Presentation Information
[C-3_C-4-17]Application of fresnel lens to fly-eye lens systems for OWPT receiver systems
〇Haruki Matsushima1, Tomoyuki Miyamoto1 (1. Institute of Science Tokyo)
Keywords:
Optical Wireless Power Transmission,Fresnel lens,Fly-eye lens,Solar cell,Uniform irradiance
光無線給電では, 高効率給電のために太陽電池への均一な光照射が重要である. このため, 受講側構成としてフライアイレンズ系を提案している. フライアイレンズ系はビームを空間分割して太陽電池面で重ね合わせることで, 実行的に均一なく系光強度分布を生成できる. 一方, 本構成は結像レンズの焦点距離が受光モジュール長を決める. 結像レンズには薄型化のためのフレネルレンズを用いてきたが, フライアイレンズ側は凸レンズであったため, 短縮に制約があった. 今回, 単焦点でも薄型化可能なフレネルレンズ型 フライアイレンズを用いて, 受光もジュール全体の短縮を検討した. さらに,入射ビーム角度依存性の評価を行った.
実験にはVCSELによる近赤外レーザー光を用いて, 凸レンズによってコリメートした. 2枚のフライアイレンズは要素レンズの焦点距離f=1cm, レンズサイズh=1cm,5×5アレイの5cm角とした. 結像レンズは, 焦点距離F=5cm, サイズH=5cm角とした. この設計により,受光モジュール長を従来の約12cmから約6cmへと半減させることに成功した. また, 光ビームの入射角に対する太陽電池出力を測定したところ, 5°付近までは高い電力出力が得られた. これは,フライアイレンズ系の片側許容入射角がtanθc= h/(2f), θc = 26.6°に対応する. フライアイレンズ系全体へのフレネルレンズ適用によりモジュール全体の半分ほどへの短縮と26°程度までの広い片側許容入射角を確認した. 球面レンズを用いた場合に比べて許容入射角前後の急峻な特性が得られていない理由は, 焦点距離のより短いレンズを適用していること, また, フレネルレンズの微小なジグザグ構造による反射・散乱が生じることの影響と考えている.
実験にはVCSELによる近赤外レーザー光を用いて, 凸レンズによってコリメートした. 2枚のフライアイレンズは要素レンズの焦点距離f=1cm, レンズサイズh=1cm,5×5アレイの5cm角とした. 結像レンズは, 焦点距離F=5cm, サイズH=5cm角とした. この設計により,受光モジュール長を従来の約12cmから約6cmへと半減させることに成功した. また, 光ビームの入射角に対する太陽電池出力を測定したところ, 5°付近までは高い電力出力が得られた. これは,フライアイレンズ系の片側許容入射角がtanθc= h/(2f), θc = 26.6°に対応する. フライアイレンズ系全体へのフレネルレンズ適用によりモジュール全体の半分ほどへの短縮と26°程度までの広い片側許容入射角を確認した. 球面レンズを用いた場合に比べて許容入射角前後の急峻な特性が得られていない理由は, 焦点距離のより短いレンズを適用していること, また, フレネルレンズの微小なジグザグ構造による反射・散乱が生じることの影響と考えている.