JP7140286B2 - 受光装置 - Google Patents

Description

本発明は、光信号を受光する受光装置に関する。特に、本発明は、光空間通信に用いられる光信号を受光する受光装置に関する。

車車間や路車間の通信において、空間を伝播する光信号を送受信し合う光空間通信を用いれば、電波の妨害を受けることがなく、大容量でセキュアな通信をすることができる。

特許文献１には、他の車両へ向けて光信号を発信する発光部と、他の車両からの光信号を受信する受光部と、全方位型の光学部品とを備える光送受信装置について開示されている。特許文献１の装置は、例えば自動車の上部に取り付けられ、他の車両から送信された略水平方向の全方位からの光信号を受光部により受信して全方位的な受信を行うことができる。

特許文献２には、外部から入射する光信号を所定方向に回折するホログラム層と、回折された光信号を伝達する導光板と、伝達された光信号を受光する受光素子と、受光した光信号を解読するデコーダとを有する車両用デコーダについて開示されている。特許文献２の装置は、例えばリアウインドウやフロントウインドウの付近に設けられ、車車間や路車間における光空間通信に用いることができる。

特開２０１８－０２６０９５号公報 特開平０６－０６８３７９号公報

特許文献１の装置は、泥や雪等の遮蔽物が受光面に付着した場合、遮蔽物が付着した方向とは通信を行うことができなくなる。また、特許文献１の装置は、特殊な形状のため、ワイパーをつける等の対策をとるのが難しい。すなわち、特許文献１の装置には、送受信機に遮蔽物が付着した場合、通信を継続することが難しくなるという問題点があった。

特許文献２の装置は、単一の受光素子で光信号を受光するため、外部から入射する光信号の受光面を一次元的には伸ばせるものの、二次元的に広くすることができない。受光面を二次元的に広くできれば、その受光面の一部に遮蔽物が付着しても通信を継続することが可能になるが、複数の受光素子が必要になってしまう。

本発明の目的は、上述した課題を解決し、受光面の一部が遮蔽されても、継続的な光空間通信が可能な受光装置を提供することにある。

本発明の一態様の受光装置は、互いに対向する第１面および第２面を主面とする透明部材であり、少なくとも一つの端部に出射端が形成された導光板と、導光板の第１面に配置され、円偏光の光信号を直線偏光に変換する波長板と、導光板の第２面に配置され、直線偏光に変換された光信号の進行方向を導光板の出射端に向けて導光するホログラム層と、導光板の出射端から出射された光信号を受光し、受光した光信号を電気信号に変換する受光器と、を備える。

本発明によれば、受光面の一部が遮蔽されても、継続的な光空間通信が可能な受光装置を提供することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る受光装置の一例の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る受光装置の一例の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る受光装置の一例の別の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る受光装置を搭載する自動車の一例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る受光装置を自動車のフロントウインドウに設置する適用例１に関する概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る適用例１における光信号の導光について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る適用例１における光信号の受光について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る適用例１における光信号の受光範囲について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る適用例１において自動車のフロントウインドウに設置した受光装置の表面に水滴が付着した場合の光信号の受光について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る受光装置を自動車のボンネットに設置する適用例２に関する概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る受光装置を自動車の天板に設置する適用例３に関する概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る受光装置の一例の斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る受光装置の一例の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る受光装置の一例の別の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る受光装置を搭載する自動車の一例を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る受光装置を自動車のヘッドライトに設置する適用例４に関する概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る受信システムの一例を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る受光装置の一例の斜視図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様の構成には同一の符号を付す。以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。以下の実施形態の説明に用いる全図において、構成要素の大きさや形状、構成要素間の接続関係、位置関係などは、一例を示すものであり、そのままの形態に限定するものではない。

また、図面中の矢印の向きは、一例を示すものであり、光や信号が進行する向きを限定するものではない。図面中の光の進行を示す線は概念的なものであり、実際の光の進行方向や状態を正確に表すものではない。例えば、以下の図面においては、空気と物質との界面における屈折や反射、拡散などによる光の進行方向や状態の変化を省略したり、光束を一本の線で表現したりすることもある。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る受光装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受光装置が受光する光信号の波長帯は赤外領域である。本実施形態の受光装置は、一種の回折格子であるホログラム素子を用いて、入射した光信号の進行方向を受光器に向けて変更する。

