WO2022149333A1 - 受光装置および通信装置 - Google Patents

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WO2022149333A1
WO2022149333A1 PCT/JP2021/039348 JP2021039348W WO2022149333A1 WO 2022149333 A1 WO2022149333 A1 WO 2022149333A1 JP 2021039348 W JP2021039348 W JP 2021039348W WO 2022149333 A1 WO2022149333 A1 WO 2022149333A1
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light
light receiving
optical signal
ray control
control element
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PCT/JP2021/039348
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English (en)
French (fr)
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紘也 高田
尚志 水本
藤男 奥村
Original Assignee
日本電気株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/112—Line-of-sight transmission over an extended range
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67—Optical arrangements in the receiver

Definitions

  • the present disclosure relates to a light receiving device or the like that receives a spatial optical signal.
  • optical space communication optical signals propagating in space (hereinafter, also referred to as spatial optical signals) are transmitted and received without using a medium such as an optical fiber.
  • a condenser lens as large as possible is required.
  • a photodiode having a small capacitance is required for high-speed communication. Since such a photodiode has a very small light receiving surface, it is difficult to collect spatial optical signals coming from various directions toward the light receiving surface with a large condensing lens.
  • Patent Document 1 discloses a light receiving device that filters condensed light.
  • the apparatus of Patent Document 1 includes a first condensing lens, a collimating lens, a bandpass filter, and a light receiving element.
  • the collimating lens has a focal length shorter than the focal length of the first condenser lens, and converts the light focused by the condenser lens into parallel light.
  • the parallel light from the collimated lens is incident perpendicular to the filter surface of the bandpass filter.
  • the light transmitted through the bandpass filter that transmits only the wavelength of the incident light is received by the light receiving element.
  • Patent Document 1 a second condensing lens that condenses light that has passed through a bandpass filter is arranged, or an aperture is arranged at the focal position of the condensing lens, so that the light is condensed by the condensing lens.
  • a configuration is disclosed that facilitates light guidance to a light receiving element.
  • Patent Document 1 discloses a mechanism for adjusting a condenser lens or an aperture to an optimum position by moving a condenser lens or an aperture in three axial directions according to an incident angle of light.
  • the light that has passed through the bandpass filter is focused on the second condenser lens, or the condenser lens or aperture is adjusted to the optimum position according to the incident angle of the light. Allows spatial light to be guided to the light receiving element.
  • the intensity of the light guided to the light receiving element changes according to the incident angle of the spatial light. Therefore, in the method of Patent Document 1, the spatial light cannot be efficiently received depending on the arrival direction of the spatial light.
  • An object of the present disclosure is to provide a light receiving device or the like that can efficiently receive a spatial optical signal arriving from an arbitrary direction.
  • the light receiving device of one aspect of the present disclosure includes a condenser lens that receives a spatial light signal, and a light ray control element that emits an optical signal derived from the spatial light signal condensed by the condenser lens toward a predetermined region.
  • a light receiving element is provided, which is arranged with a light receiving unit facing a predetermined area and receives an optical signal.
  • the line showing the trajectory of light in the drawing is conceptual and does not accurately represent the actual traveling direction or state of light.
  • 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 used for optical space communication in which optical signals propagating in space (hereinafter, also referred to as spatial optical signals) are transmitted and received without using a medium such as an optical fiber.
  • the light receiving device of the present embodiment may be used for applications other than optical space communication as long as it is used for receiving light propagating in space.
  • the spatial optical signal is regarded as parallel light because it comes from a position sufficiently distant.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the light receiving device 10 of the present embodiment.
  • the light receiving device 10 includes a condenser lens 11, a light ray control element 13, and a light receiving element 15.
  • 2 and 3 are conceptual diagrams for explaining an example of the locus of light received by the light receiving device 10.
  • 1 and 2 are views of the internal configuration of the light receiving device 10 as viewed from the side.
  • FIG. 3 is a perspective view of the internal configuration of the light receiving device 10 as viewed diagonally from the front.
  • the condensing lens 11 is an optical element that condenses a spatial optical signal arriving from the outside.
  • the light derived from the spatial light signal collected by the condenser lens 11 is condensed toward the incident surface of the light ray control element 13.
  • the light derived from the spatial optical signal condensed by the condenser lens 11 is called an optical signal.
  • the condenser lens 11 can be made of a material such as glass or plastic.
  • the condenser lens 11 is realized by a material such as quartz.
  • the spatial optical signal is light in the infrared region (hereinafter, also referred to as infrared rays)
  • the condenser lens 11 may be realized by a silicon, germanium, or caucogenide-based material.
  • the material of the condenser lens 11 is not limited as long as it can refract and transmit light in the wavelength region of the spatial optical signal.
  • the light ray control element 13 is arranged after the condenser lens 11.
  • the light ray control element 13 is arranged so that its incident surface faces the exit surface of the condenser lens 11.
  • the optical signal incident from the incident surface of the light ray control element 13 is emitted from the emitting surface toward a predetermined region. That is, the light signal incident on the light ray control element 13 is controlled in its emission direction and is emitted toward the light receiving unit 150 of the light receiving element 15 arranged in a predetermined region.
  • the spatial optical signal A and the spatial optical signal B arriving from different directions are incident on the condenser lens 11.
  • the optical signals derived from the spatial optical signal A and the spatial optical signal B are condensed by the condenser lens 11 and incident on different regions (also referred to as ray control regions) of the light ray control element 13.
  • the light ray control element 13 emits an optical signal incident on an arbitrary light ray control region toward the same predetermined region.
  • the optical signals derived from the spatial optical signal A and the spatial optical signal B are received by the light receiving element 15 arranged with the light receiving unit 150 directed to the predetermined region.
  • the light ray control element 13 is realized by a near-field diffractive optical element, a hologram element, a reflection type diffractive optical element, or the like.
  • the light ray control element 13 is not limited to the above example as long as it can emit an optical signal incident from the incident surface toward a predetermined region where the light receiving unit 150 of the light receiving element 15 is located.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a near-field diffractive optical element (near-field diffractive optical element 131) that realizes the light ray control element 13. Submicron-order irregularities are formed on the exit surface of the near-field diffractive optical element 131.
  • the near-field diffractive optical element 131 of FIG. 4 conceptually depicts an element that realizes the light ray control element 13, and is not drawn according to the scale of the actual unevenness.
  • the near-field diffractive optical element 131 guides the optical signal condensed by the condenser lens 11 to a predetermined region in which the light receiving portion 150 of the light receiving element 15 is arranged.
  • the light receiving element 15 is arranged after the light ray control element 13.
  • the light receiving element 15 has a light receiving unit 150 that receives an optical signal emitted from the light ray controlling element 13.
  • the light receiving element 15 is arranged so that the light receiving unit 150 faces the emission surface of the light ray control element 13.
  • the light receiving element 15 is arranged so that the light receiving unit 150 is located in a predetermined region.
  • the optical signal emitted from the light ray control element 13 is received by the light receiving unit 150 of the light receiving element 15 located in a predetermined region.
  • the light receiving element 15 receives light in the wavelength region of the optical signal to be received.
  • the light receiving element 15 receives an optical signal in an infrared region.
  • the light receiving element 15 receives, for example, an optical signal having a wavelength in the 1.5 ⁇ m (micrometer) band.
  • the wavelength band of the optical signal received by the light receiving element 15 is not limited to the 1.5 ⁇ m band.
  • the wavelength band of the optical signal received by the light receiving element 15 can be arbitrarily set according to the wavelength of the spatial optical signal transmitted from the light transmitting device (not shown).
  • the wavelength band of the optical signal received by the light receiving element 15 may be set to, for example, a 0.8 ⁇ m band, a 1.55 ⁇ m band, or a 2.2 ⁇ m band.
  • the wavelength band of the optical signal received by the light receiving element 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 light receiving element 15 may receive an optical signal in the visible region. Further, when the light receiving element 15 is saturated with intense sunlight, the optical signal derived from the spatial optical signal cannot be read. Therefore, a color filter that selectively passes light in the wavelength band of the spatial optical signal may be installed in front of the light receiving element 15.
  • the light receiving element 15 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the light receiving element 15 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the light receiving element 15 can be realized by an element such as a photodiode or a phototransistor.
  • the light receiving element 15 is realized by an avalanche photodiode.
  • the light receiving element 15 realized by an avalanche photodiode can support high-speed communication.
  • the light receiving element 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 light receiving portion 150 of the light receiving element 15 is as small as possible.
  • the light receiving portion 150 of the light receiving element 15 has a light receiving surface having a diameter of about 0.1 to 0.3 mm (millimeters).
  • the optical signal collected by the condenser lens 11 is condensed within a certain range depending on the arrival direction of the spatial optical signal, it cannot be condensed in a predetermined area where the light receiving unit 150 of the light receiving element 15 is arranged. Can not.
  • the light signal focused by the condenser lens 11 is received by the light receiving element 15 by using the light ray control element 13 that selectively guides the light signal focused by the condenser lens 11 to a predetermined region. It leads to a predetermined area where the unit 150 is located. Therefore, the light receiving device 10 can efficiently guide the spatial optical signal arriving at the incident surface of the condenser lens 11 from an arbitrary direction to the light receiving unit 150 of the light receiving element 15.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a condenser lens, a light ray control element, and a light receiving element.
  • the condenser lens receives a spatial optical signal.
  • the light ray control element emits an optical signal derived from a spatial optical signal condensed by a condenser lens toward a predetermined region.
  • the ray control measure is a near-field diffractive optical element that diffracts an optical signal focused by a condenser lens toward a predetermined region.
  • the light receiving element is arranged so that the light receiving portion faces a predetermined area. The light receiving element receives an optical signal.
  • the light signal collected by the condensing lens is guided to a predetermined area by the light ray control element, so that the spatial light arriving from an arbitrary direction can be efficiently received.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a light pipe that guides an optical signal emitted from a light ray control element to a light receiving unit of the light receiving element.
  • the light pipe is a member that guides an optical signal emitted from a light ray control element to a light receiving portion of the light receiving element.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the light receiving device 20 of the present embodiment.
  • the light receiving device 20 includes a condenser lens 21, a light ray control element 23, a light pipe 24, and a light receiving element 25.
  • FIG. 5 is a side view of the internal configuration of the light receiving device 20.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining an example of the locus of light received by the light receiving device 20.
  • FIG. 6 is a perspective view of the internal configuration of the light receiving device 20 as viewed diagonally from the front.
  • the condensing lens 21 is an optical element that condenses a spatial optical signal arriving from the outside.
  • the optical signal collected by the condenser lens 21 is condensed toward the incident surface of the light ray control element 23.
  • the condenser lens 21 has the same configuration as the condenser lens 11 of the first embodiment.
  • the light ray control element 23 is arranged after the condenser lens 21.
  • the light ray control element 23 is arranged so that its incident surface faces the emission surface of the condenser lens 21.
  • the optical signal incident from the incident surface of the light ray control element 23 is emitted toward a predetermined region at a close distance.
  • the emission direction of the optical signal incident from the incident surface of the light ray control element 23 is controlled, and the optical signal is emitted toward the incident surface of the light pipe 24.
  • the light ray control element 23 has the same configuration as the light ray control element 13 of the first embodiment.
  • the light pipe 24 is provided in association with the light receiving element 25.
  • the light pipe 24 has an incident surface on which a spatial optical signal is incident and an outgoing surface on which an optical signal guided inside the light pipe 24 is emitted.
  • the exit surface has a smaller area than the entrance surface.
  • the light pipe 24 is arranged so that its incident surface is located in a predetermined region.
  • the emission surface of the light pipe 24 is arranged so that the light pipe 24 is in contact with the light receiving portion 250 of the associated light receiving element 25.
  • the optical signal emitted from the light emitting surface of the light pipe 24 is incident on the light receiving unit 250 of the light receiving element 25, the light emitting surface of the light pipe 24 and the light receiving unit 250 of the light receiving element 25 may not be in contact with each other. ..
  • FIG. 5 shows an example in which the entrance surface and the emission surface are parallel, but the entrance surface and the emission surface may be non-parallel as long as the optical signal can be guided from the entrance surface to the emission surface.
  • the light pipe 24 is preferably made of a material that easily transmits light in the wavelength band of spatial light.
  • the light pipe 24 can be made of a general optical fiber material.
  • the optical signal incident from the incident surface of the light pipe 24 is guided to the exit surface while being reflected by the side surface of the light pipe 24.
  • the optical signal guided to the emission surface is emitted from the emission surface.
  • Most of the optical signal guided inside the light pipe may be emitted from the exit surface, and may leak when a part of the optical signal is reflected by the side surface.
  • the light receiving element 25 is arranged after the light pipe 24.
  • the light receiving element 25 has a light receiving unit 250 that receives an optical signal emitted from the light pipe 24.
  • the light receiving element 25 is arranged so that the light receiving portion 250 faces the emission surface of the light pipe 24.
  • the optical signal emitted from the light pipe 24 is received by the light receiving unit 250 of the light receiving element 25.
  • the light receiving element 25 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the light receiving element 25 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the light receiving element 25 has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • the optical signal can be guided toward the light receiving unit 250 of the light receiving element 25. Therefore, the area of the light receiving portion 250 of the light receiving element 25 can be reduced. Therefore, a light receiving element 25 having the same light receiving efficiency but a small light receiving surface can be applied. For example, if the light pipe 24 is used, the light receiving element 25 having high sensitivity can be adopted although the area of the light receiving portion 250 is small.
  • FIG. 7 is a side view of the first example (light pipe 241) of the light pipe 24.
  • the light pipe 241 is formed in a tapered shape so as to narrow from the entrance surface to the exit surface.
  • the light pipe 241 is made of a material that transmits light in the wavelength band of an optical signal.
  • the side surface of the light pipe 241 reflects light in the wavelength band of the optical signal.
  • a reflector that reflects light in the wavelength band of the optical signal may be installed on the outside of the side surface of the light pipe 241.
  • FIG. 8 is a side view of the second example (light pipe 242) of the light pipe 24.
  • the light pipe 242 includes a light guide portion 2421 on the incident side and an exit portion 2422 on the exit side.
  • the light guide unit 2421 and the emission unit 2422 are integrated.
  • the light guide portion 2421 is formed in a tapered shape so as to narrow from the incident surface toward the exit portion 2422.
  • the emitting portion 2422 has a spherical or ellipsoidal shape.
  • the end of the emission portion 2422 (the right end portion of the light pipe 242 in FIG. 8) is the emission surface.
  • the connection portion between the light guide unit 2421 and the emission unit 2422 is configured so as not to affect the propagation of the optical signal.
  • FIG. 8 In the light pipe 241 (FIG.
  • the angle of the taper becomes steep, so that the light signal is easily radiated from the incident surface due to the reflection on the side surface.
  • the light pipe 242 (FIG. 8) since the light emitting portion 2422 is provided, the taper of the light guide portion 2421 does not have to be steep. Therefore, the light pipe 242 (FIG. 8) is easier to efficiently guide the optical signal to the small light receiving element 25 of the light receiving unit 250 than the light pipe 241 (FIG. 7).
  • the emission unit 2422 may be formed in a shape other than a sphere or an ellipsoid as long as the optical signal entering from the light guide unit 2421 can be easily guided toward the emission surface.
  • the light pipe 242 is made of a material that transmits light in the wavelength band of an optical signal.
  • the side surface of the light guide unit 2421 and the portion other than the emission surface of the emission unit 2422 reflect light in the wavelength band of the optical signal.
  • a reflector that reflects light in the wavelength band of an optical signal may be installed on a portion other than the side surface of the light pipe 242 and the emission surface of the emission unit 2422.
  • the incident surface of the light pipe 241 and the light pipe 242 may be provided with an antireflection layer according to the wavelength band of the optical signal. If an antireflection layer is provided on the incident surface, the optical signal reflected on the incident surface can be reduced. Further, a color filter for selectively passing light in the wavelength band of the optical signal may be provided on the incident surface of the light pipe 241 and the light pipe 242. If a color filter is provided on the incident surface, the light in the wavelength band of the optical signal is selectively guided to the light receiving portion 250 of the light receiving element 25, so that the noise component contained in the optical signal can be removed.
  • FIG. 9 is a side view of the third example (light pipe 243) of the light pipe 24.
  • the inside of the light pipe 243 is hollow.
  • the entrance surface and the exit surface of the light pipe 243 are open.
  • the side surface of the light pipe 243 reflects light in the wavelength band of the optical signal.
  • a reflector that reflects light in the wavelength band of an optical signal may be installed inside the side surface of the light pipe 243.
  • the main body of the light pipe 243 may be made of a material that transmits light in the wavelength band of the optical signal, and a reflector that reflects the optical signal may be installed on the side surface of the light pipe 243.
  • the optical signal reflected inside the light pipe 243 is emitted from the emission surface and is received by the light receiving unit 250 of the light receiving element 25. Since the optical signal of the light pipe 243 is not attenuated inside the light pipe 243, the intensity of the optical signal reaching the light receiving portion 250 of the light receiving element 25 is higher than that of the light pipes 241 to 242 (FIGS. 7 to 8).
  • FIG. 10 is a side view of a fourth example (light pipe 244) of the light pipe 24.
  • the inside of the light pipe 244 is hollow.
  • the entrance surface and the exit surface of the light pipe 244 are open.
  • a directional light guide body 284 that directionally guides light in the wavelength band of an optical signal toward an emission surface is arranged on the inner side surface of the light pipe 244.
  • the directional light guide body 284 directionally guides the optical signal incident from the incident surface toward the exit surface.
  • the optical signal is shown to be reflected on the surface of the directional light guide 284.
  • the directional light guide body 284 directionally guides an optical signal toward an exit surface by reflecting at a reflection angle larger than the incident angle.
  • the optical signal that has entered the directional light guide 284 may be configured to propagate inside the directional light guide 284 and be emitted from an exit surface directed to the light receiving portion 250 of the light receiving element 25. ..
  • the optical signal reflected on the inner surface may return to the incident surface side and may not reach the light receiving element 25.
  • the optical signal entering from the incident surface is directionally guided toward the light receiving element 25. Therefore, it becomes difficult for the optical signal to return to the incident surface side, and the light receiving efficiency of the light receiving element 25 is improved.
  • the directional light guide body 284 has a reflection structure including at least one reflecting surface that reflects an optical signal incident from an incident surface toward an emitting surface.
  • the reflective structure is formed of a material that reflects light in the wavelength band of the optical signal.
  • the reflective structure can be formed of a material such as metal.
  • the material of the reflection structure is not particularly limited as long as it can reflect light in the wavelength band of the optical signal.
  • the directional light guide 284 may be realized by a reflective diffraction grating (also referred to as a diffraction grating array) having a structure in which a plurality of gratings having a height on the order of micrometers are arranged.
  • the diffraction grating array diffracts the optical signal so that the optical signal incident from the upper surface of the directional light guide 284 travels toward the exit surface.
  • a diffraction grating array can be realized by a blazed diffraction grating or a holographic diffraction grating.
  • the diffraction grating array is preferably adjusted in grid spacing so that the optical signal travels toward the exit surface.
  • FIG. 11 is a side view of the fifth example (light pipe 245) of the light pipe 24.
  • the inside of the light pipe 245 is hollow.
  • the entrance surface and the exit surface of the light pipe 245 are open.
  • a directional light guide body 285 that directionally guides light in the wavelength band of the optical signal toward the exit surface is arranged on the inner side surface of the light pipe 245 on the incident surface side.
  • the directional light guide body 285 has the same configuration as the directional light guide body 284 of the fourth example (FIG. 10). Similar to the third example (FIG. 9), light in the wavelength band of the optical signal is reflected on the inner side surface of the light pipe 245 on the emission surface side.
