WO2023073947A1 - 受信装置、通信装置、および通信システム - Google Patents

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WO2023073947A1
WO2023073947A1 PCT/JP2021/040099 JP2021040099W WO2023073947A1 WO 2023073947 A1 WO2023073947 A1 WO 2023073947A1 JP 2021040099 W JP2021040099 W JP 2021040099W WO 2023073947 A1 WO2023073947 A1 WO 2023073947A1
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WO
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light
optical signal
ball lens
basic unit
light guide
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Application number
PCT/JP2021/040099
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English (en)
French (fr)
Inventor
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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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to a receiver and the like that receive optical signals propagating in space.
  • optical space communication optical signals propagating in space (hereinafter also referred to as spatial optical signals) are transmitted and received without using media such as optical fibers.
  • a lens with a diameter as large as possible.
  • a light receiving element with a small capacitance is adopted in order to perform high-speed communication.
  • Such a light receiving element has a small light receiving portion area. Since there is a limit to the focal length of a lens, it is difficult to guide spatial light signals coming from various directions to a small-area light-receiving section using a large-diameter lens.
  • Patent Literature 1 discloses an optical receiver intended to enable highly efficient reception with less angle dependency over a wide light receiving angle.
  • the device of Patent Document 1 comprises a ball lens, an optical fiber bundle, and at least one light receiving element.
  • a ball lens focuses light incident from a wide angle onto one end face of the optical fiber bundle.
  • An optical fiber bundle is a bundle structure in which a plurality of optical fibers are assembled.
  • One end surface of the optical fiber bundle is a surface-shaped light incident portion.
  • the light incident part is provided at the focal point distribution position of the ball lens.
  • At least one light receiving element is provided on the other end face of the optical fiber bundle. At least one light receiving element receives light emitted from the other end surface of the optical fiber bundle.
  • An object of the present disclosure is to provide a receiver or the like that can receive optical signals arriving from various directions using an appropriate number of light receiving elements.
  • a receiving device includes a ball lens for condensing an optical signal propagating in space, and a plurality of basic units annularly arranged around the ball lens, and light condensed by the ball lens.
  • a light guide for guiding a signal in a direction substantially perpendicular to the incident direction of the optical signal; and a plurality of light receiving elements that output signals derived from the signals.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a receiver according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a receiver according to a first embodiment
  • FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining an example of light collection by a ball lens of the receiver according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a basic unit that constitutes the basic unit of the receiver according to the first embodiment
  • 3 is a conceptual diagram showing an example of a cross section of a basic unit that constitutes the basic unit of the receiver according to the first embodiment
  • FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of reception of spatial optical signals by the receiver according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of reception of spatial optical signals by the receiver according to the first embodiment
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a receiving device according to a second embodiment
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a receiving device according to a second embodiment
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a basic unit that constitutes a basic unit of a receiver according to the second embodiment
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing an example of a cross section of a basic unit that constitutes a basic unit of a receiver according to the second embodiment
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a receiving device according to a third embodiment
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a receiving device according to a third embodiment;
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of a cross section of a receiving device according to a third embodiment;
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of reception of an optical signal by a receiver according to the third embodiment;
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of reception of an optical signal by a receiver according to the third embodiment;
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of receiving an optical signal in Modification 1 of the third embodiment;
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of receiving an optical signal in Modification 1 of the third embodiment;
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of receiving an optical signal in modification 2 of the third embodiment;
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of receiving an optical signal in modification 2 of the third embodiment
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a receiver according to a fourth embodiment
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a receiver according to a fourth embodiment
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a basic unit that constitutes a basic unit of a receiver according to a fourth embodiment
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a basic unit that constitutes a basic unit of a receiver according to a fourth embodiment
  • FIG. 20 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a receiver according to modification 3 of the fourth embodiment
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a basic unit that constitutes a basic unit of a receiver according to modification 3 of the fourth embodiment;
  • FIG. 21 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a receiver according to modification 4 of the fourth embodiment;
  • FIG. 20 is a conceptual diagram showing an example of optical signal reception in a receiver according to modification 4 of the fourth embodiment;
  • FIG. 14 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a receiving device according to a fifth embodiment;
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of an auxiliary light guiding device of a receiver according to a fifth embodiment;
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing another example of the auxiliary light guiding device of the receiver according to the fifth embodiment;
  • FIG. 21 is a conceptual diagram showing another example of the configuration of a receiving device according to modification 5 of the fifth embodiment;
  • FIG. 20 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a receiver according to a sixth embodiment;
  • FIG. 21 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a receiving circuit included in a receiving device according to a sixth embodiment;
  • FIG. 21 is a block diagram showing an example of the configuration of a communication device according to a seventh embodiment;
  • FIG. FIG. 21 is a conceptual diagram showing an example of a configuration of a transmission device included in a communication device according to a seventh embodiment;
  • FIG. 21 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a communication device according to a seventh embodiment;
  • FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining an application example of the communication device according to the seventh embodiment
  • FIG. 21 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of a receiving device according to an eighth embodiment
  • It is a block diagram showing an example of hardware constitutions which perform processing and control concerning each embodiment.