ホログラム素子によって直線偏光の信号光を導光する場合、その信号光が導光される方向は信号光の偏光方向の影響を受ける。例えば、ホログラム素子が受光器に向けて導光する直線偏光の偏光方向（この偏光方向は、以下、所定方向とも呼ばれる）に対して直交する偏光方向の直線偏光の信号光がホログラム素子に入射すると、その信号光は受光器に向けて導光されないため、ほとんどの光信号は受光器によって受光されない。

このような状況を回避するため、図示しない送光装置において、偏光方向が一つの方向の直線偏光の光信号を円偏光に変換してから本実施形態の受光装置に向けて送光する。本実施形態の受光装置は、送光装置から送光された円偏光の光信号を受光すると、その円偏光の信号光の偏光方向を所定方向の直線偏光に変換してからホログラム素子に入射させる。偏光方向が所定方向の直線偏光の光信号は、ホログラム素子に入射すると、受光器に向けて導光される。このように、偏光方向が一つの方向の直線偏光を円偏光に変換して送受光することによって、受光装置は偏光方向が所定方向の直線偏光を受光器に向けて導光し、受光器で受光できる。

（構成）
図１～図３は、本実施形態の受光装置１０の構成の一例について説明するための概念図である。図１は、受光装置１０の一例の斜視図である。図２は、図１のＡ－Ａ線で受光装置１０を切断した際の断面図である。図３は、図２のＢ－Ｂ線で受光装置１０を切断した際の断面図である。図２～図３には、光の進行の様子を概念的に示す矢印を図示している。

受光装置１０は、導光板１１、波長板１２、ホログラム層１３、中継導光板１５、指向性導光層１６、および受光器１７を備える。

導光板１１は、互いに対向する第１面１１１および第２面１１２を主面とする板状の透明部材である。透明部材とは、光信号の波長を含む波長領域の光の減衰が小さい部材である。導光板１１は、可視領域および赤外領域を含む波長領域の光の減衰が小さい材質であることが好ましい。導光板１１の一端面には、出射端１１３が形成される。導光板１１は、板状の外形を有し、その一端面には、出射端１１３が形成される。第１面１１１は、波長板１２を通過した光信号を受光する受光面である。出射端１１３は、導光板１１の内部を伝播した光信号が出射される端部である。なお、図１においては、導光板１１が平板状であるように図示されているが、導光板１１は曲面状に形成されていたり、曲面部分を含んでいたりしてもよい。

導光板１１の第１面１１１には、波長板１２が配置される。導光板１１の第２面１１２には、ホログラム層１３が配置される。すなわち、導光板１１は、波長板１２とホログラム層１３の間に挟まれる。導光板１１の出射端１１３には、中継導光板１５が配置される。

導光板１１は、光信号などの光が透過する材質で形成される。例えば、導光板１１は、ガラスやプラスチックなどの材料で構成できる。

波長板１２を通過し、第１面１１１から導光板１１の内部に入射した光信号（直線偏光）は、第２面１１２に配置されたホログラム層１３によって出射端１１３に向けて進行方向が変更される。ホログラム層１３によって進行方向が変更された光信号は、出射端１１３に向けて導光板１１の内部を伝播する。図３には、受光された光信号が中継導光板１５に向けて導光板１１の内部を伝播する様子を矢印で示す。

波長板１２は、導光板１１の第１面に配置される。波長板１２は、空間を伝播してくる光信号の偏波面にλ／４（π／２）の位相差を与え、その光信号を円偏光から所定方向の直線偏光に変換する１／４波長板である（λ：光信号の波長）。波長板１２によって所定方向の直線偏光に変換された光信号は、導光板１１の第１面１１１に進入する。

ホログラム層１３は、導光板１１の第２面１１２に配置される。ホログラム層１３は、光信号（所定方向の直線偏光）の進行方向を変更させる。所定方向とは、円偏光の光信号が波長板１２を通過して直線偏光になった後の偏光方向である。ホログラム層１３は、波長板１２を通過して直線偏光に変換された光信号の偏光方向（所定方向の偏光方向）に合わせて設計される。ホログラム層１３は、導光板１１の第１面１１１から導光板１１に入射した所定方向の偏光方向の光信号を、出射端１１３に向けて進行するように導光する。

例えば、ホログラム層１３は、所定波長の光信号（直線偏光）を選択的に導光するホログラム導光フィルムによって実現される。例えば、ホログラム導光フィルムに導光される光信号（直線偏光）の波長は１．５μｍ帯の赤外光である。

