WO2023047446A1

WO2023047446A1 - 受信装置および通信装置

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Publication number: WO2023047446A1
Application number: PCT/JP2021/034511
Authority: WO
Inventors: 紘也高田; 尚志水本; 藤男奥村
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2021-09-21
Filing date: 2021-09-21
Publication date: 2023-03-30
Also published as: JPWO2023047446A1

Abstract

空間光信号を効率よく受信するために、空間を伝搬する光信号を集光する第１集光器と、第１集光器によって集光された光信号を、第１方向に直交する第２方向に圧縮して集光する第２集光器と、第２集光器によって集光された光信号を、少なくとも第１方向を含む方向に集光する第３集光器と、第１方向に沿って配列された複数の受光素子を含み、第３集光器によって集光された光信号を、複数の受光素子のうち少なくともいずれかで受光する受光素子アレイと、を備える受信装置とする。

Description

受信装置および通信装置

　本開示は、空間を伝搬する光信号を受信する受信装置等に関する。

　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、できる限り大口径のレンズを用いることが好ましい。光空間通信においては、高速通信を行うために、静電容量の小さな受光素子が採用される。そのような受光素子は、受光部の面積が小さい。レンズの焦点距離には、限界がある。そのため、多様な方向から到来する空間光信号を、大口径のレンズを用いて、面積の小さい受光部に導光することは難しい。

　特許文献１には、シリンドリカルレンズを含む、測色計の受光光学系について開示されている。特許文献１の受光光学系は、センサアレイ、波長分解フィルタ、対物レンズ、およびシリンドリカルレンズを含む。センサアレイは、入射光を電気信号に変換する。波長分解フィルタは、センサアレイの前面に配置される。波長分解フィルタを透過した入射光の波長は、センサの列方向に変化する。対物レンズは、被測定領域の像を所定の結像面上に結像する。シリンドリカルレンズは、対物レンズによる被測定領域の結像面と波長分解フィルタとの間に配置される。シリンドリカルレンズは、センサアレイの列に垂直な方向に曲率を有し、対物レンズの射出瞳を通過する光線のセンサアレイの列に垂直な方向成分のみをセンサアレイ面近傍に結像する。

　特許文献２には、シリンドリカルレンズを含むマイクロプレートリーダについて開示されている。特許文献１のマイクロプレートリーダは、ラインジェネレータレンズによって、導光部により導光された光を、試料容器の収容凹部が配列される所定の方向に拡散する。特許文献１のマイクロプレートリーダは、シリンドリカルレンズによって、拡散した光を試料容器へ向けるように角度調整する。試料容器の複数の収容凹部を透過した光を検出する。特許文献１には、光を拡散することが開示されている。

特開平６－２７３２３２号公報特開２００５－０５５２１９号公報

　特許文献１の手法では、センサアレイの列に垂直な方向に曲率を有するシリンドリカルレンズを用いて、対物レンズの射出瞳を通過する光線のセンサアレイの列に垂直な方向成分のみをセンサアレイ面近傍に結像する。特許文献１の手法によれば、範囲が限られた被測定領域からの光や、光ファイバを介して伝播してくる光を、シリンドリカルレンズによってセンサアレイ面に結像させることができる。しかしながら、特許文献１の手法では、空間光信号のような照射径の大きい光を、面積の小さい受光部に向けて、効率よく導光できなかった。

　特許文献２の手法では、導光部により導光された光を、ラインジェネレータレンズによって、所定の方向に拡散させる。シリンドリカルレンズは、ラインジェネレータレンズによって所定の方向に広がり拡散するライン光の長手方向の長さがマイクロプレートの幅とほぼ同じ長さになり、マイクロプレートに垂直に向かうように調整する。その結果、試料容器の複数の収容凹部に、そのライン光が照射される。特許文献２の手法によれば、内径が限定された導光部によって導光された光を、一次元的に並んだ複数の収容凹部に照射できる。しかしながら、特許文献２の手法では、空間光信号のような照射径の大きい光を、面積の小さい受光部に向けて、効率よく導光できなかった。

　本開示の目的は、空間光信号を効率よく受信できる受信装置等を提供することにある。

　本開示の一態様の受信装置は、空間を伝搬する光信号を集光する第１集光器と、第１集光器によって集光された光信号を、第１方向に直交する第２方向に圧縮して集光する第２集光器と、第２集光器によって集光された光信号を、少なくとも第１方向を含む方向に集光する第３集光器と、第１方向に沿って配列された複数の受光素子を含み、第３集光器によって集光された光信号を、複数の受光素子のうち少なくともいずれかで受光する受光素子アレイと、を備える。

　本開示によれば、空間光信号を効率よく受信できる受信装置等を提供することが可能になる。

第１の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図（側面図）である。第１の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図（平面図）である。第１の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図（斜視図）である。第１の実施形態に係る受信装置が備える受光素子アレイの受光面に集光される光の照射形状について説明するための概念図である。第１の実施形態に係る受信装置が備える受光素子アレイの受光面に集光される光の照射形状について説明するための概念図である。第１の実施形態に係る受信装置が備える受光素子アレイの受光面に集光される光の集光分布について説明するための概念図である。第１の実施形態に係る受信装置が備える受光素子アレイの受光面に集光される光の集光分布について説明するための概念図である。第１の実施形態に係る受信装置が備える集光器の一例について説明するための概念図である。第１の実施形態に係る受信装置が備える集光器の一例について説明するための概念図である。第１の実施形態に係る受信装置が備える集光器の一例について説明するための概念図である。第１の実施形態に係る受信装置が備える集光器の一例について説明するための概念図である。第１の実施形態に係る受信装置が備える集光器の一例について説明するための概念図である。第１の実施形態に係る受信装置が備える集光器の一例について説明するための概念図である。第１の実施形態に係る受信装置が備える集光器の一例について説明するための概念図である。第１の実施形態に係る受信装置が備える集光器および受光素子アレイを含む受光素子アレイパッケージの構成の一例を示す概念図である。第２の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。第２の実施形態に係る受信装置が備えるシリンドリカルレンズの周辺部に入射した空間光信号の集光例について説明するための概念図である。第３の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。第３の実施形態に係る受信装置が備える受信回路の構成の一例を示すブロック図である。第４の実施形態に係る通信装置の構成の一例を示す概念図である。第４の実施形態に係る通信装置が備える送信装置の構成の一例を示す概念図である。第４の実施形態に係る通信装置の適用例について説明するための概念図である。第５の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。各実施形態に係る制御や処理を実現するための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。

　以下の実施形態の説明に用いる全図において、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、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。本実施形態の受信装置は、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。本実施形態の受信装置は、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。本実施形態においては、特に断りがない限り、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～図３は、本実施形態の受信装置１０の構成の一例を示す概念図である。受信装置１０は、集光レンズ１１、シリンドリカルレンズ１２、集光器１３、および受光素子アレイ１５を備える。受光素子アレイ１５は、複数の受光素子１５０が一次元的に並べられた構造を有する。図１は、受信装置１０の内部構成を横方向から見た側面図である。図２は、受信装置１０の内部構成を上方向から見た平面図である。図３は、受信装置１０の内部構成を、斜め前方から見た斜視図である。図１～図３には、受信装置１０によって受光される光の軌跡を図示する。図１～図３に図示した光の軌跡は、概念的な軌跡であって、実際の軌跡に相当するものではない。

　集光レンズ１１（第１集光器とも呼ぶ）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は、集光器とも呼ばれる。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は、集光器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。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。

　シリンドリカルレンズ１２（第２集光器とも呼ぶ）は、平凸シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズ１２は、シリンダー軸を有する柱状体である。シリンドリカルレンズ１２のシリンダー軸に対して垂直な断面は、受光素子アレイ１５の受光面に対して垂直な面内に曲率中心を有する曲線部分と、その曲線部分に対向する直線部分とを含む。シリンドリカルレンズ１２は、受光素子アレイ１５の受光面に対してシリンダー軸（長軸）が平行になるように配置される。シリンドリカルレンズ１２の曲面が、入射面である。シリンドリカルレンズ１２の曲面に対向する平面が、出射面である。シリンドリカルレンズ１２は、曲面が入射面になり、その曲面に対向する平面が出射面になるように配置される。入射面（曲面）からシリンドリカルレンズ１２に入射した光は、出射面に平行な面内で、シリンドリカルレンズ１２の短手方向に圧縮される。シリンドリカルレンズ１２の短手方向に圧縮された光は、出射面（平面）から出射される。

　シリンドリカルレンズ１２は、集光レンズ１１の後段に配置される。シリンドリカルレンズ１２の後段には、集光器１３が配置される。シリンドリカルレンズ１２は、空間光信号の到来方向に合わせて、受光素子アレイ１５の受光面に対してシリンダー軸（長軸）が平行になるように配置される。シリンドリカルレンズ１２は、受光素子アレイ１５を構成する複数の受光素子１５０の配列方向に、シリンダー軸（長軸）が沿うように配置される。すなわち、シリンドリカルレンズ１２の長軸と、受光素子アレイ１５の長軸とは、互いに平行である。以下において、受光素子アレイ１５を構成する複数の受光素子１５０の配列方向を、第１方向とも呼ぶ。また、受光素子アレイ１５の受光面内において第１方向と直交する方向を、第２方向とも呼ぶ。シリンドリカルレンズ１２から出射される光信号は、第２方向に圧縮される。

　シリンドリカルレンズ１２の入射面（曲面）は、集光レンズ１１の出射面に向けられる。シリンドリカルレンズ１２の出射面（平面）は、集光器１３の入射面に向けられる。受光素子アレイ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シリンドリカルレンズ１２の入射面が位置することが好ましい。そのため、シリンドリカルレンズ１２は、集光レンズ１１の焦点位置の手前に入射面が位置するように配置される。シリンドリカルレンズ１２の入射面（曲面）から入射した光信号は、集光器１３の入射面に向けて、出射面（平面）から出射される。