  • a reflector that reflects light in the wavelength band of the optical signal may be installed inside the light pipe 243 on the emission surface side. Similar to the fourth example (FIG. 10), the directional light guide body 285 directionally guides the optical signal incident from the incident surface toward the exit surface. The directional light guide body 285 directionally guides an optical signal toward an exit surface by reflecting at a reflection angle larger than the incident angle. The optical signal emitted from the directional light guide 285 is reflected inside the emission surface side of the light pipe 245 and is emitted from the emission surface. The optical signal emitted from the emission surface is received by the light receiving unit 250 of the light receiving element 25.
  • the optical signal reflected several times inside the light pipe 245 may return to the incident surface side.
  • the optical signal incident on the light pipe 245 first enters the directional light guide body 285 and is directionally guided toward the light receiving unit 250, so that the possibility of returning to the incident surface side is reduced.
  • FIGS. 7 to 11 are examples, and the configuration of the light pipe 24 is not limited to those forms.
  • the light pipe may be configured by arbitrarily combining the configurations of FIGS. 7 to 11.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a condenser lens, a light ray control element, a light pipe, and a light receiving element.
  • the condenser lens receives a spatial optical signal.
  • the light ray control element emits an optical signal derived from a spatial optical signal condensed by a condenser lens toward a predetermined region.
  • the light pipe guides the optical signal emitted from the light ray control element to a light receiving unit arranged in a predetermined region.
  • the light pipe has a hollow structure and has a directional light guide body that directionally guides an optical signal toward a light receiving portion arranged in a predetermined region at least in the vicinity of the incident surface on the inner surface. ..
  • the light receiving element is arranged so that the light receiving portion faces a predetermined area.
  • the light receiving element receives an optical signal.
  • the light signal condensed by the condensing lens is guided to the light receiving portion of the light receiving element via the light pipe, so that the optical signal derived from the spatial optical signal is more efficient. It can receive light well.
  • the light receiving device of the present embodiment is used in a situation where the direction in which the spatial optical signal arrives is limited to some extent.
  • the light receiving device of the present embodiment includes an elongated light ray control element set according to the arrival direction of the spatial optical signal.
  • the arrival direction of the spatial optical signal is limited to the horizontal direction, and the shape of the light ray control element is elongated in the horizontal direction according to the arrival direction.
  • the light receiving device of the present embodiment may be combined with the light pipe of the second embodiment.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the light receiving device 30 of the present embodiment.
  • the light receiving device 30 includes a condenser lens 31, a light ray control element 33, and a light receiving element 35.
  • FIG. 12 is a side view of the internal configuration of the light receiving device 30.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram for explaining an example of the locus of light received by the light receiving device 30.
  • FIG. 13 is a perspective view of the internal configuration of the light receiving device 30 as viewed diagonally from the front.
  • the condensing lens 31 is an optical element that condenses a spatial optical signal arriving from the outside.
  • the optical signal collected by the condenser lens 31 is condensed toward the incident surface of the light ray control element 33.
  • the condenser lens 31 has the same configuration as the condenser lens 11 of the first embodiment.
  • the condensing lens 31 may be configured to condense light according to the shape of the light ray control element 33.
  • the light ray control element 33 is arranged after the condenser lens 31.
  • the light ray control element 33 is arranged so that its incident surface faces the exit surface of the condenser lens 31.
  • the light ray control element 33 is set in a shape that matches the arrival direction of the spatial optical signal. For example, when a spatial light signal arrives from the horizontal direction, the light ray control element 33 is set to have a long axis in the horizontal direction and a short axis in the vertical direction. For example, when a spatial optical signal arrives from a direction perpendicular to the horizontal plane (hereinafter referred to as a vertical direction), the ray control element 33 has a shape having a long axis in the vertical direction and a short axis in the horizontal direction. Set. The shape of the light ray control element 33 may be set according to the arrival direction of the spatial optical signal.
  • the optical signal incident from the incident surface of the light ray control element 33 is emitted toward a predetermined region at a close distance.
  • the emission direction of the optical signal incident from the incident surface of the light ray control element 33 is controlled, and the optical signal is emitted toward the light receiving unit 350 of the light receiving element 35.
  • the light ray control element 33 has the same configuration as the light ray control element 13 of the first embodiment except for the shape.
  • the light receiving element 35 is arranged after the light ray control element 33.
  • the light receiving element 35 has a light receiving unit 350 that receives an optical signal emitted from the light ray controlling element 33.
  • the light receiving element 35 is arranged so that the light receiving unit 350 faces the emission surface of the light ray control element 33.
  • the optical signal emitted from the light ray control element 33 is received by the light receiving unit 350 of the light receiving element 35.
  • the light receiving element 35 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the light receiving element 35 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the light receiving element 35 has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a condenser lens, a light ray control element, and a light receiving element.
  • the condenser lens receives a spatial optical signal.
  • the light ray control element has a shape that matches the arrival direction of the spatial optical signal.
  • the light ray control element emits an optical signal derived from a spatial optical signal condensed by a condenser lens toward a predetermined region.
  • the light receiving element is arranged so that the light receiving portion faces a predetermined area.
  • the light receiving element receives an optical signal.
  • the light receiving device of the present embodiment by using a light ray control element having a shape matched to the arrival direction of the spatial optical signal, it is possible to efficiently receive a spatial optical signal having a limited arrival direction.
  • the arrival direction of the spatial optical signal from the communication target is limited to the horizontal direction, the vertical direction, or the like, it is not necessary to receive the light arriving from a direction different from those.
  • the arrival direction of the spatial optical signal is limited to the horizontal direction
  • the shape of the light ray control element is elongated along the horizontal direction according to the arrival direction.
  • the shape of the light ray control element may be elongated along the vertical direction according to the arrival direction.
  • the light arriving from a direction different from the arriving direction of the spatial optical signal from the communication target can be regarded as a noise component or a disturbing component. Therefore, according to the present embodiment, since the light of the noise component and the disturbing component is not received, the spatial optical signal from the communication target can be received more efficiently.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a light ray control element that diffracts an optical signal collected by a condenser lens and reflects it to a predetermined region to guide the light signal.
  • a light ray control element that diffracts an optical signal collected by a condenser lens and reflects it to a predetermined region to guide the light signal.
  • an example including an elongated ray control element set according to the arrival direction of the spatial optical signal will be described, but the ray control element capable of corresponding to the spatial optical signal arriving from an arbitrary direction (No. 1). 1) may be applied.
  • the light receiving device of the present embodiment may be combined with the light pipe of the second embodiment.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the light receiving device 40 of the present embodiment.
  • the light receiving device 40 includes a condenser lens 41, a light ray control element 43, and a light receiving element 45.
  • FIG. 14 is a side view of the internal configuration of the light receiving device 40.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram for explaining an example of the locus of light received by the light receiving device 40.
  • FIG. 15 is a perspective view of the internal configuration of the light receiving device 40 as viewed diagonally from the front.
  • the condenser lens 41 is an optical element that concentrates a spatial optical signal arriving from the outside.
  • the optical signal collected by the condenser lens 41 is condensed toward the incident surface of the light ray control element 43.
  • the condenser lens 41 has the same configuration as the condenser lens 11 of the first embodiment.
  • the condensing lens 41 may be configured to condense light according to the shape of the light ray control element 43.
  • the light ray control element 43 is arranged after the condenser lens 41.
  • the light ray control element 43 is a reflection type diffractive optical element.
  • the light ray control element 43 has a reflecting surface that diffracts and reflects light in the wavelength band of an optical signal.
  • the ray control element 43 is realized by LCOS (Liquid Crystal On Silicon).
  • the base material of the light ray control element 43 is quartz.
  • a reflective layer made of silicon, gold, or the like is formed on the reflective surface of the light ray control element 43.
  • the reflective layer formed on the reflective surface of the light ray control element 43 is preferably formed of gold.
  • the reflective surface of the light ray control element 43 is arranged so that the optical signal emitted from the condensing lens 41 is reflected toward the light receiving portion 450 of the light receiving element 45.
  • the light ray control element 43 is set in a shape that matches the arrival direction of the spatial optical signal. For example, when the spatial optical signal arrives from the horizontal direction, the light ray control element 43 is set to have a long axis in the horizontal direction and a short axis in the vertical direction. For example, when the spatial optical signal arrives from the vertical direction, the light ray control element 43 is set to have a long axis in the vertical direction and a short axis in the horizontal direction.
  • the shape of the light ray control element 43 may be set according to the arrival direction of the spatial optical signal.
  • the shape of the light ray control element 43 is not particularly limited when it is configured to correspond to a spatial optical signal arriving from an arbitrary direction.
  • the optical signal collected by the condenser lens 41 is incident on the reflecting surface of the light ray control element 43.
  • the optical signal incident on the reflecting surface of the light ray control element 43 is diffracted and reflected toward a predetermined region at a close distance.
  • the traveling direction of the optical signal diffracted / reflected by the reflecting surface of the light ray control element 43 is controlled, and the light signal is emitted toward the light receiving unit 450 of the light receiving element 45.
  • the light receiving element 45 is arranged after the light ray control element 43.
  • the light receiving element 45 has a light receiving unit 450 that receives an optical signal reflected by the light ray controlling element 43.
  • the light receiving element 45 is arranged so that the light signal reflected by the light ray controlling element 43 is received by the light receiving unit 450.
  • the optical signal reflected by the light ray control element 43 is received by the light receiving unit 450 of the light receiving element 45.
  • the light receiving element 45 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the light receiving element 45 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the light receiving element 45 has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a conceptual diagram for explaining a modified example of the light receiving device 40 of the present embodiment.
  • the light receiving device of the modified example of FIG. 16 includes a light ray control element 43-2 curved in a curved shape.
  • the light ray control element 43-2 is curved according to a curved surface or a curve in which the position of the light receiving portion 450 of the light receiving element 45 is the focal point.
  • An optical signal incident on a position away from the center of the light ray control element 43 (FIG. 15) is not reflected toward the position (predetermined region) of the light receiving unit 450 of the light receiving element 45, so that the light signal is not received by the light receiving element 45.
  • the light ray control element 43-2 (FIG.
  • the light ray control element 43-2 (FIG. 16) has a curved shape, so that the optical signal is incident at an angle close to vertical incidence with respect to the incident surface. Therefore, in the light ray control element 43-2 (FIG. 16), the optical signal incident at a position away from the center is also reflected toward the position (predetermined region) of the light receiving portion 450 of the light receiving element 45, so that the light receiving element 45 Can receive light. That is, the light ray control element 43-2 (FIG. 16) can collect a wide range of optical signals on the light receiving unit 450 of the light receiving element 45 as compared with the light ray control element 43 (FIG. 15).
  • the light receiving device of the present embodiment includes a condenser lens, a light ray control element, and a light receiving element.
  • the condenser lens receives a spatial optical signal.
  • the light ray control element is a reflection type diffractive optical element that reflects an optical signal focused by a condenser lens toward a predetermined region.
  • the light ray control element is a reflection type diffractive optical element that diffracts and reflects an optical signal derived from a spatial light signal condensed by a condenser lens toward a predetermined region.
  • the ray control element has a curved shape having a focal point in a predetermined area.
  • the light receiving element is arranged so that the light receiving portion faces a predetermined area.
  • the light receiving element receives an optical signal.
  • the light signal collected by the condensing lens is reflected by the light ray control element so as to be guided to a predetermined region, so that the spatial optical signal arriving from an arbitrary direction is efficiently received. can.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a fiber bundle that guides an optical signal emitted from a light ray control element to a light receiving unit of the light receiving element.
  • the fiber bundle is a member that guides an optical signal emitted from a light ray control element to a light receiving portion of the light receiving element.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the light receiving device 50 of the present embodiment.
  • the light receiving device 50 includes a condenser lens 51, a light ray control element 53, a fiber bundle 54, and a light receiving element 55.
  • FIG. 17 is a side view of the internal configuration of the light receiving device 50.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram for explaining an example of the locus of light received by the light receiving device 50.
  • FIG. 19 is a perspective view of the fiber bundle 54 included in the light receiving device 50 as viewed diagonally from the front.
  • the condensing lens 51 is an optical element that condenses a spatial optical signal arriving from the outside.
  • the optical signal collected by the condenser lens 51 is condensed toward the incident surface of the light ray control element 53.
  • the condenser lens 51 has the same configuration as the condenser lens 11 of the first embodiment.
  • the light ray control element 53 is arranged after the condenser lens 51.
  • the light ray control element 53 is arranged so that its incident surface faces the exit surface of the condenser lens 51.
  • the optical signal incident from the incident surface of the light ray control element 53 is emitted toward a predetermined region at a close distance.
  • the emission direction of the optical signal incident from the incident surface of the light ray control element 53 is controlled, and the optical signal is emitted toward the incident surface of the fiber bundle 54.
  • the light ray control element 53 has the same configuration as the light ray control element 13 of the first embodiment.
  • the fiber bundle 54 is provided in association with a plurality of light receiving elements 55.
  • the fiber bundle 54 has a structure in which a plurality of optical fibers 540 are bundled.
  • the fiber bundle 54 has an incident surface on which a spatial optical signal is incident and an outgoing surface on which an optical signal guided inside the fiber bundle 54 is emitted.
  • incident ends of a plurality of optical fibers 540 are arranged on the incident surface of the fiber bundle 54.
  • a plurality of emission ends of optical fibers 540 are arranged on the emission surface of the fiber bundle 54.
  • the bundle of optical fibers 540 constituting the fiber bundle 54 is arranged in association with each of the plurality of light receiving elements 55.
  • the fiber bundle 54 may be configured in association with a single light receiving element 55.
  • the fiber bundle 54 is arranged so that the incident surface is located in a predetermined region to which the optical signal emitted from the light ray control element 53 is irradiated.
  • the emission surface of the fiber bundle 54 is arranged so as to be in contact with the light receiving portion 550 of any of the plurality of associated light receiving elements 55.
  • the emission surface of the fiber bundle 54 and the light receiving portion 550 of the light receiving element 55 may not be in contact with each other. ..
  • FIG. 17 shows an example in which the entrance surface and the emission surface are parallel, but the entrance surface and the emission surface may be non-parallel as long as the optical signal can be guided from the entrance surface to the emission surface.
  • the bundle of the plurality of optical fibers 540 is bundled so as to taper from the entrance surface to the emission surface of the fiber bundle 54 toward the light receiving portion 550 of the associated light receiving element 55.
  • the plurality of optical fibers 540 may be arranged linearly or curvedly from the incident end to the emitted end.
  • the optical fiber 540 constituting the fiber bundle 54 may have the same diameter at the incident end and the emitted end, or may have different diameters at the incident end and the emitted end.
  • a fiber having a smaller diameter at the exit end than the incident end may be used as the optical fiber 540 constituting the fiber bundle 54.
  • the optical fiber 540 is preferably made of a material that easily transmits light in the wavelength band of spatial light.
  • the optical fiber 540 can be made of a general optical fiber material.
  • the incident end of the optical fiber 540 may be antireflection coated so that light in the frequency band of the optical signal is not easily reflected.
  • the optical signal incident from the incident surface of the fiber bundle 54 is guided to the exit surface while being totally reflected by the side surface of the optical fiber 540 constituting the fiber bundle 54.
  • the optical signal guided to the emission surface is emitted toward the light receiving unit 550 of the light receiving element 55. Since the optical signal guided inside the optical fiber 540 constituting the fiber bundle 54 does not leak from the side surface of the optical fiber 540, most of the optical signal is emitted from the exit surface.
  • the light receiving element 55 is arranged after the fiber bundle 54.
  • the light receiving element 55 has a light receiving unit 550 that receives an optical signal emitted from the fiber bundle 54.
  • the light receiving element 55 is arranged so that the light receiving portion 550 faces the emission surface of the fiber bundle 54.
  • the optical signal emitted from the fiber bundle 54 is received by the light receiving unit 550 of the light receiving element 55.
  • the light receiving element 55 converts the received optical signal into an electric signal.
  • the light receiving element 55 outputs the converted electrical signal to a decoder (not shown).
  • the light receiving element 55 has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • the optical signal can be guided toward the light receiving unit 550 of the light receiving element 55. Therefore, the area of the light receiving portion 550 of the light receiving element 55 can be reduced. Therefore, a light receiving element 55 having the same light receiving efficiency but a small light receiving surface can be applied. For example, if the fiber bundle 54 is used, the light receiving element 55 having high sensitivity can be adopted although the area of the light receiving unit 550 is small.
  • FIG. 20 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the light receiving device 50-2 of the modified example of the present embodiment.
  • the light receiving device 50-2 includes a condenser lens 51, a light ray control element 53, a fiber bundle 54-2, and a light receiving element 55.
  • FIG. 20 is a side view of the internal configuration of the light receiving device 50.
  • the conceptual traveling direction (optical axis) of the optical signal emitted from the light ray control element 53 and traveling toward the emitting surface of the fiber bundle 54-2 is indicated by an arrow.
  • the light receiving device 50-2 of this modification is different from the light receiving device 50 in the configuration of the plurality of optical fibers 545 included in the fiber bundle 54-2.
  • the fiber bundle 54-2 includes a plurality of optical fibers 545.
  • the fiber bundle 54-2 has a structure in which a plurality of optical fibers 545 are bundled together.
  • a plurality of optical fibers 545 are arranged so that the optical axis of the optical signal emitted from the light ray control element 53 is incident from a substantially vertical direction with respect to the cross section of the incident end arranged on the incident surface of the fiber bundle 54-2. Will be done.
  • the plurality of optical fibers 545 are arranged so as to draw a smooth curve from the incident end to the emitted end.
  • the optical signal that has entered from the incident end of the plurality of optical fibers 545 travels inside the plurality of optical fibers 545 toward the emission end, and is emitted from the emission end of the plurality of optical fibers 545.
  • the optical signal emitted from the emission end of the plurality of optical fibers 545 is received by the light receiving element 55.
  • optical fiber 545 is arranged so that the incident direction of the optical signal emitted from the light ray control element 53 is substantially perpendicular to the cross section of the incident end of the optical fiber 545. Therefore, according to this modification, the reflection ratio of the optical signal at the incident end of the optical fiber 545 is reduced, and the optical signal is likely to be incident inside from the incident end of the optical fiber 545. Therefore, according to this modification, the light receiving efficiency by the light receiving element 55 is improved.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a condenser lens, a light ray control element, a fiber bundle, and a light receiving element.
  • the condenser lens receives a spatial optical signal.
  • the light ray control element emits an optical signal derived from a spatial optical signal condensed by a condenser lens toward a predetermined region.
  • the fiber bundle includes a bundle of a plurality of optical fibers that guide an optical signal emitted from a light ray control element to a light receiving unit arranged in a predetermined region.
  • each of the plurality of optical fibers is arranged so that the cross section of each incident end of the plurality of optical fibers included in the fiber bundle is substantially perpendicular to the optical axis of the optical signal emitted from the light control element. Will be done.
  • the light receiving element is arranged so that the light receiving portion faces a predetermined area. The light receiving element receives an optical signal.
  • the optical signal condensed by the condensing lens is guided to the light receiving portion of the light receiving element via the fiber bundle, so that the optical signal derived from the spatial optical signal is more efficient. It can receive light well.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a decoder that decodes the optical signal received by the light receiving element.
  • a decoder that decodes the optical signal received by the light receiving element.
  • an example including an elongated light ray control element set according to the arrival direction of the spatial optical signal will be described, but a light ray control element capable of corresponding to the spatial optical signal arriving from an arbitrary direction is applied. You may.
  • a reflection type light ray control element may be applied to the light receiving device of the present embodiment.
  • the light receiving device of the present embodiment may be combined with the light pipe of the second embodiment or the fiber bundle of the fifth embodiment.
  • FIG. 21 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the light receiving device 60 of the present embodiment.
  • the light receiving device 60 includes a condenser lens 61, a light ray control element 63, a light receiving element 65, and a decoder 66.
  • FIG. 21 is a side view of the internal configuration of the light receiving device 60.
  • FIG. 22 is a conceptual diagram for explaining an example of the locus of light received by the light receiving device 60.