例えば、ホログラム層１３は、μｍオーダーの高さの複数の格子を並べた構造を有する反射型回折格子で構成される。例えば、ホログラム層１３は、ブレーズド回折格子やホログラフィク回折格子によって実現できる。ホログラム層１３は、第１面１１１から入射した光が出射端１１３に向けて進行する格子間隔で構成する。

中継導光板１５は、互いに対向する第３面１５１および第４面１５２を有する透明部材である。中継導光板１５の一端面には、中継出射端１５３が形成される。第３面１５１は、導光板１１の出射端１１３から出射された光信号を受光する受光面である。中継出射端１５３は、中継導光板１５の内部を伝播した光信号が出射される端部である。中継導光板１５は、導光板１１の出射端１１３に第３面１５１が向かい合うように配置される。中継導光板１５の第４面１５２には、指向性導光層１６が配置される。中継導光板１５の中継出射端１５３には、受光器１７が配置される。

第３面１５１から中継導光板１５の内部に進行した光信号は、指向性導光層１６によって導光され、第３面１５１と第４面１５２との間で全反射されて、中継出射端１５３に向けて伝播する。導光板１１の内部を伝播して中継出射端１５３に到達した光信号は、中継出射端１５３から受光器１７に向けて出射される。

指向性導光層１６は、中継導光板１５の第４面１５２に配置される。指向性導光層１６は、第３面１５１から中継導光板１５の内部に入射した光が中継出射端１５３に向けて導光されるように、光信号の進行方向を変更する。

例えば、指向性導光層１６は、中継導光板１５の内部を進行する光信号の進行方向を受光器１７の向きに反射する複数のマイクロミラーによって構成される。指向性導光層１６は、中継導光板１５の第４面１５２からの光信号の進行方向を受光器１７の向きに反射する反射面を有する複数の突出構造によって構成されてもよい。また、指向性導光層１６は、ホログラム層１３と同様のホログラム層で構成してもよい。

受光器１７は、中継導光板１５の中継出射端１５３に受光面１７１を向けて配置される。受光器１７は、中継導光板１５の中継出射端１５３から出射された光信号を受光する。受光器１７は、受光した光信号を電気信号に変換する。受光器１７は、変換後の電気信号をデコーダ（図示しない）に出力する。

例えば、受光器１７は、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの素子によって実現できる。アバランシェフォトダイオードによって受光器１７を実現すれば、高速通信に対応できる。なお、受光器１７は、光信号を電気信号に変換できさえすれば、フォトダイオードやフォトトランジスタ、アバランシェフォトダイオード以外の素子によって実現されてもよい。

受光器１７は、赤外領域の光信号を受光する。受光器１７は、例えば１．５μｍ（マイクロメートル）帯の波長の光信号を受光する。なお、受光器１７が受光する光信号の波長帯は、１．５μｍ帯に限定されず、送光装置（図示しない）から送光される光信号の波長に合わせて任意に設定できる。受光器１７が受光する光信号の波長帯は、例えば０．８μｍ帯や、１．５５μｍ帯、２．２μｍ帯に設定されてもよい。また、受光器１７が受光する光信号の波長帯は、例えば０．８～１μｍ帯であってもよい。光信号の波長帯が短い方が、大気中の水分による吸収が小さいので、降雨時における光空間通信には有利である。

受光器１７の受光面１７１には、光信号の波長帯の光を選択的に透過する色フィルタを配置してもよい。受光器１７は、赤外領域の光信号を受光するため、受光する光信号の波長帯の光を選択的に透過する色フィルタを配置する。受光器１７の受光面１７１に色フィルタを配置し、その色フィルタを通過した光信号を受光器１７に入射させるように構成すれば、信号雑音比（Ｓ／Ｎ比：signal-noise ratio）が向上する。

以上が、本実施形態の受光装置１０の構成についての説明である。なお、図１～図３に示す構成は一例であって、本実施形態の受光装置１０の構成をそのままの形態に限定するものではない。

（適用例）
次に、本実施形態の受光装置１０の適用例１について図面を参照しながら説明する。図４は、受光装置１０を搭載する車両１００の一例を示す概念図である。

〔適用例１〕
適用例１は、車両１００のフロントウインドウ１０１に受光装置１０を設置する例である。図５は、フロントウインドウ１０１に設置された受光装置１０を図４のＣ－Ｃ線で切断した際の断面図である。なお、車両１００のリアウインドウやサイドウインドウに受光装置１０を設置してもよい。また、車両のバックミラーやサイドミラーなどの鏡面に受光装置１０を設置することもできる。

