalcone compounds and coumarin compounds, are exemplified as preferred examples.
Among these, azo compounds, photocrosslinkable polyimides, photocrosslinkable polyamides, photocrosslinkable esters, cinnamate compounds, and chalcone compounds are preferably used.
配向膜の厚さには制限はなく、配向膜の形成材料に応じて、必要な配向機能を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
配向膜の厚さは、0.01~5μmが好ましく、0.05~2μmがより好ましい。
There is no limitation on the thickness of the alignment film, and the thickness may be appropriately set so as to obtain the necessary alignment function depending on the material from which the alignment film is formed.
The thickness of the alignment film is preferably from 0.01 to 5 μm, and more preferably from 0.05 to 2 μm.
配向膜の形成方法には、制限はなく、配向膜の形成材料に応じた公知の方法が、各種、利用可能である。一例として、配向膜を支持体20の表面に塗布して乾燥させた後、配向膜をレーザ光によって露光して、配向パターンを形成する方法が例示される。There are no limitations on the method of forming the alignment film, and various known methods can be used depending on the material used to form the alignment film. One example is a method in which an alignment film is applied to the surface of the support 20 and dried, and then the alignment film is exposed to laser light to form an alignment pattern.
図9に、配向膜を露光して、この配向パターンを有する配向膜24を形成する露光装置の一例を概念的に示す。
露光装置80は、レーザ82を備えた光源84と、レーザ82からのレーザ光MをS偏光MSとP偏光MPとに分割する偏光ビームスプリッタ86と、P偏光MPの光路に配置されたミラー90AおよびS偏光MSの光路に配置されたミラー90Bと、S偏光MSの光路に配置されたレンズ92と、偏光ビームスプリッタ94と、λ/4板96とを有する。
FIG. 9 conceptually shows an example of an exposure apparatus for exposing an alignment film to light to form an alignment film 24 having this alignment pattern.
The exposure device 80 has a light source 84 equipped with a laser 82, a polarizing beam splitter 86 that splits laser light M from the laser 82 into S-polarized light MS and P-polarized light MP, a mirror 90A arranged in the optical path of the P-polarized light MP and a mirror 90B arranged in the optical path of the S-polarized light MS, a lens 92 arranged in the optical path of the S-polarized light MS, a polarizing beam splitter 94, and a λ/4 plate 96.
偏光ビームスプリッタ86で分割されたP偏光MPは、ミラー90Aによって反射されて、偏光ビームスプリッタ94に入射する。他方、偏光ビームスプリッタ86で分割されたS偏光MSは、ミラー90Bによって反射され、レンズ92によって集光されて偏光ビームスプリッタ94に入射する。
P偏光MPおよびS偏光MSは、偏光ビームスプリッタ94で合波されて、λ/4板96によって偏光方向に応じた右円偏光および左円偏光となって、支持体20の上の配向膜24に入射する。
ここで、右円偏光と左円偏光の干渉により、配向膜24に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。同心円の内側から外側に向かうにしたがい、左円偏光と右円偏光の交差角が変化するため、内側から外側に向かってピッチが変化する露光パターンが得られる。これにより、配向膜24において、配向状態が周期的に変化する放射状(同心円状)の配向パターンが得られる。
The P-polarized light MP split by the polarizing beam splitter 86 is reflected by a mirror 90A and enters a polarizing beam splitter 94. On the other hand, the S-polarized light MS split by the polarizing beam splitter 86 is reflected by a mirror 90B, collected by a lens 92, and enters the polarizing beam splitter 94.
The P-polarized light MP and the S-polarized light MS are combined by the polarizing beam splitter 94 , and are converted by the λ/4 plate 96 into right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light according to the polarization direction, and are incident on the alignment film 24 on the support 20 .
Here, due to interference between the right-handed and left-handed circularly polarized light, the polarization state of the light irradiated onto the alignment film 24 changes periodically in the form of interference fringes. As the crossing angle between the left-handed and right-handed circularly polarized light changes from the inside to the outside of the concentric circles, an exposure pattern is obtained in which the pitch changes from the inside to the outside. As a result, a radial (concentric) alignment pattern in which the alignment state changes periodically is obtained in the alignment film 24.
この露光装置80において、液晶化合物30の光軸が一方向に沿って連続的に180°回転する液晶配向パターンの1周期は、レンズ92の屈折力(レンズ92のFナンバー)、レンズ92の焦点距離、および、レンズ92と配向膜24との距離等を変化させることで、制御できる。
また、レンズ92の屈折力(レンズ92のFナンバー)を調節することによって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの1周期の長さを変更できる。
具体的には、平行光と干渉させる、レンズ92で広げる光の広がり角によって、光軸が連続的に回転する一方向において、液晶配向パターンの1周期の長さを変えることができる。より具体的には、レンズ92の屈折力を弱くすると、平行光に近づくため、液晶配向パターンの1周期の長さΛは、内側から外側に向かって緩やかに短くなり、Fナンバーは大きくなる。逆に、レンズ92の屈折力を強めると、液晶配向パターンの1周期の長さΛは、内側から外側に向かって急に短くなり、Fナンバーは小さくなる。
In this exposure device 80, one period of the liquid crystal orientation pattern in which the optical axis of the liquid crystal compound 30 continuously rotates 180° along one direction can be controlled by changing the refractive power of the lens 92 (the F-number of the lens 92), the focal length of the lens 92, and the distance between the lens 92 and the orientation film 24, etc.
In addition, by adjusting the refractive power of the lens 92 (the F-number of the lens 92), the length of one period of the liquid crystal alignment pattern can be changed in one direction in which the optical axis rotates continuously.
Specifically, the length of one period of the liquid crystal orientation pattern can be changed in one direction in which the optical axis rotates continuously, depending on the spread angle of the light spread by the lens 92 that interferes with the parallel light. More specifically, when the refractive power of the lens 92 is weakened, the light approaches parallel light, so that the length Λ of one period of the liquid crystal orientation pattern gradually shortens from the inside to the outside, and the F-number becomes larger. Conversely, when the refractive power of the lens 92 is strengthened, the length Λ of one period of the liquid crystal orientation pattern suddenly shortens from the inside to the outside, and the F-number becomes smaller.
なお、上述のように、液晶回折レンズ120において、配向膜24は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要件ではない。
例えば、支持体20をラビング処理する方法、支持体20をレーザ光等で加工する方法等によって、支持体20に配向パターンを形成することにより、光学異方性層26等が、液晶化合物30に由来する光学軸30Aの向きが、放射状(同心円状)に一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する構成とすることも、可能である。
As described above, in the liquid crystal diffractive lens 120, the alignment film 24 is provided as a preferred embodiment, but is not an essential component.
For example, by forming an orientation pattern on the support 20 by a method such as rubbing the support 20 or processing the support 20 with laser light, it is possible to configure the optically anisotropic layer 26, etc., to have a liquid crystal orientation pattern in which the direction of the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating radially (concentrically) along one direction.
<<光学異方性層>>
図4および図5に示す液晶回折レンズ120において、配向膜24の表面には、光学異方性層26が形成される。
なお、図4(および、後述する図7および図8)においては、図面を簡略化して液晶回折レンズ120の構成を明確に示すために、光学異方性層26は、共に、配向膜24の表面の液晶化合物30(液晶化合物分子)のみを示している。しかしながら、光学異方性層26は、図5に概念的に示すように、通常の液晶化合物を含む組成物を用いて形成された光学異方性層と同様に、配向された液晶化合物30が積み重ねられた構造を有する。
<<Optical anisotropic layer>>
In the liquid crystal diffractive lens 120 shown in FIGS. 4 and 5, an optically anisotropic layer 26 is formed on the surface of the alignment film 24 .
In Fig. 4 (and Figs. 7 and 8 described later), in order to simplify the drawings and clearly show the configuration of the liquid crystal diffractive lens 120, the optically anisotropic layer 26 is shown only with the liquid crystal compound 30 (liquid crystal compound molecules) on the surface of the alignment film 24. However, the optically anisotropic layer 26 has a structure in which aligned liquid crystal compounds 30 are stacked, similar to an optically anisotropic layer formed using a composition containing a normal liquid crystal compound, as conceptually shown in Fig. 5.
前述のように、液晶回折レンズ120において、光学異方性層26は、液晶化合物を含む組成物を用いて形成されたものである。
光学異方性層26は、面内レタデーションの値をλ/2に設定した場合に、一般的なλ/2板としての機能、すなわち、光学異方性層に入射した光に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分に半波長すなわち180°の位相差を与える機能を有している。
As described above, in the liquid crystal diffractive lens 120, the optically anisotropic layer 26 is formed using a composition containing a liquid crystal compound.
When the in-plane retardation value is set to λ/2, the optically anisotropic layer 26 has the function of a typical λ/2 plate, that is, the function of imparting a phase difference of half the wavelength, i.e., 180°, to two mutually orthogonal linearly polarized components contained in the light incident on the optically anisotropic layer.
光学異方性層26は、光学異方性層の面内において、液晶化合物に由来する光学軸の向きが一方向(図4の矢印A1~矢印A4方向など)に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを、内側から外側に向かう放射状に有する。すなわち、光学異方性層26の液晶配向パターンは、液晶化合物30に由来する光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである。
なお、液晶化合物30に由来する光学軸30Aとは、液晶化合物30において屈折率が最も高くなる軸、いわゆる遅相軸である。例えば、液晶化合物30が棒状液晶化合物である場合には、光学軸30Aは、棒形状の長軸方向に沿っている。
以下の説明では、液晶化合物30に由来する光学軸30Aを、『液晶化合物30の光学軸30A』または『光学軸30A』とも言う。
The optically anisotropic layer 26 has a liquid crystal orientation pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while rotating continuously in one direction (such as the direction of arrows A1 to A4 in FIG. 4) radially from the inside to the outside within the plane of the optically anisotropic layer. That is, the liquid crystal orientation pattern of the optically anisotropic layer 26 is a concentric pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound 30 changes while rotating continuously in one direction concentrically from the inside to the outside.
The optical axis 30A derived from the liquid crystal compound 30 is the axis along which the refractive index is highest in the liquid crystal compound 30, that is, the so-called slow axis. For example, when the liquid crystal compound 30 is a rod-shaped liquid crystal compound, the optical axis 30A is aligned along the long axis direction of the rod shape.
In the following description, the optical axis 30A originating from the liquid crystal compound 30 is also referred to as "the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30" or "the optical axis 30A".
以下、この光学異方性層26について、図6に平面図を概念的に示す、光学軸30Aが矢印Aで示す一方向に連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する光学異方性層26Aを参照して、説明する。
図4に示す、光学軸が連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう放射状(同心円状)に有する液晶配向パターンにおいても、光学軸が連続的に回転しながら変化する一方向に関しては、図6に示す液晶配向パターンと同様の光学的な作用効果を発現する。
Hereinafter, this optically anisotropic layer 26 will be described with reference to an optically anisotropic layer 26A having a liquid crystal orientation pattern in which the optical axis 30A changes while continuously rotating in one direction as indicated by arrow A, the plan view of which is conceptually shown in FIG.
Even in the liquid crystal orientation pattern shown in Figure 4, in which the optical axis changes while rotating continuously in a radial (concentric) manner from the inside to the outside, the liquid crystal orientation pattern exhibits optical effects similar to those of the liquid crystal orientation pattern shown in Figure 6, with respect to the direction in which the optical axis changes while rotating continuously.