  • the receiving apparatus of this 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 receiving device of this embodiment may be used for applications other than optical free-space communication as long as it is used for receiving light propagating in space.
  • the spatial light signal is considered as parallel light because it arrives from a sufficiently distant position.
  • FIG. 1 to 3 are conceptual diagrams showing an example of the configuration of a receiver 1 according to this embodiment.
  • the receiver 1 includes a ball lens 11 , a light guide 13 and a plurality of light receiving elements 15 .
  • FIG. 1 is a plan view of the receiver 1 viewed from above.
  • FIG. 2 is a side view of the receiver 1 viewed from the lateral direction.
  • the ball lens 11 and the light guide 13 are fixed in positional relationship with each other by a support (not shown). In this embodiment, the support for fixing the light guide 13 to the ball lens 11 is omitted.
  • the ball lens 11 is a spherical lens.
  • the ball lens 11 is an optical element that collects spatial light signals coming from the outside.
  • the ball lens 11 is spherical when viewed from any angle.
  • the ball lens 11 converges the incident spatial light signal.
  • Light originating from the spatial light signal focused by the ball lens 11 (also referred to as an optical signal) is focused toward the light collection area. Since the ball lens 11 is spherical, it condenses spatial light signals coming from arbitrary directions. That is, the ball lens 11 exhibits similar light-gathering performance with respect to spatial light signals coming from arbitrary directions.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of the trajectory of light condensed by the ball lens 11.
  • FIG. 3 light emitted from a light source 110 that emits parallel light toward the ball lens 11 is refracted by the ball lens 11 .
  • the light incident on the ball lens 11 is refracted when entering the ball lens 11 .
  • the light traveling inside the ball lens 11 is refracted again when emitted to the outside of the ball lens 11 .
  • Most of the light emitted from the ball lens 11 is condensed in the condensing area.
  • light incident from the periphery of the ball lens 11 is emitted in a direction away from the condensing area when emitted from the ball lens 11 .
  • the ball lens 11 can be made of materials such as glass, crystal, and resin.
  • the ball lens 11 can be made of a material such as glass, crystal, or resin that transmits/refracts light in the visible region.
  • the ball lens 11 can be made of optical glass such as crown glass or flint glass.
  • the ball lens 11 can be made of crown glass such as BK (Boron Kron).
  • the ball lens 11 can be made of flint glass such as LaSF (Lanthanum Schwerflint).
  • quartz glass can be applied to the ball lens 11 .
  • crystal such as sapphire can be applied to the ball lens 11 .
  • the ball lens 11 is made of a material that transmits near-infrared rays.
  • the ball lens 11 can be made of materials such as silicon in addition to glass, crystal, resin, and the like. If the spatial light signal is light in the infrared region (hereinafter also referred to as infrared light), the ball lens 11 is made of a material that transmits infrared light.
  • the ball lens 11 can be made of silicon, germanium, or chalcogenide materials.
  • the material of the ball lens 11 is not limited as long as it can transmit/refract light in the wavelength region of the spatial optical signal.
  • the material of the ball lens 11 may be appropriately selected according to the required refractive index and application.
  • the light guide 13 is arranged in the condensing area of the ball lens 11 so as to surround the ball lens 11 .
  • the light guide 13 is composed of a plurality of basic units 130 .
  • the basic unit 130 has an entrance surface facing the ball lens 11 and an exit surface facing the light receiving portion of the light receiving element 15 .
  • the incident surface is provided on a part of the side surface of the basic unit 130 .
  • An exit surface (also called an exit end) is provided on the end surface of the basic unit 130 .
  • the entrance plane and the exit plane are formed on planes perpendicular to each other.
  • FIG. 4 and 5 are conceptual diagrams for explaining an example of the basic unit 130 that constitutes the light guide 13.
  • FIG. 4 is a side view of the basic unit 130 seen from the ball lens 11 side.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the basic unit taken along line AA in FIG. 4 and 5 show an example of the beam spot of the optical signal condensed by the ball lens 11 and the path of the optical signal traveling inside the basic unit 130.
  • FIG. 4 is a side view of the basic unit 130 seen from the ball lens 11 side.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the basic unit taken along line AA in FIG. 4 and 5 show an example of the beam spot of the optical signal condensed by the ball lens 11 and the path of the optical signal traveling inside the basic unit 130.