受光装置１０は、車両の外側に波長板１２を向け、車両の内側にホログラム層１３を向けて、フロントウインドウ１０１の位置に設置される。例えば、受光装置１０は、フロントウインドウ１０１の窓板の外側や内側に設置される。また、受光装置１０は、フロントウインドウ１０１の替わりに設置されてもよい。

波長板１２を通過して導光板１１に進入する光のうち、光信号の波長帯以外の光は、ホログラム層１３を通過して車両１００の内部に抜けてくる。そのため、フロントウインドウ１０１に受光装置１０を配置しても、車両１００に乗車する乗員の視界を遮ることはない。

フロントウインドウ１０１に受光装置１０を配置する場合、受光装置１０の表面には、汚れが付着しにくいように、光触媒などのコーティングがなされていることが望ましい。また、受光装置１０の表面には、水滴の付着を防ぐために、親水処理や撥水処理がなされていてもよい。例えば、受光装置１０の表面に付着した水滴は、ワイパーで拭きとれるように構成することが望ましい。また、例えば、受光装置１０の表面の結露を防止するために、フロントウインドウ１０１にヒータを設置してもよい。

図６は、受光装置１０を自動車のフロントウインドウ１０１に設置した例における光信号の伝播の様子について説明するための概念図である。外部からの光信号は、波長板１２によって円偏光から直線偏光に変換されて導光板１１の内部に進入する。導光板１１の内部に進入した光信号は、図６のように、ホログラム層１３によって中継導光板１５に向けて進行方向を変更され、導光板１１の内部を伝播する。導光板１１から中継導光板１５の内部に進入した光信号の一部は、指向性導光層１６によって受光器１７に向けて進行方向を変更され、受光器１７によって受光される。

図７は、受光装置１０を車両１００のフロントウインドウ１０１に設置した例の光信号の導光について説明するための概念図である。フロントウインドウ１０１に受光装置１０を設置した場合、波長板１２の全面が受光領域になりうる。そのため、波長板１２に入射する光信号は、図７のように、破線の円で囲んだいずれの受光領域１４０で受光されても受光器１７によって受光される。そのため、破線の円で囲んだいずれかの受光領域１４０が遮蔽されても、別の受光領域１４０で受光された光信号が受光器１７に導光される。

図８は、前方を走行する車両１００－１によって、後方を走行する車両１００－２のフロントウインドウ１０１の大部分が隠れてしまった例である。図８の例では、少なくとも車両１００－２のフロントウインドウ１０１に受光装置１０が設置される。図８のような場合であっても、送光装置（図示しない）から車両１００－２のフロントウインドウ１０１の一部が見えていれば、車両１００－２のフロントウインドウ１０１に設置された受光装置１０のいずれかの受光領域１４０で光信号を受光できる。

図９は、受光装置１０が設置された車両１００のフロントウインドウ１０１に設置した受光装置１０の表面に水滴が付着した場合の光信号の受光について説明するための概念図である。図９のように、受光装置１０の表面に水滴が付着した場合であっても、破線の円で囲んだ受光領域１４０には水滴が付着していない箇所が含まれる。そのため、受光装置１０の表面に水滴が付着した場合であっても、受光装置１０は、水滴が付着していない箇所で光信号を受光できる。受光装置１０の表面の全面が濡れてしまった場合は、受光装置１０の表面の水膜をワイパー（図示しない）で拭くことによって、受光装置１０による光信号の受光を継続できる。

適用例１のように、車両１００のフロントウインドウ１０１に受光装置１０を設置すれば、前方から送光された光信号を広い受光面で受光できる。車両１００のフロントウインドウ１０１に受光装置１０を設置する場合、車両１００の前方から略水平に送信された光信号を受光しやすい。なお、受光装置１０は、車両１００のリアウインドウやサイドウインドウ、ミラーなどに設置されてもよい。また、受光装置１０は、車両１００に限らず、乗り物や建物などに設置された任意のウインドウに設置することができる。

〔適用例２〕
適用例２は、車両１００のボンネット１０３に受光装置１０を設置する例である。図１０は、ボンネット１０３に設置された受光装置１０を図４のＣ－Ｃ線で切断した際の断面図である。なお、車両１００のドアやボディなどに受光装置１０を設置してもよい。受光装置１０は、車両１００の外側に波長板１２を向け、車両１００の内側にホログラム層１３を向けて、ボンネット１０３の上に設置される。