　少なくとも一方向に光信号を圧縮できれば、シリンドリカルレンズ１２は、シリンドリカルレンズ以外のレンズで代用されてもよい。例えば、シリンドリカルレンズの代わり、自由曲面レンズや、ロッドレンズ、パウエルレンズなどが用いられてもよい。例えば、シリンドリカルレンズの代わり、シリンドリカルレンズアレイのようなレンズアレイが用いられてもよい。例えば、シリンドリカルレンズの代わり、任意の方向の拡大率や圧縮率を動的に変更可能な液晶レンズが用いられてもよい。

　集光器１３（第３集光器とも呼ぶ）は、入射した光を、受光素子アレイ１５に含まれる複数の受光素子１５０の受光部に向けて集光する。集光器１３は、シリンドリカルレンズ１２の後段に配置される。集光器１３の後段には、受光素子アレイ１５が配置される。集光器１３の入射面は、シリンドリカルレンズ１２の出射面（平面）に向けられる。集光器１３の出射面は、受光素子アレイ１５に向けられる。集光器１３の出射面から出射された光は、受光素子アレイ１５の受光面に向けて出射される。

　受光素子アレイ１５は、複数の受光素子１５０を含む。複数の受光素子１５０は、受光素子アレイ１５の長軸に沿って、一列に配置される。例えば、受光素子アレイ１５は、複数の受光素子１５０を基板に配置した構造を有する。複数の受光素子１５０は、受信対象の空間光信号に由来する光信号を受光する受光部を含む。複数の受光素子１５０の受光部は、同じ方向に向けられる。複数の受光素子１５０の受光部は、集光器１３の出射面に向けて配置される。複数の受光素子１５０の受光部は、集光器１３によって集光された光信号が照射される位置に配置される。照射された光信号は、受光素子アレイ１５に含まれるいずれかの受光素子１５０の受光部で受光される。複数の受光素子１５０の各々の受光面には、受光部が位置しない領域（不感領域とも呼ぶ）が含まれる。

　例えば、複数の受光素子１５０は、いくつかの受光素子１５０ごとにグループ化されてもよい。例えば、複数の受光素子１５０は、互いに隣接する四つの受光素子１５０ごとにグループ化される。複数の受光素子１５０の各々によって受光された光信号には、受信回路（図示しない）において、所定の処理が実行される。光信号に対して実行される処理については、特に限定しない。

　受光素子１５０は、受信対象の空間光信号の波長領域の光を受光する。例えば、受光素子１５０は、可視領域の光に感度を有する。例えば、受光素子１５０は、赤外領域の光に感度を有する。受光素子１５０は、例えば１．５μｍ（マイクロメートル）帯の波長の光に感度を有する。受光素子１５０が受光する光の波長帯は、任意に設定できる。例えば、送信装置（図示しない）から送信される空間光信号の波長に合わせて、受光素子１５０が受光する光の波長帯が設定される。受光素子１５０が受光する光の波長帯は、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１５０が受光する光の波長帯は、例えば０．８～１．０μｍ帯であってもよい。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１５０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１５０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が設置されてもよい。

　例えば、受光素子１５０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１５０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１５０は、高速通信に対応できる。なお、受光素子１５０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１５０の受光部は、できるだけ小さい方が好ましい。例えば、受光素子１５０の受光部は、一辺が５ｍｍ（ミリメートル）程度の正方形の受光面を有する。例えば、受光素子１５０の受光部は、直径０．１～０．３ｍｍ程度の円形の受光面を有する。受光素子１５０の受光部の大きさや形状は、空間光信号の波長帯や通信速度などに応じて選定されればよい。

　受光素子１５０は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子１５０は、変換後の電気信号を、受信回路（図示しない）に出力する。例えば、受光素子アレイ１５と受信回路は、複数の受光素子１５０ごとに接続される。例えば、受光素子アレイ１５を構成する受光素子１５０のいくつかをまとめたグループを構成する。そして、グループごとに、受信回路と接続させてもよい。

　次に、受光素子アレイ１５の受光面に照射される光信号の照射範囲の一例について、図面を参照しながら説明する。図４～図５は、受光素子アレイ１５の受光面に照射される光信号の照射範囲について説明するための概念図である。受光素子アレイ１５の受光面には、受光素子１５０の受光部が配列される。

　図４は、集光レンズ１１の後段に、シリンドリカルレンズ１２および集光器１３が配置されない例である。図４の例では、集光レンズ１１によって集光された光が、受光素子アレイ１５の受光面にそのまま照射される。図４の例の場合、集光レンズ１１による集光形状（円形）の光が、受光素子アレイ１５の受光面に照射される。図４の例の場合、受光素子アレイ１５の受光部からはみ出た光は、受光素子１５０によって受光されない。すなわち、図４の例の場合、受光素子アレイ１５の受光部からはみ出た光に関して、受光効率が低下する。

　図５は、集光レンズ１１の後段に、シリンドリカルレンズ１２が配置された例である。図５の例では、集光レンズ１１によって集光された光が、シリンドリカルレンズ１２によって第２方向に向けて圧縮されてから、受光素子アレイ１５の受光面に照射される。図５の例の場合、シリンドリカルレンズ１２によって第２方向に向けて圧縮された集光形状（楕円形）の光が、受光素子アレイ１５の受光面に照射される。シリンドリカルレンズ１２は、集光レンズ１１によって集光された光のスポットのエネルギー密度を大きくする。図５の例の場合、光の照射範囲が受光素子アレイ１５の受光面に収まる。また、受光素子アレイ１５の受光面に照射される光のエネルギー密度が向上する。そのため、図４の例と比べて、図５の例の方が、受光効率が向上する。

　図６～図７は、受光素子アレイ１５の受光面に照射される光の分布（集光分布とも呼ぶ）について説明するための概念図である。図６～図７の曲線は、図１の構成から集光器１３を省略した構成によって、集光された光の強度の分布を示す。図６～図７の曲線は、集光レンズ１１とシリンドリカルレンズ１２を含み、集光器１３を含まない構成によって、集光された光の強度の分布を示す。図６～図７には、受光素子アレイ１５に含まれる三つの受光素子ＰＤ（Photodiode）を示す（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３）。

　図６は、受光素子ＰＤ２の位置で、集光分布の強度が最大になる例である。図６の場合、受光素子ＰＤ２の位置において、集光分布の強度が最大になる。図７は、受光素子ＰＤ２と受光素子ＰＤ３の中間の位置で、集光分布の強度が最大になる例である。図７と比べると、図６の方が、受光効率が大きい。言い換えると、図６と比べると、図７の方が、受光効率が小さい。これは、受光素子アレイ１５の受光効率が、光信号の集光分布に応じて変動することを示す。本実施形態では、シリンドリカルレンズ１２と受光素子アレイ１５との間に集光器１３を介在させることによって、光信号の集光分布を均一な状態に近づけて、受光素子アレイ１５の受光効率の変動を抑制する。

　〔集光器〕
　次に、集光器１３を実現する構成について、いくつか例をあげて説明する。以下においては、拡散板（ディフューザ）、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）、および拡散層を用いた例をあげる。以下にあげる構成は、一例であって、集光器１３を実現する構成を限定するものではない。

　〔拡散板〕
　図８～図９は、集光器１３として、拡散板（集光器１３１）を用いる例である。図８～図９は、集光器１３１を側方の視座から見た側面図である。集光器１３１は、受信対象の空間光信号の波長帯の光を拡散する拡散材を含む。例えば、集光器１３１は、透明なガラスやプラスチックの基材に、それらの基材とは屈折率の異なる粒子（拡散材）を分散させた構造を有する。集光器１３１を構成する基材や拡散材については、特に限定を加えない。集光器１３１は、入射した信号光を、その信号光が屈折された方向に対して略垂直な方向に集光する。集光器１３１は、入射面から入射した信号光を、入射面に対して垂直な方向に拡散して、出射面から出射する。図８～図９のように、集光器１３１に入射する前の光信号の集光分布（破線）は、図６～図７の例と同じである。集光器１３１から出射された光信号の集光分布（一点鎖線）は、受光素子アレイ１５の長軸に沿って拡散される。すなわち、集光器１３１から出射された光信号の集光分布（一点鎖線）は、受光素子アレイ１５を構成する受光素子ＰＤの配列方向に沿って拡散される。実際には、集光器１３１から出射された光信号の集光分布は、受光素子アレイ１５の受光面内の全ての方向に拡散される。

　図８は、受光素子ＰＤ２の位置で、集光分布の強度が最大になる例である。図８の場合、受光素子ＰＤ２の位置において、集光分布の強度が最大になる。集光器１３１を通過した光信号は、受光素子ＰＤの配列方向に沿って拡散される。そのため、集光器１３１を通過した光信号は、受光素子ＰＤ２における受光強度が減少するが、受光素子ＰＤ１と受光素子ＰＤ３でも受光される。

　図９は、受光素子ＰＤ２と受光素子ＰＤ３の中間の位置で、集光分布の強度が最大になる例である。図９の例の場合、受光素子ＰＤ２と受光素子ＰＤ３の中間の位置において、集光分布の強度が最大になる。集光器１３１を通過した光信号は、受光素子ＰＤの配列方向に沿って拡散される。そのため、集光器１３１を通過した光信号は、受光素子ＰＤ２と受光素子ＰＤ３に加えて、受光素子ＰＤ１等でも受光される。