  • a basic unit 130 includes a light guide 133 and a diffraction element 135 .
  • the light guide 133 is the main body of the basic unit 130 .
  • FIG. 4 illustrates the diffraction element 135 arranged on the side of the second surface, which can be seen through the light guide 133 from the side of the first surface.
  • the light guide 133 has a first surface facing the ball lens 11 and a second surface facing the first surface.
  • Light guide 133 has an incident surface 131 and an exit surface 137 .
  • the incident surface 131 is provided on part of the first surface of the light guide 133 .
  • the exit surface 137 is provided on part of the side surface of the light guide 133 .
  • the entrance surface 131 and the exit surface 137 are formed on planes orthogonal to each other.
  • the light guide 133 has a narrowed shape from the portion where the incident surface 131 is provided to the portion where the exit surface 137 is provided.
  • the portion of the light receiving range (vertical light receiving range) provided with the incident surface 131 is rectangular.
  • the portion where the exit surface 137 is provided has a trapezoidal shape that tapers from one side of the rectangular vertical light receiving range toward the light receiving portion 150 of the light receiving element 15 .
  • the shape of the basic unit 130 is not limited to the shape of FIG.
  • the base unit 130 may be tear-drop shaped, tapering from the vertical receiving area toward the receiving portion 150 .
  • the vertical light receiving range of the basic unit 130 may have a shape other than a rectangle.
  • the light guide 133 guides the optical signal that has entered the light guide 133 from the vertical light receiving range of the first surface toward the exit surface 137 .
  • the signal light entering the light guide 133 is reflected by the first and second surfaces of the light guide 133 and guided to the light receiving section 150 of the light receiving element 15 .
  • the light guide 133 is made of a material that transmits signal light.
  • the light guide 133 can be made of a material such as glass or plastic.
  • the material of the light guide 133 is not limited as long as the signal light is transmitted therethrough.
  • the diffraction element 135 is an element that guides an optical signal entering from the incident surface 131 toward the light receiving section 150 of the light receiving element 15 .
  • the diffraction element 135 is a kind of light traveling direction changing member.
  • Diffraction element 135 has a diffraction surface that diffracts the optical signal incident from entrance surface 131 toward exit surface 137 .
  • the diffraction element 135 is arranged on the second surface of the light guide 133 opposite to the first surface on which the incident surface 131 is formed.
  • the diffraction element 135 is provided inside the light guide 133 .
  • the diffraction element 135 is arranged with the diffraction surface facing the surface of the light guide 133 facing the incident surface 131 .
  • the diffraction element 135 diffracts the optical signal entering the light guide 133 from the entrance surface 131 toward the exit surface 137 on which the light receiving element 15 is arranged.
  • the diffraction element 135 is configured with a reflective diffraction grating having a structure in which a plurality of gratings with a height on the order of micrometers are arranged.
  • the diffractive element 135 is configured by changing the grating interval so that the total reflection condition is satisfied.
  • the diffraction element 135 diffracts the light so that the light signal entering from the entrance surface 131 of the light guide 133 travels toward the exit surface 137 so that the total reflection condition is satisfied.
  • diffractive element 135 can be implemented by a blazed diffraction grating or a holographic diffraction grating.
  • Each of the plurality of light receiving elements 15 is associated with each of the plurality of basic units 130 constituting the light guide 13 and arranged on the exit surface 137 of the light guide 13 .
  • the light receiving element 15 includes a light receiving section 150 that receives an optical signal derived from the spatial optical signal to be received.
  • Each light-receiving element 15 is arranged with the light-receiving section 150 facing the exit surface 137 of the light guide 133 of the basic unit 130 .
  • the light signal condensed by the ball lens 11 is changed in direction by the light guide 13 and received by the light receiving portion 150 of the light receiving element 15 .
  • each light-receiving element 15 includes an area where the light-receiving section 150 is located (also called a light-receiving area) and an area where the light-receiving section 150 is not located (also called a dead area).
  • the light receiving element 15 receives light in the wavelength region of the spatial optical signal to be received.
  • the light receiving element 15 has sensitivity to light in the visible region.
  • the light receiving element 15 has sensitivity to light in the infrared region.
  • the light receiving element 15 is sensitive to light with a wavelength in the 1.5 ⁇ m (micrometer) band, for example.
  • the wavelength band of light to which the light receiving element 15 is sensitive is not limited to the 1.5 ⁇ m band.
  • the wavelength band of the light received by the light receiving element 15 can be arbitrarily set according to the wavelength of the spatial light signal transmitted from the transmitter (not shown).
  • the wavelength band of light 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. Also, the wavelength band of light received by the light receiving element 15 may be, for example, the 0.8 to 1 ⁇ m band.
  • the shorter the wavelength band the smaller the absorption by moisture in the atmosphere, which is advantageous for optical free-space communication during rainfall.
