WO2021002227A1 - 受光装置 - Google Patents

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WO2021002227A1
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light
light guide
guide plate
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light receiving
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紘也 高田
藤男 奥村
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日本電気株式会社
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    • G02B6/4287—Optical modules with tapping or launching means through the surface of the waveguide

Definitions

  • the present invention relates to a light receiving device that receives an optical signal.
  • the present invention relates to a light receiving device that receives an optical signal used for optical space communication.
  • optical space communication that transmits and receives optical signals propagating in space
  • large-capacity and secure communication can be performed without being disturbed by radio waves.
  • optical space communication it is necessary to match the optical signal transmission axis and the light reception axis.
  • Patent Document 1 discloses a spatial multiplexing communication device that performs optical space communication between a transmitter and a receiver.
  • the device of Patent Document 1 includes a plurality of communication light receiving elements for receiving an optical signal, and a light guide unit provided with a predetermined positional relationship with the plurality of communication light receiving elements.
  • the light guide unit of the apparatus of Patent Document 1 inputs an optical signal emitted from any one of a plurality of communication light sources of the transmitter, guides the input optical signal, and guides the input optical signal to at least one position of the transmitter. It emits light toward the light receiving element for detection.
  • the optical axis of the communication light source on the transmitter side and the optical axis of the communication light receiving element on the receiver side are aligned without providing the light source for alignment on the receiver side. be able to.
  • the optical axis and the receiver axis can be aligned with each other.
  • the optical axis and the receiver cannot be aligned with each other, so that the transmitted optical signal cannot be received. That is, the device of Patent Document 1 has a problem that the positional relationship between the transmitter and the receiver is not specified, and optical signals arriving from various directions cannot be received.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a light receiving device capable of receiving light signals coming from various directions.
  • the light receiving device of one aspect of the present invention is a transparent member having a first surface and a second surface facing each other as main surfaces, and includes a light guide plate having an emission surface formed at at least one end and a plurality of lenses.
  • the lens sheet has an arranged structure and supports the lens sheet so that the distance between the main surface and the second surface of the lens sheet and the lens sheet arranged facing the first surface is the focal length of a plurality of lenses.
  • SN ratio signal-to-noise ratio
  • the direction of the arrow in the drawing shows an example, and does not limit the direction in which light or signals travel.
  • the lines showing the progress of light in the drawing are conceptual and do not accurately represent the state of the actual direction of light travel.
  • changes in the traveling direction and state of light due to refraction, reflection, diffusion, etc. at the interface between air and a substance may be omitted, or the luminous flux may be represented by a single line.
  • the light receiving device of the present embodiment is a device that receives an optical signal used for optical space communication.
  • FIG. 1 to 3 are conceptual diagrams for explaining an example of the configuration of the light receiving device 1 of the present embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of the light receiving device 1.
  • FIG. 2 is a top view of the light receiving device 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view when the light receiving device 1 is cut along the line AA of FIG.
  • FIG. 3 shows arrows that conceptually show the light incident on the light receiving device 1 and the state of progress of the light inside the light receiving device 1.
  • the light receiving device 1 includes a light guide plate 11, a lens sheet 12, a directional light guide layer 13, a support member 14, and a light receiver 15.
  • the light guide plate 11 is a plate-shaped transparent member having a first surface 111 and a second surface 112 facing each other as main surfaces.
  • the transparent member is a member through which light in a wavelength region including the wavelength of an optical signal is transmitted.
  • the light guide plate 11 is preferably a member through which light in a wavelength region including a visible region and an infrared region is transmitted.
  • the light guide plate 11 has an elongated plate-like outer shape, and an exit surface 113 is formed on one end surface thereof.
  • the first surface 111 is an incident surface on which an optical signal refracted by the lens sheet 12 is incident.
  • the exit surface 113 is an end portion from which an optical signal propagating inside the light guide plate 11 is emitted.
  • the light guide plate 11 is shown to have a flat plate shape, but the light guide plate 11 may be formed in a curved surface shape or may include a curved surface portion.
  • a lens sheet 12 supported by the support member 14 is arranged above the first surface 111 of the light guide plate 11.
  • a directional light guide layer 13 is arranged on the second surface 112 of the light guide plate 11.
  • a light receiver 15 is arranged on the exit surface 113 of the light guide plate 11.
  • the light guide plate 11 is made of a material that allows light such as an optical signal to pass through.
  • the light guide plate 11 can be made of a material such as glass or plastic.
  • the material of the light guide plate 11 is not limited as long as light such as an optical signal is transmitted.
  • the optical signal refracted by the lens sheet 12 and incident on the inside of the light guide plate 11 from the first surface 111 is changed in the traveling direction toward the exit surface 113 by the directional light guide layer 13 arranged on the second surface 112.
  • the optical signal whose traveling direction is changed by the directional light guide layer 13 propagates inside the light guide plate 11 toward the exit surface 113.
  • FIG. 3 shows how the light signal incident from the first surface 111 propagates inside the light guide plate 11 toward the receiver 15 with arrows.
  • the lens sheet 12 is supported above the first surface 111 of the light guide plate 11 by the support member 14.
  • the lens sheet 12 has a structure in which a plurality of lenses are arranged in a row on one sheet.
  • the plurality of lenses constituting the lens sheet 12 focus on different focal positions of the directional light guide layer 13 arranged on the second surface 112 of the light guide plate 11.
  • the directional light guide layer 13 is arranged at the position of the focal length f of the lens sheet 12.
  • the lens sheet 12 can be made of a material such as glass or plastic.
  • the material of the lens sheet 12 is not limited as long as the optical signals can be refracted at the focal positions of the plurality of lenses.
  • the directional light guide layer 13 is arranged on the second surface 112 of the light guide plate 11.
  • the directional light guide layer 13 changes the traveling direction of the optical signal.
  • the directional light guide layer 13 guides an optical signal so that light incident on the inside of the light guide plate 11 from the first surface 111 of the light guide plate 11 travels toward the exit surface 113.
  • the directional light guide layer 13 can be realized by a reflective diffraction grating having a structure in which a plurality of gratings having a height on the order of micrometers are arranged.
  • the directional light guide layer 13 can be realized by a blazed diffraction grating or a holographic diffraction grating.
  • the directional light guide layer 13 is configured with a grid spacing in which light incident from the first surface 111 travels toward the exit surface 113.
  • the directional light guide layer 13 can be realized by a hologram light guide film that selectively guides an optical signal having a predetermined wavelength.
  • a hologram light guide film is used as the directional light guide layer 13, it is configured to receive a linearly polarized light signal.
  • the support member 14 supports the lens sheet 12 so as to be located above the first surface 111 of the light guide plate 11.
  • the support member 14 supports the lens sheet 12 so that the distance between the main surface of the lens sheet 12 and the second surface 112 of the light guide plate 11 is the focal length f of the lens sheet 12.
  • the plurality of lenses constituting the lens sheet 12 are set to the same focal length f, but some errors may be included.
  • the material and shape of the support member 14 are not particularly limited.
  • the light receiver 15 is arranged with the light receiving surface 151 facing the exit surface 113 of the light guide plate 11.
  • the light receiver 15 receives an optical signal emitted from the light emitting surface 113 of the light guide plate 11.
  • the light receiver 15 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the receiver 15 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the receiver 15 can be realized by an element such as a photodiode or a phototransistor. If the receiver 15 is realized by an avalanche photodiode, it can support high-speed communication.
  • the receiver 15 may be realized by an element other than a photodiode, a phototransistor, or an avalanche photodiode, as long as the optical signal can be converted into an electric signal.
  • the receiver 15 receives light in the wavelength region of the optical signal to be received.
  • the receiver 15 receives an optical signal in the infrared region.
  • the receiver 15 receives, for example, an optical signal having a wavelength in the 1.5 ⁇ m (micrometer) band.
  • the wavelength band of the light signal received by the light receiver 15 is not limited to the 1.5 ⁇ m band, and can be arbitrarily set according to the wavelength of the light signal transmitted from the light transmitter (not shown).
  • the wavelength band of the optical signal received by the light receiver 15 may be set to, for example, a 0.8 ⁇ m band, a 1.55 ⁇ m band, or a 2.2 ⁇ m band. Further, the wavelength band of the optical signal received by the light receiver 15 may be, for example, a 0.8 to 1 ⁇ m band. The shorter the wavelength band of the optical signal, the smaller the absorption by moisture in the atmosphere, which is advantageous for optical space communication during rainfall.
  • the above is the description of the configuration of the light receiving device 1 of the present embodiment.
  • the configurations shown in FIGS. 1 to 3 are examples, and the configuration of the light receiving device 1 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
  • the light receiving device of this modification includes a light guide plate formed in a flat plate shape and a lens sheet corresponding to the light guide plate.
  • FIG. 4 to 5 are conceptual diagrams for explaining an example of the configuration of the light receiving device 1-1 of this modified example.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of the configuration of the light receiving device 1-1.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of the light guide in the light guide plate 11-1 of the light receiving device 1-1.
  • the light receiving device 1-1 includes a light guide plate 11-1, a lens sheet 12-1, a directional light guide layer 13-1, a support member 14-1, and a light receiver 15-1.
  • Each of the light guide plate 11-1, the lens sheet 12-1, the directional light guide layer 13-1, the support member 14-1, and the light receiver 15-1 is the light guide plate 11, the lens sheet 12, and the directivity of the light receiving device 1.
  • the configuration corresponds to each of the light guide layer 13, the support member 14, and the light receiver 15. In the following, description of the same features as the light receiving device 1 will be omitted.
  • the light guide plate 11-1 is a plate-shaped transparent member having a first surface and a second surface facing each other as main surfaces.
  • the material and characteristics of the light guide plate 11-1 are the same as those of the light guide plate 11 of the light receiving device 1.
  • the light guide plate 11-1 has a flat plate-like outer shape, and an exit surface 113-1 is formed on one end surface thereof.
  • the first surface is an incident surface on which an optical signal refracted by the lens sheet 12-1 is incident.
  • the exit surface 113-1 is an end portion from which an optical signal propagating inside the light guide plate 11-1 is emitted.
  • the light guide plate 11-1 having a flat plate-like outer shape is shown in FIGS. 4 and 5, the optical signal emitted from the emission surface 113-1 at the position where the receiver 15-1 is not installed is , The light receiver 15-1 does not receive light.
  • a lens sheet 12-1 supported by the support member 14-1 is arranged above the first surface of the light guide plate 11-1.
  • a directional light guide layer 13-1 is arranged on the second surface of the light guide plate 11-1.
  • the light receiver 15 is arranged on the exit surface 113-1 of the light guide plate 11-1.
  • the optical signal refracted by the lens sheet 12-1 and incident on the inside of the light guide plate 11-1 from the first surface is directed to the exit surface 113-1 by the directional light guide layer 13-1 arranged on the second surface.
  • the direction of travel is changed.
  • the optical signal whose traveling direction is changed by the directional light guide layer 13-1 propagates inside the light guide plate 11-1 toward the exit surface 113-1.
  • an arrow indicates how an optical signal incident on the inside of the light guide plate 11-1 from the first surface propagates inside the light guide plate 11-1 toward the receiver 15-1.
  • the light guide plate 11-1 is a rectangular parallelepiped flat plate as shown in FIG. 5, the light signal may not be guided to the receiver 15-1 depending on the incident position of the light signal.
  • the lens sheet 12-1 is supported above the first surface of the light guide plate 11-1 by the support member 14-1.
  • the material and characteristics of the lens sheet 12-1 are the same as those of the lens sheet 12 of the light receiving device 1.
  • the lens sheet 12-1 has a structure in which a plurality of lenses are arranged on one sheet. The plurality of lenses constituting the lens sheet 12-1 focus on different focal positions of the directional light guide layer 13-1 arranged on the second surface of the light guide plate 11-1.
  • the directional light guide layer 13-1 is arranged on the second surface of the light guide plate 11-1.
  • the material and characteristics of the directional light guide layer 13-1 are the same as those of the directional light guide layer 13 of the light receiving device 1.
  • the directional light guide layer 13-1 guides an optical signal so that the light incident on the inside of the light guide plate 11-1 from the first surface of the light guide plate 11-1 travels toward the exit surface 113-1. ..
  • the support member 14-1 supports the lens sheet 12-1 so as to be located above the first surface of the light guide plate 11-1.
  • the support member 14-1 supports the lens sheet 12-1 so that the distance between the main surface of the lens sheet 12-1 and the second surface of the light guide plate 11-1 is the focal length f of the lens sheet 12-1. ..
  • the material and shape of the support member 14-1 are not particularly limited.
  • the light receiver 15-1 is arranged with the light receiving surface 151 facing the exit surface 113-1 of the light guide plate 11-1.
  • the light receiver 15-1 has the same configuration as the light receiver 15 of the light receiving device 1.
  • the receiver 15-1 receives an optical signal emitted from the exit surface 113-1 of the light guide plate 11-1.
  • the receiver 15-1 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the receiver 15-1 outputs the converted electric signal to a decoder (not shown).
  • FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining an example of the configuration of the light receiving device 1-2 of this modified example.
  • the light receiving device 1-2 differs from the light receiving device 1 in that it includes a first color filter 191 and a second color filter 192.
  • the first color filter 191 is supported by the support member 14 and is arranged above the incident surface side of the lens sheet 12.
  • the first color filter 191 is a color filter that selectively transmits light in the wavelength region of signal light.
  • the first color filter 191 can be configured by an inexpensive filter that selectively passes light in a wider wavelength region than the second color filter 192.
  • FIG. 6 a state in which a part of unnecessary light is absorbed by the first color filter 191 is shown by a dotted arrow, but a part of unnecessary light is reflected by the first color filter 191. You may do so.
  • the second color filter 192 is arranged on the light receiving surface 151 of the light receiving receiver 15.
  • the second color filter 192 is a color filter that selectively transmits light in the wavelength region of signal light.
  • the second color filter 192 is preferably composed of a precision filter that selectively passes light in a narrow wavelength region as compared with the first color filter 191. Since the second color filter 192 arranged on the light receiving surface 151 of the light receiver 15 may have a small area, an expensive color filter that transmits light in a narrow wavelength region can be used.
  • the light receiving device 1-2 of the present modification narrows the wavelength region of the signal light received by the first color filter 191 and further narrows the wavelength region of the signal light by the second color filter 192, whereby the background included in the signal light. Reduce the proportion of light. As a result, according to the light receiving device 1-2 of the present modification, the signal noise ratio of the signal light is improved as compared with the light receiving device 1.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a light guide plate, a support member, a directional light guide layer, and a light receiver.
  • the light guide plate is a transparent member having a first surface and a second surface facing each other as main surfaces, and an exit surface is formed at at least one end portion.
  • the support member has a structure in which a plurality of lenses are arranged, and the distance between the lens sheet arranged facing the first surface and the main surface and the second surface of the lens sheet is the focal length of the plurality of lenses. Support the lens sheet so that it becomes.
  • the directional light guide layer is arranged on the second surface of the light guide plate, and guides the traveling direction of the optical signal incident on the inside of the light guide plate toward the exit surface.
  • the light receiver receives the light signal emitted from the light emitting surface of the light guide plate and converts the received light signal into an electric signal.
  • the light guide plate has a shape extended along the uniaxial direction
  • the lens sheet has a structure in which a plurality of lenses are arranged in a row corresponding to the first surface of the light guide plate.
  • a first color filter that is arranged above the lens sheet and selectively passes light in the wavelength region of the optical signal is further provided.
  • a second color filter is further provided, which is arranged on the light receiving surface of the light receiver and selectively passes light in the wavelength region of the optical signal emitted from the light emitting surface of the light guide plate. Further, in one aspect of the present embodiment, the second color filter selectively transmits an optical signal in a wavelength region narrower than that of the first color filter.
  • the light receiving device of this embodiment can be installed in an automobile, for example. If the light receiving device of the present embodiment is installed, vehicle-to-vehicle communication by spatial optical communication becomes possible between vehicles. Further, if the light receiving device of the present embodiment is configured to receive an optical signal transmitted from a light transmitting device (not shown) installed on the road, road-to-vehicle communication by spatial optical communication can be performed between road vehicles. It will be possible.
  • the light receiving device of the present embodiment can be applied not only to automobiles but also to spatial optical communication between mobile bodies such as airplanes, ships, trains, motorcycles, bicycles, and drones. Further, the light receiving device of the present embodiment can also be applied to spatial optical communication between objects in a state where at least one of them is stationary.
  • the application example of the light receiving device of the present embodiment is not limited to the examples given above, and can be applied to spatial optical communication between arbitrary objects arranged at positions where optical signals can be transmitted and received.
  • signal light arriving from various directions is collected by a lens sheet having a plurality of lenses, so that light can be received even if the light transmitting axis of those optical signals is deviated from the light receiving axis. .. That is, according to the light receiving device of the present embodiment, it is possible to receive light signals coming from various directions.
  • the light receiving device of the present embodiment is different from the first embodiment in that it has a configuration for reducing the background light included in the optical signal.
  • a light transmitting device (not shown) converts a linearly polarized light signal having one polarization direction into circularly polarized light and then transmits the light toward the light receiving device of the present embodiment.
  • the light receiving device of the present embodiment receives a circularly polarized light signal transmitted from the light transmitting device, the circularly polarized light is converted into linearly polarized light and then incident on the first surface of the light guide plate.
  • FIG. 7 to 9 are conceptual diagrams for explaining an example of the configuration of the light receiving device 1 of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view of the light receiving device 2.
  • FIG. 8 is a top view of the light receiving device 2.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view when the light receiving device 2 is cut along the line BB of FIG.
  • FIG. 9 shows arrows that conceptually show the light incident on the light receiving device 2 and the state of progress of the light inside the light receiving device 2.
  • the light receiving device 2 includes a light guide plate 21, a lens sheet 22, a directional light guide layer 23, a support member 24, a light receiver 25, and a polarizing element 26.
  • Each of the light guide plate 21, the lens sheet 22, the directional light guide layer 23, the support member 24, and the light receiver 25 is the light guide plate 11, the lens sheet 12, and the directional light guide layer of the light receiving device 1 of the first embodiment.
  • the configuration corresponds to each of 13, the support member 14, and the receiver 15. In the following, description of the same features as the light receiving device 1 may be omitted.
  • the light guide plate 21 is a plate-shaped transparent member having a first surface 211 and a second surface 212 facing each other as main surfaces.
  • the material and characteristics of the light guide plate 21 are the same as those of the light guide plate 11 of the light receiving device 1 of the first embodiment.
  • the light guide plate 21 has an elongated plate-like outer shape, and an exit surface 213 is formed on one end surface thereof.
  • the first surface 211 is an incident surface on which an optical signal refracted by the lens sheet 22 is incident.
  • the exit surface 213 is an end portion from which an optical signal propagating inside the light guide plate 21 is emitted.
  • the light guide plate 21 may have a flat outer shape as in the first modification of the first embodiment.
  • a lens sheet 22 supported by the support member 24 is arranged above the first surface 211 of the light guide plate 21.
  • a directional light guide layer 23 is arranged on the second surface 212 of the light guide plate 21.
  • a light receiver 25 is arranged on the exit surface 213 of the light guide plate 21.
  • the optical signal refracted by the lens sheet 22 and incident on the inside of the light guide plate 21 from the first surface 211 is changed in the traveling direction toward the exit surface 213 by the directional light guide layer 23 arranged on the second surface 212.
  • the optical signal incident on the light guide plate 21 is linearly polarized light.
  • the optical signal whose traveling direction is changed by the directional light guide layer 23 propagates inside the light guide plate 21 toward the exit surface 213.
  • FIG. 9 shows how the light signal incident from the first surface 211 propagates inside the light guide plate 21 toward the receiver 25 with arrows.
  • the lens sheet 22 is supported above the first surface 211 of the light guide plate 21 by the support member 24.
  • the material, characteristics, and shape of the lens sheet 22 are the same as those of the lens sheet 12 of the light receiving device 1.
  • the plurality of lenses constituting the lens sheet 22 focus on different focal positions of the directional light guide layer 23 arranged on the second surface 212 of the light guide plate 21.
  • the polarizing element 26 is arranged above the incident side of the lens sheet 22. The signal light converted from circularly polarized light to linearly polarized light by the polarizing element 26 is incident on the lens sheet 22.
  • the directional light guide layer 23 is arranged on the second surface 212 of the light guide plate 21.
  • the directional light guide layer 23 changes the traveling direction of the optical signal (linearly polarized light).
  • the directional light guide layer 23 is designed according to the polarization direction in a predetermined direction.
  • the predetermined direction is the polarization direction of linearly polarized light that the directional light guide layer 23 guides toward the receiver 25.
  • the directional light guide layer 23 guides the optical signal so that the light signal incident on the light guide plate 21 from the first surface 211 of the light guide plate 21 travels toward the exit surface 213.
  • the support member 24 supports the lens sheet 22 and the polarizing element 26 so as to be located above the first surface 211 of the light guide plate 21.
  • the support member 24 supports the lens sheet 22 so that the distance between the main surface of the lens sheet 22 and the second surface 212 of the light guide plate 21 is the focal length f of the lens sheet 22. Further, the support member 24 supports the polarizing element 26 above the incident side of the lens sheet 22.
  • the material and shape of the support member 24 are not particularly limited.
  • the light receiver 25 is arranged with the light receiving surface 251 facing the exit surface 213 of the light guide plate 21.
  • the light receiver 25 has the same configuration as the light receiver 15 of the light receiving device 1.
  • the light receiver 25 receives an optical signal emitted from the light emitting surface 213 of the light guide plate 21.
  • the light receiver 25 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the receiver 25 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the polarizing element 26 is supported by the support member 24 and is arranged above the incident surface side of the lens sheet 22.
  • the polarizing element 26 has a structure in which a wave plate 261 and a polarizing plate 262 are laminated. If the polarization directions of the linearly polarized light are not aligned, the polarizing plate 262 may be omitted.
  • the wave plate 261 is arranged on the upper surface of the polarizing plate 262.
  • the wave plate 261 gives a phase difference of ⁇ / 4 ( ⁇ / 2) to the polarization plane of the optical signal (circular polarization) propagating in space, and converts the optical signal (circular polarization) from circular polarization to linear polarization.
  • 1/4 wave plate ⁇ : wavelength of optical signal.
  • the optical signal converted into linearly polarized light by the wave plate 261 enters the polarizing plate 262.
  • the polarizing plate 262 is arranged on the lower surface of the wave plate 261.