　集光器１３１を用いずに、集光レンズ１１とシリンドリカルレンズ１２のみで光信号を集光させた場合（図６～図７）、光信号の集光位置に応じて、受光素子アレイ１５の受光効率の差が発生する。図８～図９の構成によれば、集光器１３１を用いて光信号を拡散させることによって、光信号の集光位置に応じた受光素子アレイ１５の受光効率の差を低減できる。すなわち、シリンドリカルレンズ１２と受光素子アレイ１５との間に集光器１３１を介在させることによって、光信号の集光分布を均一な状態に近づけて、受光素子アレイ１５の受光効率の変動を抑制できる。

　〔回折光学素子〕
　図１０～図１１は、集光器１３として、回折光学素子を含む集光器１３２を用いる例である。回折と拡散は異なる現象であるが、本開示においては、回折光学素子を含む図１０～図１１の構成を、集光器１３２と呼ぶ。図１０～図１１は、集光器１３２の長手方向に沿った切断線で、集光器１３２を切断した際の断面図である。図１０～図１１には、受信対象の空間光信号の波長帯において透明な透明部１３２１と、受光素子ＰＤの受光部に向けて光信号を回折する回折部１３２２とを含む集光器１３２を示す。透明部１３２１は、受光素子ＰＤの受光部の上方に配置される。透明部１３２１は、受信対象の空間光信号の波長帯において透明であれば、その材質に限定を加えない。例えば、透明部１３２１は、ガラスやプラスチックなどの材質で形成できる。例えば、透明部１３２１は、開口されていてもよい。回折部１３２２は、受光素子ＰＤの受光部に向けて光信号を回折する回折光学素子（ＤＯＥ）である。回折部１３２２は、受光素子ＰＤの受光部の斜め上に配置される。回折部１３２２は、受光素子ＰＤの受光部に対する位置に応じて、異なる向きに光信号を回折する部材が組み合わされた構造を有する。受光素子ＰＤの受光部の左斜め上の部分に配置された回折部１３２２は、上方から入射した光信号を、右斜め下の向きに向けて回折する。受光素子ＰＤの受光部の右斜め上の部分に配置された回折部１３２２は、上方から入射した光信号を、左斜め下の向きに向けて回折する。そのため、集光器１３２から出射された光信号は、受光素子アレイ１５に含まれるいずれかの受光素子ＰＤの受光部に向けて、進行する。

　図１０は、受光素子ＰＤ２の位置で、集光分布の強度が最大になる例である。図１０の場合、受光素子ＰＤ２の位置において、集光分布の強度が最大になる。透明部１３２１を通過した光信号は、そのまま受光素子ＰＤ２によって受光される。受光素子ＰＤ２の斜め上の位置に配置された回折部１３２２で回折された光信号は、受光素子ＰＤに向けて回折される。回折された光信号は、受光素子ＰＤ２によって受光される。受光素子ＰＤ１の右斜め上の位置に配置された回折部１３２２で回折された光信号は、受光素子ＰＤ１に向けて回折され、受光素子ＰＤ１によって受光される。受光素子ＰＤ３の左斜め上の位置に配置された回折部１３２２で回折された光信号は、受光素子ＰＤ３に向けて回折される。回折された光信号は、受光素子ＰＤ３によって受光される。そのため、集光器１３２を通過した光信号は、受光素子ＰＤ２における受光強度が減少するが、受光素子ＰＤ１と受光素子ＰＤ３でも受光される。

　図１１は、受光素子ＰＤ２と受光素子ＰＤ３の中間の位置で、集光分布の強度が最大になる例である。図１１の例の場合、受光素子ＰＤ２と受光素子ＰＤ３の中間の位置において、集光分布の強度が最大になる。透明部１３２１を通過した光信号は、そのまま受光素子ＰＤ２または受光素子ＰＤ３によって受光される。受光素子ＰＤ２の斜め上の位置に配置された回折部１３２２で回折された光信号は、受光素子ＰＤ２に向けて回折される。回折された光信号は、受光素子ＰＤ２によって受光される。受光素子ＰＤ３の斜め上の位置に配置された回折部１３２２で回折された光信号は、受光素子ＰＤ３に向けて回折される。回折された光信号は、受光素子ＰＤ３によって受光される。そのため、受光素子ＰＤ２や受光素子ＰＤ３の不感領域に向けて集光される成分の何割かが、集光器１３２を通過して受光素子ＰＤ２や受光素子ＰＤ３の受光部に集光される。その結果、光信号の受光効率が向上する。

　集光器１３２を用いずに、集光レンズ１１とシリンドリカルレンズ１２のみで光信号を集光させた場合（図６～図７）、光信号の集光位置に応じて、受光素子アレイ１５の受光効率の差が発生する。図１０～図１１の構成によれば、集光器１３２を用いて光信号を回折させることによって、光信号の集光位置に応じた受光素子アレイ１５の受光効率の差を低減できる。すなわち、シリンドリカルレンズ１２と受光素子アレイ１５との間に集光器１３２を介在させることによって、光信号の集光分布を均一な状態に近づけて、受光素子アレイ１５の受光効率の変動を抑制できる。集光器１３２は、受光素子ＰＤの受光部に向けて光信号を選択的に回折させることができるので、集光器１３２（図８～図９）と比べて、受光効率を向上させることができる。

　図１２は、集光器１３２を構成する回折部１３２２の間隔や、受光素子ＰＤの間隔を、集光器１３２の中央部と周辺部とで変える例である。図１２は、集光器１３２の長手方向に沿った切断線で、集光器１３２を切断した際の断面図である。受光素子ＰＤの間隔は、中央部よりも周辺部で大きくする。図１２の例では、中央部に配置された受光素子ＰＤ２１と受光素子ＰＤ２２の間隔と比べて、周辺部に配置された受光素子ＰＤ１１と受光素子ＰＤ１２の間隔の方が大きい。受光素子アレイ１５に到来する光信号には、空間光信号の主な到来方向に応じて、歪が発生する。中央部と比較して、周辺部の方が、光信号の歪が大きくなる。周辺部における光信号の歪が小さくなるように、集光器１３２を構成する回折部１３２２の間隔や、受光素子ＰＤの間隔が設定されれば、空間光信号の到来方向に依存する光信号の歪を低減できる。

　〔拡散層〕
　図１３～図１４は、集光器１３として、拡散層（集光器１３３）を用いる例である。図１３～図１４は、集光器１３３の長手方向に沿った切断線で、集光器１３３を切断した際の断面図である。集光器１３３は、隔壁１３３１と拡散層１３３３によって構成される。隔壁１３３１は、受光素子アレイ１５を構成する複数の受光素子１５０の間に配置される。隔壁１３３１は、隣接し合う受光素子１５０の中間と、受光素子アレイ１５の端部とに配置される。拡散層１３３３は、二つの隔壁１３３１の間に形成される。複数の受光素子１５０の各々に対して、拡散層１３３３が形成される。拡散層１３３３は、受信対象の空間光信号の波長帯の光を拡散する拡散材を含む。例えば、拡散層１３３３は、透明なガラスやプラスチックの基材に、それらの基材とは屈折率の異なる粒子（拡散材）を分散させた構造を有する。拡散層１３３３を構成する基材や拡散材については、特に限定を加えない。受光素子１５０ごとに対応付けられた拡散層１３３３は、隔壁１３３１によって、隣接する受光素子１５０に対応付けられた拡散層１３３３と隔離される。複数の受光素子１５０の各々は、拡散層１３３３によって被覆される。拡散層１３３３は、入射した信号光を、その信号光が屈折された方向に対して略垂直な方向に拡散する。拡散層１３３３は、入射面から入射した信号光を、入射面に対して垂直な方向に拡散して、出射面から出射する。図１３～図１４のように、集光器１３３に入射する前の光信号の集光分布（破線）は、図６～図７の例と同じである。集光器１３３の拡散層１３３３に入射した光信号は、受光素子アレイ１５の長軸に沿って拡散される。すなわち、集光器１３３の拡散層１３３３に入射した光信号は、受光素子アレイ１５を構成する受光素子ＰＤの配列方向に沿って拡散される。実際には、集光器１３３の拡散層１３３３に入射した光信号は、受光素子アレイ１５の受光面内の全ての方向に拡散される。

　図１３は、受光素子ＰＤ２の位置で、集光分布の強度が最大になる例である。図１３の場合、受光素子ＰＤ２の位置において、集光分布の強度が最大になる。図１３の場合、受光素子ＰＤ１、受光素子ＰＤ２、および受光素子ＰＤ３の各々に対応付けられた拡散層１３３３の全てに、光信号が入射する。受光素子ＰＤ１、受光素子ＰＤ２、および受光素子ＰＤ３の各々に対応付けられた拡散層１３３３に入射した光信号は、それぞれの拡散層１３３３の内部で拡散される。受光素子ＰＤ１、受光素子ＰＤ２、および受光素子ＰＤ３の各々に対応付けられた拡散層１３３３の内部で拡散された光信号は、受光素子ＰＤ１、受光素子ＰＤ２、および受光素子ＰＤ３の各々によって受光される。拡散層１３３３がない場合と比較して、受光素子ＰＤ２における光信号の受光効率は減少する。しかし、受光素子ＰＤ２および受光素子ＰＤ３における光信号の受光効率は増大する。その結果、受光素子ＰＤ１、受光素子ＰＤ２、および受光素子ＰＤ３の各々によって受光される光信号の受光量が増大する。