光学異方性層26Aにおいて、液晶化合物30は、矢印Aで示す一方向と、この矢印A方向と直交するY方向とに平行な面内に二次元的に配向している。なお、図5、ならびに、後述する図7および図8では、Y方向は、紙面に直交する方向となる。
以下の説明では、『矢印Aで示す一方向』を単に『矢印A方向』とも言う。
図4に示す光学異方性層26においては、同心円状の液晶配向パターンにおける、同心円の円周方向が、図6におけるY方向に相当する。
In the optically anisotropic layer 26A, the liquid crystal compound 30 is two-dimensionally aligned in a plane parallel to one direction indicated by an arrow A and a Y direction perpendicular to the direction of the arrow A. In Fig. 5 and Figs. 7 and 8 described later, the Y direction is perpendicular to the paper surface.
In the following description, "the direction indicated by the arrow A" will also be simply referred to as "the direction of the arrow A."
In the optically anisotropic layer 26 shown in FIG. 4, the circumferential direction of the concentric circles in the concentric liquid crystal alignment pattern corresponds to the Y direction in FIG.
図6では、液晶回折レンズ120の構成を明確に示すために、図4と同様、液晶化合物30は配向膜24の表面の液晶化合物30のみを示している。しかしながら、この光学異方性層26Aも、厚さ方向には、図5に示されるように、この配向膜の表面の液晶化合物30から、液晶化合物30が積み重ねられた構造を有する。6, in order to clearly show the configuration of the liquid crystal diffraction lens 120, only the liquid crystal compound 30 on the surface of the alignment film 24 is shown, as in FIG. 4. However, this optically anisotropic layer 26A also has a structure in which liquid crystal compounds 30 are stacked in the thickness direction, starting from the liquid crystal compound 30 on the surface of the alignment film, as shown in FIG.
光学異方性層26Aは、光学異方性層26Aの面内において、液晶化合物30に由来する光学軸30Aの向きが、矢印A方向に沿って連続的に回転しながら変化する液晶配向パターンを有する。
液晶化合物30の光学軸30Aの向きが矢印A方向(所定の一方向)に連続的に回転しながら変化しているとは、具体的には、矢印A方向に沿って配列されている液晶化合物30の光学軸30Aと、矢印A方向とが成す角度が、矢印A方向の位置によって異なっており、矢印A方向に沿って、光学軸30Aと矢印A方向とが成す角度がθからθ+180°あるいはθ-180°まで、順次、変化していることを意味する。
なお、矢印A方向に互いに隣接する液晶化合物30の光学軸30Aの角度の差は、45°以下であるのが好ましく、15°以下であるのがより好ましく、より小さい角度であるのがさらに好ましい。
The optically anisotropic layer 26A has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of an optical axis 30A derived from a liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating along the direction of arrow A within the plane of the optically anisotropic layer 26A.
The direction of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 changes while continuously rotating in the direction of the arrow A (a predetermined direction), specifically means that the angle between the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 aligned along the direction of the arrow A and the direction of the arrow A varies depending on the position in the direction of the arrow A, and the angle between the optical axis 30A and the direction of the arrow A changes sequentially from θ to θ+180° or θ-180° along the direction of the arrow A.
The difference in angle between the optical axes 30A of the liquid crystal compounds 30 adjacent to each other in the direction of the arrow A is preferably 45° or less, more preferably 15° or less, and even more preferably a smaller angle.
一方、光学異方性層26Aを形成する液晶化合物30は、矢印A方向と直交するY方向、すなわち光学軸30Aが連続的に回転する一方向と直交するY方向では、光学軸30Aの向きが等しい液晶化合物30が等間隔で配列されている。
言い換えれば、光学異方性層26を形成する液晶化合物30において、Y方向に配列される液晶化合物30同士では、光学軸30Aの向きと矢印A方向とが成す角度が等しい。
図6に示す光学異方性層26Aにおいては、中心を一致する円環状に、光学軸30Aの向きが同じである領域が形成される。
On the other hand, the liquid crystal compounds 30 forming the optically anisotropic layer 26A are arranged at equal intervals in the Y direction perpendicular to the direction of the arrow A, i.e., in the Y direction perpendicular to the direction in which the optical axis 30A continuously rotates, with the liquid crystal compounds 30 having the same optical axis 30A orientation.
In other words, in the liquid crystal compounds 30 forming the optically anisotropic layer 26, the angles between the optical axes 30A and the direction of the arrow A are equal between the liquid crystal compounds 30 aligned in the Y direction.
In the optically anisotropic layer 26A shown in FIG. 6, annular regions with the same center are formed, each having an optical axis 30A aligned in the same direction.
光学軸30Aが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンにおいては、液晶化合物30の光学軸30Aが180°回転する長さ(距離)を、液晶配向パターンすなわち回折素子の周期構造における1周期の長さΛとする。
すなわち、図6に示す光学異方性層26Aであれば、面内で光学軸30Aの向きが連続的に回転して変化する矢印A方向において、液晶化合物30の光学軸30Aが180°回転する長さ(距離)を、液晶配向パターンにおける1周期の長さΛとする。言い換えれば、液晶配向パターンにおける1周期の長さは、液晶化合物30の光学軸30Aと矢印A方向とのなす角度がθからθ+180°となるまでの距離により定義される。
すなわち、矢印A方向に対する角度が等しい2つの液晶化合物30の、矢印A方向の中心間の距離を、1周期の長さΛとする。具体的には、図3に示すように、矢印A方向と光学軸30Aの方向とが一致する2つの液晶化合物30の、矢印A方向の中心間の距離を、1周期の長さΛとする。
以下の説明では、この1周期の長さΛを『1周期Λ』とも言う。
光学異方性層26A(光学異方性層26)において、光学異方性層の液晶配向パターンは、この1周期Λを、矢印A方向すなわち光学軸30Aの向きが連続的に回転して変化する一方向に繰り返す。
In a liquid crystal orientation pattern in which the optical axis 30A rotates continuously in one direction, the length (distance) over which the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 rotates 180° is defined as the length Λ of one period in the periodic structure of the liquid crystal orientation pattern, i.e., the diffraction element.
6, the length (distance) over which the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 rotates 180° in the direction of the arrow A, in which the orientation of the optical axis 30A changes continuously in the plane, is defined as the length Λ of one period in the liquid crystal alignment pattern. In other words, the length of one period in the liquid crystal alignment pattern is defined as the distance from when the angle between the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30 and the direction of the arrow A changes from θ to θ+180°.
That is, the length Λ of one period is defined as the distance between the centers in the direction of arrow A of two liquid crystal compounds 30 that are arranged at the same angle with respect to the direction of arrow A. Specifically, as shown in Fig. 3, the length Λ of one period is defined as the distance between the centers in the direction of arrow A of two liquid crystal compounds 30 whose directions of arrow A and optical axes 30A coincide with each other.
In the following description, the length Λ of one period is also referred to as "one period Λ."
In the optically anisotropic layer 26A (optically anisotropic layer 26), the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer repeats this one period Λ in the direction of arrow A, that is, in one direction in which the direction of the optical axis 30A changes by continuously rotating.
なお、光学軸30Aが連続的に回転する液晶配向パターンを、放射状(同心円状)に有する、本発明の無線給電システムおよび受信部に用いられる液晶回折レンズ120は、光学異方性層26における、1周期Λは、内側(中心)から外側に向かって、漸次、短くなる。In addition, the liquid crystal diffractive lens 120 used in the wireless power supply system and receiving unit of the present invention has a radial (concentric) liquid crystal orientation pattern in which the optical axis 30A rotates continuously, and one period Λ in the optical anisotropic layer 26 gradually becomes shorter from the inside (center) to the outside.
前述のように光学異方性層26Aにおいて、Y方向に配列される液晶化合物は、光学軸30Aと矢印A方向(液晶化合物30の光学軸の向きが回転する1方向)とが成す角度が等しい。この光学軸30Aと矢印A方向とが成す角度が等しい液晶化合物30が、Y方向に配置された領域を、領域Rとする。
この場合に、それぞれの領域Rにおける面内レタデーション(Re)の値は、半波長すなわちλ/2であるのが好ましい。これらの面内レタデーションは、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差Δnと光学異方性層の厚さとの積により算出される。ここで、光学異方性層における領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差とは、領域Rの面内における遅相軸の方向の屈折率と、遅相軸の方向に直交する方向の屈折率との差により定義される屈折率差である。すなわち、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差Δnは、光学軸30Aの方向の液晶化合物30の屈折率と、領域Rの面内において光学軸30Aに垂直な方向の液晶化合物30の屈折率との差に等しい。つまり、上記屈折率差Δnは、液晶化合物の屈折率差に等しい。
なお、光学軸30Aが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを、図4に示す、放射状に有する液晶回折レンズ120の光学異方性層26では、中心を一致して円環状に形成される、光学軸30Aの向きが同じである領域が、図6における領域Rに相当する。
As described above, in the optically anisotropic layer 26A, the liquid crystal compounds aligned in the Y direction have the same angle between their optical axes 30A and the direction of the arrow A (one direction in which the orientation of the optical axes of the liquid crystal compounds 30 rotates). A region in which the liquid crystal compounds 30 having the same angle between their optical axes 30A and the direction of the arrow A are arranged in the Y direction is referred to as a region R.
In this case, the value of the in-plane retardation (Re) in each region R is preferably half the wavelength, i.e., λ/2. These in-plane retardations are calculated by the product of the refractive index difference Δn associated with the refractive index anisotropy of the region R and the thickness of the optically anisotropic layer. Here, the refractive index difference associated with the refractive index anisotropy of the region R in the optically anisotropic layer is a refractive index difference defined by the difference between the refractive index in the direction of the slow axis in the plane of the region R and the refractive index in the direction perpendicular to the direction of the slow axis. That is, the refractive index difference Δn associated with the refractive index anisotropy of the region R is equal to the difference between the refractive index of the liquid crystal compound 30 in the direction of the optical axis 30A and the refractive index of the liquid crystal compound 30 in the direction perpendicular to the optical axis 30A in the plane of the region R. That is, the refractive index difference Δn is equal to the refractive index difference of the liquid crystal compound.
In addition, in the optically anisotropic layer 26 of the liquid crystal diffractive lens 120 having a radial liquid crystal orientation pattern as shown in Figure 4, in which the optical axis 30A rotates continuously in one direction, the region formed in a circular ring shape with the same center and in which the optical axis 30A has the same direction corresponds to region R in Figure 6.
このような光学異方性層26Aに円偏光が入射すると、光は、屈折され、かつ、円偏光の方向が変換される。
この作用を、図7および図8に概念的に示す。光学異方性層26Aは、液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ/2であるとする。
なお、上述のように、この作用は、光学軸30Aが一方向に向かって連続的に回転する液晶配向パターンを、放射状に有する、本発明の無線給電システムおよび受信部に用いられる液晶回折レンズ120においても、全く同様である。
When circularly polarized light is incident on such an optically anisotropic layer 26A, the light is refracted and the direction of the circularly polarized light is changed.
This effect is conceptually shown in Figures 7 and 8. It is assumed that the product of the refractive index difference of the liquid crystal compound and the thickness of the optically anisotropic layer 26A is λ/2.