  • the polarizing plate 262 aligns the polarization directions of the optical signals (linearly polarized light) converted into linearly polarized light by the wave plate 261 in a predetermined direction.
  • the optical signal (linearly polarized light) whose polarization directions are aligned in a predetermined direction by the polarizing plate 262 is incident on the lens sheet 22.
  • the polarizing plate 262 improves the light receiving efficiency by aligning the polarization directions of the optical signals (linearly polarized light) converted from circularly polarized light to linearly polarized light in a predetermined direction.
  • the above is the description of the configuration of the light receiving device 2 of the present embodiment.
  • the configurations shown in FIGS. 7 to 9 are examples, and the configuration of the light receiving device 2 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
  • a light absorption layer is arranged on the lower surface of the directional light guide layer 23 in order to prevent stray light from being guided inside the light guide plate 21.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining an example of the configuration of the light receiving device 2-3 of this modified example.
  • the light receiving device 2-3 is different from the light receiving device 2 in that it includes a light absorbing layer 28.
  • the light absorption layer 28 is formed on the lower surface of the directional light guide layer 23.
  • the light absorption layer 28 is an absorption layer that absorbs light.
  • a material having a large light absorption rate is used for the light absorption layer 28.
  • the material of the light absorption layer 28 is not particularly limited as long as it can efficiently absorb light other than signal light incident from the outside and stray light propagating inside the light guide plate 21.
  • the light receiving device 2-3 of this modification it is difficult for light other than the optical signal to be guided to the light receiver 25, so that the signal-to-noise ratio (SN ratio: signal-noise) of the light guided to the light receiver 25 is difficult. ratio) is improved.
  • the light receiving device of the present embodiment has a polarizing plate having a wave plate that converts a circularly polarized light signal into linearly polarized light and a polarizing plate that aligns the polarization directions of the optical signals converted into linearly polarized light by the wavelength plate.
  • the element is arranged above the lens sheet.
  • the directional light guide layer is a hologram layer that guides a linearly polarized light signal whose polarization direction is a predetermined direction toward a receiver.
  • a light absorbing layer that absorbs light is further provided on the lower surface of the directional light guide layer.
  • the optical signal When the optical signal is circularly polarized and the light guide by the hologram layer depends on the polarization direction of linearly polarized light, if sunlight is received in addition to the optical signal, noise may be generated in the received optical signal. There is. Since the light receiving device of the present embodiment guides an optical signal (linearly polarized light) that has passed through a wave plate that converts a circularly polarized light signal into linearly polarized light in a predetermined direction by a hologram layer, an optical signal is selected. Can be received by a receiver. Therefore, according to the light receiving device of the present embodiment, it is possible to reduce the noise that may be generated due to the background light in the optical space communication.
  • the light receiving device of the present embodiment is different from the first embodiment in that it has a shutter that narrows the focusing range.
  • a shutter is added to the light receiving device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 11 to 14 are conceptual diagrams for explaining an example of the configuration of the light receiving device 3 of the present embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view of the light receiving device 3.
  • FIG. 12 is a top view of the light receiving device 3.
  • 13 and 14 are cross-sectional views when the light receiving device 3 is cut along the line CC of FIG. 13 and 14 show arrows that conceptually show the light incident on the light receiving device 3 and the state of progress of the light inside the light receiving device 3.
  • the light receiving device 3 includes a light guide plate 31, a lens sheet 32, a directional light guide layer 33, a support member 34, a light receiver 35, and a shutter 38.
  • Each of the light guide plate 31, the lens sheet 32, the directional light guide layer 33, the support member 34, and the light receiver 35 is the light guide plate 11, the lens sheet 12, and the directional light guide layer of the light receiving device 1 of the first embodiment.
  • the configuration corresponds to each of 13, the support member 14, and the receiver 15. In the following, description of the same features as the light receiving device 1 may be omitted.
  • the light guide plate 31 is a plate-shaped transparent member whose main surfaces are the first surface 311 and the second surface 312 facing each other.
  • the material and characteristics of the light guide plate 31 are the same as those of the light guide plate 11 of the light receiving device 1.
  • the light guide plate 31 has a flat plate-like outer shape, and an exit surface 313 is formed on one end surface thereof.
  • the first surface 311 is an incident surface on which an optical signal refracted by the lens sheet 32 is incident.
  • the exit surface 313 is an end portion from which an optical signal propagating inside the light guide plate 31 is emitted.
  • a lens sheet 32 supported by the support member 34 is arranged above the first surface 311 of the light guide plate 31.
  • a directional light guide layer 33 is arranged on the second surface 312 of the light guide plate 31.
  • a light receiver 35 is arranged on the exit surface 313 of the light guide plate 31.
  • the optical signal refracted by the lens sheet 32 and incident on the inside of the light guide plate 31 from the first surface 311 is changed in the traveling direction toward the exit surface 313 by the directional light guide layer 33 arranged on the second surface 312.
  • the optical signal whose traveling direction is changed by the directional light guide layer 33 propagates inside the light guide plate 31 toward the exit surface 313.
  • FIG. 14 shows how an optical signal incident on the inside of the light guide plate 31 from the first surface 311 propagates inside the light guide plate 31 toward the receiver 35.
  • the lens sheet 32 is supported above the first surface 311 of the light guide plate 31 by the support member 34.
  • the material and characteristics of the lens sheet 32 are the same as those of the lens sheet 12 of the light receiving device 1.
  • the lens sheet 32 has a structure in which a plurality of lenses are arranged on one sheet. The plurality of lenses constituting the lens sheet 32 focus on different focal positions of the directional light guide layer 33 arranged on the second surface 312 of the light guide plate 31.
  • the directional light guide layer 33 is arranged on the second surface 312 of the light guide plate 31.
  • the material and characteristics of the directional light guide layer 33 are the same as those of the directional light guide layer 13 of the light receiving device 1.
  • the directional light guide layer 33 guides an optical signal so that the light incident on the inside of the light guide plate 31 from the first surface 311 of the light guide plate 31 travels toward the exit surface 313.
  • the support member 34 supports the lens sheet 32 so as to be located above the first surface 311 of the light guide plate 31.
  • the support member 34 supports the lens sheet 32 so that the distance between the main surface of the lens sheet 32 and the second surface 312 of the light guide plate 31 is the focal length f of the lens sheet 32.
  • the material and shape of the support member 34 are not particularly limited.
  • the light receiver 35 is arranged with the light receiving surface 351 facing the exit surface 313 of the light guide plate 31.
  • the light receiver 35 has the same configuration as the light receiver 15 of the light receiving device 1.
  • the light receiver 35 receives an optical signal emitted from the light emitting surface 313 of the light guide plate 31.
  • the light receiver 35 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the receiver 35 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the shutter 38 is a liquid crystal element whose opening and closing can be controlled by a control device (not shown).
  • the shutter 38 is controlled to open and close for each of a plurality of lenses constituting the lens sheet 32.
  • the opening and closing of the shutter 38 when it is opened may be uniformly controlled over the entire surface of the shutter 38, or a part of the shutter 38 may be selectively controlled.
  • the shutter 38 can be realized by a liquid crystal shutter in which a plurality of cells in which birefringent liquid crystal molecules are sealed are sandwiched between two linear polarizing elements whose polarization directions intersect.
  • FIG. 13 shows a state in which the entire surface of the shutter 38 is closed. When the entire surface of the shutter 38 is closed, no optical signal is incident on the first surface 311 of the light guide plate 31.
  • FIG. 14 shows a state in which a part of the shutter 38 is opened. When the shutter 38 is opened, an optical signal is incident on the first surface 311 of the light guide plate 31 in the portion where the shutter 38 is open, and the signal light is guided to the receiver 35.
  • the directional light guide layer 33 may be damaged at the focal position of the lens constituting the lens sheet 38.
  • the aperture ratio of the shutter 38 may be controlled to be lowered according to the degree of incident sunlight, and the amount of light incident on the light guide plate 31 may be reduced.
  • the shutter 38 may be configured so that the light transmittance can be variably controlled. If the open / closed state of the shutter 38 can be variably controlled, it becomes easier to receive an optical signal by lowering the aperture ratio of the shutter 38 when the sunlight is strong or the like.
  • the optical signal can be efficiently received by controlling the shutter 38 at that position to be selectively opened. For example, if an optical sensor is placed above the shutter 38, the arrival direction of the optical signal is estimated based on the light received by the optical sensor, and the shutter at a location where the optical signal from the arrival direction is easily received. It may be controlled to open 38.
  • the light receiving device of the present embodiment further includes a shutter which is arranged on the upper surface of the first surface of the light guide plate and is composed of a liquid crystal element capable of controlling at least a part of the opening state. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the light from concentrating on the focal point of the lens constituting the lens sheet, so that it is possible to prevent the directional light guide layer from being damaged by strong light such as direct sunlight. Further, according to the present embodiment, since the amount of light received by the light receiver can be controlled, the influence of the background light that may be included in the signal light can be reduced.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining that the background light is reduced and the signal-to-noise ratio is improved by using the components of the light receiving device of the first to third embodiments.
  • FIG. 15 in order to verify how the wavelength dependence of the energy of the optical signal and the background light (sunlight) changes by using the components of the light receiving device of the first to third embodiments.
  • the graph of is shown.
  • the wavelength dependence of the energy of the optical signal and the background light in FIG. 15 shows a conceptual relationship, and they are not accurately illustrated. Further, FIG. 15 shows an example of using an optical signal in the infrared region.
  • (A) is a graph showing the wavelength dependence of the energy of the optical signal and the background light when the optical signal propagating in space and the background light are received as they are by the receiver.
  • the energy of the background light in the visible region is larger than the energy of the optical signal.
  • (B) is a graph showing the wavelength dependence of the energy of the optical signal and the background light when the light is received by the light receiving device in which the directional light guide layer 23 (hologram layer) and the first color filter 191 are combined.
  • the energy of the background light in the visible region is removed, so that the signal-to-noise ratio is improved.
  • (C) is a graph showing the wavelength dependence of the energy of the optical signal and the background light when the light is received by the light receiving device in which the directional light guide layer 23 (hologram layer), the first color filter 191 and the wave plate 261 are combined. Is. In (c), the components of the circularly polarized light signals having different rotation directions are removed, so that the signal-to-noise ratio is improved as compared with (b).
  • (D) is the wavelength dependence of the energy of the optical signal and the background light when the light is received by the light receiving device in which the directional light guide layer 23 (hologram layer), the first color filter 191 and the wave plate 261 and the shutter 38 are combined. It is a graph which shows. In (d), since the amount of light received is reduced by the shutter 38, the influence of the background light is smaller than in (c).
  • (E) is an optical signal and background light when light is received by a light receiving device that combines a directional light guide layer 23 (hologram layer), a first color filter 191 and a wave plate 261, a shutter 38, and a second color filter 192. It is a graph which shows the wavelength dependence of the energy of.
  • the wavelength region of the light received by the receiver is narrowed according to the wavelength region of the optical signal by the second color filter 192, so that the signal-to-noise ratio is improved as compared with (d).
  • the signal noise ratio of the optical signal received by the light receiver is further improved.
  • the light receiving device of the present embodiment is different from the first embodiment in that it has an optical sensor that detects the arrival direction of an optical signal.
  • FIG. 16 to 19 are conceptual diagrams for explaining an example of the configuration of the light receiving device 4 of the present embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view of the light receiving device 4.
  • FIG. 17 is a top view of the light receiving device 4.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view when the light receiving device 4 is cut along the DD line of FIG.
  • FIG. 19 is a conceptual diagram for explaining an example of detecting the arrival direction of an optical signal received by the light receiving device 4.
  • 18 and 19 show arrows conceptually showing the light incident on the light receiving device 4 and the state of progress of the light inside the light receiving device 4.
  • the light receiving device 4 includes a light guide plate 41, a lens sheet 42, a directional light guide layer 43, a support member 44, a light receiver 45, and an optical sensor 49.
  • Each of the light guide plate 41, the lens sheet 42, the directional light guide layer 43, the support member 44, and the light receiver 45 is the light guide plate 11, the lens sheet 12, and the directional light guide layer of the light receiving device 1 of the first embodiment.
  • the configuration corresponds to each of 13, the support member 14, and the receiver 15. In the following, description of the same features as the light receiving device 1 may be omitted.
  • the light guide plate 41 is a plate-shaped transparent member having a first surface 411 and a second surface 412 facing each other as main surfaces.
  • the material and characteristics of the light guide plate 41 are the same as those of the light guide plate 11 of the light receiving device 1.
  • the light guide plate 41 has a flat outer shape, and an exit surface 413 is formed on one end surface thereof.
  • the first surface 411 is an incident surface on which an optical signal refracted by the lens sheet 42 is incident.
  • the exit surface 413 is an end portion from which an optical signal propagating inside the light guide plate 41 is emitted.
  • a lens sheet 42 supported by the support member 44 is arranged above the first surface 411 of the light guide plate 41.
  • a directional light guide layer 43 is arranged on the second surface 412 of the light guide plate 41.
  • an optical sensor 49 is arranged on a part of the second surface 412 of the light guide plate 41. The optical sensor 49 is arranged with the detection surface facing the second surface 412 facing the lens at the position farthest from the exit surface 413.
  • a light receiver 45 is arranged on the exit surface 413 of the light guide plate 41.
  • FIG. 18 shows how an optical signal incident on the inside of the light guide plate 41 from the first surface 411 propagates inside the light guide plate 41 toward the receiver 45.
  • the lens sheet 42 is supported above the first surface 411 of the light guide plate 41 by the support member 44.
  • the material and characteristics of the lens sheet 42 are the same as those of the lens sheet 12 of the light receiving device 1.
  • the lens sheet 42 has a structure in which a plurality of lenses are arranged in a row on one sheet.
  • the plurality of lenses constituting the lens sheet 42 focus on different focal positions of the directional light guide layer 43 or the optical sensor 49 arranged on the second surface 412 of the light guide plate 41.
  • the lens located above the optical sensor 49 is clearly indicated by hatching, but the lens is also the same as the other lenses.
  • the directional light guide layer 43 is arranged on the second surface 412 of the light guide plate 41.
  • the material and characteristics of the directional light guide layer 43 are the same as those of the directional light guide layer 13 of the light receiving device 1.
  • the directional light guide layer 43 guides an optical signal so that the light incident on the inside of the light guide plate 41 from the first surface 411 of the light guide plate 41 travels toward the exit surface 413.
  • the support member 44 supports the lens sheet 42 so as to be located above the first surface 411 of the light guide plate 41.
  • the support member 44 supports the lens sheet 42 so that the distance between the main surface of the lens sheet 42 and the second surface 412 of the light guide plate 41 is the focal length f of the lens sheet 42.
  • the material and shape of the support member 44 are not particularly limited.
  • the light receiver 45 is arranged with the light receiving surface 451 facing the exit surface 413 of the light guide plate 41.
  • the light receiver 45 has the same configuration as the light receiver 15 of the light receiving device 1.
  • the light receiver 45 receives an optical signal emitted from the light emitting surface 413 of the light guide plate 41.
  • the light receiver 45 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the receiver 45 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the optical sensor 49 is an image sensor that is associated with at least one lens constituting the lens sheet 42 and is arranged with the detection surface 491 facing the second surface of the light guide plate 41.
  • the optical sensor 49 is a sensor that detects incident light on the detection surface 491 and outputs the incident position of the detected incident light to a detection device (not shown).
  • the optical sensor 49 may be a two-dimensional sensor that detects a two-dimensional position of incident light, or may be a one-dimensional sensor that detects a one-dimensional position of incident light.
  • an optical signal is incident on the optical sensor 49 at an incident position according to the arrival direction.
  • the optical signal A is incident on the incident position A
  • the optical signal B is incident on the incident position B. Therefore, if the relationship between the arrival direction of the optical signal and the position on the detection surface 491 of the optical sensor 49 is recorded, the arrival direction of the optical signal can be determined based on the position on the detection surface 491 where the optical signal is detected. Can be estimated.
  • the optical sensor 49 is arranged in association with a lens located at a position away from the light receiver 45.
  • the optical sensor 49 may be arranged in association with at least one of the lenses.
  • the above is the description of the configuration of the light receiving device 4 of the present embodiment.
  • the configurations shown in FIGS. 16 to 19 are examples, and the configuration of the light receiving device 4 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
  • the light receiving device of the present embodiment further includes an optical sensor arranged so that the detection surface faces at least a part of the second surface of the light guide plate. According to the light receiving device of the present embodiment, the arrival direction of the optical signal can be estimated based on the incident position where the optical signal is incident on the optical sensor.
  • the light receiving device of the present embodiment can detect the arrival direction of the signal light by arranging the optical sensors (imaging elements) side by side with the directional light guide layer.
  • the arrival direction of the signal light is detected by a one-dimensional sensor arranged horizontally with respect to the road surface instead of the two-dimensional sensor.
  • a one-dimensional sensor for inter-vehicle distance receives signal light traveling horizontally with respect to the road surface
  • a one-dimensional sensor for traffic light receives signal light traveling from the direction (upward) of the traffic light. It should be placed in.
  • the light receiving device of the present embodiment is different from the first embodiment in that the first surfaces of the plurality of light receiving devices are arranged in a cylindrical shape toward the outside and receive an optical signal arriving from the horizontal direction.
  • FIG. 20 to 22 are conceptual diagrams for explaining an example of the configuration of the light receiving device 5 of the present embodiment.
  • FIG. 20 is a perspective view of the light receiving device 5.
  • FIG. 21 is a perspective view of the light receiving device 5 in which some of the components are seen through.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of the light receiving device 5.
  • the light receiving device 5 includes a plurality of light guide plates 51, a lens sheet 52, a plurality of directional light guide layers 53, a support member 54, a plurality of light receivers 55, and a base 58.
  • Each of the light guide plate 51, the lens sheet 52, the directional light guide layer 53, the support member 54, and the light receiver 55 is the light guide plate 11, the lens sheet 12, and the directional light guide layer of the light receiving device 1 of the first embodiment.
  • the configuration corresponds to each of 13, the support member 14, and the receiver 15.
  • a plurality of light guide plates 51, a plurality of directional light guide layers 53, and one light guide plate 51 constituting the plurality of light receivers 55, a directional light guide layer 53, and a light receiver 55 form one light receiving unit. To do. In the following, description of the same features as the light receiving device 1 may be omitted.
  • the light guide plate 51 is a plate-shaped transparent member having a first surface 511 and a second surface 512 facing each other as main surfaces.
  • the material and characteristics of the light guide plate 51 are the same as those of the light guide plate 11 of the light receiving device 1.
  • the main surface of the light guide plate 51 is curved according to the shape (cylindrical shape) of the light receiving device 5, and an exit surface 513 is formed on one end surface thereof.
  • the first surface 511 is an incident surface on which an optical signal refracted by the lens sheet 52 is incident.
  • the exit surface 513 is an end portion from which an optical signal propagating inside the light guide plate 51 is emitted.
  • the plurality of light guide plates 51 are arranged in a cylindrical shape with the first surface 511 facing outward, the second surface 512 facing inward, and the exit surface 513 facing the base 58 side.
  • Support members 54 are arranged on the upper surfaces of the plurality of light guide plates 51 arranged in a cylindrical shape. The positions of the plurality of light guide plates 51 are fixed by the support member 54.
  • the lens sheet 52 supported by the support member 54 is arranged to face the first surface 511 of the light guide plate 51.
  • a directional light guide layer 53 is arranged on the second surface 512 of the light guide plate 51.
  • a receiver 55 is arranged on the exit surface 513 of the light guide plate 51.
  • optical signals refracted by the lens sheet 52 and incident on the inside of the light guide plate 51 from the first surface 511 are traveled toward the exit surface 513 by the directional light guide layer 53 arranged on the second surface 512. Is changed.
  • the optical signal whose traveling direction is changed by the directional light guide layer 53 propagates inside the light guide plate 51 toward the exit surface 513.
  • the lens sheet 52 is supported by the support member 54 on the first surface 511 of the plurality of light guide plates 51 so as to face at least one of the lenses.
  • the material and characteristics of the lens sheet 52 are the same as those of the lens sheet 12 of the light receiving device 1.
  • the lens sheet 52 has a structure in which a plurality of lenses are arranged on one sheet, and has a cylindrical appearance in which two opposing sides are connected.
  • the plurality of lenses constituting the lens sheet 52 focus on different focal positions of the directional light guide layers 53 arranged on the same curved surface formed by the second surface 512 of the plurality of light guide plates 51.
  • the directional light guide layer 53 is arranged on the second surface 512 of the light guide plate 51.
  • the material and characteristics of the directional light guide layer 53 are the same as those of the directional light guide layer 13 of the light receiving device 1.
  • the directional light guide layer 53 guides an optical signal so that the light incident on the inside of the light guide plate 51 from the first surface 511 of the light guide plate 51 travels toward the exit surface 513.
  • the support member 54 supports the lens sheet 52 so as to face the first surface 511 of the light guide plate 51.
  • the support member 54 supports the lens sheet 52 so that the distance between the main surface of the lens sheet 52 and the second surface 512 of the light guide plate 51 is the focal length f of the lens sheet 52.
  • the material and shape of the support member 54 are not particularly limited.
  • a spacer for fixing the positional relationship between the light guide plate 51 and the lens sheet 52 may be arranged between the light guide plate 51 and the lens sheet 52.
  • the light receiver 55 is arranged with the light receiving surface 551 facing the exit surface 513 of the light guide plate 51.
  • the receiver 55 is placed on the base 58 with the surface opposite to the light receiving surface 551 facing the upper surface of the base 58.
  • the light receiver 55 has the same configuration as the light receiver 15 of the light receiving device 1.
  • the light receiver 55 receives an optical signal emitted from the light emitting surface 513 of the light guide plate 51.
  • the light receiver 55 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the receiver 55 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the base 58 is a base on which a plurality of light receiving units arranged in a cylindrical shape are placed. On the upper surface of the base 58, a plurality of light receiving units arranged in a cylindrical shape with the light receiver 55 facing downward are placed. If the positional relationship between the plurality of light receiving units can be fixed without the base 58, the base 58 may be omitted.
  • the above is the description of the configuration of the light receiving device 5 of the present embodiment.