　図１４は、受光素子ＰＤ２と受光素子ＰＤ３の中間の位置で、集光分布の強度が最大になる例である。図１４の例の場合、受光素子ＰＤ２と受光素子ＰＤ３の中間の位置において、集光分布の強度が最大になる。図１４の場合、受光素子ＰＤ２および受光素子ＰＤ３の各々に対応付けられた拡散層１３３３に、光信号が入射する。受光素子ＰＤ１に対応付けられた拡散層１３３３には、光信号が入射しない。受光素子ＰＤ２および受光素子ＰＤ３の各々に対応付けられた拡散層１３３３に入射した光信号は、それぞれの拡散層１３３３の内部で拡散される。受光素子ＰＤ２および受光素子ＰＤ３の各々に対応付けられた拡散層１３３３の内部で拡散された光信号は、受光素子ＰＤ２および受光素子ＰＤ３の各々によって受光される。拡散層１３３３があることによって、受光素子ＰＤ２および受光素子ＰＤ３による受光量が増大する。

　集光器１３３を用いずに、集光レンズ１１とシリンドリカルレンズ１２のみで光信号を集光させた場合（図６～図７）、光信号の集光位置に応じて、受光素子アレイ１５の受光効率の差が発生する。図１３～図１４の構成によれば、集光器１３３を用いて光信号を拡散させることによって、光信号の集光位置に応じた受光素子アレイ１５の受光効率の差を低減できる。すなわち、シリンドリカルレンズ１２と受光素子アレイ１５との間に集光器１３３を介在させることによって、光信号の集光分布を均一な状態に近づけて、受光素子アレイ１５の受光効率の変動を抑制できる。また、集光器１３３の拡散層１３３３で受光素子１５０の受光部を被覆することにより、受光素子１５０の不感領域に照射される光信号の一部が、受光部に向けて導光される。そのため、図８～図１２の構成と比較して、図１３～図１４の構成では、集光器１３と受光素子アレイ１５の間における光信号の損失を低減できる。

　〔受光素子アレイパッケージ〕
　図１５は、筐体１００（破線）の内部に、集光器１３と受光素子アレイ１５が収納された受光素子アレイパッケージの一例を示す概念図である。図１５では、筐体１００の内部に収納された集光器１３と受光素子アレイ１５の位置関係が把握できるように、筐体１００を透明化している。筐体１００の一つの面には、開口が空けられる。複数の受光素子１５０の受光部は、筐体１００の開口に向けられる。筐体１００の開口と受光素子アレイ１５の間に、集光器１３が配置される。

　空間光信号を受光するために、筐体１００の開口の前段に、集光レンズ１１とシリンドリカルレンズ１２が配置される。集光レンズ１１、シリンドリカルレンズ１２、集光器１３、および受光素子アレイ１５の位置関係は、図１～図３の構成と同様である。図１５の受光素子アレイパッケージは、集光器１３と受光素子アレイ１５の位置関係が固定された状態で、取り扱うことができる。図１５の構成であれば、集光器１３によって集光された光信号が、受光素子アレイ１５を構成する複数の受光素子１５０の受光部に受光されやすい状態を維持できる。また、集光器１３と受光素子アレイ１５を筐体１００の内部に収納することによって、集光器１３と受光素子アレイ１５の隙間から進入する光の影響を低減できる。

　集光レンズ１１やシリンドリカルレンズ１２と、受光素子アレイ１５との位置関係に応じて、集光器１３の位置を調整できるように構成されてもよい。例えば、受光素子アレイ１５の受光面に対して平行な面内で、集光器１３の位置をスライドできるように構成されてもよい。例えば、受光素子アレイ１５の受光面に対して平行な面内で集光器１３を移動可能に支持するガイドを、筐体１００の内部に設ければ、受光素子アレイ１５と集光器１３の位置関係を微調整できる。例えば、集光器１３を支持するガイドは、受光素子アレイ１５の受光面に対して垂直な方向に移動させることができるように、ネジなどの固定具によって筐体１００に固定される。

　以上のように、本実施形態の受信装置は、第１集光器、第２集光器、第３集光器、および受光素子アレイを備える。第１集光器は、空間を伝搬する光信号を集光する。第２集光器は、第１集光器によって集光された光信号を、第１方向に直交する第２方向に圧縮して集光する。第２集光器は、シリンドリカルレンズである。第２集光器は、シリンドリカルレンズのシリンダー軸が第１方向に平行となり、シリンドリカルレンズの曲面が第１集光器の出射面に向けられ、シリンドリカルレンズの曲面に対向する平面が第３集光器の入射面に向けられて配置される。第３集光器は、第２集光器によって集光された光信号を、少なくとも第１方向を含む方向に集光する。受光素子アレイは、第１方向に沿って配列された複数の受光素子を含む。受光素子アレイは、第３集光器によって集光された光信号を、複数の受光素子のうち少なくともいずれかで受光する。

　本実施形態の受信装置は、第１集光器によって集光された光信号を、第２集光器によって第２方向に圧縮する。本実施形態の受信装置は、第２集光器によって第２方向に圧縮された光信号を、第３集光器によって第１方向を含む方向に集光する。本実施形態の受信装置によれば、受光素子アレイの受光面からはみ出す光信号を、第２集光器によって第２方向に圧縮することで、受光素子アレイの受光面に収めることができる。また、本実施形態の受信装置によれば、第３集光器によって第１方向を含む方向に光信号を集光することによって、受光素子の不感領域に照射される光信号を、その不感領域の近傍の受光素子の受光部に導光できる。そのため、本実施形態の受信装置によれば、空間光信号を効率よく受信できる。

　本実施形態の一態様において、第３集光器は、第１方向を少なくとも含む方向に光信号を拡散する拡散板である。第３集光器は、受光素子アレイの受光面に対応付けて配置される。本態様によれば、第３集光器として拡散板を用いることによって、第１方向を含む方向に光信号を拡散することで、空間光信号を効率よく受信できる。

　本実施形態の一態様において、第３集光器は、光信号の波長帯の光が透過する透明部と、第１方向に向けて光信号を回折する回折光学素子とを含む。透明部は、受光素子アレイを構成する複数の受光素子の各々の受光部と対面する部分に配置される。回折光学素子は、受光素子アレイを構成する複数の受光素子の各々の受光部に向けて光信号を回折するように、複数の受光素子の各々の受光部に対応付けて配置される。本態様によれば、光学回折素子を含む第３集光器を用いることによって、第１方向を含む方向に光信号を回折することで、空間光信号を効率よく受信できる。

　本実施形態の一態様において、第３集光器は、複数の受光素子の受光部の各々を被覆する拡散層と、複数の受光素子に対応付けられた拡散層を隔てる隔壁と、を含む。本態様によれば、拡散層を含む第３集光器を用いることによって、第１方向を含む方向に光信号を拡散することで、空間光信号を効率よく受信できる。

　本実施形態の一態様において、第３集光器と受光素子アレイは、第３集光器の入射面に対向する位置が開口された筐体の内部に収納される。本態様によれば、第３集光器と受光素子アレイを筐体の内部に収納することによって、第３集光器と受光素子アレイの隙間から進入する光の影響を低減できる。

　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態に係る受信装置２０について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受信装置２０は、自由曲面を含むシリンドリカルレンズを含む点で、第１の実施形態とは異なる。以下においては、第１の実施形態と同様の構成については、説明を簡略化する場合がある。

　（構成）
　図１６～図１７は、本実施形態の受信装置２０の構成の一例を示す概念図である。受信装置２０は、集光レンズ２１、シリンドリカルレンズ２２、集光器２３、および受光素子アレイ２５を備える。受光素子アレイ２５は、複数の受光素子２５０が一次元的に並べられた構造を有する。図１６～図１７は、受信装置２０の内部構成を上方向から見た平面図である。図１６～図１７には、受信装置２０によって受光される光の軌跡を図示する。図１６～図１７に図示した光の軌跡は、概念的な軌跡であって、実際の軌跡に相当するものではない。

　集光レンズ２１（第１集光器とも呼ぶ）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は、集光レンズ２１によって集光された空間光信号に由来する光は、集光器２３の入射面に向けて集光される。

　シリンドリカルレンズ２２（第２集光器とも呼ぶ）は、自由曲面を有する平凸シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズ２２は、光軸に対する垂直方向に細長い形状を有する。シリンドリカルレンズ２２の長手方向に対して垂直な断面は、受光素子アレイ２５の受光面に対して垂直な面内に曲率中心を有する曲線部分と、その曲線部分に対向する直線部分とを含む。シリンドリカルレンズ２２は、受光素子アレイ２５の受光面に対して長手方向が平行になるように配置される。

　シリンドリカルレンズ２２の曲面は、自由曲面の部分を含む。シリンドリカルレンズ２２に含まれる自由曲面は、光信号の入射位置に応じて生じうる、長手方向の歪を低減する形状を有する。シリンドリカルレンズ２２の入射面に対する光信号の入射角は、シリンドリカルレンズ２２の長手方向の両端付近で大きくなる。その結果、シリンドリカルレンズ２２の長手方向の両端付近で、長手方向に光信号が伸びるように歪む。そのため、シリンドリカルレンズ２２の曲面は、長手方向の両端付近における歪を低減するように形成される。図１６と図１７に示すように、長手方向の中央付近（図１６）と両端付近（図１７）とで、長手方向における光信号の出射幅は、ほぼ同じになる。ただし、長手方向の両端付近（図１７）における歪を低減することを目的とするため、中央付近（図１６）と両端付近（図１７）とで、長手方向における光信号の出射幅が、多少異なっていてもよい。例えば、シリンドリカルレンズ２２の曲面は、通常のシリンドリカルレンズの曲面と、自由曲面とを組み合わせた形状であってもよい。例えば、シリンドリカルレンズ２２の長手方向の中央付近は通常のシリンドリカルレンズの曲面であり、長手方向の両端付近が自由曲面であってもよい。