〔適用例３〕
適用例３は、車両１００の天板１０２に受光装置１０を設置する例である。図１１は、天板１０２に設置された受光装置１０を図４のＣ－Ｃ線で切断した際の断面図である。受光装置１０は、車両１００の外側に波長板１２を向け、車両１００の内側にホログラム層１３を向けて、天板１０２の上に設置される。

適用例２や適用例３のように、ボンネット１０３や天板１０２に受光装置１０を設置する場合、光信号以外の光の透過に関しては考慮する必要がない。そのため、ボンネット１０３や天板１０２に受光装置１０を設置する場合、フロントウインドウ１０１に受光装置１０を設置する場合と比べて、ホログラム層１３の光の透過性や、受光装置１０の厚さの選択の自由度が大きい。

また、ボンネット１０３や天板１０２に受光装置１０を設置する場合、フロントウインドウ１０１に受光装置１０を設置する場合と比べて、上方から送信されてくる光信号を受光しやすくなる。光信号の送光装置を信号機や街路灯に設置する場合、適用例２や適用例３のようにボンネット１０３や天板１０２に受光装置１０を設置すれば、光信号の受光面が増大し、受光効率がよくなる。

また、フロントウインドウ１０１やボンネット１０３、天板１０２の少なくとも二つに受光装置１０を設置すれば、光信号の受光面積をより大きくできるので、送信されてきた光信号の光軸が多少ずれていても、光信号を継続的に受信できる。車両１００の複数箇所に受光装置１０を設置し、光信号の受信面を車両１００の表面に分散させれば、一部の受光面が遮蔽されても通信を継続できる。

本実施形態の受光装置１０は、フロントウインドウ１０１やボンネット１０３、天板１０２のみならず、車両１００の正面や、後面、側面などに設置してもよい。車両１００のドアや、フロントやリアのバンパー、などに受光装置１０を設置すれば、路面に対して略水平に送光された光信号を受光しやすくなる。

以上のように、本実施形態の受光装置は、導光板、波長板、ホログラム層、および受光器を備える。また、本実施形態の受光装置は、導光板の出射端から出射された光信号を受光器に中継する中継導光板および指向性導光層をさらに備える。導光板は、互いに対向する第１面および第２面を主面とする透明部材であり、少なくとも一つの端部に出射端が形成される。波長板は、導光板の第１面に配置され、円偏光の光信号を直線偏光に変換する。ホログラム層は、導光板の第２面に配置され、直線偏光に変換された光信号の進行方向を導光板の出射端に向けて導光する。中継導光板は、互いに対向する第３面および第４面を有する透明部材であり、少なくとも一つの端部に中継出射端が形成され、導光板の出射端に前記第３面を向けて配置される。指向性導光層は、第４面に配置され、中継導光板の内部を進行する光信号の進行方向を中継出射端に向けて変更する。受光器は、中継導光板の中継出射端から出射された光信号を受光し、受光した光信号を電気信号に変換する。

本実施形態の一態様において、ホログラム層は、偏光方向が所定方向の直線偏光の光信号を、受光器に向けて導光する。本実施形態の一態様において、導光板の内部を進行する光信号の進行方向と、中継導光板の内部を進行する光信号の進行方向とは、互いに交差する方向である。本実施形態の一態様において、波長板は、赤外領域の波長の光信号を円偏光から直線偏光に変換する１／４波長板である。

一例として、本実施形態の受光装置は、車両の車体の表面の少なくとも一部に設置される。一例として、本実施形態の受光装置は、車両のウインドウに設置される。また、一例として、本実施形態の受光装置は、車両以外の乗り物や建物のウインドウに設置される。

本実施形態の受光装置は、例えば、自動車に設置できる。本実施形態の受光装置を設置すれば、車車間において、空間光通信による車車間通信が可能になる。また、本実施形態の受光装置は、道路に設置された送光装置（図示しない）から送光される光信号を受光するように構成すれば、路車間において、空間光通信による路車間通信が可能になる。

また、本実施形態の受光装置は、自動車に限らず、飛行機や船舶、電車、自動二輪車、自転車、ドローンなどの移動体間の空間光通信にも適用できる。また、本実施形態の受光装置は、少なくとも一方が静置された状態の物体間の空間光通信にも適用できる。なお、本実施形態の受光装置の適用例は、上記に挙げた例に限定されず、光信号を送受信できる位置に配置された任意の物体間の空間光通信に適用できる。

本実施形態の受光装置によれば、光信号の受光面を広くできるので、受光面の一部を障害物に妨げられたり、光信号の入射軸が多少ずれたりしても、光信号の受光が途絶えにくい。すなわち、本実施形態の受光装置によれば、受光面の一部が遮蔽されても継続的な光空間通信が可能になる。