  • the configurations shown in FIGS. 20 to 22 are examples, and the configuration of the light receiving device 5 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
  • an electric signal is output from the light receiver 55 to a control device (not shown)
  • the electric signal includes a flag indicating which light receiving unit receives the light signal
  • the electric signal is included in the horizontal direction. It is possible to estimate from which direction the optical signal came. If the intensity distribution (for example, normal distribution) of the optical signals received by a plurality of light receiving units adjacent to each other can be verified and the peak position of the distribution can be specified, the arrival direction of the optical signal can be accurately estimated.
  • FIG. 23 is a conceptual diagram showing an example of receiving an optical signal with the light receiving device 500 of the related technology.
  • FIG. 24 is a conceptual diagram showing an example in which the light receiving device 5 of the present embodiment receives an optical signal.
  • the light receiving device 500 of the related technology includes a light receiving device 501 and a movable mechanism 502 that rotatably supports the light receiving device 501 with respect to one rotation axis.
  • the light receiving direction is changed by rotating the movable mechanism 502 around the rotation axis.
  • the movable mechanism 502 is controlled by a control device (not shown) so that the light receiving surface faces the first direction. Further, when the receiver 501 receives the signal light coming from the second direction different from the first direction, the control device controls the movable mechanism 502 so that the light receiving surface faces the second direction. That is, when the light receiving device 500 of the related technology is used, it is necessary to change the light receiving surface of the light receiving device 501 by controlling the movable mechanism 502. The light receiving device 500 of the related technology cannot control the light receiving surface to be directed in the direction of arrival of the optical signal unless the direction of arrival of the optical signal is known in advance.
  • the light receiving device 5 of the present embodiment does not have a moving part like the light receiving device 500 of the related technology.
  • the light receiving device 5 of the present embodiment can receive light regardless of whether it is signal light arriving from the first direction or signal light arriving from the second direction without mechanically changing the light receiving direction. That is, the light receiving device 5 of the present embodiment can receive the light signal without mechanical control even when the arrival direction of the light signal is not known in advance. Further, since the light receiving device 5 of the present embodiment has a larger light receiving area of the optical signal than the light receiving device 500 of the related technology, the light signal can be received even if the light transmitting axis and the light receiving axis are slightly deviated from each other.
  • FIG. 25 to 26 are conceptual diagrams for explaining the light receiving device 5-4 of this modified example.
  • FIG. 25 is a perspective view of the light receiving device 5-4 seeing through the lens sheet 52.
  • FIG. 26 is a drawing for explaining the light guide of an optical signal in one light receiving unit constituting the light receiving device 5-4.
  • the light receiving device 5-4 of this modified example includes a plurality of light guide plates 51-4, a lens sheet 52, a plurality of directional light guide layers 53-4, a support member 54, a plurality of light receivers 55, and a base 58.
  • the relay light guide plate 57 is provided. Since the lens sheet 52, the support member 54, the plurality of receivers 55, and the base 58 have the same configuration as the corresponding configuration of the light receiving device 5, detailed description thereof will be omitted.
  • the light guide plate 51-4 corresponds to a plurality of rows of lenses among the plurality of lenses constituting the lens sheet 52.
  • the light guide plate 51-4 is wider than the light guide plate 51 of the light receiving device 5.
  • a relay light guide plate 57 is arranged on the exit surface 513-4 of the light guide plate 51.
  • the relay light guide plate 57 is a transparent member having an incident surface 571 and a light guide surface 572 facing each other. A relay exit surface 573 is formed on one end surface of the relay light guide plate 57. The relay light guide plate 57 is arranged with the incident surface 571 facing the exit surface 513-4 of the light guide plate 51-4.
  • the incident surface 571 is a light receiving surface that receives an optical signal emitted from the exit surface 513-4 of the light guide plate 51-4.
  • the relay exit surface 573 is an end portion from which an optical signal propagating inside the relay light guide plate 57 is emitted.
  • the relay light guide plate 57 is arranged with the incident surface 571 facing the exit surface 513-4 of the light guide plate 51-4.
  • a directional light guide portion having the same function as that of the directional light guide layer 53 is formed on the light guide surface 572 of the relay light guide plate 57 (drawing is omitted).
  • a receiver 55 is arranged on the relay exit surface 573 of the relay light guide plate 57.
  • the optical signal that has traveled from the incident surface 571 to the inside of the relay light guide plate 57 is guided by a directional light guide portion formed on the light guide surface 572, and is totally reflected between the incident surface 571 and the light guide surface 572. Then, it propagates toward the relay exit surface 573.
  • the optical signal that propagates inside the relay light guide plate 57 and reaches the relay emission surface 573 is emitted from the relay emission surface 573 toward the light receiving surface 551 of the receiver 55.
  • the directional light guide portion formed on the light guide surface 572 sets the traveling direction of the optical signal so that the light incident on the inside of the relay light guide plate 57 from the incident surface 571 is guided toward the relay exit surface 573.
  • the directional light guide unit is composed of a plurality of micromirrors that reflect the traveling direction of the optical signal traveling inside the relay light guide plate 57 in the direction of the receiver 55.
  • the directional light guide unit may be configured by a plurality of protruding structures having a reflecting surface that reflects the traveling direction of the light signal traveling inside the relay light guide plate 57 in the direction of the receiver 55.
  • the directional light guide unit may be formed of a hologram layer similar to the relay light guide plate 57.
  • the directional light guide portion is composed of a plurality of micromirrors and a plurality of protruding structures.
  • the receiver 55 is arranged with the light receiving surface 551 facing the relay exit surface 573 of the relay light guide plate 57. Therefore, the receiver 55 is arranged so that the light receiving surface 551 is directed in the horizontal direction, not vertically upward.
  • the number of light receivers 55 can be reduced because the light signal is received by using the light guide plate 51-4 corresponding to a plurality of rows of lenses. Further, according to the light receiving device 5-4 of the present modification, the light receiving area of the light guide plate 51-4 that receives the light signal guided by one light receiving device 55 is larger than that of the light receiving device 5, so that the light is received. The light receiving efficiency in the device 55 is improved.
  • the light receiving device of the modified example 5 has a configuration in which the optical sensor of the fourth embodiment is added to at least one of the light receiving units constituting the light receiving device 5 of the present embodiment.
  • FIG. 27 is a conceptual diagram for explaining the light receiving device 5-5 of this modified example.
  • the light receiving device 5-5 includes at least one optical sensor 59 in addition to a plurality of light guide plates 51, a lens sheet 52, a plurality of directional light guide layers 53, a support member 54, a plurality of photodetectors 55, and a base 58. Be prepared.
  • the plurality of light guide plates 51, the lens sheet 52, the plurality of directional light guide layers 53, the support member 54, the plurality of light receivers 55, and the base 58 are the same as the corresponding configurations of the light receiving device 5, and thus are detailed. Description will be omitted.
  • the optical sensor 59 is arranged so as to correspond to the lens indicated by hatching.
  • the optical sensor 59 has the same configuration as the optical sensor 49 of the fourth embodiment.
  • the optical sensor 59 is configured to detect at least a vertical position.
  • the optical sensor 59 may be a two-dimensional sensor or a one-dimensional sensor that detects a direction along the vertical direction.
  • the light receiving device 5-5 of this modified example can detect the vertical arrival direction of the optical signal. That is, the light receiving device 5-5 of this modified example can detect the arrival direction of the optical signal in the vertical direction in addition to the horizontal direction.
  • the light receiving device 5-4 of the modified example 4 and the light receiving device 5-5 of the modified example 5 may be combined.
  • the optical sensor 59 of the light receiving device 5-5 of the modified example 5 is a two-dimensional sensor, the optical sensor 59 can detect the arrival direction of the optical signal in the horizontal direction. Therefore, the light guide plate can be formed in a cylindrical shape without being divided, and the relay light guide plate can be arranged on the exit surface of the cylindrical light guide plate.
  • the relay light guide plate is formed in an annular shape having an open end, the incident surface is positioned on the upper surface of the relay light guide plate, and the receiver is arranged on the relay exit surface of the relay light guide plate. With this configuration, the light signal incident from the first surface of the cylindrical light guide plate can be received by a single light receiver.
  • FIG. 28 is an example in which the light receiving device 5 of the present embodiment is used for communication on a ship.
  • FIG. 28 shows an example in which a light transmitting / receiving device 50 having a light receiving device 5 is mounted on the tip of a mast of a plurality of ships 510.
  • FIG. 28 shows an example in which an optical signal is transmitted and received by an airplane such as an airplane 520 or a helicopter 530 flying over the sky.
  • the light receiving device 50 has a light transmitting function for transmitting a light signal received by the light receiving device 5, and the details of the light transmitting function will be omitted.
  • the light transmitting / receiving device 50 by using the light transmitting / receiving device 50, it is possible to realize optical space communication between ships in which the arrival direction of the optical signal is close to the horizontal direction. Further, by using the light transmitting / receiving device 50, it is possible to realize optical space communication between an air vehicle and a ship 510 in which the arrival directions of optical signals are vertically different. That is, if the light transmitting / receiving device 50 is used, it is possible to receive signal light incident from a direction of 360 degrees substantially parallel to the sea surface and signal light arriving from above without using a mechanical mechanism.
  • FIG. 29 is an example in which the light receiving device 5 of the present embodiment is used for vehicle-to-vehicle communication.
  • FIG. 29 shows an example in which the light transmitting / receiving device 50 having the light receiving device 5 is mounted on the ceiling of one of the plurality of vehicles 550.
  • FIG. 29 shows an example of transmitting and receiving an optical signal to and from a traffic light 560 located above the vehicle 550.
  • the light transmitting / receiving device 50 by using the light transmitting / receiving device 50, it is possible to realize optical space communication between vehicles in which the arrival direction of the optical signal is close to the horizontal direction. Further, by using the light transmitting / receiving device 50, it is possible to realize optical space communication between a traffic light 560 and a vehicle 550 in which the arrival directions of optical signals are vertically different. That is, if the transmitter / receiver 50 is used, it is possible to receive signal light incident from all directions substantially parallel to the road surface and signal light arriving from all directions above without using a mechanical mechanism.
  • a plurality of light guide plates having a shape extended along the uniaxial direction are arranged in a cylindrical shape with the first surface facing outward and the emitting surface facing downward.
  • the light receiving device is a transparent member having an incident surface and a light guide surface facing each other as main surfaces, and a relay light guide plate having a relay exit surface formed at at least one end thereof. Further prepare.
  • the relay light guide plate is arranged so that the incident surface faces the light emitting surface of the light guide plate, receives the light signal emitted from the light emitting surface of the light guide plate at the incident surface, and receives the received light signal between the light guide surface and the incident surface. All reflections are made between them to guide the light toward the relay exit surface.
  • the light receiver receives the optical signal emitted from the relay exit surface of the relay light guide plate and converts the received optical signal into an electric signal.
  • optical signals arriving from substantially horizontal directions can be received without using a mechanical mechanism.
  • the direction of arrival of the optical signal from above can be estimated without using a mechanical mechanism. That is, according to the light receiving device of the present embodiment, it is possible to receive signal light incident from all directions substantially parallel to the installation surface and signal light arriving from all directions above without using a mechanical mechanism.
  • the light receiving device of the present embodiment is different from the first embodiment in that it has a disk-like appearance.
  • FIG. 30 to 32 are conceptual diagrams for explaining an example of the configuration of the light receiving device 6 of the present embodiment.
  • FIG. 30 is a perspective view of the light receiving device 6.
  • FIG. 31 is a top view of the light receiving device 6.
  • FIG. 32 is a cross-sectional view of the light receiving device 6.
  • FIG. 32 shows an arrow conceptually showing the light incident on the light receiving device 6 and the state of progress of the light inside the light receiving device 6.
  • the light receiving device 6 includes a light guide plate 61, a lens sheet 62, a directional light guide layer 63, a support member 64, and a light receiver 65.
  • Each of the light guide plate 61, the lens sheet 62, the directional light guide layer 63, the support member 64, and the light receiver 65 includes the light guide plate 11, the lens sheet 12, the directional light guide layer 13, and the support member 14 of the light receiving device 1. And the configuration corresponding to each of the receiver 15. In the following, description of the same features as the light receiving device 1 will be omitted.
  • the light guide plate 61 is a disk-shaped transparent member having a first surface 611 and a second surface 612 facing each other as main surfaces.
  • the material and characteristics of the light guide plate 61 are the same as those of the light guide plate 11 of the light receiving device 1.
  • the light guide plate 61 has a disk-shaped outer shape, and an exit surface 613 is formed at one end thereof.
  • the first surface 611 is an incident surface on which an optical signal refracted by the lens sheet 62 is incident.
  • the exit surface 613 is an end portion from which an optical signal propagating inside the light guide plate 61 is emitted.
  • the light guide plate 61 having a disk-shaped outer shape is shown in FIGS. 30 to 32, the optical signal emitted from the exit surface 613 at the position where the receiver 65 is not installed is transmitted to the receiver 65. Not received.
  • a lens sheet 62 supported by the support member 64 is arranged above the first surface 611 of the light guide plate 61.
  • a directional light guide layer 63 is arranged on the second surface 612 of the light guide plate 61.
  • a receiver 65 is arranged on the exit surface 613 of the light guide plate 61.
  • the optical signal refracted by the lens sheet 62 and incident on the inside of the light guide plate 61 from the first surface 611 is emitted by the directional light guide layer 63 arranged on the second surface 612, as in the example of FIG.
  • the direction of travel is changed toward.
  • the optical signal whose traveling direction is changed by the directional light guide layer 63 propagates inside the light guide plate 61 toward the exit surface 613.
  • FIG. 32 shows, as an arrow, how an optical signal incident on the inside of the light guide plate 61 from the first surface 611 propagates inside the light guide plate 61 toward the receiver 65.
  • the light guide plate 61 has a disk shape as shown in FIGS. 30 to 32, the light signal may not be guided to the receiver 65 depending on the incident position of the light signal.
  • the lens sheet 62 is supported above the first surface of the light guide plate 61 by the support member 64.
  • the material and characteristics of the lens sheet 62 are the same as those of the lens sheet 12 of the light receiving device 1.
  • the lens sheet 62 has a structure in which a plurality of lenses are arranged on one disk-shaped sheet. The plurality of lenses constituting the lens sheet 62 focus on different focal positions of the directional light guide layer 63 arranged on the second surface 612 of the light guide plate 61.
  • the directional light guide layer 63 is arranged on the second surface 612 of the light guide plate 61.
  • the material and characteristics of the directional light guide layer 63 are the same as those of the directional light guide layer 13 of the light receiving device 1.
  • the directional light guide layer 63 guides an optical signal so that light incident on the inside of the light guide plate 61 from the first surface 611 of the light guide plate 61 travels toward the exit surface 613.
  • the support member 64 is a circular frame that supports the lens sheet 62 so as to be located above the first surface 611 of the light guide plate 61.
  • the support member 64 supports the lens sheet 62 so that the distance between the lens sheet 62 and the second surface 612 of the light guide plate 61 is the focal length f of the lens sheet 62.
  • the material and shape of the support member 64 are not particularly limited.
  • the light receiver 65 is arranged with the light receiving surface 651 facing the exit surface 613 of the light guide plate 61.
  • the light receiver 65 has the same configuration as the light receiver 15 of the light receiving device 1.
  • the light receiver 65 receives an optical signal emitted from the light emitting surface 613 of the light guide plate 61.
  • the light receiver 65 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the receiver 65 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • FIGS. 30 to 32 is an example, and the configuration of the light receiving device 6 of this modified example is not limited to the same form.
  • the light receiving device of this modification guides the light signal incident on the light guide plate toward the circumferential direction of the light receiving device, and guides the light signal toward the light receiving device by a relay light receiving plate arranged around the light receiving device. It glows.
  • FIG. 33 to 36 are conceptual diagrams for explaining the light receiving device 6-6 of this modified example.
  • FIG. 33 is a perspective view of the light receiving device 6-6.
  • FIG. 34 is a top view of the light receiving device 6-6 as seen through.
  • FIG. 35 is a conceptual diagram for explaining the progress of the optical signal inside the light receiving device 6-6.
  • FIG. 36 is a cross-sectional view when the light receiving device 6-6 is cut along the line FF of FIG. 34. 35 to 36 show arrows that conceptually show the light incident on the light receiving device 6-6 and the progress of the light inside the light receiving device 6-6.
  • the light receiving device 6-6 includes a light guide plate 61-6, a lens sheet 62, a directional light guide layer 63-6, a support member 64, a light receiver 65, and a relay light guide plate 67.
  • Each of the light guide plate 61-6, the lens sheet 62, the directional light guide layer 63-6, the support member 64, and the light receiver 65 is the light guide plate 61, the lens sheet 62, the directional light guide layer 63 of the light receiving device 6.
  • the configuration corresponds to each of the support member 64 and the receiver 65. In the following, description of the same features as the light receiving device 6 will be omitted.
  • the light guide plate 61-6 is a disk-shaped transparent member having a first surface 611-6 and a second surface 612-6 facing each other as main surfaces.
  • the material and characteristics of the light guide plate 61 are the same as those of the light guide plate 61 of the light receiving device 6.
  • the light guide plate 61 has a disk-shaped outer shape, and an exit surface 613-6 is formed on the entire peripheral end portion thereof.
  • the first surface 611-6 is an incident surface on which an optical signal refracted by the lens sheet 62 is incident.
  • the exit surface 613-6 is an end surface on which an optical signal propagating inside the light guide plate 61-6 is emitted.
  • a lens sheet 62 supported by a support member 64 is arranged above the first surface 611-6 of the light guide plate 61-6.
  • a directional light guide layer 63-6 is arranged on the second surface 612-6 of the light guide plate 61-6.
  • An annular relay light guide plate 67 having an open end is arranged on the exit surface 613-6 around the light guide plate 61-6 so as to surround the light guide plate 61-6.
  • the optical signal refracted by the lens sheet 62 and incident on the inside of the light guide plate 61-6 from the first surface 611-6 is transmitted by the directional light guide layer 63-6 arranged on the second surface 612-6.
  • the direction of travel is changed toward the exit surface 613-6 around 61-6.
  • the optical signal whose traveling direction is changed by the directional light guide layer 63-6 propagates inside the light guide plate 61-6 toward the exit surface 613-6.
  • FIG. 36 shows how an optical signal incident on the inside of the light guide plate 61-6 from the first surface 611-6 propagates inside the light guide plate 61-6 toward the exit surface 613-6.
  • the lens sheet 62 is supported above the first surface of the light guide plate 61-6 by the support member 64.
  • the material and characteristics of the lens sheet 62 are the same as those of the lens sheet 62 of the light receiving device 6.
  • the lens sheet 62 has a structure in which a plurality of lenses are arranged on one disk-shaped sheet. The plurality of lenses constituting the lens sheet 62 focus on different focal positions of the directional light guide layer 63-6 arranged on the second surface 612-6 of the light guide plate 61-6.
  • the directional light guide layer 63-6 is arranged on the second surface 612-6 of the light guide plate 61-6.
  • the material and characteristics of the directional light guide layer 63-6 are the same as those of the directional light guide layer 63 of the light receiving device 6.
  • the directional light guide layer 63-6 guides an optical signal so that the light incident on the inside of the light guide plate 61-6 from the first surface 611-6 travels toward the exit surface 613-6.
  • the support member 64 is a circular frame that supports the lens sheet 62 so as to be located above the first surface 611-6 of the light guide plate 61-6.
  • the support member 64 supports the lens sheet 62 so that the distance between the main surface of the lens sheet 62 and the second surface 612-6 of the light guide plate 61-6 is the focal length f of the lens sheet 62.
  • the material and shape of the support member 64 are not particularly limited.
  • the relay light guide plate 67 is an annular transparent member having an open end.
  • the inner side surface (incident surface 671) and the outer side surface (light guide surface 672) of the relay light guide plate 67 face each other.
  • a relay exit surface 673 is formed on one of the two open ends of the relay light guide plate 67.
  • the relay light guide plate 67 is arranged so that the incident surface 671 faces the exit surface 613-6 of the light guide plate 61-6.
  • the incident surface 671 is a light receiving surface that receives an optical signal emitted from the exit surface 613-6 of the light guide plate 61-6.
  • the relay exit surface 673 is one end surface on which an optical signal propagating inside the relay light guide plate 67 is emitted.
  • the relay light guide plate 67 is arranged so that the incident surface 671 faces the exit surface 613-6 of the light guide plate 61-6.
  • a directional light guide portion having the same function as that of the directional light guide layer 63 is formed on the light guide surface 672 of the relay light guide plate 67 (drawing is omitted).
  • a receiver 65 is arranged on the relay exit surface 673 of the relay light guide plate 67.
  • the optical signal traveling from the incident surface 671 to the inside of the relay light guide plate 67 is guided by a directional light guide portion formed on the light guide surface 672, and is totally reflected between the incident surface 671 and the light guide surface 672. Then, it propagates toward the relay exit surface 673.
  • the optical signal that propagates inside the relay light guide plate 67 and reaches the relay emission surface 673 is emitted from the relay emission surface 673 toward the light receiving surface 651 of the receiver 65.
  • the directional light guide unit (not shown) formed on the light guide surface 672 has an optical signal so that the light incident on the inside of the relay light guide plate 67 from the incident surface 671 is guided toward the relay exit surface 673. Change the direction of travel.
  • the directional light guide unit is composed of a plurality of micromirrors that reflect the traveling direction of the optical signal traveling inside the relay light guide plate 67 in the direction of the receiver 65.
  • the directional light guide unit may be configured by a plurality of protruding structures having a reflecting surface that reflects the traveling direction of the optical signal traveling inside the relay light guide plate 67 in the direction of the receiver 65.
  • the directional light guide unit may be composed of a hologram layer.
  • the directional light guide portion is composed of a plurality of micromirrors and a plurality of protruding structures.
  • the receiver 65 is arranged with the light receiving surface 651 facing the relay exit surface 673 of the relay light guide plate 67.
  • the light receiver 65 has the same configuration as the light receiver 15 of the light receiving device 1.
  • the receiver 65 receives an optical signal emitted from the relay exit surface 673 of the relay light guide plate 67.
  • the light receiver 65 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the receiver 65 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the above is the description of the configuration of the light receiving device 6-6 of this modified example.
  • the configuration shown in FIGS. 33 to 36 is an example, and the configuration of the light receiving device 6-6 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
  • [Modification 7] Next, the light receiving device of the modified example 7 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
  • the light receiving device of this modification guides the light signal incident on the light guide plate toward the center of the light receiving device, and collects the light signal toward the light receiving device arranged at the center of the light receiving device.
  • FIG. 37 to 40 are conceptual diagrams for explaining the light receiving device 6-7 of this modified example.