　シリンドリカルレンズ２２の曲面が、入射面である。シリンドリカルレンズ２２の曲面に対向する平面が、出射面である。シリンドリカルレンズ２２は、曲面が入射面になり、その曲面に対向する平面が出射面になるように配置される。入射面（曲面）からシリンドリカルレンズ２２に入射した光は、出射面に平行な面内で圧縮される。入射面（曲面）からシリンドリカルレンズ２２に入射した光は、入射位置によらず、出射面において長手方向に沿って同じ幅になるように進行する。出射面に平行な面内で圧縮された光信号は、光信号の入射位置によらず、長手方向に沿って同じ幅に整形されて、出射面（平面）から出射される。通常の曲面と自由曲面を組み合わせたシリンドリカルレンズ２２の場合、長手方向の両端付近から入射した光信号は、長手方向に沿った出射幅が整形されて、出射面（平面）から出射される。そのようなシリンドリカルレンズ２２の場合、例えば、長手方向の中央付近に入射した光信号は、長手方向に沿った出射幅が整形されない。

　シリンドリカルレンズ２２は、集光レンズ２１の後段に配置される。シリンドリカルレンズ２２の後段には、集光器２３が配置される。シリンドリカルレンズ２２は、空間光信号の到来方向に合わせて、受光素子アレイ２５の受光面に対してシリンダー軸（長軸）が平行になるように配置される。シリンドリカルレンズ２２は、受光素子アレイ２５を構成する受光素子２５０の配列方向に、長手方向が沿うように配置される。すなわち、シリンドリカルレンズ２２の長軸と、受光素子アレイ２５の長軸とは、互いに平行である。以下において、受光素子アレイ２５を構成する複数の受光素子２５０の配列方向を、第１方向とも呼ぶ。また、受光素子アレイ２５の受光面内において第１方向と直交する方向を、第２方向とも呼ぶ。シリンドリカルレンズ２２から出射される光信号は、第２方向に圧縮される。

　シリンドリカルレンズ２２の入射面（曲面）は、集光レンズ２１の出射面に向けられる。シリンドリカルレンズ２２の出射面（平面）は、集光器２３の入射面に向けられる。受光素子アレイ２５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２１の焦点位置の手前にシリンドリカルレンズ２２の入射面が位置することが好ましい。そのため、シリンドリカルレンズ２２は、集光レンズ２１の焦点位置の手前に入射面が位置するように配置される。シリンドリカルレンズ２２の入射面（曲面）から入射した光信号は、集光器２３の入射面に向けて、出射面（平面）から出射される。

　少なくとも一方向に光信号を圧縮でき、周辺部における出射光の歪を解消できれば、シリンドリカルレンズ２２は、自由曲面を有するシリンドリカルレンズ以外のレンズで代用されてもよい。例えば、自由曲面を有するシリンドリカルレンズの代わり、自由曲面レンズや、ロッドレンズ、パウエルレンズなどが用いられてもよい。例えば、自由曲面を有するシリンドリカルレンズの代わり、シリンドリカルレンズアレイのようなレンズアレイが用いられてもよい。例えば、自由曲面を有するシリンドリカルレンズの代わり、任意の方向の拡大率や圧縮率を動的に変更可能な液晶レンズが用いられてもよい。

　集光器２３（第３集光器とも呼ぶ）は、第１の実施形態の集光器１３と同様の構成である。集光器２３は、入射した光を、受光素子アレイ２５に含まれる複数の受光素子２５０の受光部に向けて集光する。集光器２３は、シリンドリカルレンズ２２の後段に配置される。集光器２３の後段には、受光素子アレイ２５が配置される。集光器２３の入射面は、シリンドリカルレンズ２２の出射面（平面）に向けられる。集光器２３の出射面は、受光素子アレイ２５に向けられる。集光器２３の出射面から出射された光は、受光素子アレイ２５の受光面に向けて出射される。

　受光素子アレイ２５は、第１の実施形態の受光素子アレイ２５と同様の構成である。受光素子アレイ２５は、複数の受光素子２５０を含む。複数の受光素子２５０は、受信対象の空間光信号に由来する光信号を受光する受光部を含む。複数の受光素子２５０の受光部は、同じ方向に向けられる。複数の受光素子２５０の受光部は、集光器２３の出射面に向けて配置される。複数の受光素子２５０の受光部は、集光器２３によって集光された光信号が照射される位置に配置される。照射された光信号は、受光素子アレイ２５に含まれるいずれかの受光素子２５０の受光部で受光される。

　以上のように、本実施形態の受信装置は、第１集光器、第２集光器、第３集光器、および受光素子アレイを備える。第１集光器は、空間を伝搬する光信号を集光する。第２集光器は、第１集光器によって集光された光信号を、第１方向に直交する第２方向に圧縮して集光する。第２集光器は、自由曲面で形成された入射面と、入射面に対向する平面で形成された出射面とを有する。第２集光器の光軸と短軸を含む面で切断された断面に含まれる曲線が、第２方向に沿って前記光信号を圧縮する形状である。第２集光器の光軸と長軸を含む面で切断された断面に含まれる曲線が、第２集光器の中央に向けて、第１方向に沿って光信号の出射方向を変更させる形状である。第３集光器は、第２集光器によって集光された光信号を、少なくとも第１方向を含む方向に集光する。受光素子アレイは、第１方向に沿って配列された複数の受光素子を含む。受光素子アレイは、第３集光器によって集光された光信号を、複数の受光素子のうち少なくともいずれかで受光する。

　本実施形態の受信装置は、第１集光器によって集光された光信号を、第２集光器によって第２方向に圧縮する。また、本実施形態の受信装置は、第１集光器によって集光された光信号の出射方向を、第２集光器の中央に向けて、第１方向に沿って変更させる。本実施形態の受信装置は、第２集光器によって第２方向に圧縮された光信号を、第３集光器によって第１方向を含む方向に集光する。本実施形態の受信装置によれば、受光素子アレイの受光面からはみ出す光信号を、第２集光器によって第２方向に圧縮することで、受光素子アレイの受光面に収めることができる。また、本実施形態の受信装置によれば、複数の受光素子の配列方向（第１方向）に沿って生じうる歪を低減できる。さらに、本実施形態の受信装置によれば、第３集光器によって第１方向を含む方向に光信号を集光することによって、受光素子の不感領域に照射される光信号を、その不感領域の近傍の受光素子の受光部に導光できる。そのため、本実施形態の受信装置によれば、受光素子アレイの受光位置に応じて光信号に発生しうる歪を低減し、空間光信号を効率よく受信できる。

　本実施形態の一態様において、第２集光器は、自由曲面で形成された入射面と、入射面に対向する平面で形成された出射面とを有する。第２集光器の光軸と短軸を含む面で切断された断面に含まれる曲線が、第２方向に沿って光信号を圧縮する形状である。少なくとも第２集光器の両端の近傍においては、第２集光器の光軸と長軸を含む面で切断された断面に含まれる曲線が、第２集光器の中央に向けて、第１方向に沿って光信号の出射方向を変更させる形状である。本態様によれば、少なくとも第２集光器の両端の近傍において、受光素子アレイの受光位置に応じて光信号に発生しうる歪を低減できる。

　（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態に係る受信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受信装置は、受光素子アレイを構成する受光素子によって受光された光信号をデコードする受信回路を含む点で、第１～第２の実施形態とは異なる。以下においては、第１の実施形態の構成に受信回路を追加する例を示すが、第２の実施形態の構成に受信回路が追加されてもよい。以下においては、第１～第２の実施形態と同様の構成については、説明を簡略化する場合がある。

　（構成）
　図１８は、本実施形態の受信装置３０の構成の一例を示す概念図である。受信装置３０は、集光レンズ３１、シリンドリカルレンズ３２、集光器３３、受光素子アレイ３５、受信回路３６を備える。受光素子アレイ３５は、複数の受光素子３５０が一次元的に並べられた構造を有する。図１８は、受信装置３０の内部構成を上方向から見た平面図である。図１８には、受信装置３０によって受光される光の軌跡を図示する。図１８に図示した光の軌跡は、概念的な軌跡であって、実際の軌跡に相当するものではない。

　集光レンズ３１（第１集光器とも呼ぶ）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によって集光された空間光信号に由来する光は、集光器３３の入射面に向けて集光される。

　シリンドリカルレンズ３２（第２集光器とも呼ぶ）は、第１の実施形態のシリンドリカルレンズ１２と同様の構成である。シリンドリカルレンズ３２（第２集光器とも呼ぶ）は、第２の実施形態のシリンドリカルレンズ２２と同様の構成としてもよい。シリンドリカルレンズ３２は、集光レンズ３１の後段に配置される。シリンドリカルレンズ３２の後段には、集光器３３が配置される。シリンドリカルレンズ３２は、空間光信号の到来方向に合わせて、受光素子アレイ３５の受光面に対してシリンダー軸（長軸）が平行になるように配置される。シリンドリカルレンズ３２は、受光素子アレイ３５を構成する受光素子３５０の配列方向に、シリンダー軸（長軸）が沿うように配置される。すなわち、シリンドリカルレンズ３２の長軸と、受光素子アレイ３５の長軸とは、互いに平行である。以下において、受光素子アレイ３５を構成する複数の受光素子３５０の配列方向を、第１方向とも呼ぶ。また、受光素子アレイ３５の受光面内において第１方向と直交する方向を、第２方向とも呼ぶ。シリンドリカルレンズ３２から出射される光信号は、第２方向に圧縮される。