  • a color filter that selectively passes light in the wavelength band of the spatial light signal may be installed in front of the light receiving element 15 .
  • 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 handle high-speed communication.
  • the light-receiving element 15 may be implemented by elements other than photodiodes, phototransistors, and avalanche photodiodes as long as they can convert optical signals into electrical signals. In order to improve the communication speed, it is preferable that the light receiving section 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 square light receiving surface with a side of about 5 mm (millimeters).
  • the light receiving portion 150 of the light receiving element 15 has a circular light receiving surface with a diameter of approximately 0.1 to 0.3 mm.
  • the size and shape of the light receiving portion 150 of the light receiving element 15 may be selected according to the wavelength band of the spatial light signal, communication speed, and the like.
  • the light receiving element 15 converts the received optical signal into an electrical signal.
  • the light receiving element 15 outputs the converted electric signal to a receiving circuit (not shown). A configuration including a receiving circuit will be described later.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example in which the receiving device 1 receives spatial optical signals.
  • FIG. 6 is a plan view of the receiver 1 viewed from above. Since the ball lens 11 is a sphere, the receiving device 1 can evenly receive spatial light signals coming from arbitrary directions within a range that can be received by the light guide 13 . For example, when the plane formed by the light guide 13 is set parallel to the horizontal plane, the receiving device 1 tends to receive spatial optical signals arriving horizontally from the same height. For example, if the plane formed by the light guide 13 is set perpendicular to the horizontal plane, the receiving device 1 is equally likely to receive spatial optical signals coming from arbitrary heights.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the light receiving range of spatial light signals that can be received by the receiving device 1.
  • FIG. FIG. 7 is a plan view of the receiver 1 viewed from above. Although part of the spatial light signal arriving toward the ball lens 11 is blocked by the light guide 13 and the light receiving element 15, most of it is collected by the ball lens 11 and passes through the light guide 13. The light is received by the light receiving element 15 through the light receiving element 15 .
  • the receiving device 1 can receive spatial optical signals arriving from 360-degree directions within a plane parallel to the plane containing the circle formed by the light guide 13 .
  • the receiving device of this embodiment includes a ball lens, a light guide, and a plurality of light receiving elements.
  • a ball lens focuses an optical signal propagating through space.
  • the light guide consists of a plurality of basic units arranged annularly around the ball lens.
  • the basic unit includes a light guide and a light traveling direction changing member.
  • the light guide has a first surface including an incident surface on which the optical signal condensed by the ball lens is incident, a second surface opposite to the first surface, and an output end from which the optical signal incident from the incident surface is emitted. including.
  • the light traveling direction changing member is arranged at a position facing the incident surface on the side of the second surface. The light traveling direction changing member changes the traveling direction of the optical signal incident from the incident surface toward the emitting end.
  • the light traveling direction changing member is a diffraction element that diffracts an optical signal incident from the entrance surface toward the exit end.
  • the light guide guides the optical signal condensed by the ball lens in a direction substantially perpendicular to the incident direction of the optical signal.
  • the basic units are arranged to guide optical signals entering from the plane of incidence in a direction perpendicular to the plane formed by the arrangement of the plurality of basic units.
  • Each of the plurality of light receiving elements is associated with each of the plurality of basic units.
  • the light receiving element receives an optical signal emitted from the basic unit.
  • the light-receiving element is arranged such that the light-receiving portion for receiving light in the wavelength region of the optical signal faces the output end of the basic unit.
  • the light receiving element outputs a signal derived from the received optical signal.
  • optical signals arriving from various directions are directed toward the light receiving element associated with the basic unit by means of the diffraction element included in one of the plurality of basic units constituting the light guide. to guide the light.
  • optical signals arriving from various directions can be collectively received for each basic unit that constitutes the light guide, so that the number of light receiving elements can be reduced. Therefore, according to the receiving apparatus of this embodiment, optical signals arriving from various directions can be received using an appropriate number of light receiving elements.
  • FIG. 8 and 9 are conceptual diagrams showing an example of the configuration of the receiving device 2 according to this embodiment.
  • the receiving device 2 includes a ball lens 21 , a light guide 23 and a plurality of light receiving elements 25 .
  • FIG. 8 is a plan view of the receiving device 2 as viewed from above.
  • FIG. 9 is a side view of the receiving device 2 as seen from the lateral direction.
  • the ball lens 21 and the light guide 23 are fixed in positional relationship with each other by a support (not shown). In this embodiment, the support for fixing the light guide 23 to the ball lens 21 is omitted.
  • the ball lens 21 has the same configuration as the ball lens 11 of the first embodiment.
  • the ball lens 21 converges a spatial light signal coming from the outside onto a condensing area of the ball lens 21 .