As described above, this effect is exactly the same in the liquid crystal diffractive lens 120 used in the wireless power supply system and receiving unit of the present invention, which has a radial liquid crystal orientation pattern in which the optical axis 30A rotates continuously in one direction.
図7に示すように、光学異方性層26の液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ/2の場合に、光学異方性層26に左円偏光である入射光L1が入射すると、入射光L1は、光学異方性層26Aを通過することにより180°の位相差が与えられて、透過光L2は、右円偏光に変換される。
また、入射光L1は、光学異方性層26Aを通過する際に、それぞれの液晶化合物30の光学軸30Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸30Aの向きは、矢印A方向に沿って回転しながら変化しているため、光学軸30Aの向きに応じて、入射光L1の絶対位相の変化量が異なる。さらに、光学異方性層26Aに形成された液晶配向パターンは、矢印A方向に周期的なパターンであるため、光学異方性層26を通過した入射光L1には、図7に示すように、それぞれの光学軸30Aの向きに対応した矢印A方向に周期的な絶対位相Q1が与えられる。これにより、矢印A方向に対して逆の方向に傾いた等位相面E1が形成される。
そのため、透過光L2は、等位相面E1に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折(回折)され、入射光L1の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、左円偏光の入射光L1は、入射方向に対して矢印A方向に一定の角度だけ傾いた、右円偏光の透過光L2に変換される。
As shown in FIG. 7, when the product of the refractive index difference of the liquid crystal compound in the optically anisotropic layer 26 and the thickness of the optically anisotropic layer is λ/2, when left-handed circularly polarized incident light L1 enters the optically anisotropic layer 26, the incident light L1 is given a phase difference of 180° by passing through the optically anisotropic layer 26A, and the transmitted light L2 is converted into right-handed circularly polarized light.
In addition, when the incident light L1 passes through the optically anisotropic layer 26A, the absolute phase changes according to the direction of the optical axis 30A of each liquid crystal compound 30. At this time, the direction of the optical axis 30A changes while rotating along the direction of the arrow A, so the amount of change in the absolute phase of the incident light L1 differs according to the direction of the optical axis 30A. Furthermore, since the liquid crystal orientation pattern formed in the optically anisotropic layer 26A is a periodic pattern in the direction of the arrow A, the incident light L1 that passes through the optically anisotropic layer 26 is given a periodic absolute phase Q1 in the direction of the arrow A corresponding to the direction of each optical axis 30A, as shown in FIG. 7. As a result, an equiphase surface E1 inclined in the opposite direction to the direction of the arrow A is formed.
Therefore, the transmitted light L2 is refracted (diffracted) so as to be tilted toward a direction perpendicular to the equiphase surface E1, and travels in a direction different from that of the incident light L1 . In this way, the left-handed circularly polarized incident light L1 is converted into right-handed circularly polarized transmitted light L2 that is tilted at a certain angle in the direction of arrow A with respect to the incident direction.
一方、図8に概念的に示すように、光学異方性層26Aの液晶化合物の屈折率差と光学異方性層の厚さとの積の値がλ/2のとき、光学異方性層26Aに右円偏光の入射光L4が入射すると、入射光L4は、光学異方性層26を通過することにより、180°の位相差が与えられて、左円偏光の透過光L5に変換される。
また、入射光L4は、光学異方性層26Aを通過する際に、それぞれの液晶化合物30の光学軸30Aの向きに応じて絶対位相が変化する。このとき、光学軸30Aの向きは、矢印A方向に沿って回転しながら変化しているため、光学軸30Aの向きに応じて、入射光L4の絶対位相の変化量が異なる。さらに、光学異方性層26Aに形成された液晶配向パターンは、矢印A方向に周期的なパターンであるため、光学異方性層26を通過した入射光L4は、図8に示すように、それぞれの光学軸30Aの向きに対応した矢印A方向に周期的な絶対位相Q2が与えられる。
ここで、入射光L4は、右円偏光であるので、光学軸30Aの向きに対応した矢印A方向に周期的な絶対位相Q2は、左円偏光である入射光L1とは逆になる。その結果、入射光L4では、入射光L1とは逆に矢印A方向に傾斜した等位相面E2が形成される。
そのため、入射光L4は、等位相面E2に対して垂直な方向に向かって傾くように屈折され、入射光L4の進行方向とは異なる方向に進行する。このように、入射光L4は、入射方向に対して矢印A方向とは逆の方向に一定の角度だけ傾いた左円偏光の透過光L5に変換される。
On the other hand, as conceptually shown in FIG. 8, when the product of the refractive index difference of the liquid crystal compound in the optically anisotropic layer 26A and the thickness of the optically anisotropic layer is λ/2, when right-handed circularly polarized incident light L4 is incident on the optically anisotropic layer 26A, the incident light L4 is given a phase difference of 180° by passing through the optically anisotropic layer 26 and is converted into left-handed circularly polarized transmitted light L5 .
Furthermore, when the incident light L4 passes through the optically anisotropic layer 26A, the absolute phase of the incident light L4 changes depending on the direction of the optical axis 30A of each liquid crystal compound 30. At this time, the direction of the optical axis 30A changes while rotating along the direction of the arrow A, so the amount of change in the absolute phase of the incident light L4 differs depending on the direction of the optical axis 30A. Furthermore, since the liquid crystal orientation pattern formed in the optically anisotropic layer 26A is a periodic pattern in the direction of the arrow A, the incident light L4 that passes through the optically anisotropic layer 26 is given a periodic absolute phase Q2 in the direction of the arrow A corresponding to the direction of each optical axis 30A, as shown in FIG.
Here, since the incident light L4 is right-handed circularly polarized light, the periodic absolute phase Q2 in the direction of arrow A corresponding to the direction of the optical axis 30A is opposite to that of the incident light L1 which is left-handed circularly polarized light. As a result, the incident light L4 forms an equiphase surface E2 which is inclined in the direction of arrow A opposite to that of the incident light L1 .
Therefore, the incident light L4 is refracted so as to be tilted toward a direction perpendicular to the equiphase surface E2, and travels in a direction different from the traveling direction of the incident light L4 . In this way, the incident light L4 is converted into left-handed circularly polarized transmitted light L5 that is tilted at a certain angle in the direction opposite to the direction of arrow A with respect to the incident direction.
光学異方性層26において、複数の領域Rの面内レタデーションの値は、半波長であるのが好ましいが、波長が550nmである入射光に対する光学異方性層26の複数の領域Rの面内レタデーションRe(550)=Δn550×dが下記式(1)に規定される範囲内であるのが好ましい。ここで、Δn550は、入射光の波長が550nmである場合の、領域Rの屈折率異方性に伴う屈折率差であり、dは、光学異方性層26の厚さである。
200nm≦Δn550×d≦350nm・・・(1)
なお、いわゆるλ/2板として機能するのは光学異方性層26である。しかしながら、本発明では、支持体20および配向膜24を有する場合には、これらを一体的に備えた積層体がλ/2板として機能する態様を含む。
In the optically anisotropic layer 26, the in-plane retardation value of the multiple regions R is preferably a half wavelength, and the in-plane retardation Re(550)=Δn 550 ×d of the multiple regions R of the optically anisotropic layer 26 for incident light having a wavelength of 550 nm is preferably within the range defined by the following formula (1): where Δn 550 is the refractive index difference associated with the refractive index anisotropy of the regions R when the wavelength of the incident light is 550 nm, and d is the thickness of the optically anisotropic layer 26.
200nm≦Δn 550 ×d≦350nm...(1)
It is the optically anisotropic layer 26 that functions as a so-called λ/2 plate. However, in the present invention, when the support 20 and the alignment film 24 are provided, the laminate integrally including these may function as a λ/2 plate.
ここで、光学異方性層26Aは、形成された液晶配向パターンの1周期Λを変化させることにより、透過光L2およびL5の屈折の角度を調節できる。具体的には、液晶配向パターンの1周期Λが短いほど、互いに隣接した液晶化合物30を通過した光同士が強く干渉するため、透過光L2およびL5を大きく屈折させることができる。
また、入射光L1およびL4に対する透過光L2およびL5の屈折の角度は、入射光L1およびL4(透過光L2およびL5)の波長によって異なる。具体的には、入射光の波長が長いほど、透過光は大きく屈折する。例えば、入射光が赤色光、緑色光および青色光である場合には、赤色光が最も大きく屈折し、青色光の屈折が最も小さい。
さらに、矢印A方向に沿って回転する、液晶化合物30の光学軸30Aの回転方向を逆方向にすることにより、透過光の屈折の方向を、逆方向にできる。
Here, the optically anisotropic layer 26A can adjust the angles of refraction of the transmitted light L2 and L5 by changing one period Λ of the formed liquid crystal orientation pattern. Specifically, the shorter one period Λ of the liquid crystal orientation pattern is, the stronger the interference between the lights that have passed through the adjacent liquid crystal compounds 30 becomes, and therefore the greater the refraction of the transmitted light L2 and L5 can be achieved.
The angles of refraction of the transmitted light L2 and L5 with respect to the incident light L1 and L4 vary depending on the wavelengths of the incident light L1 and L4 (transmitted light L2 and L5 ). Specifically, the longer the wavelength of the incident light, the greater the refraction of the transmitted light. For example, when the incident light is red, green, and blue light, the red light is refracted the most and the blue light is refracted the least.
Furthermore, by reversing the direction of rotation of the optical axis 30A of the liquid crystal compound 30, which rotates along the direction of the arrow A, the direction of refraction of the transmitted light can be reversed.
上述したように、図4に示す液晶回折レンズ120において、光学異方性層26は、一方向に向かって光学軸30Aが回転する液晶配向パターンにおいて、液晶配向パターンの1周期Λが、内側(中心)から外側に向かって、漸次、短くなる。
従って、入射する光の波長および偏光状態等に応じて、液晶回折レンズ120の中央に向かって光を屈折するように、内側から外側に向かう光学軸30Aの回転方向を設定し、かつ、液晶配向パターンの1周期Λの長さの漸減の程度を、適宜、調節することにより、液晶回折レンズ120の中央(光軸)に向かう、光の集光の程度を調節できる。
すなわち、液晶配向パターンの1周期Λの長さを、大きく漸減することで、液晶回折レンズ120を集光レンズ(凸レンズ)として作用させることができる。
また、光学異方性層26(液晶回折レンズ120)は、入射方向すなわち一方の主面からの入射と、他方の主面からの入射とによって、集光(拡散)する円偏光の旋回方向が逆になる。すなわち、一方の主面から光が入射した場合に右円偏光を集光する場合には、他方の主面から光が入射した場合には、左円偏光を集光する。
As described above, in the liquid crystal diffractive lens 120 shown in Figure 4, the optically anisotropic layer 26 has a liquid crystal orientation pattern in which the optical axis 30A rotates in one direction, and one period Λ of the liquid crystal orientation pattern gradually becomes shorter from the inside (center) to the outside.
Therefore, by setting the direction of rotation of the optical axis 30A from the inside to the outside so as to refract the light toward the center of the liquid crystal diffraction lens 120 depending on the wavelength and polarization state of the incident light, and by appropriately adjusting the degree of gradual decrease in the length of one period Λ of the liquid crystal orientation pattern, the degree of focusing of the light toward the center (optical axis) of the liquid crystal diffraction lens 120 can be adjusted.