　シリンドリカルレンズ３２の入射面（曲面）は、集光レンズ３１の出射面に向けられる。シリンドリカルレンズ３２の出射面（平面）は、集光器３３の入射面に向けられる。受光素子アレイ３５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３１の焦点位置の手前にシリンドリカルレンズ３２の入射面が位置することが好ましい。そのため、シリンドリカルレンズ３２は、集光レンズ３１の焦点位置の手前に入射面が位置するように配置される。シリンドリカルレンズ３２の入射面（曲面）から入射した光信号は、集光器３３の入射面に向けて、出射面（平面）から出射される。

　集光器３３（第３集光器とも呼ぶ）は、第１の実施形態の集光器１３と同様の構成である。集光器３３は、入射した光を、受光素子アレイ３５の受光面の面内で拡散させて出射する。集光器３３は、シリンドリカルレンズ３２の後段に配置される。集光器３３の後段には、受光素子アレイ３５が配置される。集光器３３の入射面は、シリンドリカルレンズ３２の出射面（平面）に向けられる。集光器３３の出射面は、受光素子アレイ３５に向けられる。集光器３３の出射面から出射された光は、受光素子アレイ３５の受光面に向けて出射される。

　受光素子アレイ３５は、第１の実施形態の受光素子アレイ３５と同様の構成である。受光素子アレイ３５は、複数の受光素子３５０を含む。複数の受光素子３５０は、受信対象の空間光信号に由来する光信号を受光する受光部を含む。複数の受光素子３５０の受光部は、同じ方向に向けられる。複数の受光素子３５０の受光部は、集光器３３の出射面に向けて配置される。複数の受光素子３５０の受光部は、集光器３３によって集光された光信号が照射される位置に配置される。照射された光信号は、受光素子アレイ３５に含まれるいずれかの受光素子３５０の受光部で受光される。

　受光素子アレイ３５に含まれる複数の受光素子３５０は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子３５０は、変換後の電気信号を、受信回路３６に出力する。図１８には、受光素子アレイ３５と受信回路３６の間に一本の線（経路）しか図示していないが、受光素子アレイ３５と受信回路３６は複数の経路で接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ３５を構成する受光素子３５０の各々が、受信回路３６と個別に接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ３５を構成する受光素子３５０のいくつかをまとめたグループごとに、受信回路３６と接続されるように構成されてもよい。

　受信回路３６は、複数の受光素子３５０の各々から出力された信号を取得する。受信回路３６は、複数の受光素子３５０の各々からの信号を増幅する。受信回路３６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、受信回路３６は、複数の受光素子３５０ごとの信号をまとめて解析するように構成される。複数の受光素子３５０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信装置３０を実現できる。例えば、受信回路３６は、複数の受光素子３５０ごとに、個別に信号を解析するように構成される。複数の受光素子３５０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信装置３０を実現できる。受信回路３６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。受信回路３６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。

　〔受信回路〕
　次に、受信装置３０が備える受信回路３６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１９は、受信回路３６の構成の一例を示すブロック図である。図１９の例では、受光素子アレイ３５を構成する受光素子３５０の数をＭ個とする（Ｍは自然数）。なお、図１９は、受信回路３６の構成の一例であって、受信回路３６の構成を限定するものではない。

　受信回路３６は、複数の第１処理回路３６１－１～Ｍ、制御回路３６２、セレクタ３６３、および複数の第２処理回路３６５－１～Ｎを有する（Ｍ、Ｎは自然数）。第１処理回路３６１は、複数の受光素子３５０－１～Ｍのいずれか一つに対応付けられる。第１処理回路３６１は、複数の受光素子３５０－１～Ｍに含まれる複数の受光素子３５０をまとめたグループごとに構成されてもよい。

　例えば、第１処理回路３６１は、ハイパスフィルタ（図示しない）を含む。ハイパスフィルタは、受光素子３５０からの信号を取得する。ハイパスフィルタは、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。ハイパスフィルタは、太陽光などの環境光に由来する信号をカットする。例えば、ハイパスフィルタの代わりに、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。受光素子３５０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３５０の受光部の前段に、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。

　例えば、第１処理回路３６１は、増幅器（図示しない）を含む。増幅器は、ハイパスフィルタから出力された信号を取得する。増幅器は、取得された信号を増幅する。増幅器による信号の増幅率には、特に限定を加えない。

　例えば、第１処理回路３６１は、出力モニタ（図示しない）を含む。出力モニタは、増幅器の出力値をモニタする。出力モニタは、増幅器によって増幅された信号のうち、所定の出力値を超える信号をセレクタ３６３に出力する。セレクタ３６３に出力された信号のうち受信対象の信号は、制御回路３６２の制御に応じて、複数の第２処理回路３６５－１～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３５０からの信号は、第２処理回路３６５に出力されない。

　例えば、第１処理回路３６１は、出力モニタ（図示しない）として積分器（図示しない）を含んでもよい。積分器は、ハイパスフィルタから出力された信号を取得する。積分器は、取得された信号を積分する。積分器は、積分された信号を制御回路３６２に出力する。積分器は、受光素子３５０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。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、増幅器のみで増幅された信号の電圧測定は困難である。積分器を用いれば、例えば、数ミリ秒～数十ミリ秒の期間の信号を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３６２は、複数の第１処理回路３６１－１～Ｍの各々から出力された信号を取得する。言い換えると、制御回路３６２は、複数の受光素子３５０－１～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３６２は、互いに隣接し合う複数の受光素子３５０からの信号の読み取り値を比較する。制御回路３６２は、比較結果に応じて、信号強度が最大の受光素子３５０を選択する。制御回路３６２は、選択された受光素子３５０に由来する信号を、複数の第２処理回路３６５－１～Ｎのいずれかに割り当てるように、セレクタ３６３を制御する。

　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なくてよい。その場合、受光素子３５０－１～Ｍから出力された信号は、予め設定されたいずれかの第２処理回路３６５に出力されればよい。一方、通信対象の位置が予め特定されていない場合は、受光素子３５０－１～Ｍから出力された信号の出力先の第２処理回路３６５を選択すればよい。例えば、制御回路３６２が受光素子３５０を選択することによって、空間光信号の到来方向を推定できる。すなわち、制御回路３６２が受光素子３５０を選択することは、空間光信号の送信元の通信装置を特定することに相当する。また、制御回路３６２によって選択された受光素子３５０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３５０とを対応付けることに相当する。すなわち、制御回路３６２は、複数の受光素子３５０－１～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）の送信元の通信装置を特定できる。

　セレクタ３６３には、複数の第１処理回路３６１－１～Ｍの各々に含まれる増幅器によって増幅された信号が入力される。セレクタ３６３は、制御回路３６２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３６５－１～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３６３から出力されない。

　複数の第２処理回路３６５－１～Ｎには、制御回路３６２によって割り当てられた、複数の受光素子３５０－１～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３６５－１～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３６５－１～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３６２によって選択された受光素子３５０に由来する信号をセレクタ３６３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３６５が割り当てられる。すなわち、制御回路３６２は、複数の受光素子３５０－１～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３６５－１～Ｎのいずれかに割り当てる。これにより、受信装置１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。例えば、複数の通信対象と同時に通信するために、複数の通信対象からの空間光信号を単一のチャネルにおいて時分割で読み取ってもよい。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、単一のチャネルを用いる場合と比べて伝送速度が速い。

　例えば、粗い精度の１次スキャンで空間光信号の到来方向を特定し、特定された方向に関して細かい精度の２次スキャンを行って、通信対象の正確な位置を特定するように構成してもよい。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できる。

　以上のように、本実施形態の受信装置は、第１集光器、第２集光器、第３集光器、受光素子アレイ、および受信回路を備える。第１集光器は、空間を伝搬する光信号を集光する。第２集光器は、第１集光器によって集光された光信号を、第１方向に直交する第２方向に圧縮して集光する。第２集光器は、シリンドリカルレンズである。第２集光器は、シリンドリカルレンズのシリンダー軸が第１方向に平行となり、シリンドリカルレンズの曲面が第１集光器の出射面に向けられ、シリンドリカルレンズの曲面に対向する平面が第３集光器の入射面に向けられて配置される。第３集光器は、第２集光器によって集光された光信号を、少なくとも第１方向を含む方向に集光する。受光素子アレイは、第１方向に沿って配列された複数の受光素子を含む。受光素子アレイは、第３集光器によって集光された光信号を、複数の受光素子のうち少なくともいずれかで受光する。受信回路は、受光素子アレイから出力される信号をデコードする。

　本実施形態の受信装置は、第１集光器によって集光された光信号を、第２集光器によって第２方向に圧縮する。本実施形態の受信装置は、第２集光器によって第２方向に圧縮された光信号を、第３集光器によって第１方向を含む方向に集光する。本実施形態の受信装置によれば、受光素子アレイの受光面からはみ出す光信号を、第２集光器によって第２方向に圧縮することで、受光素子アレイの受光面に収めることができる。また、本実施形態の受信装置によれば、第３集光器によって第１方向を含む方向に光信号を集光することによって、受光素子の不感領域に照射される光信号を、その不感領域の近傍の受光素子の受光部に導光できる。複数の受光素子の各々によって受光された光信号に含まれる信号は、受信回路でデコードされる。そのため、本実施形態の受信装置によれば、効率よく自信された空間光信号に含まれる信号を、デコードできる。

　（第４の実施形態）
　次に、第４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１～第３の実施形態のいずれかの受信装置と、受光された空間光信号に応じた空間光信号を送信する送信装置とを備える。以下においては、位相変調型の空間光変調器を含む送信装置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信装置を備えてもよい。

　（構成）
　図２０は、本実施形態の通信装置４００の構成の一例を示す概念図である。通信装置４００は、受信装置４１０、制御装置４５０、および送信装置４７０を備える。受信装置４１０および送信装置４７０は、外部の通信対象と空間光信号を送受信し合う。そのため、通信装置４００には、空間光信号を送受信するための開口や窓が形成される。