  • the light guide 23 is arranged in the condensing area of the ball lens 21 so as to surround the periphery of the ball lens 21 .
  • the light guide 23 is composed of a plurality of basic units 230 .
  • the basic unit 230 has an incident surface directed toward the ball lens 21 and an exit surface (also called an exit end) directed toward the light receiving portion of the light receiving element 25 .
  • the incident surface is provided on a part of the side surface of the basic unit 230 .
  • the exit surface is provided on the end surface of the basic unit 230 .
  • the entrance plane and the exit plane are formed on planes perpendicular to each other.
  • FIG. 10 and 11 are conceptual diagrams for explaining an example of the basic unit 230 that constitutes the light guide 23.
  • FIG. FIG. 10 is a side view of the basic unit 230 seen from the ball lens 21 side.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the basic unit 230 taken along line BB of FIG.
  • FIG. 11 shows an example of paths of optical signals traveling inside the basic unit 230 .
  • a basic unit 230 includes a light guide 233 and a multi-mirror 235 .
  • the light guide 233 is the main body of the basic unit 230 .
  • FIG. 10 illustrates a multi-mirror 235 arranged on the side of the second surface that can be seen through the light guide 233 from the side of the first surface.
  • the light guide 233 has the same configuration as the light guide 133 of the first embodiment.
  • the light guide 233 has a first surface facing the ball lens 21 and a second surface facing the first surface.
  • Light guide 233 has an incident surface 231 and an exit surface 237 .
  • the incident surface 231 is provided on part of the first surface of the light guide 233 .
  • the exit surface 237 is provided on part of the side surface of the light guide 233 .
  • the entrance surface 231 and the exit surface 237 are formed on planes orthogonal to each other.
  • the light guide 233 guides the optical signal entering the inside of the light guide 233 from the entrance surface 231 of the first surface toward the exit surface 237 .
  • the signal light entering the light guide 233 is reflected by the first and second surfaces of the light guide 233 and guided to the light receiving section 250 of the light receiving element 25 .
  • the multi-mirror 235 is a structure that guides the optical signal entering from the incident surface 231 toward the light receiving section 250 of the light receiving element 25 .
  • the multi-mirror 235 is a kind of light traveling direction changing member.
  • the multi-mirror 235 has a plurality of reflecting surfaces that reflect the optical signal incident from the entrance surface 231 toward the exit surface 237 .
  • the multi-mirror 235 has a plurality of arc-shaped reflecting surfaces with the center of curvature in the direction of the exit surface 237 .
  • the shape of the reflecting surface of the multi-mirror 235 may be curved, such as a parabola, a hyperbola, or an elliptic curve, instead of being circular.
  • the multi-mirror 235 is arranged with its reflecting surface facing the second surface opposite to the first surface on which the incident surface 231 of the light guide 233 is formed.
  • the multi-mirror 235 diffracts the optical signal that has entered the interior of the light guide 233 from the entrance surface 231 toward the exit surface 237 on which the light receiving element 25 is arranged.
  • the reflecting surface of the multi-mirror 235 has the shape of a right triangle.
  • a reflective surface is formed on the slope of the reflective surface (right triangle) of the multi-mirror 235 .
  • the slope forming the reflecting surface of the multi-mirror 235 is set so that the optical signal incident from the entrance surface 231 is directed to the exit surface 237 .
  • the cross section of the reflective surface of the multi-mirror 235 may be formed in a curved shape instead of a straight shape.
  • a plurality of reflecting surfaces constituting the multi-mirror 235 are formed such that the height of the apex on the first surface side gradually decreases from the entrance surface 231 toward the exit surface 237 .
  • Optical signals reflected by the plurality of reflecting surfaces that constitute the multi-mirror 235 travel toward the exit surface 237 of the light guide 233 .
  • the multi-mirror 235 can be formed by cutting the second surface side of the light guide 233 to form an excavated surface and providing a reflective layer on the excavated surface.
  • a reflective layer can be formed by depositing a highly reflective material such as metal on the excavated surface of the light guide 233 .
  • a reflective layer can be formed by evaporating a metal onto the excavated surface of the light guide 233 .
  • the multi-mirror 235 may be formed by processing the second surface of the light guide 233 by etching or the like.
  • the multi-mirror 235 may be formed on the second surface of the light guide 233 formed by injection molding, a three-dimensional printer, or the like.
  • the light receiving element 25 has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • Each of the plurality of light receiving elements 25 is associated with each of the plurality of basic units 230 forming the light guide 23 and arranged on the exit surface 237 of the light guide 23 .
  • the light receiving element 25 includes a light receiving section 250 that receives an optical signal derived from the spatial optical signal to be received.