  • FIG. 22 is a perspective view of the internal configuration of the light receiving device 60 as viewed diagonally from the front.
  • the position of the decoder 66 is not particularly limited.
  • the decoder 66 may be arranged inside the light receiving device 60, or may be arranged outside the light receiving device 60.
  • the condenser lens 61 is an optical element that concentrates a spatial optical signal arriving from the outside.
  • the optical signal collected by the condenser lens 61 is condensed toward the incident surface of the light ray control element 63.
  • the condenser lens 61 has the same configuration as the condenser lens 11 of the first embodiment.
  • the condensing lens 61 may be configured to condense an optical signal according to the shape of the light ray control element 63.
  • the light ray control element 63 is arranged after the condenser lens 61.
  • the light ray control element 63 is arranged so that its incident surface faces the emission surface of the condenser lens 61.
  • the light ray control element 63 is set to have a shape that matches the arrival direction of the spatial optical signal, as in the third embodiment.
  • the light ray control element 63 may be configured to correspond to a spatial optical signal arriving from an arbitrary direction as in the first embodiment. Further, the light ray control element 63 may be a reflection type as in the fourth embodiment. Since the light ray control element 63 is the same as any one of the first to fifth embodiments, detailed description thereof will be omitted.
  • the light receiving element 65 is arranged after the light ray control element 63.
  • the light receiving element 65 has a light receiving unit 650 that receives an optical signal emitted from the light ray controlling element 63.
  • the light receiving element 65 is arranged so that the light receiving unit 650 faces the emission surface of the light ray control element 63.
  • the optical signal emitted from the light ray control element 63 is received by the light receiving unit 650 of the light receiving element 65.
  • the light receiving element 65 converts the received optical signal into an electric signal (hereinafter, also referred to as a signal).
  • the light receiving element 65 outputs the converted signal to the decoder 66.
  • the light receiving element 65 has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • the decoder 66 acquires the signal output from the light receiving element 65.
  • the decoder 66 amplifies the signal from the light receiving element 65.
  • the decoder 66 decodes the amplified signal and analyzes the signal from the communication target.
  • the signal decoded by the decoder 66 is used for any purpose. The use of the signal decoded by the decoder 66 is not particularly limited.
  • FIG. 23 is a block diagram showing an example of the configuration of the decoder 66.
  • the decoder 66 has an amplifier circuit 661 and a decode circuit 665.
  • the amplifier circuit 661 acquires the signal from the light receiving element 65.
  • the amplifier circuit 661 amplifies the selected signal.
  • the amplifier circuit 661 may selectively pass a signal in the wavelength band of the spatial optical signal.
  • the amplifier circuit 661 may cut a signal derived from ambient light such as sunlight from the acquired signals, and selectively pass a signal having a high frequency component corresponding to the wavelength band of the spatial optical signal.
  • the amplifier circuit 661 outputs the amplified signal to the decode circuit 665.
  • the decoding circuit 665 acquires a signal from the amplifier circuit 661.
  • the decoding circuit 665 decodes the acquired signal.
  • the decoding circuit 665 may be configured to add some signal processing to the decoded signal, or may be configured to output to an external signal processing device or the like (not shown).
  • the second processing circuit may be configured to read those signals in a time division manner.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a condenser lens, a light ray control element, a light receiving element, and a decoder.
  • the condenser lens receives a spatial optical signal.
  • the light ray control element emits an optical signal derived from a spatial optical signal condensed by a condenser lens toward a predetermined region.
  • the light control measure is a near-field diffractive optical element that diffracts an optical signal focused by a condenser lens toward a predetermined region.
  • the light receiving element is arranged so that the light receiving portion faces a predetermined area.
  • the light receiving element receives an optical signal.
  • the decoder decodes the signal based on the optical signal received by the light receiving element.
  • the light receiving device of the present embodiment it is possible to decode a signal based on a spatial optical signal arriving from an arbitrary direction.
  • a single channel receiving device can be realized.
  • a multi-channel receiving device can be realized by decoding a signal based on a spatial optical signal in a time division manner.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a plurality of decoders that decode the optical signal received by the light receiving element.
  • a light ray control element capable of corresponding to the spatial optical signal arriving from an arbitrary direction is applied. You may.
  • a reflection type light ray control element may be applied to the light receiving device of the present embodiment.
  • the light receiving device of the present embodiment may be combined with the light pipe of the second embodiment or the fiber bundle of the fifth embodiment.
  • FIG. 24 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the light receiving device 70 of the present embodiment.
  • the light receiving device 70 includes a condenser lens 71, a light ray control element 73, a plurality of light receiving elements 75-1 to M, and a decoder 76 (M is a natural number of 2 or more).
  • FIG. 24 is a plan view of the internal configuration of the light receiving device 70 as viewed from above.
  • FIG. 25 is a conceptual diagram for explaining an example of the locus of light received by the light receiving device 70.
  • FIG. 25 is a perspective view of the internal configuration of the light receiving device 70 as viewed diagonally from the front.
  • the position of the decoder 76 is not particularly limited.
  • the decoder 76 may be arranged inside the light receiving device 70, or may be arranged outside the light receiving device 70.
  • the condenser lens 71 is an optical element that concentrates a spatial optical signal arriving from the outside.
  • the optical signal collected by the condenser lens 71 is condensed toward the incident surface of the light ray control element 73.
  • the condenser lens 71 has the same configuration as the condenser lens 11 of the first embodiment.
  • the condensing lens 71 may be configured to condense light according to the shape of the light ray control element 73.
  • the light ray control element 73 is arranged after the condenser lens 71.
  • the light ray control element 73 is arranged so that its incident surface faces the emission surface of the condenser lens 71.
  • the light ray control element 73 is set in a shape that matches the arrival direction of the spatial optical signal, as in the third embodiment.
  • the light ray control element 73 may be configured to correspond to a spatial optical signal arriving from an arbitrary direction as in the first embodiment. Further, the light ray control element 73 may be a reflection type as in the fourth embodiment.
  • the optical signal condensed by the condenser lens 71 is incident on the incident surface of the light ray control element 73.
  • a plurality of ray control regions 730-1 to M are set in the ray control element 73.
  • Each of the plurality of ray control regions 730-1 to M set in the ray control element 73 is associated with each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M.
  • the optical signals incident on each of the plurality of light ray control areas 730-1 to M are emitted toward a predetermined area in which the light receiving portions 750 of the light receiving elements 75-1 to M corresponding to the respective light ray control areas 730 are arranged.
  • the spatial optical signal A and the spatial optical signal B arriving from different directions are incident on the condenser lens 71.
  • the optical signals derived from the spatial light signal A and the spatial optical signal B are condensed by the condenser lens 71 and incident on different ray control regions 730 of the ray control element 73.
  • the light ray control element 13 emits an optical signal incident on different light ray control areas 730 toward a predetermined area associated with each light ray control area 730.
  • the optical signals derived from the spatial optical signal A and the spatial optical signal B are received by different light receiving elements 75.
  • the plurality of light receiving elements 75-1 to M are arranged after the light ray control element 73.
  • Each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M has a light receiving unit 750 that receives an optical signal emitted from the light ray control element 73.
  • the plurality of light receiving elements 75-1 to M are arranged so that the emission surface of the light ray control element 73 and the light receiving unit 750 face each other.
  • Each light receiving unit 750 of the plurality of light receiving elements 75-1 to M is arranged so as to face each of the plurality of light ray control regions 730-1 to M.
  • the optical signals emitted from each of the plurality of light ray control regions 730-1 to M of the light ray control element 73 are received by the light receiving units 750 of each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M.
  • Each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M converts the received optical signal into an electric signal (hereinafter, also referred to as a signal).
  • Each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M outputs the converted signal to the decoder 76.
  • Each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • the decoder 76 acquires the signals output from each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M.
  • the decoder 76 amplifies the signals from each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M.
  • the decoder 76 decodes the amplified signal and analyzes the signal from the communication target. For example, the decoder 76 collectively analyzes the signals for each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M.
  • the decoder 76 analyzes the signal individually for each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M.
  • the signal decoded by the decoder 76 is used for any purpose.
  • the use of the signal decoded by the decoder 76 is not particularly limited.
  • FIG. 26 is a block diagram showing an example of the configuration of the decoder 76.
  • the decoder 76 has a plurality of first processing circuits 761-1 to M, a control circuit 762, a selector 763, and a plurality of second processing circuits 765-1 to N (N is a natural number).
  • N is a natural number.
  • the internal configuration of only the first processing circuit 761-1 among the plurality of first processing circuits 761-1 to M is shown, but the internal configuration of the plurality of first processing circuits 761-2 to M is shown. Is the same as that of the first processing circuit 761-1.
  • the first processing circuit 761 is associated with any one of the plurality of light receiving elements 75-1 to M.
  • the first processing circuit 761 includes a high-pass filter 7611, an amplifier 7613, and an integrator 7615.
  • the high-pass filter 7611 is referred to as HPF (High Path Filter)
  • the amplifier 7613 is referred to as AMP (Amplifier)
  • the integrator 7615 is referred to as INT (Integrator).
  • Each high-pass filter 7611 of the plurality of first processing circuits 761-1 to M receives a signal from any of the light receiving elements 75-1 to M associated with each of the plurality of first processing circuits 761-1 to M. get.
  • Each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M and each of the plurality of first processing circuits 761-1 to M corresponding thereto constitutes a unit unit.
  • the signal that has passed through each of the high-pass filters 7611 of the plurality of first processing circuits 761-1 to M is input to the amplifier 7613 and the integrator 7615 in parallel.
  • the high-pass filter 7611 acquires a signal from the light receiving element 75.
  • the high-pass filter 7611 selectively passes a signal having a high frequency component corresponding to the wavelength band of the spatial optical signal among the acquired signals.
  • the high-pass filter 7611 cuts signals derived from ambient light such as sunlight.
  • a band-pass filter that selectively passes a signal in the wavelength band of the spatial optical signal may be configured.
  • a color filter that selectively passes light in the wavelength band of the spatial optical signal may be installed in front of the light receiving surface of the light receiving element 75.
  • the signal that has passed through the high-pass filter 7611 is supplied to the amplifier 7613 and the integrator 7615.
  • the amplifier 7613 acquires the signal output from the high-pass filter 7611.
  • the amplifier 7613 amplifies the acquired signal.
  • the amplifier 7613 outputs the amplified signal to the selector 763.
  • the signal to be received is assigned to any of the plurality of second processing circuits 765-1 to N according to the control of the control circuit 762.
  • the signal to be received is a spatial optical signal from a communication device (not shown) to be communicated.
  • the signal from the light receiving element 75 that is not used for receiving the spatial optical signal is not output to the second processing circuit 765.
  • the integrator 7615 acquires the signal output from the high-pass filter 7611.
  • the integrator 7615 integrates the acquired signal.
  • the integrator 7615 outputs the integrated signal to the control circuit 762.
  • the integrator 7615 is arranged to measure the intensity of the spatial optical signal received by the light receiving element 75.
  • the speed of searching for a communication target is increased by receiving a spatial optical signal having a wide beam diameter on the incident surface of the condenser lens 71. Since the intensity of the spatial optical signal received when the beam diameter is not narrowed is weaker than that when the beam diameter is narrowed, it is difficult to measure the voltage of the signal amplified only by the amplifier 7613. ..
  • the integrator 7615 for example, the voltage of the signal can be increased to a level at which the voltage can be measured by integrating from several msec (millisecond) to several tens of msec.
  • the control circuit 762 acquires the signal output from the integrator 7615 included in each of the plurality of first processing circuits 761-1 to M. In other words, the control circuit 762 acquires a signal derived from an optical signal received by each of the plurality of light receiving elements 75-1 to M. For example, the control circuit 762 compares the readings of the signals from the plurality of light receiving elements 75 adjacent to each other, and selects the light receiving element 75 having the maximum signal intensity. The control circuit 762 controls the selector 763 so that the signal derived from the selected light receiving element 75 is assigned to any of the plurality of second processing circuits 765-1 to N.
  • the selection of the light receiving element 75 by the control circuit 762 corresponds to estimating the arrival direction of the spatial optical signal. That is, selecting the light receiving element 75 by the control circuit 762 corresponds to specifying the communication device from which the spatial optical signal is transmitted. Further, assigning the signal from the light receiving element 75 selected by the control circuit 762 to any of the plurality of second processing circuits is a light receiving element that receives the specified communication target and the spatial optical signal from the communication target. Corresponds to associating with 75. That is, the control circuit 762 identifies the communication device from which the optical signal (spatial optical signal) is transmitted, based on the optical signals received by the plurality of light receiving elements 750-1 to M. When the position of the communication target is specified in advance, the signals output from the light receiving elements 75-1 to M may be decoded as they are without performing the process of estimating the arrival direction of the spatial optical signal.
  • the signal amplified by the amplifier 7613 included in each of the plurality of first processing circuits 761-1 to M is input to the selector 763.
  • the selector 763 outputs the signal to be received among the input signals to any one of the plurality of second processing circuits 765-1 to N according to the control of the control circuit 762.
  • a signal that is not a reception target is not output from the selector 763.
  • a signal from any of the plurality of light receiving elements 75-1 to N assigned by the control circuit 762 is input to the plurality of second processing circuits 765-1 to N.
  • Each of the plurality of second processing circuits 765-1 to N decodes the input signal.
  • Each of the plurality of second processing circuits 765-1 to N may be configured to add some signal processing to the decoded signal, or may be configured to output to an external signal processing device or the like (not shown). You may do it.
  • one second processing circuit 765 is assigned to one communication target. That is, the control circuit 762 transfers the signal derived from the spatial optical signal from the plurality of communication targets received by the plurality of light receiving elements 75-1 to M to any of the plurality of second processing circuits 765-1 to N. assign.
  • the light receiving device 70 can simultaneously read signals derived from spatial optical signals from a plurality of communication targets on individual channels.
  • spatial optical signals from the plurality of communication targets are read in time division in one channel.
  • the spatial optical signals from a plurality of communication targets are read simultaneously in a plurality of channels, so that the transmission speed is improved.
  • the signal may be received in a time-division manner depending on the situation.
  • the scan of the communication target may be performed as a primary scan, and the arrival direction of the spatial optical signal may be specified with coarse accuracy. Then, a secondary scan with fine accuracy may be performed in the specified direction to specify a more accurate position of the communication target.
  • the exact position of the communication target can be determined by exchanging signals with the communication target. If the position of the communication target is specified in advance, the process of specifying the position of the communication target may be omitted.
  • the light receiving device of the present embodiment includes a condenser lens, a light ray control element, a plurality of light receiving elements, and a plurality of decoders.
  • the condenser lens receives a spatial optical signal.
  • the ray control element includes a plurality of ray control regions associated with each of the plurality of predetermined regions.
  • the ray control element emits an optical signal incident on each of the plurality of ray control regions toward a predetermined region associated with the ray control region.
  • Each of the plurality of light receiving elements is arranged so that the light receiving portion faces any one of the plurality of predetermined areas.
  • Each of the plurality of light receiving elements receives an optical signal.
  • Each of the plurality of decoders is connected to any one of the plurality of light receiving elements. The decoder decodes the signal based on the optical signal received by the light receiving element.
  • a signal based on a spatial optical signal arriving from an arbitrary direction can be decoded for each arriving direction.
  • the communication device of the present embodiment includes the light receiving device of the sixth embodiment and a light transmitting unit that transmits a spatial optical signal corresponding to the received spatial optical signal.
  • a communication device including a light transmission unit including a phase modulation type spatial light modulator will be described.
  • the communication device of the present embodiment may include a light transmitting unit including a light transmitting function, which is not a phase modulation type spatial light modulator.
  • the communication device of the present embodiment may be provided with a wireless communication function.
  • the communication device of the present embodiment may be configured by combining the light receiving device of the seventh embodiment and the light transmitting unit.
  • a reflection type light ray control element may be applied to the communication device of the present embodiment.
  • the communication device of the present embodiment may be combined with the light pipe of the second embodiment or the fiber bundle of the fifth embodiment.
  • FIG. 27 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the communication device 80 of the present embodiment.
  • the communication device 80 includes a condenser lens 81, a light ray control element 83, a light receiving element 85, a decoder 86, and a light transmitting unit 87.
  • FIG. 27 is a side view of the internal configuration of the communication device 80.
  • the positions of the decoder 86 and the light transmitting unit 87 are not particularly limited.
  • the decoder 86 and the light transmitting unit 87 may be arranged inside the communication device 80, or may be arranged outside the communication device 80.
  • the condenser lens 81 is an optical element that concentrates a spatial optical signal arriving from the outside.
  • the optical signal collected by the condenser lens 81 is condensed toward the incident surface of the light ray control element 83.
  • the condenser lens 81 has the same configuration as the condenser lens 11 of the first embodiment.
  • the condensing lens 81 may be configured to condense light according to the shape of the light ray control element 83.
  • the light ray control element 83 is arranged after the condenser lens 81.
  • the light ray control element 83 is arranged so that its incident surface faces the emission surface of the condenser lens 81.
  • the light ray control element 83 is set to a shape that matches the arrival direction of the spatial light, as in the third embodiment.
  • the light ray control element 83 may be configured to correspond to the spatial light arriving from an arbitrary direction as in the first embodiment.
  • the light ray control element 83 may be a reflection type as in the fourth embodiment.
  • the ray control element 83 may include a plurality of ray control regions as in the seventh embodiment. Since the light ray control element 83 is the same as any one of the first to seventh embodiments, detailed description thereof will be omitted.
  • the light receiving element 85 is arranged after the light ray control element 83.
  • the light receiving element 85 has a light receiving unit 850 that receives an optical signal emitted from the light ray controlling element 83.
  • the light receiving element 85 is arranged so that the light receiving unit 850 faces the emission surface of the light ray control element 83.
  • the optical signal emitted from the light ray control element 83 is received by the light receiving unit 850 of the light receiving element 85.
  • the light receiving element 85 converts the received optical signal into an electric signal (hereinafter, also referred to as a signal).
  • the light receiving element 85 outputs the converted signal to the decoder 86.
  • the light receiving element 85 has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • a plurality of light receiving elements 85 may be arranged as in the seventh embodiment.
  • the decoder 86 acquires the signal output from the light receiving element 85.
  • the decoder 86 amplifies the signal from the light receiving element 85.
  • the decoder 86 decodes the amplified signal and analyzes the signal from the communication target.
  • the decoder 86 outputs a control signal for transmitting an optical signal according to the analysis result of the signal to the light transmitting unit 87.
  • the light transmitting unit 87 acquires a control signal from the decoder 86.
  • the light transmitting unit 87 projects a spatial optical signal corresponding to the control signal.
  • the spatial optical signal projected from the light transmitting unit 87 is received by a communication target (not shown).
  • the light transmitting unit 87 includes a phase modulation type spatial light modulator.
  • the light transmitting unit 87 may include a light transmitting function that is not a phase modulation type spatial light modulator.
  • FIG. 28 is a conceptual diagram showing an example of the detailed configuration of the light transmitting unit 87.
  • the light transmitting unit 87 includes an irradiation unit 871, a spatial light modulator 873, a control unit 875, and a projection optical system 877.
  • the irradiation unit 871, the spatial light modulator 873, and the projection optical system 877 constitute the light projection unit 800.
  • the light projecting unit 800 projects a spatial optical signal according to the control of the control unit 875. Note that FIG. 28 is conceptual and does not accurately represent the positional relationship between each component, the traveling direction of light, and the like.
  • the irradiation unit 871 emits coherent light 802 having a specific wavelength.
  • the irradiation unit 871 includes a light source 8711 and a collimating lens 8712.
  • the light 801 emitted by the irradiation unit 871 passes through the collimating lens 8712 to become coherent light 802, and is incident on the modulation unit 8730 of the spatial light modulator 873.
  • the light source 8711 includes a laser light source.
  • the light source 8711 is configured to emit light 801 in the infrared region.