That is, by gradually decreasing the length of one period Λ of the liquid crystal orientation pattern, the liquid crystal diffractive lens 120 can be made to function as a condenser lens (convex lens).
Furthermore, the optically anisotropic layer 26 (liquid crystal diffractive lens 120) rotates the circularly polarized light to be collected (diffused) in the opposite direction depending on the direction of incidence, i.e., whether the light is incident from one principal surface or the other principal surface. That is, when right-handed circularly polarized light is collected when light is incident from one principal surface, left-handed circularly polarized light is collected when light is incident from the other principal surface.
光学異方性層26は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含む液晶組成物を用いて形成されるものであり、棒状液晶化合物の光学軸または円盤状液晶化合物の光学軸が、上記のように配向された液晶配向パターンを有している。
支持体20上に、上述した液晶配向パターンに応じた配向パターンを有する配向膜24を形成し、配向膜24上に液晶組成物を塗布して、硬化することにより、液晶組成物の硬化層からなる光学異方性層を得ることができる。
なお、光学異方性層26を形成するための液晶組成物は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含有し、さらに、レベリング剤、配向制御剤、重合開始剤および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。
The optically anisotropic layer 26 is formed using a liquid crystal composition containing a rod-shaped liquid crystal compound or a discotic liquid crystal compound, and has a liquid crystal orientation pattern in which the optical axis of the rod-shaped liquid crystal compound or the optical axis of the discotic liquid crystal compound is oriented as described above.
An alignment film 24 having an alignment pattern corresponding to the above-mentioned liquid crystal alignment pattern is formed on a support 20, and a liquid crystal composition is applied onto the alignment film 24 and cured to obtain an optically anisotropic layer consisting of a cured layer of the liquid crystal composition.
The liquid crystal composition for forming the optically anisotropic layer 26 contains a rod-shaped liquid crystal compound or a discotic liquid crystal compound, and may further contain other components such as a leveling agent, an alignment control agent, a polymerization initiator, and an alignment assistant.
また、光学異方性層26は、入射光の波長に対して広帯域であることが望ましく、複屈折率が逆分散となる液晶材料を用いて構成されていることが好ましい。また、液晶組成物に捩れ成分を付与することにより、また、異なる位相差層を積層することにより、入射光の波長に対して光学異方性層を実質的に広帯域にすることも好ましい。例えば、光学異方性層26において、捩れ方向が異なる2層の液晶を積層することによって広帯域のパターン化されたλ/2板を実現する方法が特開2014-089476号公報等に示されており、本発明において好ましく使用することができる。In addition, the optically anisotropic layer 26 is preferably broadband with respect to the wavelength of the incident light, and is preferably constructed using a liquid crystal material with a birefringence that exhibits reverse dispersion. It is also preferable to make the optically anisotropic layer substantially broadband with respect to the wavelength of the incident light by imparting a twist component to the liquid crystal composition or by laminating different retardation layers. For example, a method of realizing a broadband patterned λ/2 plate by laminating two layers of liquid crystal with different twist directions in the optically anisotropic layer 26 is shown in JP 2014-089476 A and the like, and can be preferably used in the present invention.
―棒状液晶化合物―
棒状液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。以上のような低分子液晶性分子だけではなく、高分子液晶性分子も用いることができる。
- Rod-shaped liquid crystal compounds -
As the rod-shaped liquid crystal compound, azomethines, azoxys, cyanobiphenyls, cyanophenyl esters, benzoates, cyclohexane carboxylic acid phenyl esters, cyanophenylcyclohexanes, cyano-substituted phenylpyrimidines, alkoxy-substituted phenylpyrimidines, phenyldioxanes, tolanes, and alkenylcyclohexylbenzonitriles are preferably used. Not only the above-mentioned low molecular weight liquid crystal molecules, but also polymeric liquid crystal molecules can be used.
光学異方性層26では、棒状液晶化合物を重合によって配向を固定することがより好ましく、重合性棒状液晶化合物としては、Makromol. Chem., 190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許4683327号明細書、同5622648号明細書、同5770107号明細書、国際公開第95/22586号、同95/24455号、同97/00600号、同98/23580号、同98/52905号、特開平1-272551号公報、同6-16616号公報、同7-110469号公報、同11-80081号公報、および、特願2001-64627号公報などに記載の化合物を用いることができる。
さらに棒状液晶化合物としては、例えば、特表平11-513019号公報および特開2007-279688号公報に記載のものも好ましく用いることができる。
In the optically anisotropic layer 26, it is more preferable to fix the alignment of the rod-like liquid crystal compound by polymerization. As the polymerizable rod-like liquid crystal compound, there is known a compound described in Makromol. Chem. , Vol. 190, p. 2255 (1989), Advanced Materials Vol. 5, p. 107 (1993), U.S. Patent Nos. 4,683,327, 5,622,648, 5,770,107, WO 95/22586, 95/24455, 97/00600, 98/23580, 98/52905, JP-A-1-272551, 6-16616, 7-110469, 11-80081, and compounds described in Japanese Patent Application No. 2001-64627 can be used.
Furthermore, as the rod-shaped liquid crystal compound, for example, those described in JP-T-11-513019 and JP-A-2007-279688 can also be preferably used.
―円盤状液晶化合物―
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開2007-108732号公報および特開2010-244038号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
なお、光学異方性層に円盤状液晶化合物を用いた場合には、光学異方性層において、液晶化合物30は厚さ方向に立ち上がっており、液晶化合物に由来する光学軸30Aは、円盤面に垂直な軸、いわゆる進相軸として定義される。
-Disc-shaped liquid crystal compounds-
As the discotic liquid crystal compound, for example, those described in JP-A-2007-108732 and JP-A-2010-244038 can be preferably used.
In addition, when a discotic liquid crystal compound is used in the optically anisotropic layer, the liquid crystal compound 30 stands up in the thickness direction in the optically anisotropic layer, and the optical axis 30A derived from the liquid crystal compound is defined as an axis perpendicular to the disc surface, that is, a so-called fast axis.
このような光学異方性層26を有する液晶回折レンズ120は、シート状であり、例えばガラス等の無機材料で形成される凸レンズ等が有する凹凸面が無い。また、液晶回折レンズ120は、厚さが、例えば、1~100μmである。
従って、無線給電システムを構成する受信部において、ハーフミラー(コレステリックミラー)と共に再帰反射器を構成する集光レンズとして、この液晶回折レンズ120を用いることで、受信部を小型化(薄型化)して、受信部を組み込む機器の小型化による無線給電システム全体の小型化、小さい機器への受信部の組み込みを可能にして無線給電システムの汎用性の向上等を図ることができる。
The liquid crystal diffractive lens 120 having such an optically anisotropic layer 26 is in a sheet shape and does not have an uneven surface that a convex lens made of an inorganic material such as glass has. The liquid crystal diffractive lens 120 has a thickness of, for example, 1 to 100 μm.
Therefore, by using this liquid crystal diffractive lens 120 as a focusing lens that forms a retroreflector together with a half mirror (cholesteric mirror) in the receiving section that constitutes the wireless power supply system, the receiving section can be made smaller (thinner), and the entire wireless power supply system can be made smaller by miniaturizing the device in which the receiving section is incorporated, and the receiving section can be incorporated into small devices, thereby improving the versatility of the wireless power supply system.
なお、本発明の光無線給電システムおよび受信部において、受信部に用いる回折レンズは上述した液晶回折レンズに制限はされない。
すなわち、本発明において、回折レンズは、液晶回折レンズ以外にも公知の回折レンズ(いわゆるDOE(Diffractive Optical Element)レンズ)が、各種、利用可能である。
しかしながら、受信部の小型化(薄型化)を好適に図れる、焦点距離(レンズパワー)の調節幅が広く、かつ、調節が容易である、回折効率に優れる等の点で、上述した液晶回折レンズは、好適に利用される。
In the optical wireless power supply system and the receiving section of the present invention, the diffractive lens used in the receiving section is not limited to the liquid crystal diffractive lens described above.
That is, in the present invention, in addition to the liquid crystal diffractive lens, various known diffractive lenses (so-called DOE (Diffractive Optical Element) lenses) can be used as the diffractive lens.
However, the above-mentioned liquid crystal diffractive lens is preferably used because it can be used to effectively reduce the size (thinness) of the receiving unit, has a wide and easy adjustment range for the focal length (lens power), and has excellent diffraction efficiency.
上述のように、図1に示す無線給電システム100は、送信部102と受信部104とを有する。
送信部102は、受信部104に赤外線レーザ等の受信部104の光電変換素子126が光電変換するレーザ光を照射する部位である。このような送信部102は、利得媒体108、共振用ミラー110、レンズ112およびコレステリックミラー114、レンズ116、および、検出器118を有する。
As described above, the wireless power supply system 100 shown in FIG. 1 includes the transmitting unit 102 and the receiving unit 104 .
The transmitting section 102 is a section that irradiates the receiving section 104 with laser light, such as an infrared laser, which is photoelectrically converted by a photoelectric conversion element 126 of the receiving section 104. Such a transmitting section 102 has a gain medium 108, a resonance mirror 110, a lens 112, a cholesteric mirror 114, a lens 116, and a detector 118.
送信部104において、利得媒体108は、いわゆるレーザ発振器(レーザ光源)に用いられる公知の利得媒体(レーザ媒質、レーザ媒体)である。従って、利得媒体108は、図示しない励起源から励起光を照射され、レーザ光を出力する。
利得媒体108は、公知のものが利用可能である。利得媒体108としては、一例として、Nd:YAG等が例示される。
In the transmitting section 104, the gain medium 108 is a known gain medium (laser medium) used in a so-called laser oscillator (laser light source). Therefore, the gain medium 108 is irradiated with pumping light from a pumping source (not shown) and outputs a laser light.
A known gain medium can be used as the gain medium 108. One example of the gain medium 108 is Nd:YAG.
なお、本発明の無線給電システム100において、利得媒体108すなわち送信部102が照射するレーザ光の波長には、制限はない。すなわち、送信部102が照射するレーザ光は、受信部104の光電変換素子126が光電変換可能な波長域であればよい。
中でも、非可視光のレーザ光が好ましく例示され、その中でも、赤外線、例えば、波長800~3000nmの赤外線は、好適に例示される。
In the wireless power supply system 100 of the present invention, there is no limitation on the wavelength of the laser light irradiated by the gain medium 108, i.e., the transmitting unit 102. In other words, the laser light irradiated by the transmitting unit 102 may be in a wavelength range in which the photoelectric conversion element 126 of the receiving unit 104 can perform photoelectric conversion.
Among them, a preferable example is invisible laser light, and among them, infrared light, for example, infrared light having a wavelength of 800 to 3000 nm, is a suitable example.
共振用ミラー110は、コレステリックミラー114によって反射された再帰反射光および受信部104からの再帰反射光を反射するものである。
共振用ミラー110は、レーザ光源等の光共振器に用いられる反射鏡(ミラー)と同じものを用いればよい。
The resonance mirror 110 reflects the retroreflected light reflected by the cholesteric mirror 114 and the retroreflected light from the receiving section 104 .
The resonance mirror 110 may be the same as a reflecting mirror used in an optical resonator such as a laser light source.
レンズ112およびコレステリックミラー114は、送信部102側の再帰反射器を構成する。また、コレステリックミラー114は、本発明の無線給電システムにおける送信側反射部材である。
レンズ112は、公知の凸レンズである。
The lens 112 and the cholesteric mirror 114 constitute a retroreflector on the side of the transmitter 102. The cholesteric mirror 114 is a transmission-side reflecting member in the wireless power supply system of the present invention.