  • FIG. 37 is a perspective view of the light receiving device 6-7.
  • FIG. 38 is a top view of the light receiving device 6-7.
  • FIG. 39 is a conceptual diagram for explaining the progress of the optical signal inside the light receiving device 6-7.
  • FIG. 40 is a cross-sectional view when the light receiving device 6-7 is cut along the line GG of FIG. 39. 39 to 40 show arrows conceptually showing the light incident on the light receiving device 6-7 and the progress of the light inside the light receiving device 6-7.
  • the light receiving device 6-7 includes a light guide plate 61-7, a lens sheet 62, a directional light guide layer 63-7, a support member 64, a light receiver 65, a reflector 66, and a light receiving lens 68.
  • Each of the light guide plate 61-7, the lens sheet 62, the directional light guide layer 63-7, the support member 64, and the light receiver 65 is the light guide plate 61, the lens sheet 62, the directional light guide layer 63 of the light receiving device 6.
  • the configuration corresponds to each of the support member 64 and the receiver 65. In the following, description of the same features as the light receiving device 6 will be omitted.
  • the light guide plate 61-7 is a disk-shaped transparent member having a first surface 611-7 and a second surface 612-7 facing each other as main surfaces.
  • the material and characteristics of the light guide plate 61-7 are the same as those of the light guide plate 61 of the light receiving device 6.
  • a circular opening is formed in the central portion of the light guide plate 61-7 when viewed from the upper surface.
  • An exit surface 613-7 is formed on the inner side surface of the opening formed in the central portion of the light guide plate 61-7.
  • the first surface 611-7 is an incident surface on which an optical signal refracted by the lens sheet 62 is incident.
  • the exit surface 613-7 is an end surface on which an optical signal propagating inside the light guide plate 61-7 is emitted.
  • a lens sheet 62 supported by a support member 64 is arranged above the first surface 611-7 of the light guide plate 61-7.
  • a directional light guide layer 63-7 is arranged on the second surface 612-7 of the light guide plate 61-7.
  • a conical reflector 66 is arranged inside the central opening of the light guide plate 61-7 with the apex facing downward.
  • the optical signal refracted by the lens sheet 62 and incident on the inside of the light guide plate 61-7 from the first surface 611-7 is transmitted by the directional light guide layer 63-7 arranged on the second surface 612-7.
  • the traveling direction is changed toward the exit surface 613-7 of 61-7.
  • the optical signal whose traveling direction is changed by the directional light guide layer 63-7 propagates inside the light guide plate 61-7 toward the exit surface 613-7.
  • FIG. 40 shows how an optical signal incident on the inside of the light guide plate 61-7 from the first surface 611-7 propagates inside the light guide plate 61-7 toward the exit surface 613-7.
  • the lens sheet 62 is supported above the first surface 611-7 of the light guide plate 61-7 by the support member 64.
  • the material and characteristics of the lens sheet 62 are the same as those of the lens sheet 62 of the light receiving device 6.
  • the lens sheet 62 has a structure in which a plurality of lenses are arranged on one disk-shaped sheet. The plurality of lenses constituting the lens sheet 62 focus on different focal positions of the directional light guide layer 63-7 arranged on the second surface 612-7 of the light guide plate 61-7.
  • the directional light guide layer 63-7 is arranged on the second surface 612-7 of the light guide plate 61-7.
  • the material and characteristics of the directional light guide layer 63-7 are the same as those of the directional light guide layer 63 of the light receiving device 6.
  • the directional light guide layer 63-7 guides an optical signal so that the light incident on the inside of the light guide plate 61-7 from the first surface 611-7 travels toward the exit surface 613-7.
  • the support member 64 is a circular frame that supports the lens sheet 62 so as to be located above the first surface 611-7 of the light guide plate 61-7.
  • the support member 64 supports the lens sheet 62 so that the distance between the main surface of the lens sheet 62 and the light guide plate 61-7 is the focal length f of the lens sheet 62.
  • the material and shape of the support member 64 are not particularly limited.
  • the reflector 66 is arranged inside the central opening of the light guide plate 61-7.
  • the reflecting mirror 66 has a conical shape, and a reflecting surface is formed on the side surface thereof.
  • the reflecting mirror 66 is arranged inside the central opening of the light guide plate 61-7 with the apex facing downward and the reflecting surface facing the exit surface 613-7 of the light guide plate 61-7.
  • the reflecting mirror 66 reflects the light signal emitted from the emitting surface 613-7 of the light guide plate 61-7 toward the light receiving lens 68 on the reflecting surface.
  • the light signal reflected by the reflecting surface of the reflecting mirror 66 is incident on the light receiving lens 68.
  • the reflecting mirror 66 is not limited in its material and structure as long as the light signal emitted from the emitting surface 613-7 of the light guide plate 61-7 is reflected by the reflecting surface toward the light receiving lens 68. Further, the reflecting mirror 66 is not limited to a cone in shape as long as it can reflect the light signal emitted from the exit surface 613-7 of the light guide plate 61-7 toward the light receiving lens 68, and its shape is not limited to a cone, but a triangular pyramid or a square thruster. It may be a polygonal pyramid such as, or the apex may not be sharp.
  • the light receiving lens 68 is arranged below the reflector 66.
  • the light receiving lens 68 collects the light signal reflected by the reflecting surface of the reflecting mirror 66 toward the light receiving surface 651 of the receiver 65.
  • the light receiving lens 68 is not limited in its material and structure as long as the light signal reflected by the reflecting surface of the reflecting mirror 66 can be focused toward the light receiving surface 651 of the receiver 65.
  • the receiver 65 is arranged below the light receiving lens 68.
  • the light receiver 65 has the same configuration as the light receiver 15 of the light receiving device 1.
  • the light receiver 65 receives the light signal collected by the light receiving lens 68.
  • the light receiver 65 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the receiver 65 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the above is the description of the configuration of the light receiving device 6-7 of this modified example.
  • the configurations shown in FIGS. 37 to 40 are examples, and the configuration of the light receiving device 6-7 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
  • the light receiving device of this modified example has a configuration in which the optical sensor of the fourth embodiment is added to the light receiving device of the modified example.
  • FIG. 41 to 43 are conceptual diagrams for explaining the light receiving device 6-8 of this modified example.
  • FIG. 41 is a perspective view of the light receiving device 6-8.
  • FIG. 42 is a top view of the light receiving device 6-8.
  • FIG. 43 is a cross-sectional view when the light receiving device 6-8 is cut along the line HH of FIG. 41.
  • FIG. 43 illustrates the light incident on the light receiving device 6-8 and the arrow conceptually showing the state of the progress of the light inside the light receiving device 6-8.
  • the light receiving device 6-8 includes a light guide plate 61-8, a lens sheet 62, a directional light guide layer 63-8, a support member 64, a light receiver 65, a reflector 66, and a light receiving lens 68.
  • Each of the light guide plate 61-8, the lens sheet 62, the directional light guide layer 63-8, the support member 64, and the light receiver 65 is the light guide plate 61, the lens sheet 62, the directional light guide layer 63 of the light receiving device 6.
  • the configuration corresponds to each of the support member 64 and the receiver 65.
  • each of the reflecting mirror 66 and the light receiving lens 68 has the same configuration as each of the reflecting mirror 66 and the light receiving lens 68 of the modified example 6-7. In the following, description of the same features as the light receiving device 6 and the light receiving device 6-7 will be omitted.
  • the light guide plate 61-8 is a disk-shaped transparent member whose main surfaces are the first surface 611-8 and the second surface 612-8 facing each other.
  • the material and characteristics of the light guide plate 61-8 are the same as those of the light guide plate 61-7 of the light receiving device 6-7 of the modified example 6-7.
  • a circular opening is formed in the central portion of the light guide plate 61-8 when viewed from above.
  • An exit surface 613-8 is formed on the inner side surface of the opening formed in the central portion of the light guide plate 61-8.
  • the first surface 611-8 is an incident surface on which the light signal refracted by the lens sheet 62 is incident.
  • the exit surface 613-8 is an end surface on which an optical signal propagating inside the light guide plate 61-8 is emitted.
  • a lens sheet 62 supported by a support member 64 is arranged above the first surface 611-8 of the light guide plate 61-8.
  • a directional light guide layer 63-7 is arranged on the second surface 612-8 of the light guide plate 61-8.
  • an optical sensor 69 is arranged on a part of the second surface 612-8 of the light guide plate 61-8.
  • the optical sensor 69 is arranged with the detection surface 691 facing the second surface 612 facing the lens at the position farthest from the exit surface 613-8.
  • a conical reflector 66 is arranged inside the central opening of the light guide plate 61-8 with the apex facing downward.
  • the optical signal refracted by the lens sheet 62 and incident on the inside of the light guide plate 61-8 from the first surface 611-8 is transmitted by the directional light guide layer 63-8 arranged on the second surface 612-8.
  • the traveling direction is changed toward the exit surface 613-8 of 61-8.
  • a part of the optical signal refracted by the lens sheet 62 and incident on the inside of the light guide plate 61-8 from the first surface 611-8 is incident on the optical sensor 69.
  • the optical signal whose traveling direction is changed by the directional light guide layer 63-8 propagates inside the light guide plate 61-8 toward the exit surface 613-8.
  • FIG. 43 shows how the optical signal incident on the inside of the light guide plate 61-8 from the first surface 611-8 propagates inside the light guide plate 61-8 toward the exit surface 613-8.
  • the lens sheet 62 is supported above the first surface 611-8 of the light guide plate 61-8 by the support member 64.
  • the material and characteristics of the lens sheet 62 are the same as those of the lens sheet 62 of the light receiving device 6.
  • the lens sheet 62 has a structure in which a plurality of lenses are arranged on one disk-shaped sheet.
  • the plurality of lenses constituting the lens sheet 62 focus on different focal positions of the directional light guide layer 63-7 or the optical sensor 69 arranged on the second surface 612-7 of the light guide plate 61-7.
  • the lens located above the optical sensor 69 is clearly indicated by hatching, but the lens is also the same as the other lenses.
  • the directional light guide layer 63-8 is arranged on the second surface 612-8 of the light guide plate 61-8.
  • the material and characteristics of the directional light guide layer 63-8 are the same as those of the directional light guide layer 63-7 of the light receiving device 6-7 of the modified example 7.
  • the directional light guide layer 63-8 guides the optical signal so that the light incident on the inside of the light guide plate 61-8 from the first surface 611-8 travels toward the exit surface 613-8.
  • the support member 64 is a circular frame that supports the lens sheet 62 so as to be located above the first surface 611-8 of the light guide plate 61-8.
  • the support member 64 has the same configuration as the light receiving device 6-7 of the modified example 7.
  • the support member 64 supports the lens sheet 62 so that the distance between the main surface of the lens sheet 62 and the second surface 612-8 of the light guide plate 61-8 is the focal length f of the lens sheet 62.
  • the material and shape of the support member 64 are not particularly limited.
  • the reflector 66 is arranged inside the central opening of the light guide plate 61-8.
  • the reflector 66 has the same configuration as the light receiving device 6-7 of the modified example 7.
  • the reflecting mirror 66 has a conical shape, and a reflecting surface is formed on the side surface thereof.
  • the reflecting mirror 66 is arranged inside the central opening of the light guide plate 61-8 with the apex facing downward and the reflecting surface facing the exit surface 613-7 of the light guide plate 61-8.
  • the reflecting mirror 66 reflects the light signal emitted from the emitting surface 613-8 of the light guide plate 61-8 toward the light receiving lens 68 on the reflecting surface.
  • the light signal reflected by the reflecting surface of the reflecting mirror 66 is incident on the light receiving lens 68.
  • the reflecting mirror 66 is not limited in its material and structure as long as the light signal emitted from the emitting surface 613-8 of the light guide plate 61-8 is reflected by the reflecting surface toward the light receiving lens 68.
  • the light receiving lens 68 is arranged below the reflector 66.
  • the light receiving lens 68 has the same configuration as the light receiving device 6-7 of the modified example 7.
  • the light receiving lens 68 collects the light signal reflected by the reflecting surface of the reflecting mirror 66 toward the light receiving surface 651 of the receiver 65.
  • the light receiving lens 68 is not limited in its material and structure as long as the light signal reflected by the reflecting surface of the reflecting mirror 66 can be focused toward the light receiving surface 651 of the receiver 65.
  • the receiver 65 is arranged below the light receiving lens 68.
  • the light receiver 65 has the same configuration as the light receiver 15 of the light receiving device 1.
  • the light receiver 65 receives the light signal collected by the light receiving lens 68.
  • the light receiver 65 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the receiver 65 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the optical sensor 69 is an image sensor that is associated with at least one lens constituting the lens sheet 62 and is arranged with the detection surface 691 facing the second surface 612 of the light guide plate 61-8.
  • the optical sensor 69 has a similar configuration to the optical sensor 49 of the fourth embodiment.
  • the optical sensor 69 is a sensor that detects incident light on the detection surface 691 and outputs the incident position of the detected incident light to a detection device (not shown).
  • the optical sensor 69 may be a two-dimensional sensor that detects a two-dimensional position of incident light, or may be a one-dimensional sensor that detects a one-dimensional position of incident light.
  • the optical sensor 69 is arranged in association with a lens located at a position away from the light receiver 65.
  • the optical sensor 69 may be arranged in association with at least one of the lenses.
  • the above is the description of the configuration of the light receiving device 6-8 of this modified example.
  • the configurations shown in FIGS. 41 to 43 are examples, and the configuration of the light receiving device 6-8 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
  • the incident surface of the lens sheet 62 is arranged upward, signal light arriving from all directions above can be detected by a single light receiver 65, and the optical sensor 69 can be detected.
  • the arrival direction of the signal light can be estimated based on the incident position in.
  • FIG. 44 is an example in which the light receiving device 6 of the present embodiment is applied to optical space communication using the drone 620.
  • FIG. 44 shows an example in which the light receiving device 6 is mounted on the ceiling of the communication station 610.
  • FIG. 44 shows an example of transmitting an optical signal from a drone 620 flying above the communication station 610.
  • the communication device (not shown) of the communication station 610 decodes the electric signal output by the light receiving device 6 and acquires the decoded data.
  • the use of the data acquired by the communication station 610 is not particularly limited.
  • the light receiving device 6 is arranged with the incident surface of the lens sheet 62 facing upward, and the drone 620 receives an optical signal coming from the drone 620 flying above the light receiving device 6. It is possible to realize optical space communication using. Further, if the light receiving device 6 is arranged with the incident surface of the lens sheet 62 standing substantially vertically, it is possible to receive an optical signal arriving from the horizontal direction. Further, the light receiving device 6 of the present embodiment can be applied not only to the drone 620 but also to the light receiving of an optical signal transmitted from an airplane such as an airplane or a helicopter or a vehicle.
  • the light guide plate has a disk-like shape with a circular top view, an exit surface is formed on at least a part of the side surface, and the lens sheet is the first light guide plate. It has a structure in which a plurality of lenses are arranged so as to correspond to one surface.
  • the light receiving device is a ring-shaped transparent member having an open end, an incident surface is formed on an inner side surface, a light guide surface is formed on an outer side surface, and one open end is formed.
  • a relay light guide plate on which a relay exit surface is formed is further provided. The entire outer side surface of the light guide plate is an exit surface.
  • the relay light guide plate is arranged so that the incident surface faces the exit surface on the outer side surface of the light guide plate, the light signal emitted from the exit surface of the light guide plate is received by the incident surface, and the received light signal is referred to as the light guide surface. It is totally reflected from the incident surface and guided toward the relay exit surface.
  • the light receiver receives the optical signal emitted from the relay exit surface of the relay light guide plate and converts the received optical signal into an electric signal.
  • the light receiving device is arranged with a conical reflector whose side surface is a reflecting surface and a main surface facing the reflecting mirror, and collects an optical signal reflected by the reflecting mirror. Further provided with a light receiving lens.
  • the light guide plate has a circular opening in the central portion in a top view, the inner side surface forming an exit surface.
  • the reflector is arranged so that the light signal emitted from the exit surface of the light guide plate is incident on the reflection surface with the apex facing downward at the opening of the central portion of the light guide plate.
  • the lens is arranged with the main surface facing at a position where the light signal reflected by the reflecting surface of the reflecting mirror travels, and the light signal reflected by the reflecting surface is focused toward the receiver.
  • the receiver receives the optical signal collected by the lens and converts the received optical signal into an electric signal.
  • the incident surface of the light signal received by a single light receiver can be widened, so that the light signals coming from various directions can be received more efficiently.
  • the receiving system of the present embodiment includes the light receiving device according to any one of the first to sixth embodiments.
  • the receiving system of the present embodiment decodes the optical signal received by the light receiving device and outputs the decoded information.
  • FIG. 45 is a block diagram showing an example of the configuration of the receiving system 700 of the present embodiment.
  • the receiving system 700 includes a light receiving device 70, a decoder 71, and an output device 72.
  • the light receiving device 70 is connected to the decoder 71.
  • the light receiving device 70 is at least one of the light receiving devices of the first to sixth embodiments.
  • the light receiving device 70 converts the received signal into an electric signal, and transmits the converted electric signal to the decoder 71.
  • the decoder 71 is connected to the light receiving device 70 and the output device 72.
  • the decoder 71 receives an electric signal from the light receiving device 70.
  • the decoder 71 decodes the data from the received electrical signal.
  • the decoder 71 transmits the decoded data to the output device 72.
  • the output device 72 is connected to the decoder 71.
  • the output device 72 receives data from the decoder 71.
  • the output device 72 outputs the received data.
  • the output device 72 for example, converts the received data into an image or sound and outputs the data.
  • the output device 72 is realized by a display device or an audio device.
  • the output device 72 may be configured to include the decoder 71.
  • the above is the description of the receiving system 700 of this embodiment.
  • the configuration of FIG. 45 is an example, and the configuration of the receiving system 700 of the present embodiment is not limited to the same configuration.
  • the receiving system of the present embodiment includes the light receiving device of the first to sixth embodiments, a decoder that decodes data using the electric signal converted by the light receiving device, and data decoded by the decoder. It is provided with an output device for outputting. According to the receiving system of the present embodiment, even when the light transmitting axis and the light receiving axis do not match, the optical signal transmitted from a distance can be received and the data of the received optical signal can be output.
  • a light guide plate that is a transparent member whose main surfaces are the first and second surfaces facing each other and has an exit surface formed at at least one end.
  • a lens sheet having a structure in which a plurality of lenses are arranged and arranged facing the first surface,
  • a support member that supports the lens sheet so that the distance between the main surface of the lens sheet and the second surface is the focal length of the plurality of lenses.
  • a directional light guide layer arranged on the second surface of the light guide plate and guiding the traveling direction of an optical signal incident on the inside of the light guide plate toward the exit surface.
  • a light receiving device including a light receiving device that receives the light signal emitted from the exit surface of the light guide plate and converts the received light signal into an electric signal.
  • Appendix 2 The light guide plate It has a shape that is stretched along the uniaxial direction.
  • the lens sheet is The light receiving device according to Appendix 1, which has a structure in which the plurality of lenses are arranged in a row corresponding to the first surface of the light guide plate.
  • Appendix 3 The light receiving device according to Appendix 1 or 2, wherein a plurality of the light guide plates having a shape extended along the uniaxial direction are arranged in a cylindrical shape with the first surface facing outward and the emitting surface facing downward. ..
  • Appendix 4 It is a transparent member having an incident surface and a light guide surface facing each other as main surfaces, and further includes a relay light guide plate having a relay exit surface formed at at least one end.
  • the relay light guide plate is The light signal is arranged so that the incident surface faces the light emitting surface of the light guide plate, the light signal emitted from the light emitting surface of the light guide plate is received by the incident surface, and the received optical signal is referred to as the light guide surface. It is totally reflected from the incident surface and guided toward the relay emitting surface.
  • the receiver is The light receiving device according to Appendix 3, which receives the optical signal emitted from the relay emitting surface of the relay light guide plate and converts the received optical signal into an electric signal.
  • the light guide plate The top view is a circular disk-like shape, and the exit surface is formed on at least a part of the side surface.
  • the lens sheet is The light receiving device according to Appendix 1, which has a structure in which the plurality of lenses are arranged so as to correspond to the first surface of the light guide plate.
  • Appendix 6 A ring-shaped transparent member having an open end, a relay light guide plate having an incident surface formed on an inner side surface, a light guide surface formed on an outer side surface, and a relay exit surface formed on one of the open ends. Further prepare The light guide plate The entire surface of the outer side surface is the exit surface.
  • the relay light guide plate is The incident surface is arranged with the incident surface facing the exit surface on the outer side surface of the light guide plate, the optical signal emitted from the exit surface of the light guide plate is received by the incident surface, and the received optical signal is received. Fully reflects between the light guide surface and the incident surface to guide the light toward the relay exit surface.
  • the receiver is The light receiving device according to Appendix 5, which receives the optical signal emitted from the relay emitting surface of the relay light guide plate and converts the received optical signal into an electric signal.
  • Appendix 7 A cone-shaped reflector whose side surface is a reflecting surface, It is further provided with a light receiving lens which is arranged with the main surface facing the reflecting mirror and which collects the optical signal reflected by the reflecting mirror.
  • the light guide plate In the central portion in the top view, the inner side surface has a circular opening forming the exit surface.
  • the reflector is The light signal emitted from the exit surface of the light guide plate is arranged so as to enter the reflection surface with the apex facing downward at the opening of the central portion of the light guide plate.
  • the lens is The main surface is directed to a position where the light signal reflected by the reflecting surface of the reflecting mirror travels, and the light signal reflected by the reflecting surface is focused toward the receiver.
  • the receiver is The light receiving device according to Appendix 5, which receives the light signal collected by the lens and converts the received light signal into an electric signal.
  • a polarizing element having a wave plate that converts a circularly polarized light signal into linearly polarized light and a polarizing plate that aligns the polarization directions of the optical signals converted into linearly polarized light by the wavelength plate is arranged above the lens sheet.
  • the directional light guide layer is The light receiving device according to any one of Supplementary note 1 to 7, which is a hologram layer that guides the light signal of linearly polarized light having a polarization direction toward the light receiver.
  • a second color filter which is arranged on the light receiving surface of the light receiver and selectively passes light in the wavelength region of the optical signal emitted from the light emitting surface of the light guide plate.
  • the second color filter is The light receiving device according to any one of Supplementary note 1 to 9, which selectively transmits the optical signal in a wavelength region narrower than that of the first color filter.