  • the light source 8711 may be configured to emit light 801 other than the infrared region such as the visible region and the ultraviolet region.
  • the irradiation unit 871 is connected to a power source (also referred to as a light source drive power source) that is driven according to the control of the control unit 875.
  • a power source also referred to as a light source drive power source
  • light 801 is emitted from the light source 8711.
  • the spatial light modulator 873 sets a pattern (phase distribution corresponding to the spatial light signal) for projecting the spatial light signal in its own modulation unit 8730 according to the control of the control unit 875.
  • the modulation unit 8730 is irradiated with light 802 in a state where a predetermined pattern is displayed on the modulation unit 8730 of the spatial light modulator 873.
  • the spatial light modulator 873 emits the reflected light (modulated light 803) of the light 802 incident on the modulation unit 8730 toward the projection optical system 877.
  • the incident angle of the light 802 is not perpendicular to the incident surface of the modulation unit 8730 of the spatial light modulator 873. That is, in the present embodiment, the emission axis of the light 802 from the irradiation unit 871 is slanted with respect to the modulation unit 8730 of the spatial light modulator 873, and the modulation unit 8730 of the spatial light modulator 873 is used without using the beam splitter. Light 802 is incident. In the configuration of FIG. 28, since the light 802 is not attenuated by passing through the beam splitter, the utilization efficiency of the light 802 can be improved.
  • the spatial light modulator 873 can be realized by a phase modulation type spatial light modulator that receives the incident of coherent light 802 having the same phase and modulates the phase of the incident light 802. Since the light emitted from the projection optical system 877 using the phase modulation type spatial light modulator 873 is focus-free, it is necessary to change the focus for each projection distance even if the light is projected to a plurality of projection distances. There is no.
  • the modulation section 8730 of the phase modulation type spatial light modulator 873 displays the phase distribution corresponding to the spatial light signal according to the drive of the control section 875.
  • the modulated light 803 reflected by the modulator 8730 of the spatial light modulator 873 whose phase distribution is displayed becomes an image as if a kind of diffraction grating formed an aggregate, so that the light diffracted by the diffraction grating gathers. An image is formed on.
  • the spatial light modulator 873 is realized by, for example, a spatial light modulator using a ferroelectric liquid crystal display, a homogenius liquid crystal display, a vertically oriented liquid crystal display, or the like.
  • the spatial light modulator 873 can be realized by LCOS (Liquid Crystal on Silicon).
  • the spatial light modulator 873 may be realized by a MEMS (Micro Electro Mechanical System).
  • phase modulation type spatial light modulator 873 energy can be concentrated on the image portion by operating so as to sequentially switch the locations where the projected light is projected. Therefore, if the phase modulation type spatial light modulator 873 is used, the display information can be displayed brighter than those of other methods if the output of the light source is the same.
  • the control unit 875 causes the modulation unit 8730 of the spatial light modulator 873 to display a pattern corresponding to the spatial optical signal according to the control signal from the decoder 86.
  • the control unit 875 performs spatial light modulation so that the parameters that determine the difference between the phase of the light 801 irradiated to the modulation unit 8730 of the spatial light modulator 873 and the phase of the modulation light 803 reflected by the modulation unit 8730 change.
  • the parameters that determine the difference between the phase of the light 802 irradiated to the modulator 8730 of the phase modulation type spatial light modulator 873 and the phase of the modulated light 803 reflected by the modulator 8730 are, for example, the refractive index and the optical path length. It is a parameter related to optical characteristics such as.
  • the control unit 875 changes the refractive index of the modulation unit 8730 by changing the voltage applied to the modulation unit 8730 of the spatial light modulator 873. If the refractive index of the modulation section 8730 is changed, the light 802 irradiated to the modulation section 8730 is appropriately diffracted based on the refractive index of each section of the modulation section 8730.
  • phase distribution of the light 802 irradiated to the phase modulation type spatial light modulator 873 is modulated according to the optical characteristics of the modulation unit 8730.
  • the method of driving the spatial light modulator 873 by the control unit 875 is not limited to the above.
  • the projection optical system 877 projects the modulated light 803 modulated by the spatial light modulator 873 as the projected light 807 (also referred to as a spatial optical signal).
  • the projection optical system 877 includes a Fourier transform lens 8771, an aperture 8773, and a projection lens 8775.
  • the modulated light 803 modulated by the spatial light modulator 873 is irradiated as projected light 807 by the projection optical system 877.
  • any of the components of the projection optical system 877 may be omitted.
  • the Fourier transform lens 8771 can be omitted.
  • configurations other than the Fourier transform lens 8771, the aperture 8773, and the projection lens 8775 may be added to the projection optical system 877.
  • the Fourier conversion lens 8771 is an optical lens for forming an image formed when the modulated light 803 reflected by the modulation unit 8730 of the spatial light modulator 873 is projected to infinity at a nearby focal point.
  • the focal point is formed at the position of the aperture 8773.
  • the aperture 8773 shields the higher-order light contained in the light focused by the Fourier transform lens 8771, and specifies the range in which the projected light 807 is displayed.
  • the opening of the aperture 8773 is opened smaller than the outermost circumference of the display area at the position of the aperture 8773, and is installed so as to block the peripheral area of the display information at the position of the aperture 8773.
  • the opening of the aperture 8773 is formed in a rectangular or circular shape.
  • the aperture 8773 is preferably installed at the focal position of the Fourier transform lens 8771, but may be deviated from the focal position as long as it can exert a function of erasing higher-order light.
  • the projection lens 8775 is an optical lens that magnifies and projects the light focused by the Fourier transform lens 8771.
  • the projection lens 8775 projects the projected light 807 so that the display information corresponding to the phase distribution displayed on the modulation unit 8730 of the spatial light modulator 873 is projected within the projection range.
  • the projected light 807 projected from the projection optical system 877 is not uniformly projected over the entire projection range, but the characters, symbols, frames, etc. that make up the image are displayed. It is projected intensively on the part. Therefore, according to the communication device 80 of the present embodiment, the amount of light emitted from the light 801 can be substantially reduced, so that the overall light output can be suppressed. That is, since the communication device 80 can be realized by the small and low power irradiation unit 871, the light source drive power supply (not shown) for driving the irradiation unit 871 can be reduced in output, and the overall power consumption can be reduced.
  • the irradiation unit 871 is configured to emit light having a plurality of wavelengths, the wavelength of the light emitted from the irradiation unit 871 can be changed. By changing the wavelength of the light emitted from the irradiation unit 871, the color of the spatial optical signal can be multicolored. Further, if the irradiation unit 871 that simultaneously emits light of different wavelengths is used, communication using spatial optical signals of a plurality of colors becomes possible.
  • FIG. 29 is a conceptual diagram for explaining an application example of the communication device 80 of the present embodiment.
  • the communication device 80 is arranged on the upper part of the utility pole.
  • the communication device 80 shall have a function of wireless communication.
  • the upper part of the utility pole is suitable for installing the communication device 80. Further, if the communication device 80 is installed at the same height as the upper part of the electric pole, the arrival direction of the spatial optical signal is limited to the horizontal direction. Therefore, as in the third to seventh embodiments, the shape of the light ray control element. Can be made into a horizontally elongated structure.
  • the two communication devices 80 for exchanging communication are arranged so that one communication device 80 receives a spatial optical signal transmitted from the other communication device 80. When there are only two communication devices 80, they may be arranged so as to send and receive spatial optical signals to and from each other.
  • a communication network of spatial optical signals is configured by a plurality of communication devices 80, the communication device 80 located in the middle relays the spatial optical signals transmitted from the other communication devices 80 to another communication device 80. It may be arranged as follows.
  • communication using spatial optical signals becomes possible between a plurality of communication devices 80 installed on different utility poles.
  • communication by wireless communication is performed between a wireless device installed in a car or a house and the communication device 80 according to communication between communication devices 80 installed on different utility poles. You can also do it.
  • the communication device of the present embodiment includes a condenser lens, a light ray control element, a light receiving element, a decoder, and a light transmitting unit.
  • the condenser lens receives a spatial optical signal.
  • the light ray control element emits an optical signal derived from a spatial optical signal condensed by a condenser lens toward a predetermined region.
  • the light receiving element is arranged so that the light receiving portion faces a predetermined area.
  • the light receiving element receives an optical signal.
  • the decoder decodes the signal based on the optical signal received by the light receiving element.
  • the light transmitting unit transmits a spatial optical signal corresponding to the signal decoded by the decoder.
  • communication using a spatial optical signal becomes possible. For example, if a plurality of communication devices are arranged so that spatial optical signals can be transmitted and received, a communication network using spatial optical signals can be constructed.
  • the light transmitting unit includes a light source, a spatial light modulator, a control unit, and a projection optical system.
  • the light source emits parallel light.
  • the spatial light modulator has a modulator that modulates the phase of parallel light emitted from a light source.
  • the control unit sets a phase image corresponding to the spatial optical signal in the modulation unit, and controls the light source so that parallel light is emitted toward the modulation unit in which the phase image is set.
  • the projection optical system projects the light modulated by the modulation unit.
  • the communication device of this embodiment includes a phase modulation type spatial light modulator, it can transmit a spatial optical signal having the same brightness as a communication device including a general light transmission mechanism with low power consumption. ..
  • the light receiving device of the present embodiment has a simplified configuration of the light receiving device of the first to eighth embodiments.
  • FIG. 30 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the light receiving device 90 of the present embodiment.
  • the light receiving device 90 includes a condenser lens 91, a light ray control element 93, and a light receiving element 95.
  • the condenser lens 91 receives a spatial optical signal.
  • the light ray control element 93 emits an optical signal derived from the spatial optical signal condensed by the condenser lens 91 toward a predetermined region.
  • the light receiving element 95 is arranged so that the light receiving portion faces a predetermined area, and receives an optical signal.
  • the light receiving device of the present embodiment by guiding the optical signal collected by the condensing lens to a predetermined region by the light ray control element, it is possible to efficiently receive the spatial optical signal arriving from an arbitrary direction.
  • the information processing apparatus 100 of FIG. 31 is a configuration example for executing control and processing of each embodiment, and does not limit the scope of the present disclosure.
  • the information processing device 100 includes a processor 101, a main storage device 102, an auxiliary storage device 103, an input / output interface 105, and a communication interface 106.
  • the interface is abbreviated as I / F (Interface).
  • the processor 101, the main storage device 102, the auxiliary storage device 103, the input / output interface 105, and the communication interface 106 are connected to each other via the bus 108 so as to be capable of data communication. Further, the processor 101, the main storage device 102, the auxiliary storage device 103, and the input / output interface 105 are connected to a network such as the Internet or an intranet via the communication interface 106.
  • the processor 101 expands the program stored in the auxiliary storage device 103 or the like to the main storage device 102, and executes the expanded program.
  • the software program installed in the information processing apparatus 100 may be used.
  • the processor 101 executes control and processing according to each embodiment.
  • the main storage device 102 has an area in which the program is expanded.
  • the main storage device 102 may be a volatile memory such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory). Further, a non-volatile memory such as MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) may be configured / added as the main storage device 102.
  • DRAM Dynamic Random Access Memory
  • MRAM Magnetic Random Access Memory
  • the auxiliary storage device 103 stores various data.
  • the auxiliary storage device 103 is composed of a local disk such as a hard disk or a flash memory. It is also possible to store various data in the main storage device 102 and omit the auxiliary storage device 103.
  • the input / output interface 105 is an interface for connecting the information processing device 100 and peripheral devices.
  • the communication interface 106 is an interface for connecting to an external system or device through a network such as the Internet or an intranet based on a standard or a specification.
  • the input / output interface 105 and the communication interface 106 may be shared as an interface for connecting to an external device.
  • the information processing device 100 may be configured to connect an input device such as a keyboard, a mouse, or a touch panel, if necessary. These input devices are used to input information and settings. When the touch panel is used as an input device, the display screen of the display device may also serve as the interface of the input device. Data communication between the processor 101 and the input device may be mediated by the input / output interface 105.
  • the information processing apparatus 100 may be equipped with a display device for displaying information.
  • a display device it is preferable that the information processing device 100 is provided with a display control device (not shown) for controlling the display of the display device.
  • the display device may be connected to the information processing apparatus 100 via the input / output interface 105.
  • the information processing device 100 may be equipped with a drive device.
  • the drive device mediates between the processor 101 and the recording medium (program recording medium), such as reading data and programs from the recording medium and writing the processing result of the information processing device 100 to the recording medium.
  • the drive device may be connected to the information processing device 100 via the input / output interface 105.
  • the above is an example of the hardware configuration for executing the control and processing related to each embodiment.
  • the hardware configuration of FIG. 31 is an example of a hardware configuration for executing control and processing according to each embodiment, and does not limit the scope of the present invention.
  • a program for causing a computer to execute control and processing according to each embodiment is also included in the scope of the present invention.
  • a program recording medium on which a program according to each embodiment is recorded is also included in the scope of the present invention.
  • the recording medium can be realized by, for example, an optical recording medium such as a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc).
  • the recording medium may be realized by a semiconductor recording medium such as a USB (Universal Serial Bus) memory or an SD (Secure Digital) card, a magnetic recording medium such as a flexible disk, or another recording medium.
  • a semiconductor recording medium such as a USB (Universal Serial Bus) memory or an SD (Secure Digital) card
  • a magnetic recording medium such as a flexible disk, or another recording medium.
  • the components that execute the control and processing of each embodiment can be arbitrarily combined. Further, the components that execute the control and processing of each embodiment may be realized by software or may be realized by a circuit.
  • Appendix 1 A condenser lens that collects spatial optical signals and A ray control element that emits an optical signal derived from the spatial optical signal condensed by the condenser lens toward a predetermined region, A light receiving device including a light receiving element that is arranged with a light receiving unit facing the predetermined area and receives the optical signal.
  • Appendix 2 The ray control element is The light receiving device according to Appendix 1, which is a near-field diffractive optical element that diffracts the optical signal collected by the condenser lens toward the predetermined region.
  • the ray control element is The light receiving device according to Appendix 1, which is a reflective diffractive optical element that diffracts and reflects the optical signal collected by the condenser lens toward the predetermined region.
  • Appendix 4 The light receiving device according to any one of Supplementary note 1 to 3, further comprising a light pipe for guiding the optical signal emitted from the light ray control element to the light receiving unit arranged in the predetermined region.
  • Appendix 5 The light pipe is Appendix 4 has a hollow structure and has a directional light guide body that has a hollow structure and directionally guides the optical signal toward the light receiving portion arranged in the predetermined region at least in the vicinity of the incident surface on the inner surface. The light receiving device described.
  • the ray control element is The light receiving device according to any one of Supplementary note 1 to 7, which has a shape corresponding to the arrival direction of the spatial optical signal.
  • Appendix 10 With the plurality of light receiving elements, With the plurality of said decoders, Each of the plurality of light receiving elements The light receiving portion is arranged so as to face any one of the plurality of predetermined areas.
  • the ray control element is A plurality of ray control regions associated with each of the plurality of predetermined regions are included, and the optical signal incident on each of the plurality of ray control regions is transferred to the predetermined region associated with the ray control region.
  • the light receiving device according to Appendix 9, which emits light toward the light beam. (Appendix 11) With the light receiving device of Appendix 9 or 10, A communication device including a light transmitting unit that transmits a spatial optical signal corresponding to a signal decoded by a decoder.
  • the light transmitter A light source that emits parallel light and A spatial light modulator having a modulator that modulates the phase of parallel light emitted from the light source, and A control unit that sets a phase image corresponding to the spatial optical signal in the modulation unit and controls the light source so that the parallel light is irradiated toward the modulation unit in which the phase image is set.
  • the communication device further comprising a projection optical system for projecting light modulated by the modulation unit.