The lens 112 is a known convex lens.
コレステリックミラー114は、コレステリック液晶層を有するものである。
コレステリック液晶層とは、液晶化合物をコレステリック配向させたコレステリック液晶相を固定してなる、公知のコレステリック液晶層である。
The cholesteric mirror 114 has a cholesteric liquid crystal layer.
The cholesteric liquid crystal layer is a known cholesteric liquid crystal layer formed by fixing a cholesteric liquid crystal phase in which a liquid crystal compound is cholesterically aligned.
周知のように、コレステリック液晶相とは、液晶化合物が螺旋状に旋回して積み重ねられた螺旋構造を有し、液晶化合物が螺旋状に1回転(360°回転)して積み重ねられた構成を螺旋1ピッチとして、螺旋状に旋回する液晶化合物が、複数ピッチ、積層された構造を有する。
コレステリック液晶相は、螺旋1ピッチの長さに応じて、波長選択的に円偏光を反射する。また、コレステリック液晶相は、螺旋の旋回方向に応じて、右円偏光または左円偏光を選択的に反射する。
As is well known, a cholesteric liquid crystal phase has a helical structure in which liquid crystal compounds are spirally rotated and stacked, and the liquid crystal compounds are stacked in a spiral shape, with one helical pitch being one rotation (360° rotation) of the liquid crystal compounds, and the helically rotated liquid crystal phase has a structure in which multiple pitches are stacked.
The cholesteric liquid crystal phase selectively reflects circularly polarized light in a wavelength-selective manner according to the length of one pitch of the helix, and also selectively reflects right-handed or left-handed circularly polarized light according to the direction of rotation of the helix.
従って、例えば、利得媒体108が赤外線レーザを発光するものであれば、コレステリックミラー114を構成するコレステリック液晶層は、赤外線レーザの波長に対応して、この波長の光を選択的に反射する螺旋ピッチを有する。
また、図示例においては、一例として、コレステリックミラー114のコレステリック液晶層は、右円偏光を選択的に反射する。
Thus, for example, if gain medium 108 emits an infrared laser, the cholesteric liquid crystal layer constituting cholesteric mirror 114 has a helical pitch that corresponds to the wavelength of the infrared laser and selectively reflects light of this wavelength.
In the illustrated example, the cholesteric liquid crystal layer of the cholesteric mirror 114 selectively reflects right-handed circularly polarized light.
なお、本発明においては、送信部の送信側反射部材において、コレステリック液晶層に代えて、同様の光学的な用効果を有する誘電体多層膜を用いてもよい。In addition, in the present invention, a dielectric multilayer film having a similar optical effect may be used in place of the cholesteric liquid crystal layer in the transmitting side reflective member of the transmitting section.
検出器118は、コレステリックミラー114を透過した光を検出する、公知の光検出器である。検出器118は、好ましい態様として設けられる。
検出器118によって、コレステリックミラー114を透過した光の強度を検出することで、送信部102(利得媒体108)が光を等方照射する領域に存在する受信部104の有無および数等を検出することが可能になる。
The detector 118 is a known photodetector that detects light transmitted through the cholesteric mirror 114. The detector 118 is provided as a preferred embodiment.
By using the detector 118 to detect the intensity of the light transmitted through the cholesteric mirror 114, it becomes possible to detect the presence or absence and the number of receiving sections 104 present in the area where the transmitting section 102 (gain medium 108) isotropically irradiates light.
レンズ116は、上述のレンズ216と同様、利得媒体108が等方に発光する光が受信部104に届く範囲を広げ、かつ、受信部104から再帰反射される光が送信部102に適正に入射できる範囲を広げるために設けられるレンズである。
受信部104からの再帰反射光については、後に詳述する。
Lens 116, like lens 216 described above, is a lens provided to expand the range over which light emitted isotropically by gain medium 108 reaches receiving unit 104, and to expand the range over which light reflected back from receiving unit 104 can properly enter transmitting unit 102.
The retroreflected light from the receiving unit 104 will be described in detail later.
他方、受信部104は、送信部102から照射されたレーザ光を受信して、光電変換する部位である。
図示例の無線給電システム100において、受信部104は、液晶回折レンズ120、コレステリックミラー124、および、光電変換素子126を有する。コレステリックミラー124は、本発明の無線給電システムおよび受信部における受信側反射部材である。
On the other hand, the receiving section 104 is a section that receives the laser light irradiated from the transmitting section 102 and performs photoelectric conversion.
In the illustrated wireless power supply system 100, the receiver 104 has a liquid crystal diffractive lens 120, a cholesteric mirror 124, and a photoelectric conversion element 126. The cholesteric mirror 124 is a receiver-side reflecting member in the wireless power supply system and receiver of the present invention.
液晶回折レンズ120は、上述した図4等に示す液晶回折レンズである。図示例において、液晶回折レンズ120は、一例として、左円偏光(左円偏光成分)を集光すると共に右円偏光に変換する液晶回折レンズである。
コレステリックミラー124は、上述したコレステリックミラー114と同様のコレステリック液晶層を有するものである。コレステリックミラー124は、右円偏光を選択的に反射するコレステリック液晶層を有する。なお、受信側反射部材も、コレステリック液晶層に代えて、誘電体多層膜を用いてもよいのは、送信部102と同様である。
受信部104において、液晶回折レンズ120およびコレステリックミラー124は、受信部側の再帰反射器を構成する。
The liquid crystal diffractive lens 120 is the liquid crystal diffractive lens shown in Fig. 4 etc. In the illustrated example, the liquid crystal diffractive lens 120 is, for example, a liquid crystal diffractive lens that collects left-handed circularly polarized light (left-handed circularly polarized light component) and converts it into right-handed circularly polarized light.
The cholesteric mirror 124 has a cholesteric liquid crystal layer similar to that of the above-mentioned cholesteric mirror 114. The cholesteric mirror 124 has a cholesteric liquid crystal layer that selectively reflects right-handed circularly polarized light. As with the transmitting unit 102, the receiving side reflecting member may also be a dielectric multilayer film instead of a cholesteric liquid crystal layer.
In the receiving section 104, the liquid crystal diffractive lens 120 and the cholesteric mirror 124 form a retroreflector on the receiving section side.
ここで、液晶回折レンズ120の焦点は、コレステリックミラー124(受信側反射部材)の表面の7mm以内の距離に位置するのが好ましく、コレステリックミラー124の表面の2mm以内の距離に位置するのがより好ましく、コレステリックミラー124の表面に位置するのがさらに好ましい。
これにより、好適に共振用ミラー110と、送信部102の再帰反射器および受信部104の再帰反射器との間で、共振系を構成できる。
Here, the focal point of the liquid crystal diffraction lens 120 is preferably located within 7 mm of the surface of the cholesteric mirror 124 (the receiving side reflecting member), more preferably within 2 mm of the surface of the cholesteric mirror 124, and even more preferably on the surface of the cholesteric mirror 124.
This makes it possible to preferably configure a resonance system between the resonance mirror 110 and the retroreflector of the transmitting section 102 and the retroreflector of the receiving section 104 .
光電変換素子126は、コレステリックミラー124を透過した光を受光して、光電変換するものである。例えば、受信部104が装着された機器は、光電変換素子126が光電変換した電力を充電して、駆動する。
光電変換素子126には、制限はなく、公知の光電変換素子126が、全て、利用可能である。一例として、太陽電池、および、フォトダイオード等が例示される。
The photoelectric conversion element 126 receives the light transmitted through the cholesteric mirror 124 and performs photoelectric conversion. For example, a device equipped with the receiving unit 104 is charged with the power photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 126 and driven.
There is no limitation on the photoelectric conversion element 126, and all known photoelectric conversion elements 126 can be used. Examples include a solar cell and a photodiode.
以下、無線給電システム100の作用を説明する。
無線給電システム100において、無線給電をしていない状態、すなわち、受信部104が送信部102による無線給電領域に存在していない状態では、送信部102の利得媒体108は、図示しない励起源から照射された励起光によって所定の波長の光、例えば、赤外線を、等方に発光している。この発光は、無偏光である。
この状態で、送信部102による無線給電領域(光照射領域)、すなわち、利得媒体108が等方に発光した光が届く領域に受信部104を有する機器が持ち込まれる。これにより、光は受信部104の液晶回折レンズ120に入射する。
上述のように、液晶回折レンズ120は、一例として、左円偏光を集光すると共に右円偏光に変換する液晶回折レンズである。従って、液晶回折レンズ120に入射した無偏光のうち、左円偏光成分は右円偏光に変換され、集光されてコレステリックミラー124に入射する。なお、液晶回折レンズ120に入射した光のうち、右円偏光成分は、左円偏光に変換されて拡散される。
The operation of the wireless power supply system 100 will be described below.
In the wireless power feeding system 100, when wireless power feeding is not performed, i.e., when the receiving unit 104 is not present in the wireless power feeding area of the transmitting unit 102, the gain medium 108 of the transmitting unit 102 is irradiated with excitation light from an excitation source (not shown) and emits light of a predetermined wavelength, for example, infrared light, isotropically. This emitted light is unpolarized.
In this state, a device having a receiving unit 104 is brought into a wireless power supply area (light irradiation area) by the transmitting unit 102, that is, an area where the light emitted isotropically by the gain medium 108 reaches. As a result, the light is incident on the liquid crystal diffractive lens 120 of the receiving unit 104.
As described above, the liquid crystal diffractive lens 120 is, for example, a liquid crystal diffractive lens that collects left-handed circularly polarized light and converts it to right-handed circularly polarized light. Therefore, of the unpolarized light incident on the liquid crystal diffractive lens 120, the left-handed circularly polarized component is converted to right-handed circularly polarized light, collected, and incident on the cholesteric mirror 124. Of the light incident on the liquid crystal diffractive lens 120, the right-handed circularly polarized component is converted to left-handed circularly polarized light and diffused.
コレステリックミラー124に入射した右円偏光は、一部が透過して光電変換素子126に入射し、一部は、図中に白抜き矢印で示すように、液晶回折レンズ120とコレステリックミラー124とからなる再帰反射器によって、集光され再帰反射される。
ここで、この再帰反射光は、液晶回折レンズ120によって左円偏光に変換される。
Of the right-handed circularly polarized light that enters the cholesteric mirror 124, a portion is transmitted and enters the photoelectric conversion element 126, and a portion is collected and retroreflected by the retroreflector consisting of the liquid crystal diffraction lens 120 and the cholesteric mirror 124, as indicated by the white arrow in the figure.
Here, the retroreflected light is converted into left-handed circularly polarized light by the liquid crystal diffractive lens 120 .