  • the light receiving device according to any one of Supplementary note 1 to 12 further comprising a shutter which is arranged on the upper surface of the first surface of the light guide plate and is composed of a liquid crystal element capable of controlling at least a part of the opening state.
  • Appendix 14 The light receiving device according to any one of Supplementary note 1 to 13, further comprising an optical sensor arranged so that the detection surface faces at least a part of the second surface of the light guide plate.
  • Appendix 15 The light receiving device according to any one of Appendix 1 to 14, A decoder that decodes data from the electrical signal converted by the light receiving device, and A receiving system including an output device that outputs the data decoded by the decoder.

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Abstract

（課題）送光軸と受光軸が一致していない場合であっても、遠方から送光された光信号を受光できる受光装置を提供する。 （解決手段）互いに対面する第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面が形成された導光板と、複数のレンズが並べられた構造を有し、第１面に対面して配置されるレンズシートと、レンズシートの主面と第２面との間隔が複数のレンズの焦点距離になるようにレンズシートを支持する支持部材と、導光板の第２面に配置され、導光板の内部に入射した光信号の進行方向を出射面に向けて導光する指向性導光層と、導光板の出射面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、を備える受光装置とする。

Description

受光装置
　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。
　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。一般に、光空間通信においては、光信号の送光軸と受光軸とを一致させる必要がある。
　特許文献１には、送信器と受信器との間で光空間通信を行う空間多重通信装置について開示されている。特許文献１の装置は、光信号を受光する複数の通信用受光素子と、複数の通信用受光素子と所定の位置関係を有して設けられた導光部とを備える。特許文献１の装置の導光部は、送信器の複数の通信用光源のいずれか１つから出射された光信号を入力し、入力した光信号を導光して送信器の少なくとも１つの位置検出用受光素子に向けて出射する。特許文献１の装置によれば、位置合わせ用の光源を受信器側に設けることなく、送信器側の通信用光源の送光軸と、受信器側の通信用受光素子の受光軸とを合わせることができる。
特開２００９－２８４３８５号公報
　特許文献１の装置は、送光器と受光器が近接し、かつ送光器と受光器の位置関係が特定されている場合には、送光軸と受光軸を一致させることができる。しかしながら、特許文献１の装置は、送光器と受光器の位置関係が特定されていない場合、送光軸と受光軸を一致させることができないため、送光されてくる光信号を受光できない。すなわち、特許文献１の装置には、送光器と受光器の位置関係が特定されておらず、多様な方向から到来する光信号を受光できないという問題点があった。
　本発明の目的は、上述した課題を解決し、多様な方向から到来する光信号を受光できる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、互いに対面する第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面が形成された導光板と、複数のレンズが並べられた構造を有し、第１面に対面して配置されるレンズシートと、レンズシートの主面と第２面との間隔が複数のレンズの焦点距離になるようにレンズシートを支持する支持部材と、導光板の第２面に配置され、導光板の内部に入射した光信号の進行方向を出射面に向けて導光する指向性導光層と、導光板の出射面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、多様な方向から到来する光信号を受光できる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上面図である。 本発明の第１の実施形態に係る受光装置の一例の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る変形例１の受光装置の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る変形例１の受光装置の導光板における導光の一例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る変形例２の受光装置の断面図である。 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上面図である。 本発明の第２の実施形態に係る受光装置の一例の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る変形例３の受光装置の断面図である。 本発明の第３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３の実施形態に係る受光装置の一例の上面図である。 本発明の第３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３の実施形態に係る受光装置の一例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。 第１～第３の実施形態の受光装置の構成要素を用いることによって信号雑音比（ＳＮ比：signal-noise ratio）が改善されることについて説明するための概念図である。 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。 本発明の第４の実施形態に係る受光装置の一例の上面図である。 本発明の第４の実施形態に係る受光装置の一例の断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る受光装置の一例における光信号の送光方向の検出について説明するための概念図である。 本発明の第５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５の実施形態に係る受光装置の一例の導光部分について説明するための概念図である。 本発明の第５の実施形態に係る受光装置の一例の断面図である。 関連技術の受光装置における受光について説明するための概念図である。 本発明の第５の実施形態に係る受光装置における受光について説明するための概念図である。 本発明の第５の実施形態に係る変形例４の受光装置の一例の概念図である。 本発明の第５の実施形態に係る変形例４の受光装置の一例の導光部分について説明するための概念図である。 本発明の第５の実施形態に係る変形例５の受光装置の一例の概念図である。 本発明の第５の実施形態に係る受光装置の適用例について説明するための概念図である。 本発明の第５の実施形態に係る受光装置の別の適用例について説明するための概念図である。 本発明の第６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６の実施形態に係る受光装置の一例の上面図である。 本発明の第６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６の実施形態に係る変形例６の受光装置の一例の斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係る変形例６の受光装置の一例の上面図である。 本発明の第６の実施形態に係る変形例６の受光装置の一例の導光部分について説明するための概念図である。 本発明の第６の実施形態に係る変形例６の受光装置の一例の断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る変形例７の受光装置の一例の斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係る変形例７の受光装置の一例の上面図である。 本発明の第６の実施形態に係る変形例７の受光装置の一例の導光部分について説明するための概念図である。 本発明の第６の実施形態に係る変形例７の受光装置の一例の断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る変形例８の受光装置の一例の斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係る変形例８の受光装置の一例の上面図である。 本発明の第６の実施形態に係る変形例８の受光装置の一例の断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る受光装置の適用例について説明するための概念図である。 本発明の第７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。
　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、以下の実施形態の説明に用いる断面図においては、光の進行などが不明確になることを防ぐためにハッチングを省略する。
　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の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は、光空間通信に用いられる光信号を受光する装置である。
　図１～図３は、本実施形態の受光装置１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１の斜視図である。図２は、受光装置１の上面図である。図３は、図２のＡ－Ａ線で受光装置１を切断した際の断面図である。図３には、受光装置１に入射する光や、受光装置１の内部における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１は、導光板１１、レンズシート１２、指向性導光層１３、支持部材１４、および受光器１５を備える。
　導光板１１は、互いに対面し合う第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が透過する部材である。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が透過する部材であることが好ましい。導光板１１は、細長い板状の外形を有し、その一端面には、出射面１１３が形成される。第１面１１１は、レンズシート１２によって屈折された光信号が入射する入射面である。出射面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の上方には、支持部材１４によって支持されたレンズシート１２が配置される。導光板１１の第２面１１２には、指向性導光層１３が配置される。導光板１１の出射面１１３には受光器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。なお、導光板１１の材質は、光信号などの光が透過しさえすれば限定を加えない。
　レンズシート１２によって屈折され、第１面１１１から導光板１１の内部に入射した光信号は、第２面１１２に配置された指向性導光層１３によって出射面１１３に向けて進行方向が変更される。指向性導光層１３によって進行方向が変更された光信号は、出射面１１３に向けて導光板１１の内部を伝播する。図３には、第１面１１１から入射した光信号が受光器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。
　レンズシート１２は、支持部材１４によって、導光板１１の第１面１１１の上方に支持される。レンズシート１２は、複数のレンズを一枚のシートに列状に並べた構造を有する。レンズシート１２を構成する複数のレンズは、導光板１１の第２面１１２に配置された指向性導光層１３の異なる焦点位置に焦点を結ぶ。図３の例では、レンズシート１２の焦点距離ｆの位置に指向性導光層１３が配置される。例えば、レンズシート１２は、ガラスやプラスチックなどの材料で構成できる。なお、レンズシート１２の材質は、複数のレンズの焦点位置に光信号を屈折できさえすれば限定を加えない。
　指向性導光層１３は、導光板１１の第２面１１２に配置される。指向性導光層１３は、光信号の進行方向を変更させる。指向性導光層１３は、導光板１１の第１面１１１から導光板１１の内部に入射した光が出射面１１３に向けて進行するように光信号を導光する。
　例えば、指向性導光層１３は、マイクロメートル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によって実現できる。例えば、指向性導光層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。指向性導光層１３は、第１面１１１から入射した光が出射面１１３に向けて進行する格子間隔で構成する。
　また、例えば、指向性導光層１３は、所定波長の光信号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できる。指向性導光層１３としてホログラム導光フィルムを用いる場合、直線偏光の光信号を受光するように構成する。
　支持部材１４は、導光板１１の第１面１１１の上方に位置するようにレンズシート１２を支持する。支持部材１４は、レンズシート１２の主面と導光板１１の第２面１１２との間隔がレンズシート１２の焦点距離ｆになるようにレンズシート１２を支持する。なお、レンズシート１２を構成する複数のレンズは同じ焦点距離ｆに設定されるが、多少の誤差が含まれてもよい。支持部材１４の材質や形状については特に限定を加えない。
　受光器１５は、導光板１１の出射面１１３に受光面１５１を向けて配置される。受光器１５は、導光板１１の出射面１１３から出射された光信号を受光する。受光器１５は、受光した光信号を電気信号に変換する。受光器１５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１５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１５を実現すれば、高速通信に対応できる。なお、受光器１５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１５は、受光対象の光信号の波長領域の光を受光する。例えば、受光器１５は、赤外領域の光信号を受光する。受光器１５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１５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１５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１５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。
　以上が、本実施形態の受光装置１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１の構成をそのままの形態に限定するものではない。
　〔変形例１〕
　次に、本実施形態の変形例１の受光装置について図面を参照しながら説明する。本変形例の受光装置は、平板状に形成された導光板と、その導光板に対応するレンズシートとを含む。
　図４～図５は、本変形例の受光装置１－１の構成の一例について説明するための概念図である。図４は、受光装置１－１の構成の一例を示す斜視図である。図５は、受光装置１－１の導光板１１－１における導光の一例を示す概念図である。
　受光装置１－１は、導光板１１－１、レンズシート１２－１、指向性導光層１３－１、支持部材１４－１、および受光器１５－１を備える。導光板１１－１、レンズシート１２－１、指向性導光層１３－１、支持部材１４－１、および受光器１５－１の各々は、受光装置１の導光板１１、レンズシート１２、指向性導光層１３、支持部材１４、および受光器１５の各々に対応する構成である。以下においては、受光装置１と同様の特徴については説明を省略する。
　導光板１１－１は、互いに対面し合う第１面および第２面を主面とする板状の透明部材である。導光板１１－１の材質や特性は、受光装置１の導光板１１と同様である。導光板１１－１は、平板状の外形を有し、その一端面には、出射面１１３－１が形成される。第１面は、レンズシート１２－１によって屈折された光信号が入射する入射面である。出射面１１３－１は、導光板１１－１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４および図５には、平板状の外形を有する導光板１１－１を示したが、受光器１５－１が設置されていない位置の出射面１１３－１から出射される光信号は、受光器１５－１に受光されない。
　導光板１１－１の第１面の上方には、支持部材１４－１によって支持されたレンズシート１２－１が配置される。導光板１１－１の第２面には、指向性導光層１３－１が配置される。導光板１１－１の出射面１１３－１には受光器１５が配置される。
　レンズシート１２－１によって屈折され、第１面から導光板１１－１の内部に入射した光信号は、第２面に配置された指向性導光層１３－１によって出射面１１３－１に向けて進行方向が変更される。指向性導光層１３－１によって進行方向が変更された光信号は、出射面１１３－１に向けて導光板１１－１の内部を伝播する。図５には、第１面から導光板１１－１の内部に入射した光信号が受光器１５－１に向けて導光板１１－１の内部を伝播する様子を矢印で示す。なお、図５のように導光板１１－１が直方体の平板状である場合、光信号の入射位置によっては、受光器１５－１まで光信号が導光されないことがある。
　レンズシート１２－１は、支持部材１４－１によって、導光板１１－１の第１面の上方に支持される。レンズシート１２－１の材質や特性は、受光装置１のレンズシート１２と同様である。レンズシート１２－１は、複数のレンズを一枚のシートに並べた構造を有する。レンズシート１２－１を構成する複数のレンズは、導光板１１－１の第２面に配置された指向性導光層１３－１の異なる焦点位置に焦点を結ぶ。
　指向性導光層１３－１は、導光板１１－１の第２面に配置される。指向性導光層１３－１の材質や特性は、受光装置１の指向性導光層１３と同様である。指向性導光層１３－１は、導光板１１－１の第１面から導光板１１－１の内部に入射した光が出射面１１３－１に向けて進行するように光信号を導光する。
　支持部材１４－１は、導光板１１－１の第１面の上方に位置するようにレンズシート１２－１を支持する。支持部材１４－１は、レンズシート１２－１の主面と導光板１１－１の第２面との間隔がレンズシート１２－１の焦点距離ｆになるようにレンズシート１２－１を支持する。支持部材１４－１の材質や形状については特に限定を加えない。
　受光器１５－１は、導光板１１－１の出射面１１３－１に受光面１５１を向けて配置される。受光器１５－１は、受光装置１の受光器１５と同様の構成である。受光器１５－１は、導光板１１－１の出射面１１３－１から出射された光信号を受光する。受光器１５－１は、受光した光信号を電気信号に変換する。受光器１５－１は、変換後の電気信号をデコーダ（図示しない）に出力する。
　以上が、本変形例の受光装置１－１の構成についての説明である。なお、図４～図５に示す構成は一例であって、本変形例の受光装置１－１の構成をそのままの形態に限定するものではない。
　〔変形例２〕
　次に、本実施形態の変形例２の受光装置について図面を参照しながら説明する。本変形例の受光装置は、受光対象の光信号の波長領域の光を選択的に通過させる色フィルタを配置する。
　図６は、本変形例の受光装置１－２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１－２は、第１色フィルタ１９１および第２色フィルタ１９２を含む点において、受光装置１とは異なる。
　第１色フィルタ１９１は、支持部材１４によって支持され、レンズシート１２の入射面側の上方に配置される。第１色フィルタ１９１は、信号光の波長領域の光を選択的に透過する色フィルタである。第１色フィルタ１９１は、第２色フィルタ１９２と比べて広い波長領域の光を選択的に通過させる安価なフィルタによって構成できる。なお、図６においては、第１色フィルタ１９１によって不要な光の一部が吸収される様子を点線の矢印で図示しているが、第１色フィルタ１９１によって不要な光の一部を反射するようにしてもよい。
　第２色フィルタ１９２は、受光器１５の受光面１５１に配置される。第２色フィルタ１９２は、信号光の波長領域の光を選択的に透過する色フィルタである。第２色フィルタ１９２は、第１色フィルタ１９１と比べて狭い波長領域の光を選択的に通過させる精密フィルタによって構成されることが好ましい。受光器１５の受光面１５１に配置される第２色フィルタ１９２は、面積が小さくてもよいので、狭い波長領域の光を透過する高価な色フィルタを用いることができる。
　本変形例の受光装置１－２は、第１色フィルタ１９１で受光する信号光の波長領域を絞り、第２色フィルタ１９２で信号光の波長領域をさらに絞ることによって、信号光に含まれる背景光の割合を減少させる。その結果、本変形例の受光装置１－２によれば、受光装置１と比べて信号光の信号雑音比が向上する。
　以上のように、本実施形態の受光装置は、導光板、支持部材、指向性導光層、および受光器を備える。導光板は、互いに対面する第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面が形成される。支持部材は、複数のレンズが並べられた構造を有し、第１面に対面して配置されるレンズシートと、レンズシートの主面と第２面との間隔が複数のレンズの焦点距離になるようにレンズシートを支持する。指向性導光層は、導光板の第２面に配置され、導光板の内部に入射した光信号の進行方向を出射面に向けて導光する。受光器は、導光板の出射面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、導光板は、一軸方向に沿って延伸された形状であり、レンズシートは、導光板の第１面に対応させて複数のレンズが列状に並べられた構造を有する。
　また、本実施形態の一態様において、レンズシートの上方に配置され、光信号の波長領域の光を選択的に通過させる第１色フィルタをさらに備える。また、本実施形態の一態様において、受光器の受光面に配置され、導光板の出射面から出射される光信号の波長領域の光を選択的に通過させる第２色フィルタをさらに備える。また、本実施形態の一態様において、第２色フィルタは、第１色フィルタよりも狭い波長領域の光信号を選択的に透過させる。
　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、多様な方向から到来する信号光を複数のレンズを有するレンズシートによって集光するので、それらの光信号の送光軸が受光軸とずれていても受光できる。すなわち、本実施形態の受光装置によれば、多様な方向から到来する光信号を受光できる。
　（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、光信号に含まれる背景光を低減する構成を有する点において第１の実施形態とは異なる。
　本実施形態においては、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例について説明する。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を直線偏光に変換してから導光板の第１面に入射させる。
　図７～図９は、本実施形態の受光装置１の構成の一例について説明するための概念図である。図７は、受光装置２の斜視図である。図８は、受光装置２の上面図である。図９は、図８のＢ－Ｂ線で受光装置２を切断した際の断面図である。図９には、受光装置２に入射する光や、受光装置２の内部における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２は、導光板２１、レンズシート２２、指向性導光層２３、支持部材２４、受光器２５、および偏光素子２６を備える。導光板２１、レンズシート２２、指向性導光層２３、支持部材２４、および受光器２５の各々は、第１の実施形態の受光装置１の導光板１１、レンズシート１２、指向性導光層１３、支持部材１４、および受光器１５の各々に対応する構成である。以下においては、受光装置１と同様の特徴については説明を省略する場合がある。
　導光板２１は、互いに対面し合う第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。導光板２１の材質や特性は、第１の実施形態の受光装置１の導光板１１と同様である。導光板２１は、細長い板状の外形を有し、その一端面には、出射面２１３が形成される。第１面２１１は、レンズシート２２によって屈折された光信号が入射する入射面である。出射面２１３は、導光板２１の内部を伝播した光信号が出射される端部である。なお、導光板２１は、第１の実施形態の変形例１のように平板状の外形を有してもよい。
　導光板２１の第１面２１１の上方には、支持部材２４によって支持されたレンズシート２２が配置される。導光板２１の第２面２１２には、指向性導光層２３が配置される。導光板２１の出射面２１３には受光器２５が配置される。