  • Each light-receiving element 25 is arranged with the light-receiving section 250 facing the exit surface 237 of the light guide 233 of the basic unit 230 .
  • the light signal condensed by the ball lens 21 is changed in direction by the light guide 23 and received by the light receiving portion 250 of the light receiving element 25 .
  • the light receiving element 25 converts the received optical signal into an electrical signal.
  • the light receiving element 25 outputs the converted electrical signal to a receiving circuit (not shown). A configuration including a receiving circuit will be described later.
  • the receiving device of this embodiment includes a ball lens, a light guide, and a plurality of light receiving elements.
  • a ball lens focuses an optical signal propagating through space.
  • the light guide consists of a plurality of basic units arranged annularly around the ball lens.
  • the basic unit includes a light guide and a light traveling direction changing member.
  • the light guide has a first surface including an incident surface on which the optical signal condensed by the ball lens is incident, a second surface opposite to the first surface, and an output end from which the optical signal incident from the incident surface is emitted. including.
  • the light traveling direction changing member is arranged at a position facing the incident surface on the side of the second surface. The light traveling direction changing member changes the traveling direction of the optical signal incident from the incident surface toward the emitting end.
  • the light traveling direction changing member is a multi-mirror in which a plurality of reflecting surfaces are combined to reflect the optical signal incident from the incident surface toward the output end.
  • the light guide guides the optical signal condensed by the ball lens in a direction substantially perpendicular to the incident direction of the optical signal.
  • the basic units are arranged to guide optical signals entering from the plane of incidence in a direction perpendicular to the plane formed by the arrangement of the plurality of basic units.
  • Each of the plurality of light receiving elements is associated with each of the plurality of basic units.
  • the light receiving element receives an optical signal emitted from the basic unit.
  • the light-receiving element is arranged such that the light-receiving portion for receiving light in the wavelength region of the optical signal faces the output end of the basic unit.
  • the light receiving element outputs a signal derived from the received optical signal.
  • the multi-mirror included in the basic unit constituting the light guide guides optical signals arriving from various directions toward the light receiving element associated with the basic unit. According to the receiving device of this embodiment, optical signals arriving from various directions can be collectively received for each basic unit that constitutes the light guide, so that the number of light receiving elements can be reduced. Therefore, according to the receiving apparatus of this embodiment, optical signals arriving from various directions can be received using an appropriate number of light receiving elements.
  • FIG. 12 to 14 are conceptual diagrams showing an example of the configuration of the receiving device 3 according to this embodiment.
  • the receiver 3 includes a ball lens 31 , a light guide 33 and a plurality of light receiving elements 35 .
  • FIG. 12 is a plan view of the receiving device 3 as seen from above.
  • FIG. 13 is a side view of the receiver 3 as seen from the lateral direction.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the receiving device 3 taken along line CC of FIG.
  • the ball lens 31 and the light guide 33 are fixed in positional relationship with each other by a support (not shown). In this embodiment, the support for fixing the light guide 33 to the ball lens 31 is omitted.
  • the ball lens 31 has the same configuration as the ball lens 11 of the first embodiment.
  • the ball lens 31 converges a spatial light signal coming from the outside onto a condensing area of the ball lens 31 .
  • the light guide 33 is arranged in the condensing area of the ball lens 31 so as to surround the periphery of the ball lens 31 .
  • the light guide 33 is composed of a plurality of basic units 330 .
  • the basic unit 330 has a curved shape with a concave first surface (also referred to as a concave curved surface) and a convex second surface (also referred to as a convex curved surface) facing each other, like the tip of a spoon. Both sides of the base unit 330 are reflective surfaces that reflect optical signals.
  • the plurality of basic units 330 are arranged with the concave first surface facing the ball lens 31 .
  • One end side of the first surface of the basic unit 330 functions as an incident surface, and the other end side of the first surface functions as a light guide section.
  • the basic unit 330 is arranged so that one end side and the other end side of the first surface are aligned with the circumferential direction of the ball lens 31 .
  • One end side (incidence surface) of the first surface of the basic unit 330 faces the ball lens 31 .
  • the other end side (light guide section) of the first surface of the basic unit 330 is arranged on the back side of the second surface of the adjacent basic unit 330 .
  • a light receiving element 35 is arranged on the other end side of the first surface of the basic unit 330 .
  • the light receiving element 35 is arranged so that the light receiving surface is substantially perpendicular to the first surface at the terminal portion on the other end side of the first surface.
  • the plurality of basic units 330 surround the ball lens 31 while overlapping adjacent basic units 330 like fish scales.
  • FIG. 15 is an enlarged view of a part of the cross-sectional view of FIG. FIG. 15 shows an example of paths of optical signals condensed by the ball lens 31 .
  • the optical signal condensed by the ball lens 31 is incident on the incident surface of the first surface of the basic unit 330 .