受信部104の再帰反射器(液晶回折レンズ120とコレステリックミラー124)によって再帰反射された左円偏光(白抜き矢印)は、元の光路を戻って、レンズ116を透過して、利得媒体108に入射して共振用ミラー110によって反射される。この反射によって、左円偏光は右円偏光に変換される。
共振用ミラー110によって反射された右円偏光(白抜き矢印)は、レンズ112を透過して集光され、右円偏光を選択的に反射するコレステリックミラー114によって反射される。
上述のように、レンズ112とコレステリックミラー114は、送信部102の再帰反射器を構成する。従って、コレステリックミラー114によって反射された右円偏光(黒矢印)は、再帰反射によって元の光路を戻って、利得媒体108に入射して共振用ミラー110によって反射される。この反射によって、右円偏光は左円偏光に変換される。
Left-handed circularly polarized light (white arrow) retroreflected by the retroreflector (liquid crystal diffractive lens 120 and cholesteric mirror 124) of the receiving unit 104 returns along the original optical path, passes through lens 116, enters gain medium 108, and is reflected by resonance mirror 110. This reflection converts the left-handed circularly polarized light into right-handed circularly polarized light.
The right-handed circularly polarized light (white arrow) reflected by the resonance mirror 110 is transmitted through a lens 112 and collected, and is reflected by a cholesteric mirror 114 that selectively reflects right-handed circularly polarized light.
As described above, the lens 112 and the cholesteric mirror 114 constitute a retroreflector of the transmitting section 102. Therefore, the right-handed circularly polarized light (black arrow) reflected by the cholesteric mirror 114 returns along the original optical path by retroreflection, enters the gain medium 108, and is reflected by the resonance mirror 110. This reflection converts the right-handed circularly polarized light into left-handed circularly polarized light.
共振用ミラー110によって反射された左円偏光(黒矢印)は、元の光路を戻るように、レンズ216を透過して、再度、受信部104に入射する。
受信部104に再入射した左円偏光は、先と同様に、液晶回折レンズ120によって集光されて右円偏光(黒矢印)に変換され、一部はコレステリックミラー124を透過して光電変換素子126に入射し、一部は、液晶回折レンズ120とコレステリックミラー124とからなる再帰反射器によって再帰反射される。また、この再帰反射の際に、右円偏光は、液晶回折レンズ120によって集光され、左円偏光に変換される。
受信部104によって再帰反射された左円偏光(白抜き矢印)は、元の光路を戻って、送信部102に入射し、同様に、左円偏光として再帰反射されて元の光路を戻って受信部104に入射し、同様に、左円偏光として一部が再帰反射され、再度、送信部102に入射して再帰反射することを繰り返す。
The left-handed circularly polarized light (black arrow) reflected by the resonance mirror 110 passes through the lens 216 so as to return along the original optical path, and enters the receiving unit 104 again.
The left circularly polarized light re-entering the receiving unit 104 is, as before, focused by the liquid crystal diffractive lens 120 and converted into right circularly polarized light (black arrow), part of which passes through the cholesteric mirror 124 and enters the photoelectric conversion element 126, and part of which is retroreflected by the retroreflector consisting of the liquid crystal diffractive lens 120 and the cholesteric mirror 124. During this retroreflection, the right circularly polarized light is focused by the liquid crystal diffractive lens 120 and converted into left circularly polarized light.
The left-handed circularly polarized light (white arrow) retroreflected by the receiving unit 104 returns along the original optical path and enters the transmitting unit 102, and similarly, is retroreflected as left-handed circularly polarized light, returns along the original optical path and enters the receiving unit 104, and similarly, a portion of the light is retroreflected as left-handed circularly polarized light, and once again enters the transmitting unit 102 and is retroreflected, repeating the process.
これにより、送信部102および受信部104の2つの再帰反射器と、共振用ミラー110との間で、利得媒体108を挟んで光が反射されることを繰り返す。その結果、光の共振系(光共振器)が構成されて、利得媒体108が励起した光が増幅されてレーザ発振される。その結果、送信部102が十分な出力のレーザ光を照射し、受信部104に入射して、光電変換素子126が所望の電力を出力できるようになる。
また、利得媒体108によるレーザ光は誘導放出で得られるため、入射光と同じ偏光成分の光が発光して増幅する。そのため、無線給電システム100においては、再帰反射を繰り返す所望の偏光成分のみを効率よく増幅できる。
As a result, light is repeatedly reflected across the gain medium 108 between the two retroreflectors of the transmitting unit 102 and the receiving unit 104 and the resonance mirror 110. As a result, an optical resonance system (optical resonator) is formed, and the light excited by the gain medium 108 is amplified and lased. As a result, the transmitting unit 102 irradiates laser light with sufficient power, which enters the receiving unit 104, enabling the photoelectric conversion element 126 to output the desired power.
In addition, since the laser light from the gain medium 108 is obtained by stimulated emission, light with the same polarization component as the incident light is emitted and amplified. Therefore, in the wireless power supply system 100, it is possible to efficiently amplify only the desired polarization component that is repeatedly retroreflected.
このような無線給電システム100では、送信部102と受信部104との間の再帰反射によって無線給電を行っている状態では、送信部102から十分な出力のレーザ光が出力され、受信部104が受信できる。
しかしながら、送信部102と受信部104との間のレーザ光の光路に、人の手などが入ると、その瞬間にレーザ光が遮断され共振が停止されるので、レーザ発振は、その時点で止まる。その結果、高出力のレーザ光で人物が損傷することは無い。
従って、本発明の無線給電システム100によれば、レーザ光による危険性を大幅に低下して、十分な出力のレーザ光による無線給電が可能になる。
しかも、受信部104は、再帰反射器に、ガラス製等のレンズではなく、液晶回折レンズ120を用いている。上述のように、液晶回折レンズ120は、非常に薄いため、受信部104を小型化(薄型化)して、受信部104を組み込む機器の小型化による無線給電システム100全体の小型化、小さい機器への受信部104の組み込みを可能にする無線給電システムの汎用性の向上等を図ることができる。
以上の作用効果に関しては、以下に示す図2に示す無線給電システム130も同様である。
In such a wireless power supply system 100, when wireless power supply is performed by retroreflection between the transmitting unit 102 and the receiving unit 104, laser light with sufficient power is output from the transmitting unit 102 and can be received by the receiving unit 104.
However, if a person's hand or the like enters the optical path of the laser light between the transmitter 102 and the receiver 104, the laser light is instantly blocked and resonance is stopped, so that the laser oscillation stops at that point. As a result, the person is not injured by the high-power laser light.
Therefore, according to the wireless power feeding system 100 of the present invention, the danger of laser light is significantly reduced, and wireless power feeding using laser light with sufficient output is possible.
Moreover, the receiver 104 uses the liquid crystal diffractive lens 120 as the retroreflector, rather than a lens made of glass or the like. As described above, the liquid crystal diffractive lens 120 is very thin, and therefore the receiver 104 can be made smaller (thinner), which can reduce the size of the entire wireless power supply system 100 by reducing the size of the device incorporating the receiver 104, and can improve the versatility of the wireless power supply system by enabling the receiver 104 to be incorporated into small devices.
The above-mentioned operational effects also apply to a wireless power feeding system 130 shown in FIG. 2 below.
図2に、本発明の無線給電システムの別の例を概念的に示す。
なお、図2に示す無線給電システム130は、図1に示す無線給電システムと同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる点を主に行う。
FIG. 2 conceptually illustrates another example of a wireless power supply system according to the present invention.
In addition, in the wireless power feeding system 130 shown in FIG. 2, the same components as those in the wireless power feeding system shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the following description will mainly focus on the differences.
図2に示す無線給電システム130は、送信部132と受信部134とを示す。
送信部132は、上述した無線給電システム100の送信部102において、コレステリックミラー114に代えて、ハーフミラー136を用いた構成を有する。送信部132では、レンズ112とハーフミラー136とで、送信部側の再帰反射器を構成する。
ハーフミラー136は、公知のものが利用可能であるが、反射率が高いのが好ましい。具体的には、1台の受信部134に無線給電している状態で、検出器118が検出できる程度の光を透過する程度の反射率が好ましい。また、送信部132が検出器118を有さない場合には、ハーフミラー136ではなく、全反射ミラーを用いるのが好ましい。
The wireless power supply system 130 shown in FIG. 2 includes a transmitting unit 132 and a receiving unit 134 .
The transmitting unit 132 has a configuration in which a half mirror 136 is used instead of the cholesteric mirror 114 in the transmitting unit 102 of the wireless power supply system 100 described above. In the transmitting unit 132, the lens 112 and the half mirror 136 configure a retroreflector on the transmitting unit side.
A known half mirror can be used for the half mirror 136, but it is preferable that the half mirror 136 has a high reflectance. Specifically, it is preferable that the half mirror 136 has a reflectance that transmits enough light to be detected by the detector 118 when one receiving unit 134 is being wirelessly powered. In addition, if the transmitting unit 132 does not have the detector 118, it is preferable to use a total reflection mirror instead of the half mirror 136.
他方、図2に示す無線給電システム130の受信部134は、上述した無線給電システム100の受信部104において、コレステリックミラー124に代えて、ハーフミラー136を用い、かつ、レーザ光の進行方向に液晶回折レンズ120を挟むように、λ/4板140およびλ/4板142を設けた構成を有する。
受信部134においては、液晶回折レンズ120とハーフミラー146とで、受信部側の再帰反射器を構成する。
なお、無線給電システム130の受信部134において、液晶回折レンズ120は、右円偏光を集光すると共に、左円偏光に変換する液晶回折レンズである。
On the other hand, the receiving unit 134 of the wireless power supply system 130 shown in FIG. 2 has a configuration in which a half mirror 136 is used instead of the cholesteric mirror 124 in the receiving unit 104 of the wireless power supply system 100 described above, and a λ/4 plate 140 and a λ/4 plate 142 are provided to sandwich the liquid crystal diffractive lens 120 in the traveling direction of the laser light.
In the receiving section 134, the liquid crystal diffractive lens 120 and the half mirror 146 form a retroreflector on the receiving section side.
In the receiving unit 134 of the wireless power supply system 130, the liquid crystal diffractive lens 120 is a liquid crystal diffractive lens that collects right-handed circularly polarized light and converts it into left-handed circularly polarized light.
ハーフミラー136も、反射率が高いハーフミラーである。
ハーフミラー136としては、例えば、レーザ光源の光共振器において、レーザ光を取り出す側に用いられるハーフミラーが例示される。
The half mirror 136 is also a half mirror with high reflectance.
An example of the half mirror 136 is a half mirror used on the side from which laser light is extracted in an optical resonator of a laser light source.
無線給電システム130において、受信部134は、レーザ光の進行方向に液晶回折レンズ120を挟むように、λ/4板140およびλ/4板142を有する。受信部134はλ/4板140およびλ/4板142を有し、λ/4板140およびλ/4板142は、レーザ光の進行方向に液晶回折レンズ120を挟むように配置されている。
λ/4板は、入射した偏光の位相を、λ/4、動かす位相差板である。
なお、λ/4板の遅相軸の方向には、制限はない。また、λ/4板140とλ/4板142とは、遅相軸の方向を一致する。
図示例において、λ/4板140およびλ/4板142は、一例として、図中上下方向の直線偏光を、右円偏光に変換するように、遅相軸の方向が設定される。
In the wireless power supply system 130, the receiving unit 134 has a λ/4 plate 140 and a λ/4 plate 142 so as to sandwich the liquid crystal diffractive lens 120 in the traveling direction of the laser light. The receiving unit 134 has the λ/4 plate 140 and the λ/4 plate 142, and the λ/4 plate 140 and the λ/4 plate 142 are arranged so as to sandwich the liquid crystal diffractive lens 120 in the traveling direction of the laser light.
The λ/4 plate is a phase difference plate that shifts the phase of incident polarized light by λ/4.