　レンズシート２２によって屈折され、第１面２１１から導光板２１の内部に入射した光信号は、第２面２１２に配置された指向性導光層２３によって出射面２１３に向けて進行方向が変更される。導光板２１に入射する光信号は直線偏光である。指向性導光層２３によって進行方向が変更された光信号は、出射面２１３に向けて導光板２１の内部を伝播する。図９には、第１面２１１から入射した光信号が受光器２５に向けて導光板２１の内部を伝播する様子を矢印で示す。
　レンズシート２２は、支持部材２４によって、導光板２１の第１面２１１の上方に支持される。レンズシート２２の材質や特性、形状は、受光装置１のレンズシート１２と同様である。レンズシート２２を構成する複数のレンズは、導光板２１の第２面２１２に配置された指向性導光層２３の異なる焦点位置に焦点を結ぶ。レンズシート２２の入射側の上方には、偏光素子２６が配置される。レンズシート２２には、偏光素子２６によって円偏光から直線偏光に変換された信号光が入射される。
　指向性導光層２３は、導光板２１の第２面２１２に配置される。指向性導光層２３は、光信号（直線偏光）の進行方向を変更させる。指向性導光層２３は、所定方向の偏光方向に合わせて設計される。所定方向とは、指向性導光層２３が受光器２５に向けて導光する直線偏光の偏光方向である。指向性導光層２３は、導光板２１の第１面２１１から導光板２１に入射した光信号が出射面２１３に向けて進行するように光信号を導光する。
　支持部材２４は、導光板２１の第１面２１１の上方に位置するようにレンズシート２２と偏光素子２６を支持する。支持部材２４は、レンズシート２２の主面と導光板２１の第２面２１２との間隔がレンズシート２２の焦点距離ｆになるようにレンズシート２２を支持する。また、支持部材２４は、レンズシート２２の入射側の上方に偏光素子２６を支持する。支持部材２４の材質や形状については特に限定を加えない。
　受光器２５は、導光板２１の出射面２１３に受光面２５１を向けて配置される。受光器２５は、受光装置１の受光器１５と同様の構成である。受光器２５は、導光板２１の出射面２１３から出射された光信号を受光する。受光器２５は、受光した光信号を電気信号に変換する。受光器２５は、変換後の電気信号をデコーダ（図示しない）に出力する。
　偏光素子２６は、支持部材２４によって支持され、レンズシート２２の入射面側の上方に配置される。偏光素子２６は、波長板２６１と偏光板２６２とを積層させた構造を有する。なお、直線偏光の偏光方向を揃えない場合は、偏光板２６２を省略してもよい。
　波長板２６１は、偏光板２６２の上面に配置される。波長板２６１は、空間を伝播してくる光信号（円偏光）の偏波面にλ／４（π／２）の位相差を与え、その光信号（円偏光）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２６１によって直線偏光に変換された光信号は、偏光板２６２に進入する。
　偏光板２６２は、波長板２６１の下面に配置される。偏光板２６２は、波長板２６１によって直線偏光に変換された光信号（直線偏光）の偏光方向を所定方向に揃える。偏光板２６２によって偏光方向が所定方向に揃えられた光信号（直線偏光）は、レンズシート２２に入射する。
　空間を伝播させる光信号として直線偏光を用いる場合、指向性導光層２３に対する直線偏光の入射方向が斜めになると受光効率が落ちる。そのため、空間を伝播させる光信号としては円偏光を用いることが好ましい。さらに、偏光板２６２によって、円偏光から直線偏光に変換された光信号（直線偏光）の偏光方向を所定方向に揃えることによって受光効率が向上する。
　以上が、本実施形態の受光装置２の構成についての説明である。なお、図７～図９に示す構成は一例であって、本実施形態の受光装置２の構成をそのままの形態に限定するものではない。
　〔変形例３〕
　次に、本実施形態に係る変形例３の受光装置について図面を参照しながら説明する。本変形例の受光装置は、導光板２１の内部に迷光が導光されることを防ぐために、指向性導光層２３の下面に光吸収層を配置する。
　図１０は、本変形例の受光装置２－３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２－３は、光吸収層２８を含む点において、受光装置２とは異なる。
　光吸収層２８は、指向性導光層２３の下面に形成される。光吸収層２８は、光を吸収する吸収層である。例えば、光吸収層２８には、光の吸収率が大きい材料が用いられる。ただし、光吸収層２８の材料については、外部から入射された信号光以外の光や、導光板２１の内部を伝播する迷光などを効率的に吸収できさえすれば、特に限定を加えない。
　本変形例の受光装置２－３によれば、光信号以外の光が受光器２５に導光されにくくなるため、受光器２５に導光される光の信号雑音比（ＳＮ比：signal-noise ratio）が向上する。
　以上のように、本実施形態の受光装置は、円偏光の光信号を直線偏光に変換する波長板と、波長板によって直線偏光に変換された光信号の偏光方向を揃える偏光板とを有する偏光素子が前記レンズシートの上方に配置される。指向性導光層は、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ホログラム層である。また、本実施形態の一態様において、指向性導光層の下面に光を吸収する光吸収層をさらに備える。
　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背景光に起因して発生し得るノイズを軽減できる。
　（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、集光範囲を絞るシャッターを有する点において第１の実施形態とは異なる。なお、本実施形態においては、第１の実施形態に係る受光装置１にシャッターを追加した例を用いて説明する。
　図１１～図１４は、本実施形態の受光装置３の構成の一例について説明するための概念図である。図１１は、受光装置３の斜視図である。図１２は、受光装置３の上面図である。図１３および図１４は、図１２のＣ－Ｃ線で受光装置３を切断した際の断面図である。図１３および図１４には、受光装置３に入射する光や、受光装置３の内部における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３は、導光板３１、レンズシート３２、指向性導光層３３、支持部材３４、受光器３５、シャッター３８を備える。導光板３１、レンズシート３２、指向性導光層３３、支持部材３４、および受光器３５の各々は、第１の実施形態の受光装置１の導光板１１、レンズシート１２、指向性導光層１３、支持部材１４、および受光器１５の各々に対応する構成である。以下においては、受光装置１と同様の特徴については説明を省略する場合がある。
　導光板３１は、互いに対面し合う第１面３１１および第２面３１２を主面とする板状の透明部材である。導光板３１の材質や特性は、受光装置１の導光板１１と同様である。導光板３１は、平板状の外形を有し、その一端面には、出射面３１３が形成される。第１面３１１は、レンズシート３２によって屈折された光信号が入射する入射面である。出射面３１３は、導光板３１の内部を伝播した光信号が出射される端部である。
　導光板３１の第１面３１１の上方には、支持部材３４によって支持されたレンズシート３２が配置される。導光板３１の第２面３１２には、指向性導光層３３が配置される。導光板３１の出射面３１３には受光器３５が配置される。
　レンズシート３２によって屈折され、第１面３１１から導光板３１の内部に入射した光信号は、第２面３１２に配置された指向性導光層３３によって出射面３１３に向けて進行方向が変更される。指向性導光層３３によって進行方向が変更された光信号は、出射面３１３に向けて導光板３１の内部を伝播する。図１４には、第１面３１１から導光板３１の内部に入射した光信号が受光器３５に向けて導光板３１の内部を伝播する様子を矢印で示す。
　レンズシート３２は、支持部材３４によって、導光板３１の第１面３１１の上方に支持される。レンズシート３２の材質や特性は、受光装置１のレンズシート１２と同様である。レンズシート３２は、複数のレンズを一枚のシートに並べた構造を有する。レンズシート３２を構成する複数のレンズは、導光板３１の第２面３１２に配置された指向性導光層３３の異なる焦点位置に焦点を結ぶ。
　指向性導光層３３は、導光板３１の第２面３１２に配置される。指向性導光層３３の材質や特性は、受光装置１の指向性導光層１３と同様である。指向性導光層３３は、導光板３１の第１面３１１から導光板３１の内部に入射した光が出射面３１３に向けて進行するように光信号を導光する。
　支持部材３４は、導光板３１の第１面３１１の上方に位置するようにレンズシート３２を支持する。支持部材３４は、レンズシート３２の主面と導光板３１の第２面３１２との間隔がレンズシート３２の焦点距離ｆになるようにレンズシート３２を支持する。支持部材３４の材質や形状については特に限定を加えない。
　受光器３５は、導光板３１の出射面３１３に受光面３５１を向けて配置される。受光器３５は、受光装置１の受光器１５と同様の構成である。受光器３５は、導光板３１の出射面３１３から出射された光信号を受光する。受光器３５は、受光した光信号を電気信号に変換する。受光器３５は、変換後の電気信号をデコーダ（図示しない）に出力する。
　シャッター３８は、図示しない制御装置によって開閉制御が可能な液晶素子である。シャッター３８は、レンズシート３２を構成する複数のレンズごとに開閉制御される。シャッター３８が開いたときの開閉は、シャッター３８の全面で一律で制御されてもよいし、シャッター３８の一部分が選択的に制御されてもよい。例えば、シャッター３８は、偏光方向が交差する二つの直線偏光子の間に、複屈折液晶分子が封止された複数のセルが挟み込まれた液晶シャッターによって実現できる。
　図１３は、シャッター３８の全面が閉じた状態を示す。シャッター３８の全面が閉じた状態では、導光板３１の第１面３１１に光信号は入射しない。図１４は、シャッター３８の一部を開けた状態を示す。シャッター３８を開けた場合、シャッター３８が開いている部分の導光板３１の第１面３１１に光信号が入射し、その信号光は受光器３５に導光される。
　例えば、直射日光が入射する状況で受光装置３を用いる場合、導光板３１に太陽光が直接入射すると、レンズシート３８を構成するレンズの焦点の位置などで指向性導光層３３が損傷する可能性がある。そのような場合には、太陽光の入射具合に応じて、シャッター３８の開口率を下げるように制御し、導光板３１への光の入射量を低減すればよい。例えば、シャッター３８は、光の透過率を可変で制御できるように構成してもよい。シャッター３８の開閉状態を可変で制御できれば、太陽光が強い場合などにおいて、シャッター３８の開口率を下げることによって光信号を受光しやすくなる。　また、光信号が入射する位置が予め分かっている場合、その位置のシャッター３８を選択的に開けるように制御すれば、光信号を効率的に受光できる。例えば、シャッター３８の上方のいずれかに光センサを配置すれば、光センサによって受光される光に基づいて光信号の到来方向を推定し、その到来方向からの光信号を受光しやすい箇所のシャッター３８を開けるように制御すればよい。
　以上が、本実施形態の受光装置３の構成についての説明である。なお、図１１～図１４に示す構成は一例であって、本実施形態の受光装置３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、本実施形態の受光装置は、導光板の第１面の上面に配置され、少なくとも一部の開口状態を制御可能な液晶素子によって構成されるシャッターをさらに備える。そのため、本実施形態によれば、レンズシートを構成するレンズの焦点に光が集中することを防ぐことができるので、直射日光などの強い光によって指向性導光層が損傷することを防止できる。また、本実施形態によれば、受光器に受光される光量を制御できるので、信号光に含まれうる背景光の影響を低減できる。
　〔背景光の低減〕
　図１５は、第１～第３の実施形態の受光装置の構成要素を用いることによって背景光が低減し、信号雑音比が向上することについて説明するための図である。図１５には、第１～第３の実施形態の受光装置の構成要素を用いることによって、光信号と背景光（太陽光）のエネルギーの波長依存性がどのように変化するのかを検証するためのグラフを示す。なお、図１５の光信号と背景光のエネルギーの波長依存性は概念的な関係を示し、それらを正確に図示したものではない。また、図１５には、赤外領域の光信号を用いる例を示す。
　（ａ）は、空間を伝播する光信号と背景光とをそのまま受光器で受光した場合における光信号と背景光のエネルギーの波長依存性を示すグラフである。（ａ）では、可視領域の背景光のエネルギーが光信号のエネルギーよりも大きい。
　（ｂ）は、指向性導光層２３（ホログラム層）と第１色フィルタ１９１とを組み合わせた受光装置で受光した場合における光信号と背景光のエネルギーの波長依存性を示すグラフである。（ｂ）では、可視領域の背景光のエネルギーが除去されるため、信号雑音比が向上する。
　（ｃ）は、指向性導光層２３（ホログラム層）、第１色フィルタ１９１、および波長板２６１を組み合わせた受光装置で受光した場合における光信号と背景光のエネルギーの波長依存性を示すグラフである。（ｃ）では、円偏光の光信号のうち回転方向が異なる成分が除去されるため、（ｂ）と比べて信号雑音比が向上する。
　（ｄ）は、指向性導光層２３（ホログラム層）、第１色フィルタ１９１、波長板２６１、およびシャッター３８を組み合わせた受光装置で受光した場合における光信号と背景光のエネルギーの波長依存性を示すグラフである。（ｄ）では、シャッター３８によって受光量が低減されるため、（ｃ）と比べて背景光の影響が小さくなる。
　（ｅ）は、指向性導光層２３（ホログラム層）、第１色フィルタ１９１、波長板２６１、シャッター３８、および第２色フィルタ１９２を組み合わせた受光装置で受光した場合における光信号と背景光のエネルギーの波長依存性を示すグラフである。（ｅ）では、第２色フィルタ１９２によって、受光器に受光される光の波長領域が光信号の波長領域に合わせて狭くなるため、（ｄ）と比べて信号雑音比が向上する。
　以上のように、第１～第３の実施形態の受光装置の構成要素を組み合わせれば、受光器が受光する光信号の信号雑音比がさらに向上する。
　（第４の実施形態）
　次に、本発明の第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、光信号の到来方向を検出する光センサを有する点において第１の実施形態とは異なる。
　図１６～図１９は、本実施形態の受光装置４の構成の一例について説明するための概念図である。図１６は、受光装置４の斜視図である。図１７は、受光装置４の上面図である。図１８は、図１７のＤ－Ｄ線で受光装置４を切断した際の断面図である。図１９は、受光装置４に受光する光信号の到来方向を検出する一例について説明するための概念図である。図１８および図１９には、受光装置４に入射する光や、受光装置４の内部における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４は、導光板４１、レンズシート４２、指向性導光層４３、支持部材４４、受光器４５、および光センサ４９を備える。導光板４１、レンズシート４２、指向性導光層４３、支持部材４４、および受光器４５の各々は、第１の実施形態の受光装置１の導光板１１、レンズシート１２、指向性導光層１３、支持部材１４、および受光器１５の各々に対応する構成である。以下においては、受光装置１と同様の特徴については説明を省略する場合がある。
　導光板４１は、互いに対面し合う第１面４１１および第２面４１２を主面とする板状の透明部材である。導光板４１の材質や特性は、受光装置１の導光板１１と同様である。導光板４１は、平板状の外形を有し、その一端面には、出射面４１３が形成される。第１面４１１は、レンズシート４２によって屈折された光信号が入射する入射面である。出射面４１３は、導光板４１の内部を伝播した光信号が出射される端部である。
　導光板４１の第１面４１１の上方には、支持部材４４によって支持されたレンズシート４２が配置される。導光板４１の第２面４１２には、指向性導光層４３が配置される。また、導光板４１の第２面４１２の一部には、光センサ４９が配置される。光センサ４９は、出射面４１３から最も離れた位置のレンズに対面する第２面４１２に検出面を向けて配置される。導光板４１の出射面４１３には受光器４５が配置される。
　レンズシート４２によって屈折され、第１面４１１から導光板４１の内部に入射した光信号の大部分は、第２面４１２に配置された指向性導光層４３によって出射面４１３に向けて進行方向が変更される。また、レンズシート４２によって屈折され、第１面４１１から導光板４１の内部に入射した光信号の一部は、光センサ４９に入射する。指向性導光層４３によって進行方向が変更された光信号は、出射面４１３に向けて導光板４１の内部を伝播する。図１８には、第１面４１１から導光板４１の内部に入射した光信号が受光器４５に向けて導光板４１の内部を伝播する様子を矢印で示す。
　レンズシート４２は、支持部材４４によって、導光板４１の第１面４１１の上方に支持される。レンズシート４２の材質や特性は、受光装置１のレンズシート１２と同様である。レンズシート４２は、複数のレンズを一枚のシートに列状に並べた構造を有する。レンズシート４２を構成する複数のレンズは、導光板４１の第２面４１２に配置された指向性導光層４３または光センサ４９の異なる焦点位置に焦点を結ぶ。なお、図１６～図１９においては、光センサ４９の上方に位置するレンズをハッチングによって明示しているが、そのレンズも他のレンズと同じである。
　指向性導光層４３は、導光板４１の第２面４１２に配置される。指向性導光層４３の材質や特性は、受光装置１の指向性導光層１３と同様である。指向性導光層４３は、導光板４１の第１面４１１から導光板４１の内部に入射した光が出射面４１３に向けて進行するように光信号を導光する。
　支持部材４４は、導光板４１の第１面４１１の上方に位置するようにレンズシート４２を支持する。支持部材４４は、レンズシート４２の主面と導光板４１の第２面４１２との間隔がレンズシート４２の焦点距離ｆになるようにレンズシート４２を支持する。支持部材４４の材質や形状については特に限定を加えない。
　受光器４５は、導光板４１の出射面４１３に受光面４５１を向けて配置される。受光器４５は、受光装置１の受光器１５と同様の構成である。受光器４５は、導光板４１の出射面４１３から出射された光信号を受光する。受光器４５は、受光した光信号を電気信号に変換する。受光器４５は、変換後の電気信号をデコーダ（図示しない）に出力する。
　光センサ４９は、レンズシート４２を構成する少なくとも一つのレンズに対応付けられて、導光板４１の第２面に検出面４９１を向けて配置される撮像素子である。光センサ４９は、入射光を検出面４９１で検出し、検出した入射光の入射位置を図示しない検出装置に出力するセンサである。光センサ４９は、入射光の２次元的な位置を検出する２次元センサであってもよいし、入射光の１次元的な位置を検出する１次元センサであってもよい。なお、指向性導光層４３にホログラム層を用いる場合、指向性導光層４３に入射した光が反対側に漏れる。そのため、指向性導光層４３にホログラム層を用いる場合は、指向性導光層４３の下面に光センサ４９を少なくとも一つ設置するように構成してもよい。
　図１９のように、光センサ４９には、到来方向に応じた入射位置に光信号が入射する。例えば、光信号Ａは入射位置Ａに入射し、光信号Ｂは入射位置Ｂに入射する。そのため、光信号の到来方向と、光センサ４９の検出面４９１上の位置との関係を記録しておけば、光信号が検出された検出面４９１上の位置に基づいて光信号の到来方向を推定できる。
　導光板４１に入射される光信号をより多く受光器４５に導光するために、光センサ４９は、受光器４５から離れた位置にあるレンズに対応付けて配置することが望ましい。なお、光センサ４９を通過して光信号を受光器４５に向けて導光できる場合は、少なくともいずれかのレンズに対応付けて光センサ４９を配置すればよい。
　以上が、本実施形態の受光装置４の構成についての説明である。なお、図１６～図１９に示す構成は一例であって、本実施形態の受光装置４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、本実施形態の受光装置は、導光板の第２面の少なくとも一部に検出面を向けて配置される光センサをさらに備える。本実施形態の受光装置によれば、光センサに光信号が入射した入射位置に基づいて、その光信号の到来方向を推定できる。
　双方向通信を実現する場合は、信号光の到来方向を検出することが必要となる。本実施形態の受光装置は、指向性導光層に並べて光センサ（撮像素子）を配置することによって、信号光の到来方向を検出できる。
　本実施形態の受光装置を自動車に搭載して車車間通信をする場合、２次元センサの替わりに、路面に対して水平に配置される１次元センサによって信号光の到来方向を検出するように構成してもよい。例えば、車車間用の１次元センサは路面に対して水平に進行してくる信号光を受光し、信号機用の１次元センサは信号機の方向（上向き）から進行してくる信号光を受光するように配置すればよい。
　（第５の実施形態）
　次に、本発明の第５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、複数の受光装置の第１面を外側に向けて円筒状に配置し、水平方向から到来する光信号を受光する点において第１の実施形態とは異なる。
　図２０～図２２は、本実施形態の受光装置５の構成の一例について説明するための概念図である。図２０は、受光装置５の斜視図である。図２１は、一部の構成要素を透視した受光装置５の斜視図である。図２２は、受光装置５の断面図である。
　受光装置５は、複数の導光板５１、レンズシート５２、複数の指向性導光層５３、支持部材５４、複数の受光器５５、および土台５８を備える。導光板５１、レンズシート５２、指向性導光層５３、支持部材５４、および受光器５５の各々は、第１の実施形態の受光装置１の導光板１１、レンズシート１２、指向性導光層１３、支持部材１４、および受光器１５の各々に対応する構成である。複数の導光板５１、複数の指向性導光層５３、および複数の受光器５５を構成する一つずつの導光板５１、指向性導光層５３、および受光器５５が一つの受光ユニットを構成する。以下においては、受光装置１と同様の特徴については説明を省略する場合がある。
　導光板５１は、互いに対面し合う第１面５１１および第２面５１２を主面とする板状の透明部材である。導光板５１の材質や特性は、受光装置１の導光板１１と同様である。導光板５１は、受光装置５の形状（円筒状）に合わせて主面が湾曲しており、その一端面には、出射面５１３が形成される。第１面５１１は、レンズシート５２によって屈折された光信号が入射する入射面である。出射面５１３は、導光板５１の内部を伝播した光信号が出射される端部である。
　複数の導光板５１は、第１面５１１を外側に向け、第２面５１２を内側に向け、出射面５１３を土台５８の側に向けて円筒状に並べられる。円筒状に並べられた複数の導光板５１の上面には、支持部材５４が配置される。複数の導光板５１は、支持部材５４によって位置が固定される。
　導光板５１の第１面５１１には、支持部材５４によって支持されたレンズシート５２が対向配置される。導光板５１の第２面５１２には、指向性導光層５３が配置される。導光板５１の出射面５１３には受光器５５が配置される。
　レンズシート５２によって屈折され、第１面５１１から導光板５１の内部に入射した光信号の大部分は、第２面５１２に配置された指向性導光層５３によって出射面５１３に向けて進行方向が変更される。指向性導光層５３によって進行方向が変更された光信号は、出射面５１３に向けて導光板５１の内部を伝播する。
　レンズシート５２は、支持部材５４によって、複数の導光板５１の第１面５１１に少なくともいずれかのレンズに対面するように支持される。レンズシート５２の材質や特性は、受光装置１のレンズシート１２と同様である。レンズシート５２は、複数のレンズを一枚のシートに並べた構造を有し、対向し合う二辺が接続された円筒状の外観を有する。レンズシート５２を構成する複数のレンズは、複数の導光板５１の第２面５１２が形成する同一曲面上に配置された指向性導光層５３の異なる焦点位置に焦点を結ぶ。
　指向性導光層５３は、導光板５１の第２面５１２に配置される。指向性導光層５３の材質や特性は、受光装置１の指向性導光層１３と同様である。指向性導光層５３は、導光板５１の第１面５１１から導光板５１の内部に入射した光が出射面５１３に向けて進行するように光信号を導光する。
　支持部材５４は、導光板５１の第１面５１１に対面するようにレンズシート５２を支持する。支持部材５４は、レンズシート５２の主面と導光板５１の第２面５１２との間隔がレンズシート５２の焦点距離ｆになるようにレンズシート５２を支持する。支持部材５４の材質や形状については特に限定を加えない。なお、支持部材５４に加えて、導光板５１とレンズシート５２の位置関係を固定するためのスペーサを導光板５１とレンズシート５２の間に配置してもよい。
　受光器５５は、導光板５１の出射面５１３に受光面５５１を向けて配置される。受光器５５は、受光面５５１の反対側の面を土台５８の上面に向け、土台５８に載置される。受光器５５は、受光装置１の受光器１５と同様の構成である。受光器５５は、導光板５１の出射面５１３から出射された光信号を受光する。受光器５５は、受光した光信号を電気信号に変換する。受光器５５は、変換後の電気信号をデコーダ（図示しない）に出力する。
　土台５８は、円筒状に配置された複数の受光ユニットを載置するための台である。土台５８の上面には、受光器５５を下側に向けて円筒状に並べられた複数の受光ユニットが載置される。なお、土台５８がなくても複数の受光ユニットの位置関係を固定できる場合は、土台５８を省略してもよい。
　以上が、本実施形態の受光装置５の構成についての説明である。なお、図２０～図２２に示す構成は一例であって、本実施形態の受光装置５の構成をそのままの形態に限定するものではない。
　例えば、受光器５５から制御装置（図示しない）に電気信号を出力する際に、いずれの受光ユニットによって受光された光信号であるのかを示すフラグをその電気信号に含ませておけば、水平方向のいずれの方向から光信号が到来したのかを推定できる。互いに隣接し合う複数の受光ユニットが受光した光信号の強度の分布（例えば、正規分布）を検証し、その分布のピーク位置を特定できれば、その光信号の到来方向を正確に推定できる。
　ここで、関連技術と比較して、本実施形態の受光装置５の受光について説明する。図２３は、関連技術の受光装置５００で光信号を受光する例を示す概念図である。図２４は、本実施形態の受光装置５で光信号を受光する例を示す概念図である。
　図２３のように、関連技術の受光装置５００は、受光器５０１と、一つの回転軸に対して回転可能に受光器５０１を支持する可動機構５０２とを備える。関連技術の受光装置５００は、回転軸を中心にして可動機構５０２が回転することによって受光方向が変更される。