　受信装置４１０は、第１～第３の実施形態のいずれかの受信装置である。受信装置４１０は、第１～第３の実施形態を組み合わせた構成の受信装置であってもよい。受信装置４１０は、通信対象（図示しない）から送信された空間光信号を受光する。受信装置４１０は、受光した空間光信号を電気信号に変換する。受信装置４１０は、変換後の電気信号を制御装置４５０に出力する。

　制御装置４５０は、受信装置４１０から出力された信号を取得する。制御装置４５０は、取得した信号に応じた処理を実行する。制御装置４５０が実行する処理については、特に限定を加えない。制御装置４５０は、実行した処理に応じた光信号を送信するための制御信号を、送信装置４７０に出力する。

　送信装置４７０は、制御装置４５０から制御信号を取得する。送信装置４７０は、制御信号に応じた空間光信号を投射する。送信装置４７０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、送信装置４７０は、位相変調型の空間光変調器を備える。また、送信装置４７０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。

　〔送信装置〕
　図２１は、送信装置４７０の構成の一例を示す概念図である。送信装置４７０は、光源４７１、空間光変調器４７３、曲面ミラー４７５、および制御部４７７を有する。光源４７１、空間光変調器４７３、および曲面ミラー４７５は、送信部を構成する。図２１は、送信装置４７０の内部構成を横方向から見た側面図である。図２１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。

　光源４７１は、制御部４７７の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光を出射する。光源４７１から出射されるレーザ光の波長は、特に限定されず、用途に応じて選定されればよい。例えば、光源４７１は、可視や赤外の波長帯のレーザ光を出射する。例えば、８００～９００ナノメートル（ｎｍ）の近赤外線であれば、レーザクラスを上げられるので、他の波長帯よりも１桁くらい感度を向上できる。例えば、１．５５マイクロメートル（μｍ）の波長帯の赤外線ならば、高出力のレーザ光源を用いることができる。１．５５μｍの波長帯の赤外線のレーザ光源としては、アルミニウムガリウムヒ素リン（ＡｌＧａＡｓＰ）系レーザ光源や、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）系レーザ光源などを用いることができる。レーザ光の波長が長い方が、回折角を大きくでき、高いエネルギーに設定できる。光源４７１は、空間光変調器４７３の変調部４７３０の大きさに合わせて、レーザ光を拡大するレンズを含む。光源４７１は、レンズによって拡大される光４０２を出射する。光源４７１から出射された光４０２は、空間光変調器４７３の変調部４７３０に向けて進行する。

　空間光変調器４７３は、光４０２が照射される変調部４７３０を有する。空間光変調器４７３の変調部４７３０には、光源４７１から出射された光４０２が照射される。空間光変調器４７３の変調部４７３０には、制御部４７７の制御に応じて、投射光４０５によって表示される画像に応じたパターン（位相画像とも呼ぶ）が設定される。空間光変調器４７３の変調部４７３０に入射した光４０２は、空間光変調器４７３の変調部４７３０に設定されたパターンに応じて変調される。空間光変調器４７３の変調部４７３０で変調された変調光４０３は、曲面ミラー４７５の反射面４７５０に向けて進行する。

　例えば、空間光変調器４７３は、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。例えば、空間光変調器４７３は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）によって実現できる。また、空間光変調器４７３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４７３では、投射光４０５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４７３を用いる場合、光源４７１の出力が同じであれば、その他の方式と比べて画像を明るく表示させることができる。

　空間光変調器４７３の変調部４７３０は、複数の領域に分割される（タイリングとも呼ぶ）。例えば、変調部４７３０は、所望のアスペクト比の四角形の領域（タイルとも呼ぶ）に分割される。変調部４７３０に設定された複数のタイルの各々には、位相画像が割り当てられる。複数のタイルの各々は、複数の画素によって構成される。複数のタイルの各々には、投射される画像に対応する位相画像が設定される。複数のタイルの各々に設定される位相画像は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

　変調部４７３０に割り当てられた複数のタイルの各々には、位相画像がタイリングされる。例えば、複数のタイルの各々には、予め生成された位相画像が設定される。複数のタイルに位相画像が設定された状態で、変調部４７３０に光４０２が照射されると、各タイルの位相画像に対応する画像を形成する変調光４０３が出射される。変調部４７３０に設定されるタイルが多いほど、鮮明な画像を表示させることができるが、各タイルの画素数が低下すると解像度が低下する。そのため、変調部４７３０に設定されるタイルの大きさや数は、用途に応じて設定される。

　曲面ミラー４７５は、曲面状の反射面４７５０を有する反射鏡である。曲面ミラー４７５の反射面４７５０は、投射光４０５の投射角に応じた曲率を有する。曲面ミラー４７５の反射面４７５０は、曲面であればよい。図２１の例の場合、曲面ミラー４７５の反射面４７５０は、円柱の側面の形状を有する。例えば、曲面ミラー４７５の反射面４７５０は、球面でもよい。例えば、曲面ミラー４７５の反射面４７５０は、自由曲面であってもよい。例えば、曲面ミラー４７５の反射面４７５０は、単一の曲面ではなく、複数の曲面を組み合わせた形状であってもよい。例えば、曲面ミラー４７５の反射面４７５０は、曲面と平面を組み合わせた形状であってもよい。

　曲面ミラー４７５は、空間光変調器４７３の変調部４７３０に反射面４７５０を向けて、変調光４０３の光路上に配置される。曲面ミラー４７５の反射面４７５０には、空間光変調器４７３の変調部４７３０で変調された変調光４０３が照射される。曲面ミラー４７５の反射面４７５０で反射された光（投射光４０５）は、反射面４７５０の曲率に応じた拡大率で拡大されて、投射される。図２１の例の場合、投射光４０５は、曲面ミラー４７５の反射面４７５０における変調光４０３の照射範囲の曲率に応じて、水平方向（図２１の紙面に対して垂直な方向）に沿って拡大される。

　例えば、空間光変調器４７３と曲面ミラー４７５の間に、遮蔽器（図示しない）が配置されてもよい。言い換えると、空間光変調器４７３の変調部４７３０によって変調された変調光４０３の光路上に、遮蔽器が配置されてもよい。遮蔽器は、変調光４０３に含まれる不要な光成分を遮蔽し、投射光４０５の表示領域の外縁を規定する枠体である。例えば、遮蔽器は、所望の画像を形成する光を通過させる部分にスリット状の開口が形成されたアパーチャである。遮蔽器は、所望の画像を形成する光を通過させ、不要な光成分を遮蔽する。例えば、遮蔽器は、変調光４０３に含まれる０次光やゴースト像を遮蔽する。遮蔽器の詳細については、説明を省略する。

　制御部４７７は、光源４７１および空間光変調器４７３を制御する。例えば、制御部４７７は、プロセッサとメモリを含むマイクロコンピュータによって実現される。制御部４７７は、空間光変調器４７３の変調部４７３０に設定されたタイリングのアスペクト比に合わせて、投射される画像に対応する位相画像を変調部４７３０に設定する。例えば、制御部４７７は、画像表示や通信、測距など、用途に応じた画像に対応する位相画像を変調部４７３０に設定する。投射される画像の位相画像は、記憶部（図示しない）に予め記憶させておけばよい。投射される画像の形状や大きさには、特に限定を加えない。

　制御部４７７は、空間光変調器４７３の変調部４７３０に照射される光４０２の位相と、変調部４７３０で反射される変調光４０３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４７３を駆動する。空間光変調器４７３の変調部４７３０に照射される光４０２の位相と、変調部４７３０で反射される変調光４０３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４７７は、空間光変調器４７３の変調部４７３０に印可する電圧を変化させることによって、変調部４７３０の屈折率を調節する。位相変調型の空間光変調器４７３の変調部４７３０に照射された光４０２の位相分布は、変調部４７３０の光学的特性に応じて変調される。なお、制御部４７７による空間光変調器４７３の駆動方法は、空間光変調器４７３の変調方式に応じて決定される。

　制御部４７７は、表示される画像に対応する位相画像が変調部４７３０に設定された状態で、光源４７１を駆動させる。その結果、空間光変調器４７３の変調部４７３０に位相画像が設定されたタイミングに合わせて、光源４７１から出射された光４０２が空間光変調器４７３の変調部４７３０に照射される。空間光変調器４７３の変調部４７３０に照射された光４０２は、空間光変調器４７３の変調部４７３０において変調される。空間光変調器４７３の変調部４７３０において変調された変調光４０３は、曲面ミラー４７５の反射面４７５０に向けて出射される。

　例えば、送信装置４７０に含まれる曲面ミラー４７５の反射面４７５０の曲率と、空間光変調器４７３と曲面ミラー４７５の距離とを調整し、投射光４０５の投射角を１８０度に設定する。そのように構成された送信装置４７０を二つ用いれば、投射光４０５の投射角を３６０度に設定できる。また、送信装置４７０の内部で変調光４０３の一部が、少なくとも一つの平面鏡で折り返され、投射光４０５が２方向に投射されるように構成されてもよい。そのように構成されれば、投射光４０５の投射角を３６０度に設定できる。例えば、３６０度の向きに投射光を投射するように構成された送信装置４７０と、３６０度の方向から到来する空間光信号を受光する受信装置とを組み合わせた構成とする。このような構成にすれば、３６０度の向きに空間光信号を送信し、３６０度の方向から到来する空間光信号を受光する通信装置を実現できる。

　〔適用例１〕
　次に、本実施形態の通信装置の適用例１について図面を参照しながら説明する。図２２は、本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、電柱や街灯などの柱の上部に、複数の通信装置４００が配置された通信ネットワークを構成する。図２２の例では、通信装置４００から一方向に空間光信号を送光する様子を図示している。通信装置４００は、複数の通信対象（他の通信装置４００）に対して、空間光信号を送光するように構成されてもよい。