There is no limitation on the direction of the slow axis of the λ/4 plate. The λ/4 plate 140 and the λ/4 plate 142 have the same direction of the slow axis.
In the illustrated example, the λ/4 plate 140 and the λ/4 plate 142 have their slow axes oriented in such a way as to convert linearly polarized light in the vertical direction in the figure into right-handed circularly polarized light, for example.
本発明において、λ/4板(1/4波長板)は、公知のものが利用可能である。
従って、λ/4板は、1層の光学異方性層で構成された単層型でもよいし、それぞれ複数の異なる遅相軸を持つ2層以上の光学異方性層の積層によって構成された積層型の波長板もよい。
積層型のλ/4板としては、一例として、国際公開第2013/137464号、国際公開第2016/158300号、特開2014-209219号公報、特開2014-209220号公報、国際公開第2014/157079号、特開2019-215416号公報、および、国際公開第2019/160044号等に記載されるものが例示される。なお、本発明において、積層型のλ/4板は、これらに限定されない。
In the present invention, a known λ/4 plate (¼ wavelength plate) can be used.
Therefore, the λ/4 plate may be a single-layer type composed of one optically anisotropic layer, or a laminated type wave plate composed of a laminate of two or more optically anisotropic layers each having a plurality of different slow axes.
Examples of laminated λ/4 plates include those described in International Publication No. WO 2013/137464, International Publication No. WO 2016/158300, JP 2014-209219, JP 2014-209220, International Publication No. WO 2014/157079, JP 2019-215416, and International Publication No. WO 2019/160044. In the present invention, the laminated λ/4 plate is not limited to these.
以下、無線給電システム130の作用を説明する。
無線給電システム130においても、無線給電をしていない状態、すなわち、受信部134が送信部132による無線給電領域に存在していない状態では、送信部132の利得媒体108は、図示しない励起源から照射された励起光によって所定の波長の光、例えば、赤外線を、等方に発光している。この発光は、無偏光である。
この状態で、送信部132による無線給電領域(光照射領域)、すなわち、利得媒体108が等方に発光した光が届く領域に受信部134を有する機器が持ち込まれる。これにより、黒矢印で示すように、光は、受信部134のλ/4板140に入射し、次いで、液晶回折レンズ120に入射する。
上述のように、λ/4板140は、図中上下方向の直線偏光を右円偏光に変換するものである。従って、λ/4板140に入射した光のうち、図中上下方向の直線偏光の成分は、λ/4板140によって右円偏光に変換される。
また、液晶回折レンズ120は、一例として、右円偏光を集光すると共に左円偏光に変換する液晶回折レンズである。従って、液晶回折レンズ120に入射した右円偏光は、左円偏光に変換されて、集光される。なお、液晶回折レンズ120に入射した光のうち、右円偏光成分以外の光は、左円偏光に変換されて拡散される。
The operation of the wireless power supply system 130 will be described below.
In the wireless power feeding system 130, when wireless power feeding is not performed, that is, when the receiving unit 134 is not present in the wireless power feeding area of the transmitting unit 132, the gain medium 108 of the transmitting unit 132 is irradiated with excitation light from an excitation source (not shown) and emits light of a predetermined wavelength, for example, infrared light, isotropically. This emission is unpolarized.
In this state, a device having a receiver 134 is brought into a wireless power supply area (light irradiation area) by the transmitter 132, that is, an area where the light emitted isotropically by the gain medium 108 reaches. As a result, as shown by the black arrow, the light is incident on the λ/4 plate 140 of the receiver 134 and then on the liquid crystal diffractive lens 120.
As described above, the λ/4 plate 140 converts linearly polarized light in the vertical direction in the figure into right-handed circularly polarized light. Therefore, of the light incident on the λ/4 plate 140, the linearly polarized light component in the vertical direction in the figure is converted by the λ/4 plate 140 into right-handed circularly polarized light.
Moreover, as an example, the liquid crystal diffractive lens 120 is a liquid crystal diffractive lens that collects right-handed circularly polarized light and converts it to left-handed circularly polarized light. Therefore, the right-handed circularly polarized light incident on the liquid crystal diffractive lens 120 is converted to left-handed circularly polarized light and collected. Of the light incident on the liquid crystal diffractive lens 120, light other than the right-handed circularly polarized component is converted to left-handed circularly polarized light and diffused.
液晶回折レンズ120によって変換された左円偏光は、次いで、λ/4板142に入射する(黒矢印)。
λ/4板142は、λ/4板140と同方向の遅相軸を有する。また、λ/4板142に入射するのは、右円偏光から変換された左円偏光である。従って、λ/4板142に入射した左円偏光は、紙面に直交する方向の直線偏光に変換される。
The left-handed circularly polarized light transformed by the liquid crystal diffractive lens 120 then enters the λ/4 plate 142 (black arrow).
The λ/4 plate 142 has a slow axis in the same direction as the λ/4 plate 140. Furthermore, the light incident on the λ/4 plate 142 is left-handed circularly polarized light converted from right-handed circularly polarized light. Therefore, the left-handed circularly polarized light incident on the λ/4 plate 142 is converted into linearly polarized light in a direction perpendicular to the paper surface.
λ/4板142によって変換された紙面に直交する方向の直線偏光は、次いで、ハーフミラー146に入射する。
ハーフミラー146に入射した直線偏光は、一部が透過して光電変換素子126に入射し、一部は、図中に白抜き矢印で示すように、液晶回折レンズ120とハーフミラー146とからなる再帰反射器によって、集光され再帰反射される。
ここで、この再帰反射光は、λ/4板142によって紙面に直交する方向の直線偏光から左円偏光に変換され、液晶回折レンズ120によって右円偏光に変換され、さらに、λ/4板140によって図中上下方向の直線偏光に変換されたものである。
The linearly polarized light in the direction perpendicular to the paper surface, which has been converted by the λ/4 plate 142 , then enters a half mirror 146 .
Of the linearly polarized light that enters the half mirror 146, a portion of it is transmitted and enters the photoelectric conversion element 126, and a portion of it is collected and retroreflected by a retroreflector consisting of the liquid crystal diffractive lens 120 and the half mirror 146, as indicated by the white arrow in the figure.
Here, this retroreflected light is converted from linearly polarized light in a direction perpendicular to the paper surface to left-handed circularly polarized light by the λ/4 plate 142, converted to right-handed circularly polarized light by the liquid crystal diffraction lens 120, and further converted to linearly polarized light in the vertical direction in the figure by the λ/4 plate 140.
受信部104の再帰反射器(液晶回折レンズ120とハーフミラー146)によって再帰反射された図中上下方向の直線偏光(白抜き矢印)は、元の光路を戻って、レンズ116を透過して、利得媒体108に入射して共振用ミラー110によって反射される。
共振用ミラー110によって反射された図中上下方向の直線偏光(白抜き矢印)は、レンズ112を透過して集光され、ハーフミラー136によって反射される。
上述のように、レンズ112とハーフミラー136は、送信部102の再帰反射器を構成する。従って、ハーフミラー136によって反射された図中上下方向の直線偏光は、再帰反射によって元の光路を戻って、利得媒体108に入射して共振用ミラー110によって反射される。
The linearly polarized light (indicated by the white arrow) in the vertical direction in the figure, which is retroreflected by the retroreflector (liquid crystal diffraction lens 120 and half mirror 146) of the receiving unit 104, returns to the original optical path, passes through lens 116, enters gain medium 108, and is reflected by resonance mirror 110.
The linearly polarized light (indicated by the white arrow) reflected by the resonance mirror 110 in the vertical direction in the figure is transmitted through the lens 112 and collected, and is reflected by the half mirror 136 .
As described above, the lens 112 and the half mirror 136 constitute a retroreflector of the transmitting unit 102. Therefore, the linearly polarized light in the vertical direction in the figure reflected by the half mirror 136 returns along the original optical path by retroreflection, enters the gain medium 108, and is reflected by the resonance mirror 110.
共振用ミラー110によって反射された図中上下方向の直線偏光(黒矢印)は、レンズ116を透過して、再度、受信部104に入射する。
受信部104に再入射した図中上下方向の直線偏光は、先と同様に、λ/4板140によって右円偏光に変換され、次いで、液晶回折レンズ120によって集光されて左円偏光(黒矢印)に変換され、さらに、λ/4板142によって紙面に直交する方向の直線偏光に変換され、一部はハーフミラー136を透過して光電変換素子126に入射し、一部は、液晶回折レンズ120とハーフミラー136とからなる再帰反射器によって再帰反射される。
また、この再帰反射の際に、紙面に直交する方向の直線偏光は、λ/4板142によって左円偏光に変換され、液晶回折レンズ120によって集光され、右円偏光に変換され、さらに、λ/4板140によって図中上下方向の直線偏光に変換される。
The linearly polarized light (black arrow) reflected by the resonance mirror 110 in the vertical direction in the figure passes through the lens 116 and enters the receiving unit 104 again.
The linearly polarized light in the vertical direction in the figure that re-enters the receiving unit 104 is converted into right-handed circularly polarized light by the λ/4 plate 140, as before, and then focused by the liquid crystal diffraction lens 120 and converted into left-handed circularly polarized light (black arrow), and further converted into linearly polarized light in a direction perpendicular to the plane of the paper by the λ/4 plate 142, a portion of which passes through the half mirror 136 and enters the photoelectric conversion element 126, and a portion of which is retroreflected by the retroreflector consisting of the liquid crystal diffraction lens 120 and the half mirror 136.
During this retroreflection, the linearly polarized light in a direction perpendicular to the paper surface is converted into left-handed circularly polarized light by the λ/4 plate 142, concentrated by the liquid crystal diffraction lens 120 and converted into right-handed circularly polarized light, and then converted into linearly polarized light in the vertical direction in the figure by the λ/4 plate 140.
受信部104によって再帰反射された図中上下方向の直線偏光(白抜き矢印)は、元の光路を戻って、送信部102に入射し、同様に、図中上下方向の直線偏光として再帰反射されて元の光路を戻って受信部104に入射し、同様に、図中上下方向の直線偏光として一部が再帰反射され、再度、送信部102に入射して再帰反射することを繰り返す。The linearly polarized light in the vertical direction in the figure (white arrow) that is retroreflected by the receiving unit 104 returns along the original optical path and enters the transmitting unit 102, and similarly is retroreflected as linearly polarized light in the vertical direction in the figure, returns along the original optical path and enters the receiving unit 104, and similarly a portion of the light is retroreflected as linearly polarized light in the vertical direction in the figure, and again enters the transmitting unit 102 and is retroreflected again, repeating the process.
これにより、上述した無線給電システム100と同様、十分な安全性を確保した状態で、送信部102から十分な出力のレーザ光が出力され、受信部104が受信して光電変換できる。また、受信部134の小型化(薄型化)を図り、受信部134を組み込む機器の小型化、および、無線給電システム130の汎用性の向上等を図ることができる。As a result, similar to the wireless power supply system 100 described above, sufficient safety is ensured when laser light of sufficient power is output from the transmitter 102 and received by the receiver 104 for photoelectric conversion. In addition, the receiver 134 can be made smaller (thinner), which allows the size of the device incorporating the receiver 134 to be reduced, and the versatility of the wireless power supply system 130 to be improved.