　例えば、第１方向から到来する信号光を受光器５０１で受光する際には、受光面が第１方向に向くように制御装置（図示しない）で可動機構５０２を制御する。また、第１方向とは異なる第２方向から到来する信号光を受光器５０１で受光する際には、受光面が第２方向に向くように制御装置で可動機構５０２を制御する。すなわち、関連技術の受光装置５００を用いる場合、可動機構５０２を制御することによって受光器５０１の受光面を変更する必要がある。関連技術の受光装置５００は、光信号の到来方向が予め分かっていない場合、光信号の到来方向に受光面を向ける制御をできない。
　図２４のように、本実施形態の受光装置５は、関連技術の受光装置５００のような可動部分がない。本実施形態の受光装置５は、第１方向から到来する信号光であっても、第２方向から到来する信号光であっても、受光方向を機械的に変更せずに受光できる。すなわち、本実施形態の受光装置５は、光信号の到来方向が予め分かっていない場合であっても、機械的な制御をすることなしに光信号を受光できる。また、本実施形態の受光装置５は、関連技術の受光装置５００と比べて光信号の受光面積が大きいため、送光軸と受光軸とが多少ずれていても光信号を受光できる。
　〔変形例４〕
　次に、本実施形態に係る変形例４の受光装置について図面を参照しながら説明する。本変形例の受光装置は、一つの導光板に対して複数列のレンズを対応させ、複数列のレンズによって屈折された光信号を単一の受光器で受光する。
　図２５～図２６は、本変形例の受光装置５－４について説明するための概念図である。図２５は、レンズシート５２を透視した受光装置５－４の斜視図である。図２６は、受光装置５－４を構成する一つの受光ユニットにおける光信号の導光について説明するための図面である。
　本変形例の受光装置５－４は、複数の導光板５１－４、レンズシート５２、複数の指向性導光層５３－４、支持部材５４、複数の受光器５５、および土台５８に加えて、中継導光板５７を備える。なお、レンズシート５２、支持部材５４、複数の受光器５５、および土台５８は、受光装置５の対応する構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
　導光板５１－４は、レンズシート５２を構成する複数のレンズのうち複数列のレンズに対応する。導光板５１－４は、受光装置５の導光板５１と比べて幅が広い。導光板５１の出射面５１３－４には、中継導光板５７が配置される。
　中継導光板５７は、互いに対面し合う入射面５７１と導光面５７２を有する透明部材である。中継導光板５７の一端面には、中継出射面５７３が形成される。中継導光板５７は、導光板５１－４の出射面５１３－４に入射面５７１を向けて配置される。
　入射面５７１は、導光板５１－４の出射面５１３－４から出射された光信号を受光する受光面である。中継出射面５７３は、中継導光板５７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５７は、導光板５１－４の出射面５１３－４に入射面５７１を向けて配置される。中継導光板５７の導光面５７２には、指向性導光層５３と同様の機能を有する指向性導光部が形成される（図面は省略）。中継導光板５７の中継出射面５７３には、受光器５５が配置される。
　入射面５７１から中継導光板５７の内部に進行した光信号は、導光面５７２に形成された指向性導光部によって導光され、入射面５７１と導光面５７２との間で全反射されて、中継出射面５７３に向けて伝播する。中継導光板５７の内部を伝播して中継出射面５７３に到達した光信号は、中継出射面５７３から受光器５５の受光面５５１に向けて出射される。
　導光面５７２に形成された指向性導光部は、入射面５７１から中継導光板５７の内部に入射した光が中継出射面５７３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、指向性導光部は、中継導光板５７の内部を進行する光信号の進行方向を受光器５５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。指向性導光部は、中継導光板５７の内部を進行する光信号の進行方向を受光器５５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、指向性導光部は、中継導光板５７と同様のホログラム層で構成してもよい。なお、導光板５１－４の出射面５１３－４から出射される光信号の偏光方向は保存されていないため、色々な偏光方向の直線偏光の集合になっている可能性がある。この点を考慮すると、指向性導光部は、複数のマイクロミラーや複数の突出構造で構成することが好ましい。
　受光器５５は、中継導光板５７の中継出射面５７３に受光面５５１を向けて配置される。そのため、受光器５５は、垂直上方ではなく、水平方向に受光面５５１を向けて配置される。
　本変形例の受光装置５－４によれば、複数列のレンズに対応する導光板５１－４を用いて光信号を受光するため、受光器５５の数を減らすことができる。また、本変形例の受光装置５－４によれば、一つの受光器５５に導光される光信号を受光する導光板５１－４の受光面積が受光装置５と比べて大きくなるため、受光器５５における受光効率が向上する。
　〔変形例５〕
　次に、本実施形態に係る変形例５の受光装置について図面を参照しながら説明する。本変形例の受光装置は、本実施形態の受光装置５を構成する受光ユニットのうち少なくともいずれかに第４の実施形態の光センサを追加した構成を有する。
　図２７は、本変形例の受光装置５－５について説明するための概念図である。受光装置５－５は、複数の導光板５１、レンズシート５２、複数の指向性導光層５３、支持部材５４、複数の受光器５５、および土台５８に加えて、少なくとも一つの光センサ５９を備える。なお、複数の導光板５１、レンズシート５２、複数の指向性導光層５３、支持部材５４、複数の受光器５５、および土台５８は、受光装置５の対応する構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
　光センサ５９は、一例として、ハッチングで示すレンズに対応させて配置される。光センサ５９は、第４の実施形態の光センサ４９と同様の構成である。光センサ５９は、少なくとも垂直方向の位置を検出するように構成される。光センサ５９は、２次元センサであってもよいし、垂直方向に沿った方向を検出する１次元センサであってもよい。
　本変形例の受光装置５－５は、光信号の垂直方向の到来方向を検出できる。すなわち、本変形例の受光装置５－５は、水平方向に加えて、垂直方向の光信号の到来方向を検出できる。
　また、変形例４の受光装置５－４と、変形例５の受光装置５－５とを組み合わせた構成にしてもよい。例えば、変形例５の受光装置５－５の光センサ５９が２次元センサであれば、光センサ５９によって水平方向の光信号の到来方向を検出できる。そのため、導光板を分割せずに円筒状に形成し、円筒状の導光板の出射面に中継導光板を配置した構成にすることができる。その場合、中継導光板は、開放端を有する環状に形成し、中継導光板の上面に入射面が位置するように構成し、中継導光板の中継出射面に受光器を配置する。このように構成すれば、円筒状の導光板の第１面から入射した光信号を単一の受光器で受光できる。
　〔適用例〕
　ここで、本実施形態の受光装置５の適用例について図面を用いて説明する。なお、以下の適用例は一例であって、本実施形態の受光装置５の用途のそれらに限定するものではない。
　図２８は、本実施形態の受光装置５を船舶の通信に用いる例である。図２８には、複数の船舶５１０のマストの先端に、受光装置５を有する送受光装置５０を搭載する例を示す。図２８には、上空を飛行する飛行機５２０やヘリコプター５３０などの飛行体とも光信号を送受光する例を示す。なお、送受光装置５０は、受光装置５が受光する光信号を送光する送光機能を有するものとし、その送光機能の詳細については説明を省略する。
　図２８の適用例のように、送受光装置５０を用いれば、光信号の到来方向が水平方向に近い船舶間における光空間通信を実現できる。また、送受光装置５０を用いれば、光信号の到来方向が垂直方向に異なる飛行体と船舶５１０との間における光空間通信を実現できる。すなわち、送受光装置５０を用いれば、海面に対して略平行に３６０度の方向から入射する信号光や、上方から到来する信号光をメカニカルな機構を用いずに受光できる。
　図２９は、本実施形態の受光装置５を車車間通信に用いる例である。図２９には、複数の車両５５０のうち一台の天井の上に、受光装置５を有する送受光装置５０を搭載する例を示す。図２９には、車両５５０の上方に位置する信号機５６０とも光信号を送受光する例を示す。
　図２９の適用例のように、送受光装置５０を用いれば、光信号の到来方向が水平方向に近い車車間における光空間通信を実現できる。また、送受光装置５０を用いれば、光信号の到来方向が垂直方向に異なる信号機５６０と車両５５０との間における光空間通信を実現できる。すなわち、送受光装置５０を用いれば、路面に対して略平行のあらゆる方向から入射する信号光や、上方のあらゆる方向から到来する信号光をメカニカルな機構を用いずに受光できる。
　以上のように、本実施形態の受光装置は、一軸方向に沿って延伸された形状の複数の導光板が、第１面を外側に向け、出射面を下側に向けて円筒状に並べられた構造を有する。
　また、本実施形態の一態様において、受光装置は、互いに対面する入射面および導光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中継出射面が形成された中継導光板をさらに備える。中継導光板は、導光板の出射面に入射面を向けて配置され、導光板の出射面から出射された光信号を入射面で受光し、受光した光信号を導光面と入射面との間で全反射させて中継出射面に向けて導光する。受光器は、中継導光板の中継出射面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。
　本実施形態の受光装置によれば、略水平なあらゆる方向から到来する光信号をメカニカルな機構を用いずに受光できる。また、本実施形態の一態様の受光装置によれば、上方からの光信号の到来方向をメカニカルな機構を用いずに推定できる。すなわち、本実施形態の受光装置によれば、設置面に対して略平行のあらゆる方向から入射する信号光や、上方のあらゆる方向から到来する信号光をメカニカルな機構を用いずに受光できる。
　（第６の実施形態）
　次に、本発明の第６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、円板状の外観を有する点において第１の実施形態とは異なる。
　図３０～図３２は、本実施形態の受光装置６の構成の一例について説明するための概念図である。図３０は、受光装置６の斜視図である。図３１は、受光装置６の上面図である。図３２は、受光装置６の断面図である。図３２には、受光装置６に入射する光や、受光装置６の内部における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６は、導光板６１、レンズシート６２、指向性導光層６３、支持部材６４、および受光器６５を備える。導光板６１、レンズシート６２、指向性導光層６３、支持部材６４、および受光器６５の各々は、受光装置１の導光板１１、レンズシート１２、指向性導光層１３、支持部材１４、および受光器１５の各々に対応する構成である。以下においては、受光装置１と同様の特徴については説明を省略する。
　導光板６１は、互いに対面し合う第１面６１１および第２面６１２を主面とする円板状の透明部材である。導光板６１の材質や特性は、受光装置１の導光板１１と同様である。導光板６１は、円板状の外形を有し、その一端部には、出射面６１３が形成される。第１面６１１は、レンズシート６２によって屈折された光信号が入射する入射面である。出射面６１３は、導光板６１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３０～図３２には、円板状の外形を有する導光板６１を示したが、受光器６５が設置されていない位置の出射面６１３から出射される光信号は、受光器６５に受光されない。
　導光板６１の第１面６１１の上方には、支持部材６４によって支持されたレンズシート６２が配置される。導光板６１の第２面６１２には、指向性導光層６３が配置される。導光板６１の出射面６１３には受光器６５が配置される。
　レンズシート６２によって屈折され、第１面６１１から導光板６１の内部に入射した光信号は、図５の例と同様に、第２面６１２に配置された指向性導光層６３によって出射面６１３に向けて進行方向が変更される。指向性導光層６３によって進行方向が変更された光信号は、出射面６１３に向けて導光板６１の内部を伝播する。図３２には、第１面６１１から導光板６１の内部に入射した光信号が受光器６５に向けて導光板６１の内部を伝播する様子を矢印で示す。なお、図３０～図３２のように導光板６１が円板状である場合、光信号の入射位置によっては、受光器６５まで光信号が導光されないことがある。
　レンズシート６２は、支持部材６４によって、導光板６１の第１面の上方に支持される。レンズシート６２の材質や特性は、受光装置１のレンズシート１２と同様である。レンズシート６２は、複数のレンズを一枚の円板形状のシートに並べた構造を有する。レンズシート６２を構成する複数のレンズは、導光板６１の第２面６１２に配置された指向性導光層６３の異なる焦点位置に焦点を結ぶ。
　指向性導光層６３は、導光板６１の第２面６１２に配置される。指向性導光層６３の材質や特性は、受光装置１の指向性導光層１３と同様である。指向性導光層６３は、導光板６１の第１面６１１から導光板６１の内部に入射した光が出射面６１３に向けて進行するように光信号を導光する。
　支持部材６４は、導光板６１の第１面６１１の上方に位置するようにレンズシート６２を支持する円形の枠である。支持部材６４は、レンズシート６２と導光板６１の第２面６１２との間隔がレンズシート６２の焦点距離ｆになるようにレンズシート６２を支持する。支持部材６４の材質や形状については特に限定を加えない。
　受光器６５は、導光板６１の出射面６１３に受光面６５１を向けて配置される。受光器６５は、受光装置１の受光器１５と同様の構成である。受光器６５は、導光板６１の出射面６１３から出射された光信号を受光する。受光器６５は、受光した光信号を電気信号に変換する。受光器６５は、変換後の電気信号をデコーダ（図示しない）に出力する。
　以上が、本実施形態の受光装置６の構成についての説明である。なお、図３０～図３２に示す構成は一例であって、本変形例の受光装置６の構成をそのままの形態に限定するものではない。
　〔変形例６〕
　次に、本実施形態に係る変形例６の受光装置について図面を参照しながら説明する。本変形例の受光装置は、導光板に入射した光信号を受光装置の周方向に向けて導光し、受光装置の周囲に配置された中継導光板でその光信号を受光器に向けて導光する。
　図３３～図３６は、本変形例の受光装置６－６について説明するための概念図である。図３３は、受光装置６－６の斜視図である。図３４は、受光装置６－６を透視した上面図である。図３５は、受光装置６－６の内部における光信号の進行について説明するための概念図である。図３６は、図３４のＦ－Ｆ線で受光装置６－６を切断した際の断面図である。図３５～図３６には、受光装置６－６に入射する光や、受光装置６－６の内部における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６－６は、導光板６１－６、レンズシート６２、指向性導光層６３－６、支持部材６４、受光器６５、および中継導光板６７を備える。導光板６１－６、レンズシート６２、指向性導光層６３－６、支持部材６４、および受光器６５の各々は、受光装置６の導光板６１、レンズシート６２、指向性導光層６３、支持部材６４、および受光器６５の各々に対応する構成である。以下においては、受光装置６と同様の特徴については説明を省略する。
　導光板６１－６は、互いに対面し合う第１面６１１－６および第２面６１２－６を主面とする円板状の透明部材である。導光板６１の材質や特性は、受光装置６の導光板６１と同様である。導光板６１は、円板状の外形を有し、その周辺端部の全面には、出射面６１３－６が形成される。第１面６１１－６は、レンズシート６２によって屈折された光信号が入射する入射面である。出射面６１３－６は、導光板６１－６の内部を伝播した光信号が出射される端面である。
　導光板６１－６の第１面６１１－６の上方には、支持部材６４によって支持されたレンズシート６２が配置される。導光板６１－６の第２面６１２－６には、指向性導光層６３－６が配置される。導光板６１－６の周辺の出射面６１３－６には、導光板６１－６の周囲を囲むように、開放端を有する環状の中継導光板６７が配置される。
　レンズシート６２によって屈折され、第１面６１１－６から導光板６１－６の内部に入射した光信号は、第２面６１２－６に配置された指向性導光層６３－６によって、導光板６１－６の周囲の出射面６１３－６に向けて進行方向が変更される。指向性導光層６３－６によって進行方向が変更された光信号は、出射面６１３－６に向けて導光板６１－６の内部を伝播する。図３６には、第１面６１１－６から導光板６１－６の内部に入射した光信号が出射面６１３－６に向けて導光板６１－６の内部を伝播する様子を矢印で示す。
　レンズシート６２は、支持部材６４によって、導光板６１－６の第１面の上方に支持される。レンズシート６２の材質や特性は、受光装置６のレンズシート６２と同様である。レンズシート６２は、複数のレンズを一枚の円板形状のシートに並べた構造を有する。レンズシート６２を構成する複数のレンズは、導光板６１－６の第２面６１２－６に配置された指向性導光層６３－６の異なる焦点位置に焦点を結ぶ。
　指向性導光層６３－６は、導光板６１－６の第２面６１２－６に配置される。指向性導光層６３－６の材質や特性は、受光装置６の指向性導光層６３と同様である。指向性導光層６３－６は、第１面６１１－６から導光板６１－６の内部に入射した光が出射面６１３－６に向けて進行するように光信号を導光する。
　支持部材６４は、導光板６１－６の第１面６１１－６の上方に位置するようにレンズシート６２を支持する円形の枠である。支持部材６４は、レンズシート６２の主面と導光板６１－６の第２面６１２－６との間隔がレンズシート６２の焦点距離ｆになるようにレンズシート６２を支持する。支持部材６４の材質や形状については特に限定を加えない。
　中継導光板６７は、開放端を有する環状の透明部材である。中継導光板６７の内側の側面（入射面６７１）と外側の側面（導光面６７２）とは互いに対面し合う。中継導光板６７の二つの開放端の一方には中継出射面６７３が形成される。中継導光板６７は、導光板６１－６の出射面６１３－６に入射面６７１を向けて配置される。
　入射面６７１は、導光板６１－６の出射面６１３－６から出射された光信号を受光する受光面である。中継出射面６７３は、中継導光板６７の内部を伝播した光信号が出射される一端面である。中継導光板６７は、導光板６１－６の出射面６１３－６に入射面６７１を向けて配置される。中継導光板６７の導光面６７２には、指向性導光層６３と同様の機能を有する指向性導光部が形成される（図面は省略）。中継導光板６７の中継出射面６７３には、受光器６５が配置される。
　入射面６７１から中継導光板６７の内部に進行した光信号は、導光面６７２に形成された指向性導光部によって導光され、入射面６７１と導光面６７２との間で全反射されて、中継出射面６７３に向けて伝播する。中継導光板６７の内部を伝播して中継出射面６７３に到達した光信号は、中継出射面６７３から受光器６５の受光面６５１に向けて出射される。
　導光面６７２に形成された指向性導光部（図示しない）は、入射面６７１から中継導光板６７の内部に入射した光が中継出射面６７３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、指向性導光部は、中継導光板６７の内部を進行する光信号の進行方向を受光器６５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。指向性導光部は、中継導光板６７の内部を進行する光信号の進行方向を受光器６５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、指向性導光部は、ホログラム層で構成してもよい。なお、導光板６１－６の出射面６１３－６から出射される光信号の偏光方向は保存されていないため、色々な偏光方向の直線偏光の集合になっている可能性がある。この点を考慮すると、指向性導光部は、複数のマイクロミラーや複数の突出構造で構成することが好ましい。
　受光器６５は、中継導光板６７の中継出射面６７３に受光面６５１を向けて配置される。受光器６５は、受光装置１の受光器１５と同様の構成である。受光器６５は、中継導光板６７の中継出射面６７３から出射された光信号を受光する。受光器６５は、受光した光信号を電気信号に変換する。受光器６５は、変換後の電気信号をデコーダ（図示しない）に出力する。
　以上が、本変形例の受光装置６－６の構成についての説明である。なお、図３３～図３６に示す構成は一例であって、本実施形態の受光装置６－６の構成をそのままの形態に限定するものではない。
〔変形例７〕
　次に、本実施形態に係る変形例７の受光装置について図面を参照しながら説明する。本変形例の受光装置は、導光板に入射した光信号を受光装置の中心方向に導光し、受光装置の中心に配置された受光器に向けてその光信号を集光する。
　図３７～図４０は、本変形例の受光装置６－７について説明するための概念図である。図３７は、受光装置６－７の斜視図である。図３８は、受光装置６－７の上面図である。図３９は、受光装置６－７の内部における光信号の進行について説明するための概念図である。図４０は、図３９のＧ－Ｇ線で受光装置６－７を切断した際の断面図である。図３９～図４０には、受光装置６－７に入射する光や、受光装置６－７の内部における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６－７は、導光板６１－７、レンズシート６２、指向性導光層６３－７、支持部材６４、受光器６５、反射鏡６６、および受光レンズ６８を備える。導光板６１－７、レンズシート６２、指向性導光層６３－７、支持部材６４、および受光器６５の各々は、受光装置６の導光板６１、レンズシート６２、指向性導光層６３、支持部材６４、および受光器６５の各々に対応する構成である。以下においては、受光装置６と同様の特徴については説明を省略する。
　導光板６１－７は、互いに対面し合う第１面６１１－７および第２面６１２－７を主面とする円板状の透明部材である。導光板６１－７の材質や特性は、受光装置６の導光板６１と同様である。導光板６１－７の中心部分には、上面から見て円形の開口が形成される。導光板６１－７の中心部分に形成される開口の内側の側面には出射面６１３－７が形成される。第１面６１１－７は、レンズシート６２によって屈折された光信号が入射する入射面である。出射面６１３－７は、導光板６１－７の内部を伝播した光信号が出射される端面である。
　導光板６１－７の第１面６１１－７の上方には、支持部材６４によって支持されたレンズシート６２が配置される。導光板６１－７の第２面６１２－７には、指向性導光層６３－７が配置される。導光板６１－７の中心の開口の内側には、円錐状の反射鏡６６が頂点を下方に向けた状態で配置される。
　レンズシート６２によって屈折され、第１面６１１－７から導光板６１－７の内部に入射した光信号は、第２面６１２－７に配置された指向性導光層６３－７によって、導光板６１－７の出射面６１３－７に向けて進行方向が変更される。指向性導光層６３－７によって進行方向が変更された光信号は、出射面６１３－７に向けて導光板６１－７の内部を伝播する。図４０には、第１面６１１－７から導光板６１－７の内部に入射した光信号が出射面６１３－７に向けて導光板６１－７の内部を伝播する様子を矢印で示す。
　レンズシート６２は、支持部材６４によって、導光板６１－７の第１面６１１－７の上方に支持される。レンズシート６２の材質や特性は、受光装置６のレンズシート６２と同様である。レンズシート６２は、複数のレンズを一枚の円板形状のシートに並べた構造を有する。レンズシート６２を構成する複数のレンズは、導光板６１－７の第２面６１２－７に配置された指向性導光層６３－７の異なる焦点位置に焦点を結ぶ。
　指向性導光層６３－７は、導光板６１－７の第２面６１２－７に配置される。指向性導光層６３－７の材質や特性は、受光装置６の指向性導光層６３と同様である。指向性導光層６３－７は、第１面６１１－７から導光板６１－７の内部に入射した光が出射面６１３－７に向けて進行するように光信号を導光する。
　支持部材６４は、導光板６１－７の第１面６１１－７の上方に位置するようにレンズシート６２を支持する円形の枠である。支持部材６４は、レンズシート６２の主面と導光板６１－７との間隔がレンズシート６２の焦点距離ｆになるようにレンズシート６２を支持する。支持部材６４の材質や形状については特に限定を加えない。
　反射鏡６６は、導光板６１－７の中心の開口の内側に配置される。反射鏡６６は、円錐状であり、その側面には反射面が形成される。反射鏡６６は、頂点を下方に向けた状態で、導光板６１－７の出射面６１３－７に反射面を向けて、導光板６１－７の中心の開口の内側に配置される。反射鏡６６は、導光板６１－７の出射面６１３－７から出射した光信号を反射面で受光レンズ６８に向けて反射する。反射鏡６６の反射面で反射された光信号は受光レンズ６８に入射する。反射鏡６６は、導光板６１－７の出射面６１３－７から出射した光信号を反射面で受光レンズ６８に向けて反射しさえすれば、その材質や構造に限定を加えない。また、反射鏡６６は、導光板６１－７の出射面６１３－７から出射される光信号を受光レンズ６８に向けて反射できさえすれば、その形状は円錐に限らず、三角錐や四角推などの多角錐であってもよいし、頂点が尖っていなくてもよい。
　受光レンズ６８は、反射鏡６６の下方に配置される。受光レンズ６８は、反射鏡６６の反射面で反射された光信号を受光器６５の受光面６５１に向けて集光する。受光レンズ６８は、反射鏡６６の反射面で反射された光信号を受光器６５の受光面６５１に向けて集光できさえすれば、その材質や構造に限定を加えない。
　受光器６５は、受光レンズ６８の下方に配置される。受光器６５は、受光装置１の受光器１５と同様の構成である。受光器６５は、受光レンズ６８によって集光された光信号を受光する。受光器６５は、受光した光信号を電気信号に変換する。受光器６５は、変換後の電気信号をデコーダ（図示しない）に出力する。
　以上が、本変形例の受光装置６－７の構成についての説明である。なお、図３７～図４０に示す構成は一例であって、本実施形態の受光装置６－７の構成をそのままの形態に限定するものではない。