  • Light receiving device 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91 Condensing lens 13, 23, 33, 43, 53, 63, 73, 83 , 93 Light control element 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75, 85, 95 Light receiving element 24 Light pipe 54 Fiber bundle 66, 76, 86 Decoder 80 Communication device 87 Light transmitter 661 Amplification circuit 665 Decoding circuit 761 1st processing circuit 765 2nd processing circuit 762 Control circuit 763 Selector 800 Floodlight 871 Irradiation unit 873 Spatial light modulator 877 Projection optical system 7611 High pass filter 7613 Amplifier 7615 Integrator 8711 Light source 8712 Collimated lens 8771 Fourier conversion lens 8773 Aperture 8775 Projection lens

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Abstract

任意の方向から到来する空間光信号を効率よく受光するために、空間光信号を受光する集光レンズと、集光レンズによって集光された空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて出射する光線制御素子と、所定領域に受光部を向けて配置され、光信号を受光する受光素子と、を備える。

Description

受光装置および通信装置
　本開示は、空間光信号を受光する受光装置等に関する。
　光空間通信においては、光ファイバなどの媒体を用いずに、空間を伝播する光信号（以下、空間光信号とも呼ぶ）を送受信し合う。空間を広がって伝搬する空間光信号を受信するためには、できる限り大きな集光レンズが必要となる。また、光空間通信においては、高速通信を行うために、静電容量の小さなフォトダイオードが必要である。そのようなフォトダイオードは、受光面が非常に小さいため、多様な方向から到来する空間光信号を、その受光面に向けて、大型の集光レンズで集光することは難しい。
　特許文献１には、集光された光をフィルタリングする受光装置について開示されている。特許文献１の装置は、第１集光レンズ、コリメートレンズ、バンドパスフィルタ、および受光素子を備える。コリメートレンズは、第１集光レンズの焦点距離よりも短い焦点距離を有し、集光レンズによって集光された光を平行光に変換する。コリメートレンズからの平行光は、バンドパスフィルタのフィルタ表面に対して垂直に入射される。入射光の波長のみを透過させるバンドパスフィルタを透過した光は、受光素子によって受光される。特許文献１には、バンドパスフィルタを通過した光を集光する第２集光レンズを配置したり、集光レンズの焦点位置にアパーチャを配置したりすることによって、集光レンズによって集光された光を、受光素子に導光しやすくする構成が開示されている。また、特許文献１には、光の入射角に合わせて、集光レンズやアパーチャを３軸方向に移動させて、集光レンズやアパーチャを最適な位置に調整する機構が開示されている。
特開２０１９－１８６５９５号公報
　特許文献１の手法によれば、バンドパスフィルタを通過した光を第２集光レンズに集光させたり、光の入射角に合わせて集光レンズやアパーチャを最適な位置に調整したりすることによって、空間光を受光素子に導くことができる。しかしながら、特許文献１の手法では、空間光の入射角に応じて、受光素子に導かれる光の強度が変化してしまう。そのため、特許文献１の手法では、空間光の到来方向によっては、空間光を効率的に受光できなくなる。
　本開示の目的は、任意の方向から到来する空間光信号を効率よく受光できる受光装置等を提供することにある。
　本開示の一態様の受光装置は、空間光信号を受光する集光レンズと、集光レンズによって集光された空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて出射する光線制御素子と、所定領域に受光部を向けて配置され、光信号を受光する受光素子と、を備える。
　本開示によれば、任意の方向から到来する空間光信号を効率よく受光できる受光装置等を提供することが可能になる。
第１の実施形態の受光装置の構成の一例を示す概念図である。 第１の実施形態の受光装置における光の軌跡の一例を示す概念図である。 第１の実施形態の受光装置における光の軌跡の一例を示す概念図である。 第１の実施形態の受光装置が備える光線制御素子の一例を示す概念図である。 第２の実施形態の受光装置の構成の一例を示す概念図である。 第２の実施形態の受光装置における光の軌跡の一例を示す概念図である。 第２の実施形態の受光装置が備えるライトパイプの第１例を示す概念図である。 第２の実施形態の受光装置が備えるライトパイプの第２例を示す概念図である。 第２の実施形態の受光装置が備えるライトパイプの第３例を示す概念図である。 第２の実施形態の受光装置が備えるライトパイプの第４例を示す概念図である。 第２の実施形態の受光装置が備えるライトパイプの第５例を示す概念図である。 第３の実施形態の受光装置の構成の一例を示す概念図である。 第３の実施形態の受光装置における光の軌跡の一例を示す概念図である。 第４の実施形態の受光装置の構成の一例を示す概念図である。 第４の実施形態の受光装置における光の軌跡の一例を示す概念図である。 第４の実施形態の受光装置の変形例における光の軌跡の一例を示す概念図である。 第５の実施形態の受光装置の構成の一例を示す概念図である。 第５の実施形態の受光装置における光の軌跡の一例を示す概念図である。 第５の実施形態の変形例の受光装置に含まれるファイババンドルの一例について説明するための概念図である。 第５の実施形態の変形例の受光装置の構成の一例を示す概念図である。 第６の実施形態の受光装置の構成の一例を示す概念図である。 第６の実施形態の受光装置における光の軌跡の一例を示す概念図である。 第６の実施形態の受光装置が備えるデコーダの構成の一例を示すブロック図である。 第７の実施形態の受光装置の構成の一例を示す概念図である。 第７の実施形態の受光装置における光の軌跡の一例を示す概念図である。 第７の実施形態の受光装置が備えるデコーダの構成の一例を示すブロック図である。 第８の実施形態の通信装置の構成の一例を示す概念図である。 第８の実施形態の通信装置が備える送光部の構成の一例を示す概念図である。 第８の実施形態の通信装置の適用例を示す概念図である。 第９の実施形態の受光装置の構成の一例を示す概念図である。 各実施形態の制御および処理を実行するハードウェア構成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。なお、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、同様箇所には同一符号を付す。また、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。また、図面中の矢印の向きは、一例を示すものであり、光や信号の向きを限定するものではない。
　また、図面中の光の軌跡を示す線は概念的なものであり、実際の光の進行方向や状態を正確に表すものではない。例えば、以下の図面においては、空気と物質との界面における屈折や反射、拡散などによる光の進行方向や状態の変化を省略したり、光束を一本の線で表現したりすることもある。
　（第１の実施形態）
　まず、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、光ファイバなどの媒体を用いずに、空間を伝播する光信号（以下、空間光信号とも呼ぶ）を送受信し合う光空間通信に用いられる。本実施形態の受光装置は、空間を伝搬する光を受光する用途であれば、光空間通信以外の用途に用いられてもよい。以下において、空間光信号は、十分に離れた位置から到来するために平行光とみなす。
　（構成）
　図１は、本実施形態の受光装置１０の構成の一例を示す概念図である。受光装置１０は、集光レンズ１１、光線制御素子１３、および受光素子１５を備える。図２および図３は、受光装置１０によって受光される光の軌跡の一例について説明するための概念図である。図１および図２は、受光装置１０の内部構成を横方向から見た図である。図３は、受光装置１０の内部構成を、斜め前方から見た斜視図である。
　集光レンズ１１は、外部から到来した空間光信号を集光する光学素子である。集光レンズ１１によって集光された空間光信号に由来する光は、光線制御素子１３の入射面に向けて集光される。集光レンズ１１によって集光された空間光信号に由来する光を光信号と呼ぶ。例えば、集光レンズ１１は、ガラスやプラスチックなどの材料で構成できる。例えば、集光レンズ１１は、石英などの材料で実現される。空間光信号が赤外領域の光（以下、赤外線とも呼ぶ）である場合、集光レンズ１１には、赤外線を透過する材料が用いられることが好ましい。例えば、集光レンズ１１は、シリコンやゲルマニウム、カルコゲナイド系の材料で実現されてもよい。なお、空間光信号の波長領域の光を屈折して透過できさえすれば、集光レンズ１１の材質には限定を加えない。
　光線制御素子１３は、集光レンズ１１の後段に配置される。光線制御素子１３は、その入射面が集光レンズ１１の出射面と対面するように配置される。受光素子１５によって光信号が効率よく受光されるためには、集光レンズ１１の焦点位置の手前に光線制御素子１３の入射面が位置するように、光線制御素子１３を配置することが好ましい。光線制御素子１３の入射面から入射された光信号は、出射面から所定領域に向けて出射される。すなわち、光線制御素子１３に入射された光信号は、その出射方向が制御され、所定領域に配置された受光素子１５の受光部１５０に向けて出射される。
　図３の例では、異なる方向から到来する空間光信号Ａ及び空間光信号Ｂ、が集光レンズ１１に入射する。空間光信号Ａおよび空間光信号Ｂに由来する光信号は、集光レンズ１１によって集光されて、光線制御素子１３の異なる領域（光線制御領域とも呼ぶ）に入射される。光線制御素子１３は、任意の光線制御領域に入射された光信号を、同一の所定領域に向けて出射する。その結果、空間光信号Ａ及び空間光信号Ｂに由来する光信号は、所定領域に受光部１５０を向けて配置された受光素子１５によって受光される。
　例えば、光線制御素子１３は、ニアフィールド回折光学素子やホログラム素子、反射型の回折光学素子などによって実現される。光線制御素子１３は、入射面から入射された光信号を、受光素子１５の受光部１５０が位置する所定領域に向けて出射できれば、上述の例に限定されない。
　図４は、光線制御素子１３を実現するニアフィールド回折光学素子の一例（ニアフィールド回折光学素子１３１）を示す断面図である。ニアフィールド回折光学素子１３１の出射面には、サブミクロンオーダーの凹凸が形成される。図４のニアフィールド回折光学素子１３１は、光線制御素子１３を実現する素子を概念的に描いたものであって、実際の凹凸の縮尺通りに描かれてはいない。ニアフィールド回折光学素子１３１は、集光レンズ１１によって集光された光信号を、受光素子１５の受光部１５０が配置された所定領域に導く。
　受光素子１５は、光線制御素子１３の後段に配置される。受光素子１５は、光線制御素子１３から出射された光信号を受光する受光部１５０を有する。受光素子１５は、その受光部１５０が光線制御素子１３の出射面と対面するように配置される。受光素子１５は、受光部１５０が所定領域に位置するように配置される。光線制御素子１３から出射された光信号は、所定領域に位置する受光素子１５の受光部１５０で受光される。
　受光素子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、受光素子１５は、赤外領域の光信号を受光する。受光素子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、受光素子１５が受光する光信号の波長帯は、１．５μｍ帯に限定されない。受光素子１５が受光する光信号の波長帯は、送光装置（図示しない）から送光される空間光信号の波長に合わせて任意に設定できる。受光素子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、受光素子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。また、受光素子１５は、可視領域の光信号を受光してもよい。また、受光素子１５は、強烈な太陽光で飽和してしまうと、空間光信号に由来する光信号を読み取ることができない。そのため、受光素子１５よりも前段に、空間光信号の波長帯の光を選択的に通過させる色フィルタを設置してもよい。
　受光素子１５は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子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、受光素子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。例えば、受光素子１５は、アバランシェフォトダイオードによって実現される。アバランシェフォトダイオードによって実現された受光素子１５は、高速通信に対応できる。なお、受光素子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。
　通信速度を向上させるために、受光素子１５の受光部１５０は、できるだけ小さい方が好ましい。例えば、受光素子１５の受光部１５０は、直径０．１～０．３ｍｍ（ミリメートル）程度の受光面を有する。集光レンズ１１によって集光された光信号は、空間光信号の到来方向によって一定の範囲内に集光されるものの、受光素子１５の受光部１５０が配置された所定領域に集光することはできない。本実施形態では、集光レンズ１１によって集光された光信号を所定領域に選択的に導く光線制御素子１３を用いて、集光レンズ１１によって集光された光信号を、受光素子１５の受光部１５０の位置する所定領域に導く。そのため、受光装置１０は、任意の方向から集光レンズ１１の入射面に到来する空間光信号を、受光素子１５の受光部１５０に効率よく導光できる。
　以上のように、本実施形態の受光装置は、集光レンズ、光線制御素子、および受光素子を備える。集光レンズは、空間光信号を受光する。光線制御素子は、集光レンズによって集光された空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて出射する。例えば、光線制御措置は、集光レンズによって集光された光信号を、所定領域に向けて回折するニアフィールド回折光学素子である。受光素子は、所定領域に受光部を向けて配置される。受光素子は、光信号を受光する。
　本実施形態の受光装置によれば、集光レンズによって集光された光信号を、光線制御素子によって所定領域に導くことによって、任意の方向から到来する空間光を効率よく受光できる。
　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態の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、光線制御素子から出射された光信号を、受光素子の受光部に導くライトパイプを備える。ライトパイプは、光線制御素子から出射された光信号を、受光素子の受光部に導光する部材である。
　（構成）
　図５は、本実施形態の受光装置２０の構成の一例を示す概念図である。受光装置２０は、集光レンズ２１、光線制御素子２３、ライトパイプ２４、および受光素子２５を備える。図５は、受光装置２０の内部構成を横方向から見た図である。図６は、受光装置２０によって受光される光の軌跡の一例について説明するための概念図である。図６は、受光装置２０の内部構成を、斜め前方から見た斜視図である。
　集光レンズ２１は、外部から到来した空間光信号を集光する光学素子である。集光レンズ２１によって集光された光信号は、光線制御素子２３の入射面に向けて集光される。集光レンズ２１は、第１の実施形態の集光レンズ１１と同様の構成である。
　光線制御素子２３は、集光レンズ２１の後段に配置される。光線制御素子２３は、その入射面が集光レンズ２１の出射面と対面するように配置される。光線制御素子２３の入射面から入射された光信号は、至近距離の所定領域に向けて出射される。光線制御素子２３の入射面から入射された光信号は、その出射方向が制御され、ライトパイプ２４の入射面に向けて出射される。光線制御素子２３は、第１の実施形態の光線制御素子１３と同様の構成である。
　ライトパイプ２４は、受光素子２５に対応付けて設けられる。ライトパイプ２４は、空間光信号が入射する入射面と、ライトパイプ２４の内部で導光された光信号が出射される出射面とを有する。出射面は、入射面と比べて面積が小さい。ライトパイプ２４は、その入射面が所定領域に位置するように配置される。ライトパイプ２４の出射面は、そのライトパイプ２４が対応付けられた受光素子２５の受光部２５０に接するように配置される。なお、ライトパイプ２４の出射面から出射される光信号が受光素子２５の受光部２５０に入射しさえすれば、ライトパイプ２４の出射面と受光素子２５の受光部２５０が接していなくてもよい。図５には、入射面と出射面が平行になる例を示すが、入射面から出射面に向けて光信号を導光できさえすれば、入射面と出射面は非平行でもよい。
　ライトパイプ２４は、空間光の波長帯の光を透過しやすい素材で構成されることが好ましい。例えば、ライトパイプ２４は、一般的な光ファイバの素材で構成できる。ライトパイプ２４の入射面から入射した光信号は、ライトパイプ２４の側面で反射されながら、出射面に導光される。出射面に導光された光信号は、出射面から出射される。なお、ライトパイプの内部で導光される光信号は、その大部分が出射面から出射されればよく、その一部が側面で反射される際に漏れてもよい。
　受光素子２５は、ライトパイプ２４の後段に配置される。受光素子２５は、ライトパイプ２４から出射された光信号を受光する受光部２５０を有する。受光素子２５は、その受光部２５０がライトパイプ２４の出射面と対面するように配置される。ライトパイプ２４から出射された光信号は、受光素子２５の受光部２５０で受光される。受光素子２５は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子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。受光素子２５は、第１の実施形態の受光素子１５と同様の構成である。
　ライトパイプ２４を用いる場合、受光素子２５の受光部２５０に向けて光信号を導光できる。そのため、受光素子２５の受光部２５０の面積を小さくすることができる。そのため、同じ受光効率でありながら、受光面の小さい受光素子２５を適用できる。例えば、ライトパイプ２４を用いれば、受光部２５０の面積は小さいが、感度の高い受光素子２５を採用できる。
　図７は、ライトパイプ２４の第１例（ライトパイプ２４１）の側面図である。ライトパイプ２４１は、入射面から出射面に向けて狭まるように、テーパ状に形成される。ライトパイプ２４１は、光信号の波長帯の光を透過する材質で構成される。ライトパイプ２４１の側面は、光信号の波長帯の光を反射する。例えば、ライトパイプ２４１の側面の外側には、光信号の波長帯の光を反射する反射体を設置してもよい。
　図８は、ライトパイプ２４の第２例（ライトパイプ２４２）の側面図である。ライトパイプ２４２は、入射側の導光部２４２１と、出射側の出射部２４２２を含む。導光部２４２１と出射部２４２２は、一体である。導光部２４２１は、入射面から出射部２４２２に向けて狭まるように、テーパ状に形成される。出射部２４２２は、球体や楕円体の形状を有する。出射部２４２２の末端（図８のライトパイプ２４２の右端部分）が出射面である。導光部２４２１と出射部２４２２の接続部分は、光信号の伝搬に影響を及ばさないように構成される。ライトパイプ２４１（図７）では、受光素子２５が小さい場合、テーパの角度が急になるため、側面における反射によって、光信号が入射面から放射されやすくなる。ライトパイプ２４２（図８）では、出射部２４２２があるため、導光部２４２１のテーパを急にしなくてもよい。そのため、ライトパイプ２４１（図７）と比べて、ライトパイプ２４２（図８）の方が、受光部２５０の小さな受光素子２５に光信号を効率的に導光しやすい。出射部２４２２は、導光部２４２１から進入した光信号が出射面に向けて導光されやすくなれば、球体や楕円体ではない形状で形成されてもよい。ライトパイプ２４２は、光信号の波長帯の光を透過する材質で構成される。導光部２４２１の側面、および出射部２４２２の出射面以外の部分は、光信号の波長帯の光を反射する。例えば、ライトパイプ２４２の側面、および出射部２４２２の出射面以外の部分には、光信号の波長帯の光を反射する反射体を設置してもよい。
　例えば、ライトパイプ２４１およびライトパイプ２４２の入射面には、光信号の波長帯に応じた反射防止層を設けてもよい。入射面に反射防止層を設ければ、入射面で反射される光信号を低減できる。また、ライトパイプ２４１およびライトパイプ２４２の入射面に、光信号の波長帯の光を選択的に通過させる色フィルタを設けてもよい。入射面に色フィルタを設ければ、光信号の波長帯の光が選択的に受光素子２５の受光部２５０に導光されるため、光信号に含まれる雑音成分を除去できる。
　図９は、ライトパイプ２４の第３例（ライトパイプ２４３）の側面図である。ライトパイプ２４３の内部は空洞である。ライトパイプ２４３の入射面と出射面は開口する。ライトパイプ２４３の側面は、光信号の波長帯の光を反射する。例えば、ライトパイプ２４３の側面の内側には、光信号の波長帯の光を反射する反射体を設置してもよい。なお、光信号の波長帯の光を透過する材質でライトパイプ２４３の本体を構成し、ライトパイプ２４３の側面にその光信号を反射する反射体を設置してもよい。ライトパイプ２４３の内側で反射された光信号は、出射面から出射されて、受光素子２５の受光部２５０に受光される。ライトパイプ２４３は、その内部で光信号が減衰しないため、ライトパイプ２４１～２４２（図７～図８）と比べて、受光素子２５の受光部２５０に到達する光信号の強度が大きくなる。
　図１０は、ライトパイプ２４の第４例（ライトパイプ２４４）の側面図である。ライトパイプ２４４の内部は空洞である。ライトパイプ２４４の入射面と出射面は開口する。ライトパイプ２４４の内側側面には、光信号の波長帯の光を、出射面に向けて指向的に導光する指向性導光体２８４が配置される。指向性導光体２８４は、入射面から入射された光信号を、出射面に向けて指向的に導光する。図１０では、指向性導光体２８４の表面で光信号が反射するように図示されている。指向性導光体２８４は、入射角よりも大きな反射角で反射することによって、出射面に向けて光信号を指向的に導光する。指向性導光体２８４に進入した光信号は、指向性導光体２８４の内部を伝搬して、受光素子２５の受光部２５０に向けられた出射面から出射されるように構成されてもよい。ライトパイプ２４３（図９）の場合、内側面で反射された光信号が、入射面側に戻り、受光素子２５に到達しないことがある。ライトパイプ２４４（図１０）では、入射面から進入した光信号が受光素子２５に向けて指向的に導光される。そのため、入射面側に光信号が戻りづらくなり、受光素子２５の受光効率が向上する。