また、光信号が円偏光であり、ホログラム層による導光が直線偏光の偏光方向に依存する場合、光信号に加えて太陽光も受光されると、受光した光信号に対してノイズが発生する可能性がある。本実施形態の受光装置は、円偏光の光信号を所定方向の偏光方向の直線偏光に変換する波長板を通過させた光信号（直線偏光）をホログラム層で導光するので、光信号を選択的に受光器で受信できる。そのため、本実施形態の受光装置によれば、光空間通信において発生し得る外光によるノイズを軽減できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る受光装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受光装置は、中継導光板および指向性導光層を含まない点において第１の実施形態とは異なる。

（構成）
図１２～図１４は、本実施形態の受光装置２０の構成の一例について説明するための概念図である。図１２は、受光装置２０の一例の斜視図である。図１３は、図１２のＤ－Ｄ線で受光装置２０を切断した際の断面図である。図１４は、図１２のＥ－Ｅ線で受光装置２０を切断した際の断面図である。図１３～図１４には、受光装置２０の内部における光信号の進行の様子を概念的に示す矢印を図示している。

受光装置２０は、導光板２１、波長板２２、ホログラム層２３、および受光器２７を備える。導光板２１、波長板２２、ホログラム層２３、および受光器２７の各々は、第１の実施形態の受光装置１０の導光板１１、波長板１２、ホログラム層１３、および受光器１７の各々に対応する構成である。

導光板２１は、互いに対向する第１面２１１および第２面２１２を主面とする板状の透明部材である。透明部材とは、光信号の波長を含む波長領域の光が透過する部材である。導光板２１は、可視領域および赤外領域を含む波長領域の光が透過する部材であることが好ましい。第１面２１１は、空間を伝播してくる光信号を受光する受光面である。導光板２１は、涙滴型の外形を有し、その頂点部分の一端面には、出射端２１３が形成される。出射端２１３は、導光板２１の内部を伝播した光信号が外部に向けて出射される端部である。なお、導光板２１は、単一の受光器２７に向けて光信号を出射する出射端２１３を形成できさえすれば、涙滴型以外の外形を有してもよい。例えば、導光板２１は、円形や楕円形、多角形、卵型、瓢箪型など、任意の形状であってもよい。出射端２１３は、導光板２１の端部であれば頂点や角に位置していなくてもよい。

導光板２１の第１面２１１には、波長板２２が配置される。導光板２１の第２面２１２には、ホログラム層２３が配置される。すなわち、導光板２１は、波長板２２とホログラム層２３の間に挟まれる。また、導光板２１の出射端２１３には、受光器２７が配置される。導光板２１は、その外形および単一の受光器２７に向けて光信号を出射する出射端２１３が形成されている点等において第１の実施形態の導光板１１と異なるが、材質や機能等は導光板１１と同様である。

波長板２２を通過し、第１面２１１から導光板２１の内部に入射した光信号（直線偏光）は、第２面２１２に配置されたホログラム層２３によって出射端２１３に向けて進行方向が変更される。ホログラム層２３によって進行方向が変更された光信号は、出射端２１３に向けて導光板２１の内部を伝播する。図１４には、受光された光信号が受光器２７に向けて導光板２１の内部を伝播する様子を矢印で示す。

波長板２２は、導光板２１の第１面に配置される。波長板２２は、空間を伝播してくる光信号の偏波面にλ／４（π／２）の位相差を与え、その光信号を円偏光から直線偏光に変換する１／４波長板である（λ：光信号の波長）。波長板２２によって直線偏光に変換された光信号は、導光板２１の第１面２１１に進入する。波長板２２は、第１の実施形態の波長板１２と同様の構成である。

ホログラム層２３は、導光板２１の第２面２１２に配置される。ホログラム層２３は、光信号（直線偏光）の進行方向を変更させる。ホログラム層２３は、所定方向の偏光方向に合わせて設計される。ホログラム層２３は、導光板２１の第１面２１１から導光板２１に入射した光が出射端２１３に向けて進行するように光信号を導光する。ホログラム層２３は、第１の実施形態のホログラム層１３と同様の構成である。

受光器２７は、導光板２１の出射端２１３に受光面２７１を向けて配置される。受光器２７は、導光板２１の出射端２１３から出射された光信号を受光する。受光器２７は、第１の実施形態の受光器１７と同様の素子である。