加えて、図2に示す無線給電システム130は、送信部132に、コレステリックミラー等の特殊なミラーは不要で、通常のミラーおよびハーフミラーが利用可能である。従って、送信部132の汎用性を高くできる。
なお、図2に示す無線給電システム130では、検出器118が無い場合には、送信部側の再帰反射器は、レンズ112とハーフミラー136(ミラー)とで構成するものに制限はされず、コーナーキューブおよびマイクロビーズアレイ等の、公知の再帰反射器が、各種、利用可能である。
2 does not require a special mirror such as a cholesteric mirror, and can use an ordinary mirror or a half mirror in the transmitter 132. Therefore, the versatility of the transmitter 132 can be increased.
In the wireless power supply system 130 shown in FIG. 2, if the detector 118 is not present, the retroreflector on the transmitting side is not limited to one consisting of a lens 112 and a half mirror 136 (mirror), and various known retroreflectors such as a corner cube and a microbead array can be used.
また、図2に示す無線給電システム130では、検出器118として、例えば、回転する偏光子を組み合わせた検出器など、公知の直線偏光の方向を検出できる検出器を用いるのが好ましい。
上述のように、無線給電システム130の受信部134において、任意の方向の直線偏光成分を円偏光に変換して、液晶回折レンズ120で集光して再帰反射できる。また、無線給電システム13では、この任意の直線偏光が、送信部132と受信部134との間で再帰反射を繰り返して、共振する。
従って、直線偏光の方向を検出できる検出器118を用いることにより、偏光方向の検出によって、上述した無線給電している受信部134の有無および台数に加え、無線給電している受信部134の種類を判別することが可能になる。また、無線給電している受信部134の台数の検出も、より高精度に行うことが可能である。
In the wireless power supply system 130 shown in FIG. 2, it is preferable to use, as the detector 118, a known detector capable of detecting the direction of linearly polarized light, such as a detector in combination with a rotating polarizer.
As described above, in the receiving unit 134 of the wireless power supply system 130, a linearly polarized light component in an arbitrary direction can be converted into circularly polarized light, and the circularly polarized light can be collected and retroreflected by the liquid crystal diffractive lens 120. In the wireless power supply system 13, this arbitrary linearly polarized light is repeatedly retroreflected between the transmitting unit 132 and the receiving unit 134, and resonates.
Therefore, by using the detector 118 that can detect the direction of linearly polarized light, it becomes possible to determine the presence or absence and the number of the above-mentioned wirelessly powered receiving units 134, as well as the type of the wirelessly powered receiving units 134, by detecting the polarization direction. Also, it is possible to detect the number of the wirelessly powered receiving units 134 with higher accuracy.
以上の例では、受信部は、1つの液晶回折レンズを有しているが、本発明は、これに制限されず、複数の液晶回折レンズ(回折レンズ)を配列して用いてもよい。
複数の液晶回折レンズすなわち小型の液晶回折レンズを一次元的、または、二次元的に配列することにより、液晶回折レンズの焦点を短くして、液晶回折レンズと受信側反射部材との光学距離を短くできる。
その結果、さらなる受信部の小型化(薄膜化)等を図ることができ、好ましい。
なお、複数の液晶回折レンズの配列は、規則的でも不規則でもよい。また、複数の液晶回折レンズを配列する場合には、複数の液晶回折レンズのうちの一つと光電変換素子との間に受信側反射部材を配列してもよい。また、複数の液晶回折レンズを配列する場合には、受信側反射部材も、複数を配列してもよい。
In the above example, the receiving section has one liquid crystal diffractive lens, but the present invention is not limited to this, and a plurality of liquid crystal diffractive lenses (diffractive lenses) may be arranged and used.
By arranging a plurality of liquid crystal diffractive lenses, i.e., small liquid crystal diffractive lenses, one-dimensionally or two-dimensionally, the focal point of the liquid crystal diffractive lens can be shortened, thereby shortening the optical distance between the liquid crystal diffractive lens and the receiving side reflecting member.
As a result, the receiving section can be further miniaturized (thinned), which is preferable.
The arrangement of the liquid crystal diffractive lenses may be regular or irregular. When a plurality of liquid crystal diffractive lenses are arranged, a receiver-side reflecting member may be arranged between one of the plurality of liquid crystal diffractive lenses and the photoelectric conversion element. When a plurality of liquid crystal diffractive lenses are arranged, a plurality of receiver-side reflecting members may also be arranged.
また、以上の例では送信部は、利得媒体108に固定された共振用ミラー110を有し、共振用ミラー110と、送信部および受信部とで、光の共振系(光共振器)を構成していたが、本発明は、これにも制限はされない。
例えば、図3に図2の無線給電システム130を例示して示すように、利得媒体108が共振用ミラー110を有さず、利得媒体108を挟むように、送信部132と受信部134とを設け、送信部132と受信部134によって、利得媒体108を挟む光の共振系を構成してもよい。
In addition, in the above example, the transmitting section has a resonance mirror 110 fixed to the gain medium 108, and the resonance mirror 110, the transmitting section, and the receiving section constitute an optical resonance system (optical resonator), but the present invention is not limited to this.
For example, as shown in FIG. 3 as an example of the wireless power supply system 130 of FIG. 2 , the gain medium 108 may not have the resonant mirror 110, and a transmitter 132 and a receiver 134 may be provided to sandwich the gain medium 108, so that the transmitter 132 and the receiver 134 form an optical resonant system sandwiching the gain medium 108.
以上、本発明の光無線給電システムおよび受信部について詳細に説明したが、本発明は、上述の例に制限はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのは、もちろんである。 The optical wireless power supply system and receiving unit of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications may of course be made without departing from the gist of the present invention.
充電によって駆動する各種の機器に好適に利用可能である。 It can be ideally used for various devices that are powered by charging.
20 支持体
24 配向膜
26,26A 光学異方性層
30 液晶化合物
30A 光学軸
80 露光装置
82 レーザ
84 光源
86,94 偏光ビームスプリッタ
90A,90B ミラー
96 λ/4板
92 レンズ
100,130,200 無線給電システム
102,132,204 送信部
104,134,206 受信部
108,208 利得媒体
110,210 共振用ミラー
112,116,216,212 レンズ
114,124 コレステリックミラー
118 検出器
120 液晶回折レンズ
126,224 光電変換素子
136,146,220 ハーフミラー
140,142 λ/4板
218 集光レンズ
M レーザ光
MP P偏光
MS S偏光
L1,L4 入射光
L2,L5 透過光
Q1,Q2 絶対位相
E1,E2 等位相面
20 Support 24 Alignment film 26, 26A Optically anisotropic layer 30 Liquid crystal compound 30A Optical axis 80 Exposure device 82 Laser 84 Light source 86, 94 Polarizing beam splitter 90A, 90B Mirror 96 λ/4 plate 92 Lens 100, 130, 200 Wireless power supply system 102, 132, 204 Transmitter 104, 134, 206 Receiver 108, 208 Gain medium 110, 210 Resonator mirror 112, 116, 216, 212 Lens 114, 124 Cholesteric mirror 118 Detector 120 Liquid crystal diffraction lens 126, 224 Photoelectric conversion element 136, 146, 220 Half mirror 140, 142 λ/4 plate 218 Condenser lens M Laser light MP P-polarized light MS S-polarized light L1 , L4 Incident light L2 , L5 Transmitted light Q1, Q2 Absolute phase E1, E2 Equi-phase surface
Claims (11)
前記送信部は、利得媒体と、送信側反射部材と、を有し、
前記受信部は、回折レンズと、光電変換素子と、前記回折レンズと前記光電変換素子との間に配置される、前記回折レンズを透過した光の一部を反射する受信側反射部材と、複数のλ/4板と、を有し、
前記利得媒体は、前記送信側反射部材と前記受信側反射部材との間に配置され、
前記利得媒体によって増幅された光が、前記回折レンズおよび前記受信側反射部材を透過して、前記光電変換素子に入射するものであり、さらに、
前記受信部において、前記λ/4板、前記回折レンズ、前記λ/4板、前記受信側反射部材、および、前記光電変換素子が、この順で配置される、無線給電システム。 A wireless power supply system having a transmitter and a receiver,
The transmitting section includes a gain medium and a transmitting side reflecting member,
the receiving unit includes a diffractive lens, a photoelectric conversion element, a receiving-side reflecting member disposed between the diffractive lens and the photoelectric conversion element, the receiving member reflecting a portion of the light transmitted through the diffractive lens, and a plurality of λ/4 plates ;
the gain medium is disposed between the transmitting reflector and the receiving reflector;
The light amplified by the gain medium passes through the diffractive lens and the receiving-side reflecting member and is incident on the photoelectric conversion element; and
A wireless power supply system , wherein the receiving unit includes the λ/4 plate, the diffractive lens, the λ/4 plate, the receiving side reflecting member, and the photoelectric conversion element, arranged in this order .
前記光学異方性層は、前記液晶化合物に由来する光学軸の向きが、一方向に向かって連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを、内側から外側に向かう放射状に有し、かつ、
前記液晶配向パターンにおいて、前記一方向における、前記液晶化合物に由来する光学軸の向きが180°回転する長さを1周期とした際に、1周期の長さが内側から外側に向かって、漸次、短くなるものである、請求項1に記載の無線給電システム。 The diffractive lens is a liquid crystal diffractive lens having an optically anisotropic layer formed using a composition containing a liquid crystal compound,
The optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating in one direction, radially from the inside to the outside, and
2. The wireless power supply system according to claim 1, wherein in the liquid crystal orientation pattern, when the length of one period is defined as the length of a 180° rotation of an optical axis direction originating from the liquid crystal compound in the one direction, the length of one period gradually becomes shorter from the inside to the outside.
回折レンズと、光電変換素子と、前記回折レンズと前記光電変換素子との間に配置される、前記回折レンズを透過した光の一部を反射する受信側反射部材と、複数のλ/4板と、を有し、
前記λ/4板、前記回折レンズ、前記λ/4板、前記受信側反射部材、および、前記光電変換素子が、この順で配置される、受信部。 A receiving unit used in a wireless power supply system,
a diffractive lens; a photoelectric conversion element; a receiving-side reflecting member disposed between the diffractive lens and the photoelectric conversion element, the receiving-side reflecting member reflecting a portion of light transmitted through the diffractive lens; and a plurality of λ/4 plates;
A receiving section in which the λ/4 plate, the diffractive lens, the λ/4 plate, the receiving side reflecting member, and the photoelectric conversion element are arranged in this order .
前記光学異方性層は、前記液晶化合物に由来する光学軸の向きが、一方向に向かって連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを、内側から外側に向かう放射状に有し、かつ、
前記液晶配向パターンにおいて、前記一方向における、前記液晶化合物に由来する光学軸の向きが180°回転する長さを1周期とした際に、1周期の長さが内側から外側に向かって、漸次、短くなるものである、請求項7に記載の受信部。 The diffractive lens is a liquid crystal diffractive lens having an optically anisotropic layer formed using a composition containing a liquid crystal compound,
The optically anisotropic layer has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis derived from the liquid crystal compound changes while continuously rotating in one direction, radially from the inside to the outside, and
The receiving unit described in claim 7, wherein in the liquid crystal orientation pattern, when the length of one period is defined as the length of a 180° rotation of the direction of the optical axis originating from the liquid crystal compound in the one direction, the length of one period gradually becomes shorter from the inside to the outside.
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