　電柱や街灯などの柱の上部には障害物が少ない。そのため、電柱や街灯などの柱の上部は、通信装置４００を設置するのに適している。また、柱の上部の同じ高さに通信装置４００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、受信装置４１０に含まれる受光素子アレイの受光面積を小さくし、装置を簡略化できる。通信をやり取りする通信装置４００のペアは、少なくとも一方の通信装置４００が、他方の通信装置４００から送信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４００のペアは、空間光信号を互いに送受信するように配置されてもよい。複数の通信装置４００で空間光信号の通信ネットワークが構成される場合、中間に位置する通信装置４００は、他の通信装置４００から送信された空間光信号を、別の通信装置４００に中継するように配置されればよい。

　本適用例によれば、異なる柱に設置された複数の通信装置４００の間で、空間光信号を用いた通信が可能になる。例えば、異なる柱に設置された通信装置４００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や基地局と通信装置４００との間で、無線通信による通信を行うように構成してもよい。例えば、柱に設置された通信ケーブル等を介して、通信装置４００がインターネットに接続されるように構成してもよい。

　以上のように、本実施形態の通信装置は、受信装置、送信装置、および制御装置を備える。
送信装置は、空間光信号を送信する。制御装置は、受信装置によって受信された他の通信装置からの空間光信号に基づく信号を受信する。制御装置は、受信した信号に応じた処理を実行する。制御装置は、実行した処理に応じた空間光信号を送信装置に送信させる。受信装置は、第１集光器、第２集光器、第３集光器、および受光素子アレイを備える。第１集光器は、空間を伝搬する光信号を集光する。第２集光器は、第１集光器によって集光された光信号を、第１方向に直交する第２方向に圧縮して集光する。第２集光器は、シリンドリカルレンズである。第２集光器は、シリンドリカルレンズのシリンダー軸が第１方向に平行となり、シリンドリカルレンズの曲面が第１集光器の出射面に向けられ、シリンドリカルレンズの曲面に対向する平面が第３集光器の入射面に向けられて配置される。第３集光器は、第２集光器によって集光された光信号を、少なくとも第１方向を含む方向に集光する。受光素子アレイは、第１方向に沿って配列された複数の受光素子を含む。受光素子アレイは、第３集光器によって集光された光信号を、複数の受光素子のうち少なくともいずれかで受光する。

　本実施形態の通信装置は、空間光信号を効率よく受光できる受信装置を備える。そのため、本実施形態の通信装置によれば、空間光信号を効率よく送受信できる。

　（第５の実施形態）
　次に、第５の実施形態に係る受信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受信装置は、第１～第４の実施形態の受信装置を簡略化した構成である。図２３は、本実施形態の受信装置５０の構成の一例を示す概念図である。受信装置５０は、第１集光器５１、第２集光器５２、第３集光器５３、および受光素子アレイ５５を備える。

　第１集光器５１は、空間を伝搬する光信号を集光する。第２集光器５２は、第１集光器５１によって集光された光信号を、第１方向に直交する第２方向に圧縮して集光する。第３集光器５３は、第２集光器５２によって集光された光信号を、少なくとも第１方向を含む方向に集光する。受光素子アレイ５５は、第１方向に沿って配列された複数の受光素子５５０を含む。受光素子アレイ５５は、第３集光器５３によって集光された光信号を、複数の受光素子５５０のうち少なくともいずれかで受光する。

　（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２４の情報処理装置９０を一例としてあげて説明する。なお、図２４の情報処理装置９０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２４のように、情報処理装置９０は、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５、および通信インターフェース９６を備える。図２４においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略記する。プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５、および通信インターフェース９６は、バス９８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９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、および入出力インターフェース９５は、通信インターフェース９６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９１は、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムを、主記憶装置９２に展開する。プロセッサ９１は、主記憶装置９２に展開されたプログラムを実行する。本実施形態においては、情報処理装置９０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９１は、各実施形態に係る制御や処理を実行する。

　主記憶装置９２は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置９２には、プロセッサ９１によって、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムが展開される。主記憶装置９２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリによって実現される。また、主記憶装置９２として、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリが構成／追加されてもよい。

　補助記憶装置９３は、プログラムなどの種々のデータを記憶する。補助記憶装置９３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実現される。なお、種々のデータを主記憶装置９２に記憶させる構成とし、補助記憶装置９３を省略することも可能である。

　入出力インターフェース９５は、規格や仕様に基づいて、情報処理装置９０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９６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９５および通信インターフェース９６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９０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が接続されてもよい。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してもよい。プロセッサ９１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９５に仲介させればよい。

　また、情報処理装置９０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９０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９５を介して情報処理装置９０に接続すればよい。

　また、情報処理装置９０には、ドライブ装置が備え付けられてもよい。ドライブ装置は、プロセッサ９１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９０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９５を介して情報処理装置９０に接続すればよい。

　以上が、本発明の各実施形態に係る制御や処理を可能とするためのハードウェア構成の一例である。なお、図２４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。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によって実現されてもよい。また、記録媒体は、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されてもよい。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。

　各実施形態の構成要素は、任意に組み合わせてもよい。また、各実施形態の構成要素は、ソフトウェアによって実現されてもよいし、回路によって実現されてもよい。

　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。

　１０、２０、３０、５０　　受信装置
　１１、２１、３１　　集光レンズ
　１２、２２、３２　　シリンドリカルレンズ
　１３、２３、３３　　集光器
　１５、２５、３５、５５　　受光素子アレイ
　３６　　受信回路
　５１　　第１集光器
　５２　　第２集光器
　５３　　第３集光器
　１００　　筐体
　１３１、１３２、１３３　　集光器
　１５０、２５０、３５０、５５０　　受光素子
　３６１　　第１処理回路
　３６２　　制御回路
　３６３　　セレクタ
　３６５　　第２処理回路
　４００　　通信装置
　４１０　　受信装置
　４５０　　制御装置
　４７０　　送信装置
　４７１　　光源
　４７３　　空間光変調器
　４７５　　曲面ミラー
　４７７　　制御部

Claims

　空間を伝搬する光信号を集光する第１集光器と、
　前記第１集光器によって集光された前記光信号を、第１方向に直交する第２方向に圧縮して集光する第２集光器と、
　前記第２集光器によって集光された前記光信号を、少なくとも前記第１方向を含む方向に集光する第３集光器と、
　前記第１方向に沿って配列された複数の受光素子を含み、前記第３集光器によって集光された前記光信号を、複数の前記受光素子のうち少なくともいずれかで受光する受光素子アレイと、を備える受信装置。
　前記第２集光器は、
　シリンドリカルレンズであり、前記シリンドリカルレンズのシリンダー軸が前記第１方向に平行となり、前記シリンドリカルレンズの曲面が前記第１集光器の出射面に向けられ、前記シリンドリカルレンズの曲面に対向する平面が前記第３集光器の入射面に向けられて配置される請求項１に記載の受信装置。
　前記第３集光器は、
　前記第１方向を少なくとも含む方向に前記光信号を拡散する拡散板であり、前記受光素子アレイの受光面に対応付けて配置される請求項１または２に記載の受信装置。
　前記第３集光器は、
　前記光信号の波長帯の光が透過する透明部と、前記第１方向に向けて前記光信号を回折する回折光学素子とを含み、
　前記透明部は、
　前記受光素子アレイを構成する複数の前記受光素子の各々の受光部と対面する部分に配置され、
　前記回折光学素子は、
　前記受光素子アレイを構成する複数の前記受光素子の各々の受光部に向けて前記光信号を回折するように、複数の前記受光素子の各々の受光部に対応付けて配置される請求項１または２に記載の受信装置。
　前記第３集光器は、
　複数の前記受光素子の受光部の各々を被覆する拡散層と、複数の前記受光素子に対応付けられた前記拡散層を隔てる隔壁と、を含む請求項１または２に記載の受信装置。
　前記第３集光器と前記受光素子アレイは、前記第３集光器の入射面に対向する位置が開口された筐体の内部に収納される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の受信装置。
　前記第２集光器は、
　自由曲面で形成された入射面と、前記入射面に対向する平面で形成された出射面とを有し、
　前記第２集光器の光軸と短軸を含む面で切断された断面に含まれる曲線が、前記第２方向に沿って前記光信号を圧縮する形状であり、
　前記第２集光器の光軸と長軸を含む面で切断された断面に含まれる曲線が、前記第２集光器の中央に向けて、前記第１方向に沿って前記光信号の出射方向を変更させる形状である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受信装置。
　前記第２集光器は、
　自由曲面で形成された入射面と、前記入射面に対向する平面で形成された出射面とを有し、
　前記第２集光器の光軸と短軸を含む面で切断された断面に含まれる曲線が、前記第２方向に沿って前記光信号を圧縮する形状であり、
　少なくとも前記第２集光器の両端の近傍においては、前記第２集光器の光軸と長軸を含む面で切断された断面に含まれる曲線が、前記第２集光器の中央に向けて、前記第１方向に沿って前記光信号の出射方向を変更させる形状である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受信装置。
　前記受光素子アレイから出力される信号をデコードする受信回路を備える請求項１乃至８のいずれか一項に記載の受信装置。
　請求項１乃至９のいずれか一項に記載の受信装置と、
　空間光信号を送信する送信装置と、
　前記受信装置によって受信された他の通信装置からの空間光信号に基づく信号を受信し、受信した前記信号に応じた処理を実行し、実行した前記処理に応じた前記空間光信号を前記送信装置に送信させる制御装置と、を備える通信装置。