以上が、本実施形態の受光装置２０の構成についての説明である。なお、図１２～図１４に示す構成は一例であって、本実施形態の受光装置２０の構成をそのままの形態に限定するものではない。

（適用例）
次に、本実施形態の受光装置２０の適用例について図面を参照しながら説明する。図１５は、受光装置２０を搭載する車両２００の一例を示す概念図である。

〔適用例４〕
適用例４は、車両２００のヘッドライト２０５に受光装置２０を設置する例である。図１６は、ヘッドライト２０５に設置された受光装置２０を図１５のＦ－Ｆ線で切断した際の断面図である。

ヘッドライト２０５は、照射光を出射するバルブ２５１を有する。ヘッドライト２０５の内側面には、バルブ２５１から出射された照射光を反射する反射鏡面２５２が形成される。

受光装置２０は、ヘッドライト２０５の外側に波長板２２を向け、ヘッドライト２０５の内側にホログラム層２３を向けて、ヘッドライト２０５の照射窓の位置に設置される。受光装置２０は、照射窓の外側に配置されてもよいし、照射窓の内側に配置されてもよいし、照射窓の替わりに配置されてもよい。

外部からの光信号は、波長板２２によって円偏光から直線偏光に変換されて導光板２１の内部に進入する。導光板２１の内部に進入した光信号は、ホログラム層２３によって受光器２７の向きに進行方向を変更され、受光器２７によって受光される。バルブ２５１から出射された照射光は、反射鏡面２５２で反射され、受光装置２０を通過して外部に向けて照射される。

適用例４のように、ヘッドライト２０５に受光装置２０を設置すれば、車両の前方から路面に対して略水平に送光された信号光を受光しやすくなる。なお、受光装置２０は、ヘッドライト２０５のみならず、ブレーキランプやウインカーなどに設置してもよい。また、受光装置２０は、車両２００に限らず、任意のライトに設置できる。

以上のように、本実施形態の受光装置は、導光板、波長板、ホログラム層、および受光器を備える。導光板は、互いに対向する第１面および第２面を主面とする透明部材であり、少なくとも一つの端部に出射端が形成される。波長板は、導光板の第１面に配置され、円偏光の光信号を直線偏光に変換する。ホログラム層は、導光板の第２面に配置され、直線偏光に変換された光信号の進行方向を導光板の出射端に向けて導光する。受光器は、導光板の出射端から出射された光信号を受光し、受光した光信号を電気信号に変換する。

本実施形態の一態様の導光板の主面の形状は、頂点部分に出射端が形成された涙滴形状である。一例として、受光器の受光面は、涙滴形状の導光板の頂点部分に形成された出射端に接続される。

一例として、本実施形態の受光装置は、車両の車体の表面の少なくとも一部に設置される。一例として、本実施形態の受光装置は、車両のライトに設置される。また、一例として、本実施形態の受光装置は、車両以外の乗り物や建物のライトに設置される。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る受信システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の受信システムは、第１または第２の実施形態の受光装置を備える。本実施形態の受信システムは、受光装置によって受光された光信号をデコードし、デコードした情報を出力する。

図１７は、本実施形態の受信システム３００の構成の一例を示すブロック図である。図１７のように、受信システム３００は、受光装置３０、デコーダ３１、および出力装置３２を備える。

受光装置３０は、デコーダ３１に接続される。受光装置３０は、第１の実施形態の受光装置２０または第２の実施形態の受光装置１０のうち少なくともいずれかである。受光装置３０は、受光した信号を電気信号に変換し、変換後の電気信号をデコーダ３１に送信する。

デコーダ３１は、受光装置３０と出力装置３２に接続される。デコーダ３１は、受光装置３０から電気信号を受信する。デコーダ３１は、受信した電気信号からデータをデコードする。デコーダ３１は、デコードされたデータを出力装置３２に送信する。

出力装置３２は、デコーダ３１に接続される。出力装置３２は、デコーダ３１からデータを受信する。出力装置３２は、受信したデータを出力する。出力装置３２は、例えば、受信したデータを画像や音声に変換して出力する。出力装置３２は、例えば、表示装置や音声装置によって実現される。

以上が、本実施形態の受信システム３００についての説明である。なお、図１７の構成は一例であって、本実施形態の受信システム３００の構成をそのままの形態に限定するものではない。

以上のように、本実施形態の受信システムは、第１または第２の実施形態の受光装置と、受光装置によって変換された電気信号を用いてデータをデコードするデコーダと、デコーダによってデコードされたデータを出力する出力装置と、を備える。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る受光装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受光装置は、第１および第2の実施形態の受光装置を簡略化した構成である。