　例えば、指向性導光体２８４は、入射面から入射した光信号を、出射面に向けて反射する、少なくとも一つの反射面を含む反射構造を有する。反射構造は、光信号の波長帯の光を反射する材質で形成される。例えば、反射構造は、金属などの材料で形成できる。なお、反射構造の材質については、光信号の波長帯の光を反射できれば、特に限定を加えない。
　例えば、指向性導光体２８４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（回折格子アレイとも呼ぶ）で実現されてもよい。回折格子アレイは、指向性導光体２８４の上面から入射した光信号が出射面に向けて進行するように、光信号を回折する。例えば、回折格子アレイは、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。回折格子アレイは、光信号が出射面に向けて進行するように、格子間隔を調整されることが好ましい。
　図１１は、ライトパイプ２４の第５例（ライトパイプ２４５）の側面図である。ライトパイプ２４５の内部は空洞である。ライトパイプ２４５の入射面と出射面は開口する。ライトパイプ２４５の入射面側の内側側面には、光信号の波長帯の光を、出射面に向けて指向的に導光する指向性導光体２８５が配置される。指向性導光体２８５は、第４例（図１０）の指向性導光体２８４と同様の構成である。ライトパイプ２４５の出射面側の内側側面には、第３例（図９）と同様に、光信号の波長帯の光を反射する。例えば、ライトパイプ２４３の出射面側の内側には、光信号の波長帯の光を反射する反射体を設置してもよい。指向性導光体２８５は、第４例（図１０）と同様に、入射面から入射された光信号を、出射面に向けて指向的に導光する。指向性導光体２８５は、入射角よりも大きな反射角で反射することによって、出射面に向けて光信号を指向的に導光する。指向性導光体２８５から出射された光信号は、ライトパイプ２４５の出射面側の内側で反射され、出射面から出射される。出射面から出射された光信号は、受光素子２５の受光部２５０に受光される。入射面の法線に対する光信号の入射角が大きいと、ライトパイプ２４５の内側で何度か反射された光信号が、入射面側に戻ってくる可能性がある。ライトパイプ２４５に入射した光信号は、まず、指向性導光体２８５に進入し、受光部２５０に向けて指向的に導光されるため、入射面側に戻ってくる可能性が小さくなる。
　図７～図１１の例は一例であって、ライトパイプ２４の構成を、それらの形態に限定するものではない。例えば、図７～図１１の構成を任意に組み合わせて、ライトパイプを構成してもよい。
　以上のように、本実施形態の受光装置は、集光レンズ、光線制御素子、ライトパイプ、および受光素子を備える。集光レンズは、空間光信号を受光する。光線制御素子は、集光レンズによって集光された空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて出射する。ライトパイプは、光線制御素子から出射された光信号を、所定領域に配置された受光部に導光する。例えば、ライトパイプは、中空構造であり、内側の面上のうち少なくとも入射面近傍に、所定領域に配置された受光部に向けて光信号を指向的に導光する指向性導光体を有する。受光素子は、所定領域に受光部を向けて配置される。受光素子は、光信号を受光する。
　本実施形態の受光装置によれば、集光レンズによって集光された光信号を、ライトパイプを介して受光素子の受光部に導光することによって、空間光信号に由来する光信号をより効率よく受光できる。
　（第３の実施形態）
　次に、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、空間光信号が到来する方向がある程度限定される状況で用いられる。本実施形態の受光装置は、空間光信号の到来方向に合わせて設定された、細長い形状の光線制御素子を含む。本実施形態では、空間光信号の到来方向が水平方向に限定されるものとし、その到来方向に合わせて、光線制御素子の形状を水平方向に細長い形状とする。本実施形態の受光装置は、第２の実施形態のライトパイプと組み合わせてもよい。
　（構成）
　図１２は、本実施形態の受光装置３０の構成の一例を示す概念図である。受光装置３０は、集光レンズ３１、光線制御素子３３、および受光素子３５を備える。図１２は、受光装置３０の内部構成を横方向から見た図である。図１３は、受光装置３０によって受光される光の軌跡の一例について説明するための概念図である。図１３は、受光装置３０の内部構成を、斜め前方から見た斜視図である。
　集光レンズ３１は、外部から到来した空間光信号を集光する光学素子である。集光レンズ３１によって集光された光信号は、光線制御素子３３の入射面に向けて集光される。集光レンズ３１は、第１の実施形態の集光レンズ１１と同様の構成である。集光レンズ３１は、光線制御素子３３の形状に合わせて光を集光するように構成されてもよい。
　光線制御素子３３は、集光レンズ３１の後段に配置される。光線制御素子３３は、その入射面が集光レンズ３１の出射面と対面するように配置される。光線制御素子３３は、空間光信号の到来方向に合わせた形状に設定される。例えば、水平方向から空間光信号が到来する場合、光線制御素子３３は、水平方向に長軸を有し、垂直方向に短軸を有する形状に設定される。例えば、水平面に対して垂直な方向（以下、垂直方向とよぶ）から空間光信号が到来する場合、光線制御素子３３は、垂直方向に長軸を有し、水平方向に短軸を有する形状に設定される。光線制御素子３３の形状は、空間光信号の到来方向に合わせて設定されればよい。
　光線制御素子３３の入射面から入射された光信号は、至近距離の所定領域に向けて出射される。光線制御素子３３の入射面から入射された光信号は、その出射方向が制御され、受光素子３５の受光部３５０に向けて出射される。光線制御素子３３は、形状以外は、第１の実施形態の光線制御素子１３と同様の構成である。
　受光素子３５は、光線制御素子３３の後段に配置される。受光素子３５は、光線制御素子３３から出射された光信号を受光する受光部３５０を有する。受光素子３５は、その受光部３５０が光線制御素子３３の出射面と対面するように配置される。光線制御素子３３から出射された光信号は、受光素子３５の受光部３５０で受光される。受光素子３５は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子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。受光素子３５は、第１の実施形態の受光素子１５と同様の構成である。
　以上のように、本実施形態の受光装置は、集光レンズ、光線制御素子、および受光素子を備える。集光レンズは、空間光信号を受光する。光線制御素子は、空間光信号の到来方向に合わせた形状を有する。光線制御素子は、集光レンズによって集光された空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて出射する。受光素子は、所定領域に受光部を向けて配置される。受光素子は、光信号を受光する。
　本実施形態の受光装置によれば、空間光信号の到来方向に合わせた形状を有する光線制御素子を用いることによって、到来方向が限られた空間光信号を効率よく受光できる。例えば、通信対象からの空間光信号の到来方向が、水平方向や垂直方向などに限られている場合、それらとは異なる方向から到来する光を受光する必要はない。本実施形態では、空間光信号の到来方向が水平方向に限定されるものとし、その到来方向に合わせて、光線制御素子の形状を水平方向に沿って細長い形状とした。空間光信号の到来方向が垂直方向に限定される場合は、その到来方向に合わせて、光線制御素子の形状を垂直方向に沿って細長い形状とすればよい。また、通信対象からの空間光信号の到来方向とは異なる方向から到来する光は、雑音成分や攪乱成分であるとみなすことができる。そのため、本実施形態によれば、雑音成分や攪乱成分の光を受光しないため、通信対象からの空間光信号をより効率よく受光できる。
　（第４の実施形態）
　次に、第４の実施形態に係る受光装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受光装置は、集光レンズによって集光された光信号を、回折して、所定領域に反射して導光する光線制御素子を含む。本実施形態においては、空間光信号の到来方向に合わせて設定された、細長い形状の光線制御素子を含む例について説明するが、任意の方向から到来する空間光信号に対応できる光線制御素子（第１の実施形態）を適用してもよい。また、本実施形態の受光装置は、第２の実施形態のライトパイプと組み合わせてもよい。
　（構成）
　図１４は、本実施形態の受光装置４０の構成の一例を示す概念図である。受光装置４０は、集光レンズ４１、光線制御素子４３、および受光素子４５を備える。図１４は、受光装置４０の内部構成を横方向から見た図である。図１５は、受光装置４０によって受光される光の軌跡の一例について説明するための概念図である。図１５は、受光装置４０の内部構成を、斜め前方から見た斜視図である。
　集光レンズ４１は、外部から到来した空間光信号を集光する光学素子である。集光レンズ４１によって集光された光信号は、光線制御素子４３の入射面に向けて集光される。集光レンズ４１は、第１の実施形態の集光レンズ１１と同様の構成である。集光レンズ４１は、光線制御素子４３の形状に合わせて光を集光するように構成されてもよい。
　光線制御素子４３は、集光レンズ４１の後段に配置される。光線制御素子４３は、反射型の回折光学素子である。光線制御素子４３は、光信号の波長帯の光を回折して反射する反射面を有する。例えば、光線制御素子４３は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）によって実現される。例えば、光線制御素子４３の母材は、石英である。例えば、光線制御素子４３の反射面には、シリコンや金などで形成された反射層が形成される。空間光信号の波長帯が赤外領域である場合、光線制御素子４３の反射面に形成される反射層は、金で形成されることが好ましい。光線制御素子４３の反射面は、集光レンズ４１から出射された光信号が、受光素子４５の受光部４５０に向けて反射されるように配置される。光線制御素子４３は、空間光信号の到来方向に合わせた形状に設定される。例えば、空間光信号が水平方向から到来する場合、光線制御素子４３は、水平方向に長軸を有し、垂直方向に短軸を有する形状に設定される。例えば、空間光信号が垂直方向から到来する場合、光線制御素子４３は、垂直方向に長軸を有し、水平方向に短軸を有する形状に設定される。光線制御素子４３の形状は、空間光信号の到来方向に合わせて設定されればよい。なお、任意の方向から到来する空間光信号に対応するように構成される場合、光線制御素子４３の形状には特に限定を加えない。
　集光レンズ４１によって集光された光信号は、光線制御素子４３の反射面に入射される。光線制御素子４３の反射面に入射された光信号は、回折されて、至近距離の所定領域に向けて反射される。光線制御素子４３の反射面で回折／反射された光信号は、その進行方向が制御され、受光素子４５の受光部４５０に向けて出射される。
　受光素子４５は、光線制御素子４３の後段に配置される。受光素子４５は、光線制御素子４３によって反射された光信号を受光する受光部４５０を有する。受光素子４５は、光線制御素子４３によって反射された光信号が受光部４５０に受光されるように配置される。光線制御素子４３によって反射された光信号は、受光素子４５の受光部４５０で受光される。受光素子４５は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子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。受光素子４５は、第１の実施形態の受光素子１５と同様の構成である。
　図１６は、本実施形態の受光装置４０の変形例について説明するための概念図である。図１６の変形例の受光装置は、曲線状に湾曲した光線制御素子４３－２を備える。光線制御素子４３－２は、受光素子４５の受光部４５０の位置が焦点となる曲面や曲線に合わせて湾曲する。光線制御素子４３（図１５）の中心から離れた位置に入射した光信号は、受光素子４５の受光部４５０の位置（所定領域）に向けて反射されないため、受光素子４５によって受光されない。それに対し、光線制御素子４３－２（図１６）は、湾曲した形状をしていることにより、光信号が入射面に対して垂直入射に近い角度で入射する。そのため、光線制御素子４３－２（図１６）では、中心から離れた位置に入射した光信号も、受光素子４５の受光部４５０の位置（所定領域）に向けて反射されるため、受光素子４５によって受光できる。すなわち、光線制御素子４３（図１５）と比べて、光線制御素子４３－２（図１６）の方が、広い範囲の光信号を受光素子４５の受光部４５０に集光できる。
　以上のように、本実施形態の受光装置は、集光レンズ、光線制御素子、および受光素子を備える。集光レンズは、空間光信号を受光する。光線制御素子は、集光レンズによって集光された光信号を、所定領域に向けて反射する反射型の回折光学素子である。光線制御素子は、集光レンズによって集光された空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて回折して反射する反射型の回折光学素子である。例えば、光線制御素子は、所定領域に焦点を有する曲線状に湾曲した形状を有する。受光素子は、所定領域に受光部を向けて配置される。受光素子は、光信号を受光する。
　本実施形態の受光装置によれば、集光レンズによって集光された光信号を、光線制御素子によって所定領域に導くように反射することによって、任意の方向から到来する空間光信号を効率よく受光できる。
　（第５の実施形態）
　次に、第５の実施形態の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、光線制御素子から出射された光信号を、受光素子の受光部に導くファイババンドルを備える。ファイババンドルは、光線制御素子から出射された光信号を、受光素子の受光部に導光する部材である。
　（構成）
　図１７は、本実施形態の受光装置５０の構成の一例を示す概念図である。受光装置５０は、集光レンズ５１、光線制御素子５３、ファイババンドル５４、および受光素子５５を備える。図１７は、受光装置５０の内部構成を横方向から見た図である。図１８は、受光装置５０によって受光される光の軌跡の一例について説明するための概念図である。図１９は、受光装置５０に含まれるファイババンドル５４を、斜め前方から見た斜視図である。
　集光レンズ５１は、外部から到来した空間光信号を集光する光学素子である。集光レンズ５１によって集光された光信号は、光線制御素子５３の入射面に向けて集光される。集光レンズ５１は、第１の実施形態の集光レンズ１１と同様の構成である。
　光線制御素子５３は、集光レンズ５１の後段に配置される。光線制御素子５３は、その入射面が集光レンズ５１の出射面と対面するように配置される。光線制御素子５３の入射面から入射された光信号は、至近距離の所定領域に向けて出射される。光線制御素子５３の入射面から入射された光信号は、その出射方向が制御され、ファイババンドル５４の入射面に向けて出射される。光線制御素子５３は、第１の実施形態の光線制御素子１３と同様の構成である。
　ファイババンドル５４は、複数の受光素子５５に対応付けて設けられる。ファイババンドル５４は、複数の光ファイバ５４０が束ねられた構造を有する。ファイババンドル５４は、空間光信号が入射する入射面と、ファイババンドル５４の内部で導光された光信号が出射される出射面とを有する。ファイババンドル５４の入射面には、複数の光ファイバ５４０の入射端が配置される。ファイババンドル５４の出射面には、複数の光ファイバ５４０の出射端が配置される。ファイババンドル５４を構成する光ファイバ５４０の束は、複数の受光素子５５の各々に対応付けて配置される。なお、ファイババンドル５４は、単一の受光素子５５に対応付けられて構成されてもよい。
　ファイババンドル５４は、光線制御素子５３から出射された光信号が照射される所定領域に入射面が位置するように配置される。ファイババンドル５４の出射面は、対応付けられた複数の受光素子５５のいずれかの受光部５５０に接するように配置される。なお、ファイババンドル５４の出射面から出射される光信号が受光素子５５の受光部５５０に入射しさえすれば、ファイババンドル５４の出射面と受光素子５５の受光部５５０が接していなくてもよい。図１７には、入射面と出射面が平行になる例を示すが、入射面から出射面に向けて光信号を導光できさえすれば、入射面と出射面は非平行でもよい。
　複数の光ファイバ５４０の束は、対応付けられた受光素子５５の受光部５５０に向けて、ファイババンドル５４の入射面から出射面にかけて先細りするように束ねられる。複数の光ファイバ５４０は、入射端から出射端にかけて、直線状に配置されてもよいし、曲線状に配置されてもよい。ファイババンドル５４を構成する光ファイバ５４０は、入射端と出射端が同じ口径であってもよいし、入射端と出射端が異なる口径であってもよい。例えば、ファイババンドル５４を構成する光ファイバ５４０には、入射端と比べて出射端の口径が小さいものを用いてもよい。
　光ファイバ５４０は、空間光の波長帯の光を透過しやすい素材で構成されることが好ましい。例えば、光ファイバ５４０は、一般的な光ファイバの素材で構成できる。例えば、光ファイバ５４０の入射端は、光信号の周波数帯の光が反射されにくいように、反射防止コーティングされていてもよい。ファイババンドル５４の入射面から入射した光信号は、ファイババンドル５４を構成する光ファイバ５４０の側面で全反射されながら、出射面に導光される。出射面に導光された光信号は、受光素子５５の受光部５５０に向けて出射される。ファイババンドル５４を構成する光ファイバ５４０の内部で導光される光信号は、光ファイバ５４０の側面から漏れることはないので、その大部分が出射面から出射される。
　受光素子５５は、ファイババンドル５４の後段に配置される。受光素子５５は、ファイババンドル５４から出射された光信号を受光する受光部５５０を有する。受光素子５５は、その受光部５５０がファイババンドル５４の出射面と対面するように配置される。ファイババンドル５４から出射された光信号は、受光素子５５の受光部５５０で受光される。受光素子５５は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子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。受光素子５５は、第１の実施形態の受光素子１５と同様の構成である。
　ファイババンドル５４を用いる場合、受光素子５５の受光部５５０に向けて光信号を導光できる。そのため、受光素子５５の受光部５５０の面積を小さくすることができる。そのため、同じ受光効率でありながら、受光面の小さい受光素子５５を適用できる。例えば、ファイババンドル５４を用いれば、受光部５５０の面積は小さいが、感度の高い受光素子５５を採用できる。
　〔変形例〕
　図２０は、本実施形態の変形例の受光装置５０－２の構成の一例を示す概念図である。受光装置５０－２は、集光レンズ５１、光線制御素子５３、ファイババンドル５４－２、および受光素子５５を備える。図２０は、受光装置５０の内部構成を横方向から見た図である。図２０には、光線制御素子５３から出射され、ファイババンドル５４－２の出射面に向けて進行する光信号の概念的な進行方向（光軸）を矢印で示す。本変形例の受光装置５０－２は、ファイババンドル５４－２に含まれる複数の光ファイバ５４５の構成が、受光装置５０とは異なる。
　ファイババンドル５４－２は、複数の光ファイバ５４５を含む。ファイババンドル５４－２は、複数の光ファイバ５４５が束ねられた構造を有する。ファイババンドル５４－２の入射面に配置された入射端の断面に対して、光線制御素子５３から出射された光信号の光軸が略垂直方向から入射するように、複数の光ファイバ５４５が配置される。例えば、複数の光ファイバ５４５は、入射端から出射端にかけて滑らかな曲線を描くように配置される。複数の光ファイバ５４５の入射端から進入した光信号は、複数の光ファイバ５４５の内部を出射端に向けて進行し、複数の光ファイバ５４５の出射端から出射される。複数の光ファイバ５４５の出射端から出射された光信号は、受光素子５５によって受光される。
　光ファイバ５４５の入射端の断面に対して斜めに入射する光信号は、その入射端において反射されやすい。本変形例では、光線制御素子５３から出射される光信号の入射方向が、光ファイバ５４５の入射端の断面に対して略垂直になるように光ファイバ５４５を配置する。そのため、本変形例によれば、光ファイバ５４５の入射端における光信号の反射する割合が減少し、光ファイバ５４５の入射端から内部に光信号が入射しやすくなる。そのため、本変形例によれば、受光素子５５による受光効率が向上する。
　以上のように、本実施形態の受光装置は、集光レンズ、光線制御素子、ファイババンドル、および受光素子を備える。集光レンズは、空間光信号を受光する。光線制御素子は、集光レンズによって集光された空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて出射する。ファイババンドルは、光線制御素子から出射された光信号を、所定領域に配置された受光部に導光する複数の光ファイバの束を含む。例えば、ファイババンドルに含まれる複数の光ファイバの各々の入射端の断面が、光線制御素子から出射された光信号の光軸に対して略垂直になるように、複数の光ファイバの各々が配置される。受光素子は、所定領域に受光部を向けて配置される。受光素子は、光信号を受光する。
　本実施形態の受光装置によれば、集光レンズによって集光された光信号を、ファイババンドルを介して受光素子の受光部に導光することによって、空間光信号に由来する光信号をより効率よく受光できる。
　（第６の実施形態）
　次に、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、受光素子によって受光された光信号をデコードするデコーダを備える。本実施形態においては、空間光信号の到来方向に合わせて設定された、細長い形状の光線制御素子を含む例について説明するが、任意の方向から到来する空間光信号に対応できる光線制御素子を適用してもよい。また、本実施形態の受光装置には、第４の実施形態のように、反射型の光線制御素子を適用してもよい。また、本実施形態の受光装置は、第２の実施形態のライトパイプや、第５の実施形態のファイババンドルと組み合わせてもよい。
　（構成）
　図２１は、本実施形態の受光装置６０の構成の一例を示す概念図である。受光装置６０は、集光レンズ６１、光線制御素子６３、受光素子６５、およびデコーダ６６を備える。図２１は、受光装置６０の内部構成を横方向から見た図である。図２２は、受光装置６０によって受光される光の軌跡の一例について説明するための概念図である。図２２は、受光装置６０の内部構成を、斜め前方から見た斜視図である。なお、デコーダ６６の位置については、特に限定を加えない。デコーダ６６は、受光装置６０の内部に配置されてもよいし、受光装置６０の外部に配置されてもよい。