  • the optical signal incident on the incident surface of the basic unit 330 is reflected between the convex surface of the adjacent basic unit 330 and the reflective surface of the light guide section of that basic unit 330 and directed toward the light receiving section 350 of the light receiving element 35. to proceed.
  • FIG. 16 is a conceptual diagram of part of the light guide 33 viewed from the ball lens 31 side.
  • FIG. 16 shows an example in which the light guide 33 is composed of n basic units 330-1 to 330-n (n is a natural number).
  • the parts behind the basic units 330-1 to 330-n are indicated by dashed lines.
  • the light guiding portion of the basic unit 330-n is arranged behind the basic unit 330-1.
  • the light receiving element 35-n of the basic unit 330-n is arranged behind the basic unit 330-1.
  • the light guide section of the basic unit 330-1 is arranged behind the basic unit 330-2.
  • the light receiving element 35-1 of the basic unit 330-1 is arranged behind the basic unit 330-2.
  • the light guiding portion of the basic unit 330-2 is arranged behind the basic unit 330-3.
  • the light receiving element 35-2 of the basic unit 330-2 is arranged behind the basic unit 330-3.
  • the light guiding portion of the basic unit 330-3 is arranged behind the basic unit 330-4.
  • the light receiving element 35-3 of the basic unit 330-3 is arranged behind the basic unit 330-4.
  • FIG. 16 shows the beam spot of the optical signal condensed by the ball lens 31 and the path of the optical signal traveling while being reflected by the reflecting surface of the basic unit 330 .
  • the optical signal applied to the incident surface of the basic unit 330-2 is reflected by the incident surface toward the light receiving element 35-2.
  • the optical signal reflected toward the light receiving element 35-2 is reflected by the back surface (convex surface) of the basic unit 330-3 and the light guide section of the basic unit 330-2, and is reflected by the light receiving section of the light receiving element 35-2. Proceed towards 350-2.
  • the basic unit 330 is realized by a material such as glass, plastic, or metal with a mirror surface formed on the surface.
  • the material of the basic unit 330 is not limited as long as it can reflect the optical signal.
  • the outwardly exposed area 360 of the second surface of the basic unit 330 may not be a mirror surface in order to prevent irregular reflection of the spatial light signal.
  • the light receiving element 35 has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • Each of the plurality of light-receiving elements 35 is associated with each of the plurality of basic units 330 constituting the light guide 33 , and is located at the end of the light guide 33 on the other end side (light guide section) of the first surface of the light guide 33 . placed.
  • the light receiving element 35 includes a light receiving section 350 that receives an optical signal derived from the spatial optical signal to be received.
  • the light-receiving element 35 is arranged at the terminal portion on the other end side of the first surface of the basic unit 330 so that the light-receiving section 350 is substantially perpendicular to the first surface.
  • the light signal condensed by the ball lens 31 is changed in direction by the light guide 33 and received by the light receiving portion 350 of the light receiving element 35 .
  • the light receiving element 35 converts the received optical signal into an electrical signal.
  • the light receiving element 35 outputs the converted electric signal to a receiving circuit (not shown).
  • a configuration including a receiving circuit will be described later.
  • FIG. 17 and 18 are conceptual diagrams for explaining the configuration of the light guide 33A included in the receiving device of Modification 1.
  • FIG. FIG. 17 is a conceptual diagram of part of the light guide 33A viewed from the ball lens 31 side.
  • 18 is a cross-sectional view cut along the DD cutting line of FIG. 17.
  • FIG. 17 and 18 show examples in which the light guide 33A is composed of n basic units 330A-1 to n (n is a natural number).
  • the basic unit 330A has a light guide 333A and a diffraction element 335A.
  • the light guide 333A and the diffraction element 335A are the same as the corresponding configurations of the first embodiment.
  • the basic unit 330A has a structure in which the basic unit 130 of the first embodiment is turned sideways. In FIG. 17, the parts behind the basic units 330A-1 to 330A-n are indicated by dashed lines.
  • the light guide 33A is arranged so as to surround the ball lens 31.
  • the light guide 33A is composed of a plurality of basic units 330A-1 to 330A-n.
  • Each basic unit 330A has a light guide 333A and a diffractive element 335A.
  • the basic configurations of the light guide 333A and the diffraction element 335A are similar to those of the first embodiment.
  • the light guide 333A and the diffractive element 335A have shapes that are bent to match the condensing area of the ball lens 31.
  • the light guide 333A is the main body of the basic unit 330A.
  • the light guide 333A has a first surface (concave surface) facing the ball lens 31 and a second surface (convex surface) facing the first surface.
  • An incident surface is formed on a part (incident portion) of the first surface of the light guide 333A.
  • the incident part is provided on a part of the first surface of the light guide 333A.