　本変形例の受光装置６－８は、レンズシート６２を上方に向けて配置すれば、上方のあらゆる方向から到来する信号光を単一の受光器６５で検出できる。
　〔変形例８〕
　次に、本実施形態に係る変形例８の受光装置について図面を参照しながら説明する。本変形例の受光装置は、第４の実施形態の光センサを変形例の受光装置に追加した構成である。
　図４１～図４３は、本変形例の受光装置６－８について説明するための概念図である。図４１は、受光装置６－８の斜視図である。図４２は、受光装置６－８の上面図である。図４３は、図４１のＨ－Ｈ線で受光装置６－８を切断した際の断面図である。図４３には、受光装置６－８に入射する光や、受光装置６－８の内部における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６－８は、導光板６１－８、レンズシート６２、指向性導光層６３－８、支持部材６４、受光器６５、反射鏡６６、および受光レンズ６８を備える。導光板６１－８、レンズシート６２、指向性導光層６３－８、支持部材６４、および受光器６５の各々は、受光装置６の導光板６１、レンズシート６２、指向性導光層６３、支持部材６４、および受光器６５の各々に対応する構成である。また、反射鏡６６および受光レンズ６８の各々は、変形例６－７の反射鏡６６および受光レンズ６８の各々と同様の構成である。以下においては、受光装置６や受光装置６－７と同様の特徴については説明を省略する。
　導光板６１－８は、互いに対面し合う第１面６１１－８および第２面６１２－８を主面とする円板状の透明部材である。導光板６１－８の材質や特性は、変形例６－７の受光装置６－７の導光板６１－７と同様である。導光板６１－８の中心部分には、上面から見て円形の開口が形成される。導光板６１－８の中心部分に形成される開口の内側の側面には出射面６１３－８が形成される。第１面６１１－８は、レンズシート６２によって屈折された光信号が入射する入射面である。出射面６１３－８は、導光板６１－８の内部を伝播した光信号が出射される端面である。
　導光板６１－８の第１面６１１－８の上方には、支持部材６４によって支持されたレンズシート６２が配置される。導光板６１－８の第２面６１２－８には、指向性導光層６３－７が配置される。また、導光板６１－８の第２面６１２－８の一部には、光センサ６９が配置される。光センサ６９は、出射面６１３－８から最も離れた位置のレンズに対面する第２面６１２に検出面６９１を向けて配置される。導光板６１－８の中心の開口の内側には、変形例７と同様に、円錐状の反射鏡６６が頂点を下方に向けた状態で配置される。
　レンズシート６２によって屈折され、第１面６１１－８から導光板６１－８の内部に入射した光信号は、第２面６１２－８に配置された指向性導光層６３－８によって、導光板６１－８の出射面６１３－８に向けて進行方向が変更される。また、レンズシート６２によって屈折され、第１面６１１－８から導光板６１－８の内部に入射した光信号の一部は、光センサ６９に入射する。指向性導光層６３－８によって進行方向が変更された光信号は、出射面６１３－８に向けて導光板６１－８の内部を伝播する。図４３には、第１面６１１－８から導光板６１－８の内部に入射した光信号が出射面６１３－８に向けて導光板６１－８の内部を伝播する様子を矢印で示す。
　レンズシート６２は、支持部材６４によって、導光板６１－８の第１面６１１－８の上方に支持される。レンズシート６２の材質や特性は、受光装置６のレンズシート６２と同様である。レンズシート６２は、複数のレンズを一枚の円板形状のシートに並べた構造を有する。レンズシート６２を構成する複数のレンズは、導光板６１－７の第２面６１２－７に配置された指向性導光層６３－７または光センサ６９の異なる焦点位置に焦点を結ぶ。なお、図４１～図４３においては、光センサ６９の上方に位置するレンズをハッチングによって明示しているが、そのレンズも他のレンズと同じである。
　指向性導光層６３－８は、導光板６１－８の第２面６１２－８に配置される。指向性導光層６３－８の材質や特性は、変形例７の受光装置６－７の指向性導光層６３－７と同様の構成である。指向性導光層６３－８は、第１面６１１－８から導光板６１－８の内部に入射した光が出射面６１３－８に向けて進行するように光信号を導光する。
　支持部材６４は、導光板６１－８の第１面６１１－８の上方に位置するようにレンズシート６２を支持する円形の枠である。支持部材６４は、変形例７の受光装置６－７と同様の構成である。支持部材６４は、レンズシート６２の主面と導光板６１－８の第２面６１２－８との間隔がレンズシート６２の焦点距離ｆになるようにレンズシート６２を支持する。支持部材６４の材質や形状については特に限定を加えない。
　反射鏡６６は、導光板６１－８の中心の開口の内側に配置される。反射鏡６６は、変形例７の受光装置６－７と同様の構成である。反射鏡６６は、円錐状であり、その側面には反射面が形成される。反射鏡６６は、頂点を下方に向けた状態で、導光板６１－８の出射面６１３－７に反射面を向けて、導光板６１－８の中心の開口の内側に配置される。反射鏡６６は、導光板６１－８の出射面６１３－８から出射した光信号を反射面で受光レンズ６８に向けて反射する。反射鏡６６の反射面で反射された光信号は受光レンズ６８に入射する。反射鏡６６は、導光板６１－８の出射面６１３－８から出射した光信号を反射面で受光レンズ６８に向けて反射しさえすれば、その材質や構造に限定を加えない。
　受光レンズ６８は、反射鏡６６の下方に配置される。受光レンズ６８は、変形例７の受光装置６－７と同様の構成である。受光レンズ６８は、反射鏡６６の反射面で反射された光信号を受光器６５の受光面６５１に向けて集光する。受光レンズ６８は、反射鏡６６の反射面で反射された光信号を受光器６５の受光面６５１に向けて集光できさえすれば、その材質や構造に限定を加えない。
　受光器６５は、受光レンズ６８の下方に配置される。受光器６５は、受光装置１の受光器１５と同様の構成である。受光器６５は、受光レンズ６８によって集光された光信号を受光する。受光器６５は、受光した光信号を電気信号に変換する。受光器６５は、変換後の電気信号をデコーダ（図示しない）に出力する。
　光センサ６９は、レンズシート６２を構成する少なくとも一つのレンズに対応付けられて、導光板６１－８の第２面６１２－に検出面６９１を向けて配置される撮像素子である。光センサ６９は、第４の実施形態の光センサ４９の同様の構成である。光センサ６９は、入射光を検出面６９１で検出し、検出した入射光の入射位置を図示しない検出装置に出力するセンサである。光センサ６９は、入射光の２次元的な位置を検出する２次元センサであってもよいし、入射光の１次元的な位置を検出する１次元センサであってもよい。
　導光板６１－８に入射される光信号をより多く受光器６５に導光するために、光センサ６９は、受光器６５から離れた位置にあるレンズに対応付けて配置することが望ましい。なお、光センサ６９を通過して光信号を受光器６５に向けて導光できる場合は、少なくともいずれかのレンズに対応付けて光センサ６９を配置すればよい。
　以上が、本変形例の受光装置６－８の構成についての説明である。なお、図４１～図４３に示す構成は一例であって、本実施形態の受光装置６－８の構成をそのままの形態に限定するものではない。
　本変形例の受光装置６－８は、レンズシート６２の入射面を上方に向けて配置すれば、上方のあらゆる方向から到来する信号光を単一の受光器６５で検出できるとともに、光センサ６９における入射位置に基づいてその信号光の到来方向を推定できる。
　〔適用例〕
　ここで、本実施形態の受光装置６の適用例について図面を用いて説明する。なお、以下の適用例は一例であって、本実施形態の受光装置６の用途のそれらに限定するものではない。
　図４４は、ドローン６２０を用いた光空間通信に、本実施形態の受光装置６を適用する例である。図４４には、通信ステーション６１０の天井の上に受光装置６を搭載する例を示す。図４４には、通信ステーション６１０の上方を飛行するドローン６２０から光信号を送光する例を示す。通信ステーション６１０の通信装置（図示しない）は、受光装置６によって出力される電気信号をデコードし、デコードされたデータを取得する。通信ステーション６１０に取得されるデータの使用については特に限定を加えない。
　図４４の適用例のように、レンズシート６２の入射面を上方に向けて受光装置６を配置し、受光装置６の上方を飛行するドローン６２０から到来する光信号を受光することによって、ドローン６２０を用いた光空間通信を実現できる。また、レンズシート６２の入射面を略垂直に立てて受光装置６を配置すれば、水平方向から到来する光信号を受光することもできる。また、本実施形態の受光装置６は、ドローン６２０に限らず、飛行機やヘリコプターなどの飛行体や、車両などから送光された光信号の受光にも適用できる。
　以上のように、本実施形態の受光装置は、導光板が、上面視が円形の円板状の形状であり、側面の少なくとも一部に出射面が形成され、レンズシートが、導光板の第１面に対応させて複数のレンズが並べられた構造を有する。
　本実施形態の一態様において、受光装置は、開放端を有する環形状の透明部材であり、内側の側面に入射面が形成され、外側の側面に導光面が形成され、一方の開放端に中継出射面が形成された中継導光板をさらに備える。導光板は、外側の側面の全面が出射面である。中継導光板は、導光板の外側の側面の出射面に入射面を向けて配置され、導光板の出射面から出射された光信号を入射面で受光し、受光した光信号を導光面と入射面との間で全反射させて中継出射面に向けて導光する。受光器は、中継導光板の中継出射面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。
　また、本実施形態の一態様において、受光装置は、側面が反射面である錐状の反射鏡と、反射鏡に主面を向けて配置され、反射鏡によって反射された光信号を集光する受光レンズとをさらに備える。導光板は、上面視における中心部分に、内側の側面が出射面を形成する円形状の開口を有する。反射鏡は、導光板の中心部分の開口に頂点を下に向け、導光板の出射面から出射される光信号が反射面に入射するように配置される。レンズは、反射鏡の反射面によって反射された光信号が進行する位置に主面を向けて配置され、反射面によって反射された光信号を受光器に向けて集光する。受光器は、レンズによって集光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。
　本実施形態の受光装置によれば、単一の受光器が受光する光信号の入射面を広くすることができるため、多様な方向から到来する光信号をより効率的に受光できる。
　（第７の実施形態）
　次に、本発明の第７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～第６の実施形態のいずれか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４５は、本実施形態の受信システム７００の構成の一例を示すブロック図である。図４５のように、受信システム７００は、受光装置７０、デコーダ７１、および出力装置７２を備える。
　受光装置７０は、デコーダ７１に接続される。受光装置７０は、第１～第６の実施形態の受光装置のうち少なくともいずれかである。受光装置７０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７１に送信する。
　デコーダ７１は、受光装置７０と出力装置７２に接続される。デコーダ７１は、受光装置７０から電気信号を受信する。デコーダ７１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７１は、デコードされたデータを出力装置７２に送信する。
　出力装置７２は、デコーダ７１に接続される。出力装置７２は、デコーダ７１からデータを受信する。出力装置７２は、受信したデータを出力する。出力装置７２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。例えば、出力装置７２は、表示装置や音声装置によって実現される。なお、出力装置７２がデコーダ７１を含むように構成してもよい。
　以上が、本実施形態の受信システム７００についての説明である。なお、図４５の構成は一例であって、本実施形態の受信システム７００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～第６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。本実施形態の受信システムによれば、送光軸と受光軸とが一致していない場合であっても、遠方から送光された光信号を受光し、受信した光信号のデータを出力できる。
　以上、本発明を、上述した各実施形態およびその変形例によって例示的に説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲は、上述した各実施形態およびその変形例に記載した範囲に限定されない。当業者には、係る実施形態に対して多様な変更又は改良を加えることが可能であることは明らかである。そのような場合、係る変更又は改良を加えた新たな実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれ得る。そしてこのことは、請求の範囲に記載した事項から明らかである。
　この出願は、２０１９年７月１日に出願された日本出願特願２０１９－１２３０２３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。
　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
　互いに対面する第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面が形成された導光板と、
　複数のレンズが並べられた構造を有し、前記第１面に対面して配置されるレンズシートと、
　前記レンズシートの主面と前記第２面との間隔が前記複数のレンズの焦点距離になるように前記レンズシートを支持する支持部材と、
　前記導光板の前記第２面に配置され、前記導光板の内部に入射した光信号の進行方向を前記出射面に向けて導光する指向性導光層と、
　前記導光板の前記出射面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。
（付記２）
　前記導光板は、
　一軸方向に沿って延伸された形状であり、
　前記レンズシートは、
　前記導光板の前記第１面に対応させて前記複数のレンズが列状に並べられた構造を有する付記１に記載の受光装置。
（付記３）
　一軸方向に沿って延伸された形状の複数の前記導光板が、前記第１面を外側に向け、前記出射面を下側に向けて円筒状に並べられた付記１または２に記載の受光装置。
（付記４）
　互いに対面する入射面および導光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中継出射面が形成された中継導光板をさらに備え、
　前記中継導光板は、
　前記導光板の前記出射面に前記入射面を向けて配置され、前記導光板の前記出射面から出射された前記光信号を前記入射面で受光し、受光した前記光信号を前記導光面と前記入射面との間で全反射させて前記中継出射面に向けて導光し、
　前記受光器は、
　前記中継導光板の前記中継出射面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付記３に記載の受光装置。
（付記５）
　前記導光板は、
　上面視が円形の円板状の形状であり、側面の少なくとも一部に前記出射面が形成され、
　前記レンズシートは、
　前記導光板の前記第１面に対応させて前記複数のレンズが並べられた構造を有する付記１に記載の受光装置。
（付記６）
　開放端を有する環形状の透明部材であり、内側の側面に入射面が形成され、外側の側面に導光面が形成され、一方の前記開放端に中継出射面が形成された中継導光板をさらに備え、
　前記導光板は、
　外側の側面の全面が前記出射面であり、
　前記中継導光板は、
　前記導光板の外側の側面の前記出射面に前記入射面を向けて配置され、前記導光板の前記出射面から出射された前記光信号を前記入射面で受光し、受光した前記光信号を前記導光面と前記入射面との間で全反射させて前記中継出射面に向けて導光し、
　前記受光器は、
　前記中継導光板の前記中継出射面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付記５に記載の受光装置。
（付記７）
　側面が反射面である錐状の反射鏡と、
　前記反射鏡に主面を向けて配置され、前記反射鏡によって反射された前記光信号を集光する受光レンズとをさらに備え、
　前記導光板は、
　上面視における中心部分に、内側の側面が前記出射面を形成する円形状の開口を有し、
　前記反射鏡は、
　前記導光板の中心部分の開口に頂点を下に向け、前記導光板の前記出射面から出射される前記光信号が前記反射面に入射するように配置され、
　前記レンズは、
　前記反射鏡の前記反射面によって反射された光信号が進行する位置に主面を向けて配置され、前記反射面によって反射された前記光信号を前記受光器に向けて集光し、
　前記受光器は、
　前記レンズによって集光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付記５に記載の受光装置。
（付記８）
　円偏光の光信号を直線偏光に変換する波長板と、前記波長板によって直線偏光に変換された光信号の偏光方向を揃える偏光板とを有する偏光素子が前記レンズシートの上方に配置され、
　前記指向性導光層は、
　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ホログラム層である付記１乃至７のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記９）
　前記指向性導光層の下面に光を吸収する光吸収層をさらに備える付記１乃至８のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記１０）
　前記レンズシートの上方に配置され、前記光信号の波長領域の光を選択的に通過させる第１色フィルタをさらに備える付記１乃至９のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記１１）
　前記受光器の受光面に配置され、前記導光板の出射面から出射される前記光信号の波長領域の光を選択的に通過させる第２色フィルタをさらに備える付記１乃至１０のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記１２）
　前記レンズシートの上方に配置され、前記光信号の波長領域の前記光信号を選択的に通過させる第１色フィルタと、
　前記受光器の受光面に配置され、前記導光板の出射面から出射される前記光信号の波長領域の光を選択的に通過させる第２色フィルタとをさらに備え、
　前記第２色フィルタは、
　前記第１色フィルタよりも狭い波長領域の前記光信号を選択的に透過させる付記１乃至９のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記１３）
　前記導光板の前記第１面の上面に配置され、少なくとも一部の開口状態を制御可能な液晶素子によって構成されるシャッターをさらに備える付記１乃至１２のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記１４）
　前記導光板の前記第２面の少なくとも一部に検出面を向けて配置される光センサをさらに備える付記１乃至１３のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記１５）
　付記１乃至１４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。
　１、２、３、４、５、６　　受光装置
　１１、２１、３１、４１、５１、６１　　導光板
　１２、２２、３２、４２、５２、６２　　レンズシート
　１３、２３、３３、４３、５３、６３　　指向性導光層
　１４、２４、３４、４４、５４、６４　　支持部材
　１５、２５、３５、４５、５５、６５　　受光器
　２６　　偏光素子
　２８　　光吸収層
　３８　　シャッター
　４９、５９、６９　　光センサ
　５７、６７　　中継導光板
　５８　　土台
　７０　　受光装置
　７１　　デコーダ
　７２　　出力装置

Claims (15)

  1. 　互いに対面する第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面が形成された導光板と、
    　複数のレンズが並べられた構造を有し、前記第１面に対面して配置されるレンズシートと、
    　前記レンズシートの主面と前記第２面との間隔が前記複数のレンズの焦点距離になるように前記レンズシートを支持する支持部材と、
    　前記導光板の前記第２面に配置され、前記導光板の内部に入射した光信号の進行方向を前記出射面に向けて導光する指向性導光層と、
    　前記導光板の前記出射面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. 　前記導光板は、
    　一軸方向に沿って延伸された形状であり、
    　前記レンズシートは、
    　前記導光板の前記第１面に対応させて前記複数のレンズが列状に並べられた構造を有する請求項１に記載の受光装置。
  3. 　一軸方向に沿って延伸された形状の複数の前記導光板が、前記第１面を外側に向け、前記出射面を下側に向けて円筒状に並べられた請求項１または２に記載の受光装置。
  4. 　互いに対面する入射面および導光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中継出射面が形成された中継導光板をさらに備え、
    　前記中継導光板は、
    　前記導光板の前記出射面に前記入射面を向けて配置され、前記導光板の前記出射面から出射された前記光信号を前記入射面で受光し、受光した前記光信号を前記導光面と前記入射面との間で全反射させて前記中継出射面に向けて導光し、
    　前記受光器は、
    　前記中継導光板の前記中継出射面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３に記載の受光装置。
  5. 　前記導光板は、
    　上面視が円形の円板状の形状であり、側面の少なくとも一部に前記出射面が形成され、
    　前記レンズシートは、
    　前記導光板の前記第１面に対応させて前記複数のレンズが並べられた構造を有する請求項１に記載の受光装置。
  6. 　開放端を有する環形状の透明部材であり、内側の側面に入射面が形成され、外側の側面に導光面が形成され、一方の前記開放端に中継出射面が形成された中継導光板をさらに備え、
    　前記導光板は、
    　外側の側面の全面が前記出射面であり、
    　前記中継導光板は、
    　前記導光板の外側の側面の前記出射面に前記入射面を向けて配置され、前記導光板の前記出射面から出射された前記光信号を前記入射面で受光し、受光した前記光信号を前記導光面と前記入射面との間で全反射させて前記中継出射面に向けて導光し、
    　前記受光器は、
    　前記中継導光板の前記中継出射面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５に記載の受光装置。
  7. 　側面が反射面である錐状の反射鏡と、
    　前記反射鏡に主面を向けて配置され、前記反射鏡によって反射された前記光信号を集光する受光レンズとをさらに備え、
    　前記導光板は、
    　上面視における中心部分に、内側の側面が前記出射面を形成する円形状の開口を有し、
    　前記反射鏡は、
    　前記導光板の中心部分の開口に頂点を下に向け、前記導光板の前記出射面から出射される前記光信号が前記反射面に入射するように配置され、
    　前記レンズは、
    　前記反射鏡の前記反射面によって反射された光信号が進行する位置に主面を向けて配置され、前記反射面によって反射された前記光信号を前記受光器に向けて集光し、
    　前記受光器は、
    　前記レンズによって集光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５に記載の受光装置。
  8. 　円偏光の光信号を直線偏光に変換する波長板と、前記波長板によって直線偏光に変換された光信号の偏光方向を揃える偏光板とを有する偏光素子が前記レンズシートの上方に配置され、
    　前記指向性導光層は、
    　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ホログラム層である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の受光装置。
  9. 　前記指向性導光層の下面に光を吸収する光吸収層をさらに備える請求項１乃至８のいずれか一項に記載の受光装置。
  10. 　前記レンズシートの上方に配置され、前記光信号の波長領域の光を選択的に通過させる第１色フィルタをさらに備える請求項１乃至９のいずれか一項に記載の受光装置。
  11. 　前記受光器の受光面に配置され、前記導光板の出射面から出射される前記光信号の波長領域の光を選択的に通過させる第２色フィルタをさらに備える請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の受光装置。
  12. 　前記レンズシートの上方に配置され、前記光信号の波長領域の前記光信号を選択的に通過させる第１色フィルタと、
    　前記受光器の受光面に配置され、前記導光板の出射面から出射される前記光信号の波長領域の光を選択的に通過させる第２色フィルタとをさらに備え、
    　前記第２色フィルタは、
    　前記第１色フィルタよりも狭い波長領域の前記光信号を選択的に透過させる請求項１乃至９のいずれか一項に記載の受光装置。
  13. 　前記導光板の前記第１面の上面に配置され、少なくとも一部の開口状態を制御可能な液晶素子によって構成されるシャッターをさらに備える請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の受光装置。
  14. 　前記導光板の前記第２面の少なくとも一部に検出面を向けて配置される光センサをさらに備える請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の受光装置。
  15. 　請求項１乃至１４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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