　集光レンズ６１は、外部から到来した空間光信号を集光する光学素子である。集光レンズ６１によって集光された光信号は、光線制御素子６３の入射面に向けて集光される。集光レンズ６１は、第１の実施形態の集光レンズ１１と同様の構成である。集光レンズ６１は、光線制御素子６３の形状に合わせて光信号を集光するように構成されてもよい。
　光線制御素子６３は、集光レンズ６１の後段に配置される。光線制御素子６３は、その入射面が集光レンズ６１の出射面と対面するように配置される。例えば、光線制御素子６３は、第３の実施形態のように、空間光信号の到来方向に合わせた形状に設定される。なお、光線制御素子６３は、第１の実施形態のように、任意の方向から到来する空間光信号に対応するように構成してもよい。また、光線制御素子６３は、第４の実施形態のように、反射型であってもよい。光線制御素子６３は、第１～第５の実施形態のいずれかと同様であるため、詳細な説明は省略する。
　受光素子６５は、光線制御素子６３の後段に配置される。受光素子６５は、光線制御素子６３から出射された光信号を受光する受光部６５０を有する。受光素子６５は、その受光部６５０が光線制御素子６３の出射面と対面するように配置される。光線制御素子６３から出射された光信号は、受光素子６５の受光部６５０で受光される。受光素子６５は、受光された光信号を電気信号（以下、信号とも呼ぶ）に変換する。受光素子６５は、変換後の信号を、デコーダ６６に出力する。受光素子６５は、第１の実施形態の受光素子１５と同様の構成である。
　デコーダ６６は、受光素子６５から出力された信号を取得する。デコーダ６６は、受光素子６５からの信号を増幅する。デコーダ６６は、増幅された信号をデコードし、通信対象からの信号を解析する。デコーダ６６によってデコードされた信号は、任意の用途に使用される。デコーダ６６によってデコードされた信号の使用については、特に限定を加えない。
　〔デコーダ〕
　次に、受光装置６０が備えるデコーダ６６の詳細構成の一例について図面を参照しながら説明する。図２３は、デコーダ６６の構成の一例を示すブロック図である。デコーダ６６は、増幅回路６６１およびデコード回路６６５を有する。
　増幅回路６６１は、受光素子６５からの信号を取得する。増幅回路６６１は、選択された信号を増幅する。なお、増幅回路６６１は、空間光信号の波長帯の信号を選択的に通過させてもよい。例えば、増幅回路６６１は、取得した信号のうち、太陽光などの環境光に由来する信号をカットし、空間光信号の波長帯に相当する高周波成分の信号を選択的に通過させてもよい。増幅回路６６１は、増幅された信号をデコード回路６６５に出力する。
　デコード回路６６５は、増幅回路６６１から信号を取得する。デコード回路６６５は、取得された信号をデコードする。デコード回路６６５は、デコードされた信号に何らかの信号処理を加えるように構成してもよいし、外部の信号処理装置等（図示しない）に出力するように構成したりしてもよい。複数の通信対象からの空間光に由来する複数の信号をデコードする場合、第２処理回路は、それらの信号を時分割で読み取るように構成すればよい。
　以上のように、本実施形態の受光装置は、集光レンズ、光線制御素子、受光素子、およびデコーダを備える。集光レンズは、空間光信号を受光する。光線制御素子は、集光レンズによって集光された空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて出射する。例えば、光線制御措置は、集光レンズによって集光された光信号を、所定領域に向けて回折するニアフィールド回折光学素子である。受光素子は、所定領域に受光部を向けて配置される。受光素子は、光信号を受光する。デコーダは、受光素子によって受光された光信号に基づく信号をデコードする。
　本実施形態の受光装置によれば、任意の方向から到来する空間光信号に基づく信号をデコードできる。例えば、本実施形態の受光装置によれば、シングルチャンネルの受信装置を実現できる。例えば、本実施形態の受光装置によれば、空間光信号に基づく信号を時分割でデコードすることによって、マルチチャンネルの受信装置を実現することもできる。
　（第７の実施形態）
　次に、第７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、受光素子によって受光された光信号をデコードするデコーダを複数備える。本実施形態においては、空間光信号の到来方向に合わせて設定された、細長い形状の光線制御素子を含む例について説明するが、任意の方向から到来する空間光信号に対応できる光線制御素子を適用してもよい。また、本実施形態の受光装置には、第４の実施形態のように、反射型の光線制御素子を適用してもよい。また、本実施形態の受光装置は、第２の実施形態のライトパイプや、第５の実施形態のファイババンドルと組み合わせてもよい。
　（構成）
　図２４は、本実施形態の受光装置７０の構成の一例を示す概念図である。受光装置７０は、集光レンズ７１、光線制御素子７３、複数の受光素子７５－１～Ｍ、およびデコーダ７６を備える（Ｍは、２以上の自然数）。図２４は、受光装置７０の内部構成を上方向から見た平面図である。図２５は、受光装置７０によって受光される光の軌跡の一例について説明するための概念図である。図２５は、受光装置７０の内部構成を、斜め前方から見た斜視図である。なお、デコーダ７６の位置については、特に限定を加えない。デコーダ７６は、受光装置７０の内部に配置されてもよいし、受光装置７０の外部に配置されてもよい。
　集光レンズ７１は、外部から到来した空間光信号を集光する光学素子である。集光レンズ７１によって集光された光信号は、光線制御素子７３の入射面に向けて集光される。集光レンズ７１は、第１の実施形態の集光レンズ１１と同様の構成である。集光レンズ７１は、光線制御素子７３の形状に合わせて光を集光するように構成されてもよい。
　光線制御素子７３は、集光レンズ７１の後段に配置される。光線制御素子７３は、その入射面が集光レンズ７１の出射面と対面するように配置される。例えば、光線制御素子７３は、第３の実施形態のように、空間光信号の到来方向に合わせた形状に設定される。なお、光線制御素子７３は、第１の実施形態のように、任意の方向から到来する空間光信号に対応するように構成してもよい。また、光線制御素子７３は、第４の実施形態のように、反射型であってもよい。
　光線制御素子７３の入射面には、集光レンズ７１によって集光された光信号が入射される。光線制御素子７３には、複数の光線制御領域７３０－１～Ｍが設定される。光線制御素子７３に設定される複数の光線制御領域７３０－１～Ｍの各々は、複数の受光素子７５－１～Ｍの各々に対応付けられる。複数の光線制御領域７３０－１～Ｍの各々に入射した光信号は、それぞれの光線制御領域７３０に対応する受光素子７５－１～Ｍの受光部７５０が配置された所定領域に向けて出射される。
　図２５の例では、異なる方向から到来する空間光信号Ａ及び空間光信号Ｂ、が集光レンズ７１に入射する。空間光信号Ａ及び空間光信号Ｂに由来する光信号は、集光レンズ７１によって集光されて、光線制御素子７３の異なる光線制御領域７３０に入射される。光線制御素子１３は、異なる光線制御領域７３０に入射された光信号を、それぞれの光線制御領域７３０に対応付けられた所定領域に向けて出射する。その結果、空間光信号Ａ及び空間光信号Ｂに由来する光信号は、異なる受光素子７５によって受光される。
　複数の受光素子７５－１～Ｍは、光線制御素子７３の後段に配置される。複数の受光素子７５－１～Ｍの各々は、光線制御素子７３から出射された光信号を受光する受光部７５０を有する。複数の受光素子７５－１～Ｍは、光線制御素子７３の出射面と受光部７５０が対面するように配置される。複数の受光素子７５－１～Ｍの各々の受光部７５０は、複数の光線制御領域７３０－１～Ｍの各々に対面するように配置される。光線制御素子７３の、複数の光線制御領域７３０－１～Ｍの各々から出射された光信号は、複数の受光素子７５－１～Ｍの各々の受光部７５０で受光される。複数の受光素子７５－１～Ｍの各々は、受光された光信号を電気信号（以下、信号とも呼ぶ）に変換する。複数の受光素子７５－１～Ｍの各々は、変換後の信号を、デコーダ７６に出力する。複数の受光素子７５－１～Ｍの各々は、第１の実施形態の受光素子１５と同様の構成である。
　デコーダ７６は、複数の受光素子７５－１～Ｍの各々から出力された信号を取得する。デコーダ７６は、複数の受光素子７５－１～Ｍの各々からの信号を増幅する。デコーダ７６は、増幅された信号をデコードし、通信対象からの信号を解析する。例えば、デコーダ７６は、複数の受光素子７５－１～Ｍごとの信号をまとめて解析する。複数の受光素子７５－１～Ｍごとの信号をまとめて解析する場合は、単一の通信対象と通信するシングルチャンネルの受光装置７０を実現できる。例えば、デコーダ７６は、複数の受光素子７５－１～Ｍごとに、個別に信号を解析する。複数の受光素子７５－１～Ｍごとに個別に信号を解析する場合、複数の通信対象と同時に通信するマルチチャンネルの受光装置７０を実現できる。デコーダ７６によってデコードされた信号は、任意の用途に使用される。デコーダ７６によってデコードされた信号の使用については、特に限定を加えない。
　〔デコーダ〕
　次に、受光装置７０が備えるデコーダ７６の詳細構成の一例について図面を参照しながら説明する。図２６は、デコーダ７６の構成の一例を示すブロック図である。デコーダ７６は、複数の第１処理回路７６１－１～Ｍ、制御回路７６２、セレクタ７６３、および複数の第２処理回路７６５－１～Ｎを有する（Ｎは自然数）。図２６においては、複数の第１処理回路７６１－１～Ｍのうち、第１処理回路７６１－１のみ内部構成を図示しているが、複数の第１処理回路７６１－２～Ｍの内部構成も第１処理回路７６１－１と同様である。
　第１処理回路７６１は、複数の受光素子７５－１～Ｍのいずれか一つに対応付けられる。第１処理回路７６１は、ハイパスフィルタ７６１１、増幅器７６１３、および積分器７６１５を含む。図２６においては、ハイパスフィルタ７６１１をＨＰＦ（High Path Filter）と表記し、増幅器７６１３をＡＭＰ（Amplifier）と表記し、積分器７６１５をＩＮＴ（Integrator）と表記する。複数の第１処理回路７６１－１～Ｍの各々のハイパスフィルタ７６１１は、複数の第１処理回路７６１－１～Ｍの各々に対応付けられた受光素子７５－１～Ｍのいずれかから信号を取得する。複数の受光素子７５－１～Ｍの各々と、それらに対応する複数の第１処理回路７６１－１～Ｍの各々は、単位ユニットを構成する。複数の第１処理回路７６１－１～Ｍの各々のハイパスフィルタ７６１１を通過した信号は、増幅器７６１３と積分器７６１５に並列で入力される。
　ハイパスフィルタ７６１１は、受光素子７５からの信号を取得する。ハイパスフィルタ７６１１は、取得した信号のうち、空間光信号の波長帯に相当する高周波成分の信号を選択的に通過させる。ハイパスフィルタ７６１１は、太陽光などの環境光に由来する信号をカットする。なお、ハイパスフィルタ７６１１の替わりに、空間光信号の波長帯の信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタを構成してもよい。また、受光素子７５は、強烈な太陽光で飽和してしまうと、光信号は読み取り不能となる。そのため、受光素子７５の受光面の前段に、空間光信号の波長帯の光を選択的に通過させる色フィルタを設置してもよい。ハイパスフィルタ７６１１を通過した信号は、増幅器７６１３および積分器７６１５に供給される。
　増幅器７６１３は、ハイパスフィルタ７６１１から出力された信号を取得する。増幅器７６１３は、取得された信号を増幅する。増幅器７６１３は、増幅された信号をセレクタ７６３に出力する。セレクタ７６３に出力された信号のうち受信対象の信号は、制御回路７６２の制御に応じて、複数の第２処理回路７６５－１～Ｎのいずれかに割り当てられる。受信対象の信号は、通信対象の通信装置（図示しない）からの空間光信号である。空間光信号の受光に用いられない受光素子７５からの信号は、第２処理回路７６５に出力されない。
　積分器７６１５は、ハイパスフィルタ７６１１から出力された信号を取得する。積分器７６１５は、取得された信号を積分する。積分器７６１５は、積分された信号を制御回路７６２に出力する。
　積分器７６１５は、受光素子７５が受光する空間光信号の強度を測定するために配置される。本実施形態では、ビーム径に広がりのある状態の空間光信号を、集光レンズ７１の入射面において面で受光することによって、通信対象をサーチする速度を高速化する。ビーム径が絞られていない状態で受光される空間光信号は、ビーム径が絞られている場合と比べて強度が微弱であるため、増幅器７６１３のみで増幅された信号の電圧測定は困難である。積分器７６１５を用いれば、例えば、数ｍｓｅｃ（ミリ秒）～数十ｍｓｅｃ積分することによって、電圧測定できるレベルまで信号の電圧を大きくすることができる。
　制御回路７６２は、複数の第１処理回路７６１－１～Ｍの各々に含まれる積分器７６１５から出力された信号を取得する。言い換えると、制御回路７６２は、複数の受光素子７５－１～Ｍの各々が受光した光信号に由来する信号を取得する。例えば、制御回路７６２は、互いに隣接し合う複数の受光素子７５からの信号の読み取り値を比較し、信号強度が最大の受光素子７５を選択する。制御回路７６２は、選択された受光素子７５に由来する信号を、複数の第２処理回路７６５－１～Ｎのいずれかに割り当てるように、セレクタ７６３を制御する。
　制御回路７６２が受光素子７５を選択することは、空間光信号の到来方向を推定することに相当する。すなわち、制御回路７６２が受光素子７５を選択することは、空間光信号の送光元の通信装置を特定することに相当する。また、制御回路７６２によって選択された受光素子７５からの信号を複数の第２処理回路のいずれかに割り当てることは、特定された通信対象と、その通信対象からの空間光信号を受光する受光素子７５とを対応付けることに相当する。すなわち、制御回路７６２は、複数の受光素子７５０－１～Ｍによって受光された光信号に基づいて、その光信号（空間光信号）の送光元の通信装置を特定する。なお、通信対象の位置が予め特定されている場合は、空間光信号の到来方向を推定する処理を行わず、受光素子７５－１～Ｍから出力された信号をそのままデコードすればよい。
　セレクタ７６３には、複数の第１処理回路７６１－１～Ｍの各々に含まれる増幅器７６１３によって増幅された信号が入力される。セレクタ７６３は、制御回路７６２の制御に応じて、入力された信号のうち受信対象の信号を、複数の第２処理回路７６５－１～Ｎのうちいずれかに出力する。受信対象ではない信号は、セレクタ７６３から出力されない。
　複数の第２処理回路７６５－１～Ｎには、制御回路７６２によって割り当てられた、複数の受光素子７５－１～Ｎのいずれかからの信号が入力される。複数の第２処理回路７６５－１～Ｎの各々は、入力された信号をデコードする。複数の第２処理回路７６５－１～Ｎの各々は、デコードされた信号に何らかの信号処理を加えるように構成してもよいし、外部の信号処理装置等（図示しない）に出力するように構成したりしてもよい。
　制御回路７６２によって選択された受光素子７５に由来する信号をセレクタ７６３で選択することにより、１つの通信対象に対して１つの第２処理回路７６５が割り当てられる。すなわち、制御回路７６２は、複数の受光素子７５－１～Ｍが受光する、複数の通信対象からの空間光信号に由来する信号を、複数の第２処理回路７６５－１～Ｎのいずれかに割り当てる。これにより、受光装置７０は、複数の通信対象からの空間光信号に由来する信号を、個別のチャネルで同時に読み取ることが可能になる。第６の実施形態の場合、複数の通信対象と同時に通信するためには、複数の通信対象からの空間光信号を１つのチャネルにおいて時分割で読み取る。それに対し、本実施形態の手法では、複数の通信対象からの空間光信号を、複数のチャネルにおいて同時に読み取るので、伝送速度が向上する。なお、本実施形態の手法においても、状況に応じて、時分割で信号を受光するように構成してもよい。
　例えば、通信対象のスキャンを１次的なスキャンとして行い、空間光信号の到来方向を粗い精度で特定してもよい。そして、特定された方向に細かい精度の２次的なスキャンを行って、通信対象のより正確な位置を特定してもよい。通信対象との間で通信可能な状況になれば、通信対象との信号のやり取りによって、その通信対象の正確な位置を確定できる。なお、通信対象の位置が予め特定されている場合は、その通信対象の位置を特定する処理を省略してもよい。
　以上のように、本実施形態の受光装置は、集光レンズ、光線制御素子、複数の受光素子、および複数のデコーダを備える。集光レンズは、空間光信号を受光する。光線制御素子は、複数の所定領域の各々に対応付けられた複数の光線制御領域を含む。光線制御素子は、複数の光線制御領域の各々に入射された光信号を、光線制御領域に対応付けられた所定領域に向けて出射する。複数の受光素子の各々は、複数の所定領域のうちいずれかに受光部を向けて配置される。複数の受光素子の各々は、光信号を受光する。複数のデコーダの各々は、複数の受光素子のうちいずれかに接続される。デコーダは、受光素子によって受光された光信号に基づく信号をデコードする。
　本実施形態の受光装置によれば、任意の方向から到来する空間光信号に基づく信号を、到来方向ごとにデコードできる。例えば、本実施形態の受光装置によれば、空間光信号の到来方向に応じたマルチチャンネルの受信装置を実現できる。
　（第８の実施形態）
　次に、第８の実施形態に係る通信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の通信装置は、第６の実施形態の受光装置と、受光された空間光信号に応じた空間光信号を送光する送光部とを備える。以下においては、位相変調型の空間光変調器を含む送光部を備える通信装置の例について説明する。なお、本実施形態の通信装置は、位相変調型の空間光変調器ではない送光機能を含む送光部を備えてもよい。また、本実施形態の通信装置は、無線通信機能を備えてもよい。本実施形態の通信装置は、第７の実施形態の受光装置と、送光部とを組み合わせた構成としてもよい。本実施形態の通信装置には、第４の実施形態のように、反射型の光線制御素子を適用してもよい。本実施形態の通信装置は、第２の実施形態のライトパイプや、第５の実施形態のファイババンドルと組み合わせてもよい。
　（構成）
　図２７は、本実施形態の通信装置８０の構成の一例を示す概念図である。通信装置８０は、集光レンズ８１、光線制御素子８３、受光素子８５、デコーダ８６、および送光部８７を備える。図２７は、通信装置８０の内部構成を横方向から見た図である。なお、デコーダ８６および送光部８７の位置については、特に限定を加えない。デコーダ８６および送光部８７は、通信装置８０の内部に配置されてもよいし、通信装置８０の外部に配置されてもよい。
　集光レンズ８１は、外部から到来した空間光信号を集光する光学素子である。集光レンズ８１によって集光された光信号は、光線制御素子８３の入射面に向けて集光される。集光レンズ８１は、第１の実施形態の集光レンズ１１と同様の構成である。集光レンズ８１は、光線制御素子８３の形状に合わせて光を集光するように構成されてもよい。
　光線制御素子８３は、集光レンズ８１の後段に配置される。光線制御素子８３は、その入射面が集光レンズ８１の出射面と対面するように配置される。例えば、光線制御素子８３は、第３の実施形態のように、空間光の到来方向に合わせた形状に設定される。なお、光線制御素子８３は、第１の実施形態のように、任意の方向から到来する空間光に対応するように構成してもよい。また、光線制御素子８３は、第４の実施形態のように、反射型であってもよい。また、光線制御素子８３は、第７の実施形態のように、複数の光線制御領域を含んでいてもよい。光線制御素子８３は、第１～第７の実施形態のいずれかと同様であるため、詳細な説明は省略する。
　受光素子８５は、光線制御素子８３の後段に配置される。受光素子８５は、光線制御素子８３から出射された光信号を受光する受光部８５０を有する。受光素子８５は、その受光部８５０が光線制御素子８３の出射面と対面するように配置される。光線制御素子８３から出射された光信号は、受光素子８５の受光部８５０で受光される。受光素子８５は、受光された光信号を電気信号（以下、信号とも呼ぶ）に変換する。受光素子８５は、変換後の信号を、デコーダ８６に出力する。受光素子８５は、第１の実施形態の受光素子１５と同様の構成である。なお、第７の実施形態のように、複数の受光素子８５を配置してもよい。
　デコーダ８６は、受光素子８５から出力された信号を取得する。デコーダ８６は、受光素子８５からの信号を増幅する。デコーダ８６は、増幅された信号をデコードし、通信対象からの信号を解析する。デコーダ８６は、信号の解析結果に応じた光信号を送光するための制御信号を、送光部８７に出力する。
　送光部８７は、デコーダ８６から制御信号を取得する。送光部８７は、制御信号に応じた空間光信号を投射する。送光部８７から投射された空間光信号は、通信対象（図示しない）によって受光される。例えば、送光部８７は、位相変調型の空間光変調器を備える。また、送光部８７は、位相変調型の空間光変調器ではない送光機能を含んでいてもよい。
　〔送光部〕
　次に、送光部８７の詳細構成の一例について図面を参照しながら説明する。図２８は、送光部８７の詳細構成の一例を示す概念図である。送光部８７は、照射部８７１、空間光変調器８７３、制御部８７５、および投射光学系８７７を備える。照射部８７１、空間光変調器８７３、および投射光学系８７７は、投光部８００を構成する。投光部８００は、制御部８７５の制御に応じて、空間光信号を投射する。なお、図２８は概念的なものであり、各構成要素間の位置関係や、光の進行方向などを正確に表したものではない。
　照射部８７１は、特定波長のコヒーレントな光８０２を出射する。図２８のように、照射部８７１は、光源８７１１とコリメートレンズ８７１２を含む。図２８のように、照射部８７１が出射した光８０１は、コリメートレンズ８７１２を通過してコヒーレントな光８０２となり、空間光変調器８７３の変調部８７３０に入射される。例えば、光源８７１１は、レーザ光源を含む。例えば、光源８７１１は、赤外領域の光８０１を出射するように構成される。なお、光源８７１１は、可視領域や紫外領域などの赤外領域以外の光８０１を出射するように構成されてもよい。照射部８７１は、制御部８７５の制御に応じて駆動される電源（光源駆動電源とも呼ぶ）に接続される。光源駆動電源が駆動されると、光源８７１１から光８０１が出射される。
　空間光変調器８７３は、制御部８７５の制御に応じて、空間光信号を投射するためのパターン（空間光信号に対応する位相分布）を自身の変調部８７３０に設定する。本実施形態においては、空間光変調器８７３の変調部８７３０に所定のパターンが表示された状態で、その変調部８７３０に光８０２を照射する。空間光変調器８７３は、変調部８７３０に入射した光８０２の反射光（変調光８０３）を投射光学系８７７に向けて出射する。
　図２８のように、本実施形態においては、空間光変調器８７３の変調部８７３０の入射面に対して光８０２の入射角を非垂直にする。すなわち、本実施形態においては、照射部８７１からの光８０２の出射軸を空間光変調器８７３の変調部８７３０に対して斜めにし、ビームスプリッタを用いずに空間光変調器８７３の変調部８７３０に光８０２を入射させる。図２８の構成では、光８０２がビームスプリッタを通過することによって減衰することがないため、光８０２の利用効率を向上させることができる。