図１８は、本実施形態の受光装置４０の構成の一例について説明するための概念図である。受光装置４０は、導光板４１、波長板４２、ホログラム層４３、および受光器４７を備える。

導光板４１は、互いに対向する第１面および第２面を主面とする透明部材である。導光板４１には、少なくとも一つの端部に出射端が形成される。

波長板４２は、導光板４１の第１面に配置される。波長板４２は、円偏光の光信号を直線偏光に変換する。

ホログラム層４３は、導光板４１の第２面に配置される。ホログラム層４３は、直線偏光に変換された光信号の進行方向を導光板４１の出射端に向けて導光する。

受光器４７は、導光板４１の出射端から出射された光信号を受光する。受光器４７は、受光した光信号を電気信号に変換する。

以上のように、本実施形態の受光装置は、導光板、波長板、ホログラム層、および受光器を備える。導光板は、互いに対向する第１面および第２面を主面とする透明部材である。導光板には、少なくとも一つの端部に出射端が形成される。波長板は、導光板の第１面に配置される。波長板は、円偏光の光信号を直線偏光に変換する。ホログラム層は、導光板の第２面に配置される。ホログラム層は、直線偏光に変換された光信号の進行方向を導光板の出射端に向けて導光する。受光器は、導光板の出射端から出射された光信号を受光する。受光器は、受光した光信号を電気信号に変換する。

本実施形態の受光装置は、二次元的な広がりのある受光面で受光するため、受光面の一部が遮蔽されても、継続的な光空間通信が可能である。

以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１９年６月１３日に出願された日本出願特願２０１９－１１０４９６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０、２０ 受光装置
１１、２１ 導光板
１２、２２ 波長板
１３、２３ ホログラム層
１５ 中継導光板
１６ 指向性導光層
１７、２７ 受光器
３０ 受光装置
３１ デコーダ
３２ 出力装置
１００、２００ 車両
１０１ フロントウインドウ
１０２ 天板
１０３ ボンネット
２０５ ヘッドライト
２５１ バルブ
２５２ 反射鏡面
３００ 受信システム

Claims (10)

1. 互いに対向する第１面および第２面を主面とする透明部材であり、少なくとも一つの端部に出射端が形成された導光板と、
   前記導光板の前記第１面に配置され、円偏光の光信号を直線偏光に変換する波長板と、
   前記導光板の前記第２面に配置され、直線偏光に変換された前記光信号の進行方向を前記導光板の前記出射端に向けて導光するホログラム層と、
   前記導光板の前記出射端から出射された前記光信号を受光し、受光した前記光信号を電気信号に変換する受光器と、を備える受光装置。
2. 前記ホログラム層は、
   偏光方向が所定方向の直線偏光の前記光信号を、前記受光器に向けて導光する請求項１に記載の受光装置。
3. 前記導光板の主面の形状が、頂点部分に前記出射端が形成された涙滴形状である請求項１または２に記載の受光装置。
4. 前記導光板の前記出射端と前記受光器の間に、前記導光板の前記出射端から出射された前記光信号を前記受光器に中継する中継導光板および指向性導光層をさらに備え、
   前記中継導光板は、
   互いに対向する第３面および第４面を有する透明部材であり、少なくとも一つの端部に中継出射端が形成され、前記導光板の前記出射端に前記第３面を向けて配置され、
   指向性導光層は、
   前記第４面に配置され、前記中継導光板の内部を進行する前記光信号の進行方向を前記中継出射端に向けて変更し、
   前記受光器は、
   前記中継導光板の前記中継出射端から出射された前記光信号を受光し、受光した前記光信号を電気信号に変換する請求項１または２に記載の受光装置。
5. 前記導光板の内部を進行する前記光信号の進行方向と、前記中継導光板の内部を進行する前記光信号の進行方向とは、互いに交差する方向である請求項４に記載の受光装置。
6. 前記波長板は、
   赤外領域の波長の前記光信号を円偏光から直線偏光に変換する１／４波長板である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の受光装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受光装置が設置されたウインドウ。
8. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受光装置が設置されたライト。
9. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受光装置が車体の表面の少なくとも一部に設置された車両。
10. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の受光装置と、
    前記受光装置によって変換された前記電気信号からデータをデコードするデコーダと、
    前記デコーダによってデコードされた前記データを出力する出力装置と、を備える受信システム。

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