JP7526798B2 - 無線給電システムおよび受信部 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特許第６１６９５７０号公報

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

本発明の無線給電システムの一例を概念的に示す図である。 本発明の無線給電システムの別の例を概念的に示す図である。 本発明の無線給電システムの別の例を概念的に示す図である。 本発明の無線給電システムで用いる液晶回折レンズの一例を概念的に示す図である。 図１に示す液晶回折レンズの層構成の一例を概念的に示す図である。 図１に液晶回折レンズの液晶配向パターンを説明するための概念図である。 図３に示す液晶回折レンズの作用を説明するための概念図である。 図３に示す液晶回折レンズの作用を説明するための概念図である。 配向膜を露光する露光装置の一例の概念図である。 従来の無線給電システムの一例を概念的に示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜＜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。

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。

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。

＜＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

―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。

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。

―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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (11)

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、
   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。
2. 前記回折レンズが、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、
   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。
3. 前記受信側反射部材が、ハーフミラーである、請求項１または２に記載の無線給電システム。
4. 前記送信側反射部材が、ハーフミラー、または、全反射型のミラーである、請求項１～３のいずれか１項に記載の無線給電システム。
5. 前記回折レンズの焦点位置が、前記受信側反射部材の表面から７ｍｍ以内の距離に位置する、請求項１～４のいずれか１項に記載の無線給電システム。
6. 複数の前記回折レンズが、一次元的、または、二次元的に配列されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の無線給電システム。
7. 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、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。
8. 前記回折レンズが、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、
   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。
9. 前記受信側反射部材が、ハーフミラーである、請求項７または８に記載の受信部。
10. 前記回折レンズの焦点位置が、前記受信側反射部材の表面から７ｍｍ以内の距離に位置する、請求項７～９のいずれか１項に記載の受信部。
11. 複数の前記回折レンズが、一次元的、または、二次元的に配列されている、請求項７～１０のいずれか１項に記載の受信部。