　空間光変調器８７３は、位相がそろったコヒーレントな光８０２の入射を受け、入射された光８０２の位相を変調する位相変調型の空間光変調器によって実現できる。位相変調型の空間光変調器８７３を用いた投射光学系８７７からの出射光は、フォーカスフリーであるため、複数の投射距離に光を投射することになっても投射距離ごとに焦点を変える必要がない。
　位相変調型の空間光変調器８７３の変調部８７３０には、制御部８７５の駆動に応じて、空間光信号に対応する位相分布が表示される。位相分布が表示された空間光変調器８７３の変調部８７３０で反射された変調光８０３は、一種の回折格子が集合体を形成したような画像になり、回折格子で回折された光が集まるように像が形成される。
　空間光変調器８７３は、例えば、強誘電性液晶やホモジーニアス液晶、垂直配向液晶などを用いた空間光変調器によって実現される。空間光変調器８７３は、具体的には、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）によって実現できる。例えば、空間光変調器８７３は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）によって実現されてもよい。
　位相変調型の空間光変調器８７３では、投射光を投射する箇所を順次切り替えるように動作させることによって、エネルギーを像の部分に集中することができる。そのため、位相変調型の空間光変調器８７３を用いれば、光源の出力が同じであれば、その他の方式のものよりも表示情報を明るく表示させることができる。
　制御部８７５は、デコーダ８６からの制御信号に応じて、空間光信号に対応するパターンを空間光変調器８７３の変調部８７３０に表示させる。制御部８７５は、空間光変調器８７３の変調部８７３０に照射される光８０１の位相と、変調部８７３０で反射される変調光８０３の位相との差分を決定づけるパラメータが変化するように空間光変調器８７３を駆動する。
　位相変調型の空間光変調器８７３の変調部８７３０に照射される光８０２の位相と、変調部８７３０で反射される変調光８０３の位相との差分を決定づけるパラメータは、例えば、屈折率や光路長などの光学的特性に関するパラメータである。例えば、制御部８７５は、空間光変調器８７３の変調部８７３０に印可する電圧を変化させることによって、変調部８７３０の屈折率を変化させる。変調部８７３０の屈折率を変化させれば、変調部８７３０に照射された光８０２は、変調部８７３０の各部の屈折率に基づいて適宜回折される。すなわち、位相変調型の空間光変調器８７３に照射された光８０２の位相分布は、変調部８７３０の光学的特性に応じて変調される。なお、制御部８７５による空間光変調器８７３の駆動方法はここで挙げた限りではない。
　投射光学系８７７は、空間光変調器８７３で変調された変調光８０３を投射光８０７（空間光信号とも呼ぶ）として投射する。図２８のように、投射光学系８７７は、フーリエ変換レンズ８７７１、アパーチャ８７７３、および投射レンズ８７７５を含む。空間光変調器８７３で変調された変調光８０３は、投射光学系８７７によって投射光８０７として照射される。なお、投射範囲に像を形成できさえすれば、投射光学系８７７の構成要素のうちいずれかを省略してもよい。例えば、空間光変調器８７３の変調部８７３０に設定される位相分布に対応する画像を、仮想レンズを用いて拡大する場合、フーリエ変換レンズ８７７１を省略できる。また、必要に応じて、フーリエ変換レンズ８７７１、アパーチャ８７７３、および投射レンズ８７７５以外の構成を投射光学系８７７に追加してもよい。
　フーリエ変換レンズ８７７１は、空間光変調器８７３の変調部８７３０で反射された変調光８０３を無限遠に投射した際に形成される像を、近傍の焦点に結像させるための光学レンズである。図２８では、アパーチャ８７７３の位置に焦点が形成されている。
　アパーチャ８７７３は、フーリエ変換レンズ８７７１によって集束された光に含まれる高次光を遮蔽し、投射光８０７が表示される範囲を特定する。アパーチャ８７７３の開口部は、アパーチャ８７７３の位置における表示領域の最外周よりも小さく開口され、アパーチャ８７７３の位置における表示情報の周辺領域を遮るように設置される。例えば、アパーチャ８７７３の開口部は、矩形状や円形状に形成される。アパーチャ８７７３は、フーリエ変換レンズ８７７１の焦点位置に設置されることが好ましいが、高次光を消去する機能を発揮できれば焦点位置からずれていても構わない。
　投射レンズ８７７５は、フーリエ変換レンズ８７７１によって集束された光を拡大して投射する光学レンズである。投射レンズ８７７５は、空間光変調器８７３の変調部８７３０に表示された位相分布に対応する表示情報が投射範囲内に投影されるように投射光８０７を投射する。
　単純な記号などの線画を投射する場合、投射光学系８７７から投射された投射光８０７は、投射範囲全体に向けて均一に投射されるのではなく、画像を構成する文字や記号、枠などの部分に集中的に投射される。そのため、本実施形態の通信装置８０によれば、光８０１の出射量を実質的に減らせるため、全体的な光出力を抑えることができる。すなわち、通信装置８０は、小型かつ低電力な照射部８７１で実現できるため、その照射部８７１を駆動する光源駆動電源（図示しない）を低出力にでき、全体的な消費電力を低減できる。
　また、複数の波長の光を出射するように照射部８７１が構成されれば、照射部８７１から出射する光の波長を変えることができる。照射部８７１から出射する光の波長を変えれば、空間光信号の色を多色化できる。また、異なる波長の光を同時に出射する照射部８７１を用いれば、複数色の空間光信号を用いた通信が可能になる。
　〔適用例〕
　図２９は、本実施形態の通信装置８０の適用例について説明するための概念図である。本適用例では、通信装置８０を電柱の上部に配置する。なお、本適用例において、通信装置８０は、無線通信する機能を有するものとする。
　電柱間には障害物が少ないため、電柱の上部は、通信装置８０を設置するのに適している。また、電柱の上部の同じ高さに通信装置８０を設置すれば、空間光信号の到来方向が水平方向に限定されるので、第３～第７の実施形態のように、光線制御素子の形状を水平方向に細長い構造にすることができる。通信をやり取りする二つの通信装置８０は、一方の通信装置８０が、他方の通信装置８０から送光された空間光信号を受光するように配置される。通信装置８０が二つのみの場合、空間光信号を互いに送受光するように配置されればよい。複数の通信装置８０で空間光信号の通信網が構成される場合、中間に位置する通信装置８０は、他の通信装置８０から送光された空間光信号を、別の通信装置８０に中継するように配置すればよい。
　本適用例によれば、異なる電柱に設置された複数の通信装置８０の間で、空間光信号を用いた通信が可能になる。例えば、本適用例によれば、異なる電柱に設置された通信装置８０の間における通信に応じて、自動車や家屋などに設置された無線装置と通信装置８０との間で、無線通信による通信を行うこともできる。
　以上のように、本実施形態の通信装置は、集光レンズ、光線制御素子、受光素子、デコーダ、および送光部を備える。集光レンズは、空間光信号を受光する。光線制御素子は、集光レンズによって集光された空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて出射する。受光素子は、所定領域に受光部を向けて配置される。受光素子は、光信号を受光する。デコーダは、受光素子によって受光された光信号に基づく信号をデコードする。送光部は、デコーダによってデコードされた信号に応じた空間光信号を送光する。
　本実施形態の通信装置によれば、空間光信号を用いた通信が可能になる。例えば、空間光信号を送受信し合えるように複数の通信装置を配置すれば、空間光信号を用いた通信網を構築できる。
　本実施形態の一態様において、送光部は、光源、空間光変調器、制御部、および投射光学系を有する。光源は、平行光を出射する。空間光変調器は、光源から出射された平行光の位相を変調する変調部を有する。制御部は、空間光信号に対応する位相画像を変調部に設定し、位相画像が設定された変調部に向けて平行光が照射されるように光源を制御する。投射光学系は、変調部で変調された光を投射する。
　本態様の通信装置は、位相変調型の空間光変調器を含むので、一般的な送光機構を含む通信装置と比べて、同じ程度の明るさの空間光信号を低消費電力で送光できる。
　（第９の実施形態）
　次に、第９の実施形態に係る受光装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受光装置は、第１～第８の実施形態の受光装置を簡略化した構成である。図３０は、本実施形態の受光装置９０の構成の一例を示す概念図である。受光装置９０は、集光レンズ９１、光線制御素子９３、および受光素子９５を備える。
　集光レンズ９１は、空間光信号を受光する。光線制御素子９３は、集光レンズ９１によって集光された空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて出射する。受光素子９５は、所定領域に受光部を向けて配置され、光信号を受光する。
　本実施形態の受光装置によれば、集光レンズによって集光された光信号を、光線制御素子によって所定領域に導くことによって、任意の方向から到来する空間光信号を効率よく受光できる。
　（ハードウェア）
　ここで、本開示の各実施形態に係る制御や処理を実行するハードウェア構成について、図３１の情報処理装置１００を一例として挙げて説明する。なお、図３１の情報処理装置１００は、各実施形態の制御や処理を実行するための構成例であって、本開示の範囲を限定するものではない。
　図３１のように、情報処理装置１００は、プロセッサ１０１、主記憶装置１０２、補助記憶装置１０３、入出力インターフェース１０５、および通信インターフェース１０６を備える。図３１においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略して表記する。プロセッサ１０１、主記憶装置１０２、補助記憶装置１０３、入出力インターフェース１０５、および通信インターフェース１０６は、バス１０８を介して互いにデータ通信可能に接続される。また、プロセッサ１０１、主記憶装置１０２、補助記憶装置１０３および入出力インターフェース１０５は、通信インターフェース１０６を介して、インターネットやイントラネットなどのネットワークに接続される。
　プロセッサ１０１は、補助記憶装置１０３等に格納されたプログラムを主記憶装置１０２に展開し、展開されたプログラムを実行する。各実施形態においては、情報処理装置１００にインストールされたソフトウェアプログラムを用いる構成とすればよい。プロセッサ１０１は、各実施形態に係る制御や処理を実行する。
　主記憶装置１０２は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置１０２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリとすればよい。また、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリを主記憶装置１０２として構成・追加してもよい。
　補助記憶装置１０３は、種々のデータを記憶する。補助記憶装置１０３は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクによって構成される。なお、種々のデータを主記憶装置１０２に記憶させる構成とし、補助記憶装置１０３を省略することも可能である。
　入出力インターフェース１０５は、情報処理装置１００と周辺機器とを接続するためのインターフェースである。通信インターフェース１０６は、規格や仕様に基づいて、インターネットやイントラネットなどのネットワークを通じて、外部のシステムや装置に接続するためのインターフェースである。入出力インターフェース１０５および通信インターフェース１０６は、外部機器と接続するインターフェースとして共通化してもよい。
　情報処理装置１００には、必要に応じて、キーボードやマウス、タッチパネルなどの入力機器を接続するように構成してもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示画面が入力機器のインターフェースを兼ねる構成とすればよい。プロセッサ１０１と入力機器との間のデータ通信は、入出力インターフェース１０５に仲介させればよい。
　また、情報処理装置１００には、情報を表示するための表示機器を備え付けてもよい。表示機器を備え付ける場合、情報処理装置１００には、表示機器の表示を制御するための表示制御装置（図示しない）が備えられていることが好ましい。表示機器は、入出力インターフェース１０５を介して情報処理装置１００に接続すればよい。
　また、情報処理装置１００には、ドライブ装置を備え付けてもよい。ドライブ装置は、プロセッサ１０１と記録媒体（プログラム記録媒体）との間で、記録媒体からのデータやプログラムの読み込み、情報処理装置１００の処理結果の記録媒体への書き込みなどを仲介する。ドライブ装置は、入出力インターフェース１０５を介して情報処理装置１００に接続すればよい。
　以上が、各実施形態に係る制御や処理を実行するためのハードウェア構成の一例である。なお、図３１のハードウェア構成は、各実施形態に係る制御や処理を実行するためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、各実施形態に係る制御や処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、各実施形態に係るプログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。記録媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体で実現できる。また、記録媒体は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＳＤ（Secure Digital）カードなどの半導体記録媒体や、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、その他の記録媒体によって実現してもよい。プロセッサが実行するプログラムが記録媒体に記録されている場合、その記録媒体はプログラム記録媒体に相当する。
　各実施形態の制御や処理を実行する構成要素は、任意に組み合わせることができる。また、各実施形態の制御や処理を実行する構成要素は、ソフトウェアによって実現してもよいし、回路によって実現してもよい。
　以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　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）
　空間光信号を集光する集光レンズと、
　前記集光レンズによって集光された前記空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて出射する光線制御素子と、
　前記所定領域に受光部を向けて配置され、前記光信号を受光する受光素子と、を備える受光装置。
（付記２）
　前記光線制御素子は、
　前記集光レンズによって集光された前記光信号を、前記所定領域に向けて回折するニアフィールド回折光学素子である付記１に記載の受光装置。
（付記３）
　前記光線制御素子は、
　前記集光レンズによって集光された前記光信号を、前記所定領域に向けて回折して反射する反射型の回折光学素子である付記１に記載の受光装置。
（付記４）
　前記光線制御素子から出射された前記光信号を、前記所定領域に配置された前記受光部に導光するライトパイプを備える付記１乃至３のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記５）
　前記ライトパイプは、
　中空構造であり、内側の面上のうち少なくとも入射面近傍に、前記所定領域に配置された前記受光部に向けて前記光信号を指向的に導光する指向性導光体を有する付記４に記載の受光装置。
（付記６）
　前記光線制御素子から出射された前記光信号を、前記所定領域に配置された前記受光部に導光する複数の光ファイバの束を含むファイババンドルを備える付記１乃至３のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記７）
　前記ファイババンドルに含まれる複数の前記光ファイバの各々の入射端の断面が、前記光線制御素子から出射された前記光信号の光軸に対して略垂直になるように、複数の前記光ファイバの各々が配置される付記６に記載の受光装置。
（付記８）
　前記光線制御素子は、
　前記空間光信号の到来方向に合わせた形状を有する付記１乃至７のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記９）
　前記受光素子によって受光された前記光信号に基づく信号をデコードするデコーダを備える付記１乃至８のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記１０）
　複数の前記受光素子と、
　複数の前記デコーダと、を備え、
　複数の前記受光素子の各々は、
　複数の前記所定領域のうちいずれかに前記受光部を向けて配置され、
　複数の前記デコーダの各々は、
　複数の前記受光素子のうちいずれかに接続され、
　前記光線制御素子は、
　複数の前記所定領域の各々に対応付けられた複数の光線制御領域を含み、複数の前記光線制御領域の各々に入射された前記光信号を、前記光線制御領域に対応付けられた前記所定領域に向けて出射する付記９に記載の受光装置。
（付記１１）
　付記９または１０の受光装置と、
　デコーダによってデコードされた信号に応じた空間光信号を送光する送光部と、を備える通信装置。
（付記１２）
　前記送光部は、
　平行光を出射する光源と、
　前記光源から出射された平行光の位相を変調する変調部を有する空間光変調器と、
　前記空間光信号に対応する位相画像を前記変調部に設定し、前記位相画像が設定された前記変調部に向けて前記平行光が照射されるように前記光源を制御する制御部と、
　前記変調部で変調された光を投射する投射光学系と、を有する付記１１に記載の通信装置。
　この出願は、２０２１年１月５日に出願された日本出願特願２０２１－０００３１０及び２０２１年６月２８日に出願された日本出願特願２０２１－１０６３９２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１０、２０、３０、４０、５０、６０、９０　　受光装置
　１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１　　集光レンズ
　１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、８３、９３　　光線制御素子
　１５、２５、３５、４５、５５、６５、７５、８５、９５　　受光素子
　２４　　ライトパイプ
　５４　　ファイババンドル
　６６、７６、８６　　デコーダ
　８０　　通信装置
　８７　　送光部
　６６１　　増幅回路
　６６５　　デコード回路
　７６１　　第１処理回路
　７６５　　第２処理回路
　７６２　　制御回路
　７６３　　セレクタ
　８００　　投光部
　８７１　　照射部
　８７３　　空間光変調器
　８７７　　投射光学系
　７６１１　　ハイパスフィルタ
　７６１３　　増幅器
　７６１５　　積分器
　８７１１　　光源
　８７１２　　コリメートレンズ
　８７７１　　フーリエ変換レンズ
　８７７３　　アパーチャ
　８７７５　　投射レンズ

Claims (12)

  1. 　空間光信号を集光する集光レンズと、
    　前記集光レンズによって集光された前記空間光信号に由来する光信号を、所定領域に向けて出射する光線制御素子と、
    　前記所定領域に受光部を向けて配置され、前記光信号を受光する受光素子と、を備える受光装置。
  2. 　前記光線制御素子は、
    　前記集光レンズによって集光された前記光信号を、前記所定領域に向けて回折するニアフィールド回折光学素子である請求項１に記載の受光装置。
  3. 　前記光線制御素子は、
    　前記集光レンズによって集光された前記光信号を、前記所定領域に向けて回折して反射する反射型の回折光学素子である請求項１に記載の受光装置。
  4. 　前記光線制御素子から出射された前記光信号を、前記所定領域に配置された前記受光部に導光するライトパイプを備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の受光装置。
  5. 　前記ライトパイプは、
    　中空構造であり、内側の面上のうち少なくとも入射面近傍に、前記所定領域に配置された前記受光部に向けて前記光信号を指向的に導光する指向性導光体を有する請求項４に記載の受光装置。
  6. 　前記光線制御素子から出射された前記光信号を、前記所定領域に配置された前記受光部に導光する複数の光ファイバの束を含むファイババンドルを備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の受光装置。
  7. 　前記ファイババンドルに含まれる複数の前記光ファイバの各々の入射端の断面が、前記光線制御素子から出射された前記光信号の光軸に対して略垂直になるように、複数の前記光ファイバの各々が配置される請求項６に記載の受光装置。
  8. 　前記光線制御素子は、
    　前記空間光信号の到来方向に合わせた形状を有する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の受光装置。
  9. 　前記受光素子によって受光された前記光信号に基づく信号をデコードするデコーダを備える請求項１乃至８のいずれか一項に記載の受光装置。
  10. 　複数の前記受光素子と、
    　複数の前記デコーダと、を備え、
    　複数の前記受光素子の各々は、
    　複数の前記所定領域のうちいずれかに前記受光部を向けて配置され、
    　複数の前記デコーダの各々は、
    　複数の前記受光素子のうちいずれかに接続され、
    　前記光線制御素子は、
    　複数の前記所定領域の各々に対応付けられた複数の光線制御領域を含み、複数の前記光線制御領域の各々に入射された前記光信号を、前記光線制御領域に対応付けられた前記所定領域に向けて出射する請求項９に記載の受光装置。
  11. 　請求項９または１０の受光装置と、
    　デコーダによってデコードされた信号に応じた空間光信号を送光する送光部と、を備える通信装置。
  12. 　前記送光部は、
    　平行光を出射する光源と、
    　前記光源から出射された平行光の位相を変調する変調部を有する空間光変調器と、
    　前記空間光信号に対応する位相画像を前記変調部に設定し、前記位相画像が設定された前記変調部に向けて前記平行光が照射されるように前記光源を制御する制御部と、
    　前記変調部で変調された光を投射する投射光学系と、を有する請求項１１に記載の通信装置。
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