  • the remaining portion (light guide portion) of the first surface of the light guide 333A is arranged behind the adjacent basic unit 330A.
  • a part of the side surface of the light guide 333A is provided with an emission surface (also referred to as an emission end).
  • 35 A of light receiving elements are arrange
  • the light receiving element 35A has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • the light guide portion of the light guide 333A is tapered toward the light receiving element 35A so that the cross-sectional area gradually decreases.
  • the plurality of basic units 330A are arranged with the concave first surface facing the ball lens 31 .
  • One end side of the first surface of the basic unit 330A functions as an incident surface.
  • the other end side of the first surface functions as a light guide section.
  • the basic unit 330 ⁇ /b>A is arranged so that one end side and the other end side of the first surface are aligned with the circumferential direction of the ball lens 31 .
  • One end side (incident surface) of the first surface of the basic unit 330 ⁇ /b>A faces the ball lens 31 .
  • the emission surface of the basic unit 330A is arranged behind the second surface of the adjacent basic unit 330A.
  • a light receiving element 35A is arranged on a part of the side surface of the basic unit 330A.
  • the light receiving element 35A is arranged so that the light receiving surface is substantially perpendicular to the first surface on the output surface of the basic unit 330A.
  • the plurality of basic units 330A surround the ball lens
  • the light guide portion of the light guide 333A-n of the basic unit 330A-n is arranged behind the light guide 333A-1 of the basic unit 330A-1.
  • the light receiving element 35A-n of the basic unit 330A-n is arranged behind the light guide 333A-1 of the basic unit 330A-1.
  • the light guide portion of the light guide 333A-1 of the basic unit 330A-1 is arranged behind the light guide 333A-2 of the basic unit 330A-2.
  • the light receiving element 35A-1 of the basic unit 330A-1 is arranged behind the light guide 333A-2 of the basic unit 330A-2.
  • the light guide portion of the light guide 333A-2 of the basic unit 330A-2 is arranged behind the light guide 333A-3 of the basic unit 330A-3.
  • the light receiving element 35A-2 of the basic unit 330A-2 is arranged behind the light guide 333A-3 of the basic unit 330A-3.
  • the light guide portion of the light guide 333A-3 of the basic unit 330A-3 is arranged behind the light guide 333A-4 of the basic unit 330A-4.
  • the light receiving element 35A-3 of the basic unit 330A-3 is arranged behind the light guide 333A-4 of the basic unit 330A-4.
  • FIGS. 17 and 18 show the beam spot of the optical signal condensed by the ball lens 31 and the path of the optical signal traveling while being reflected by the reflecting surface of the basic unit 330A.
  • the optical signal applied to the incident surface of the basic unit 330A-2 is diffracted by the diffraction element 335A-2 facing the incident surface, and the light receiving section 350A- of the light receiving element 35A-2 Proceed to 2.
  • the optical signal diffracted by the diffraction element 335A-2 is reflected by the first and second surfaces of the light guide section of the basic unit 330A-2 behind the basic unit 330A-3, and is reflected by the light receiving element 35A-2. It advances toward the light receiving section 350A-2.
  • FIG. 19 to 20 are conceptual diagrams for explaining the configuration of the light guide 33B included in the receiver of Modification 2.
  • FIG. FIG. 19 is a conceptual diagram of part of the light guide 33B viewed from the ball lens 31 side.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line EE in FIG. 19.
  • FIG. 19 to 20 show an example in which the light guide 33B is composed of n basic units 330B-1 to 330B-n (n is a natural number).
  • the basic unit 330B has a light guide 333B and a multi-mirror 335B.
  • the light guide 333B and the multi-mirror 335B are similar to the corresponding configurations of the first embodiment.
  • the basic unit 330B has a structure in which the basic unit 230 of the second embodiment is laid down. In FIG. 19, the parts behind the basic units 330B-1 to 330B-n are indicated by dashed lines.
  • the light guide 333B has a first surface (concave surface) facing the ball lens 31 and a second surface (convex surface) facing the first surface.
  • An incident surface is formed on a part (incident portion) of the first surface of the light guide 333B.
  • the incident part is provided on a part of the first surface of the light guide 333B.
  • the remaining portion (light guide portion) of the first surface of the light guide 333B is arranged behind the adjacent basic unit 330B.
  • a part of the side surface of the light guide 333B is provided with an exit surface.
  • a light receiving element 35B is arranged on the exit surface of the light guide 333B.
  • the light receiving element 35B has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • the light guide portion of the light guide 333B is tapered toward the light receiving element 35B so that the cross-sectional area gradually decreases.
  • the plurality of basic units 330B are arranged with the concave first surface facing the ball lens 31 .
  • One end side of the first surface of the basic unit 330B functions as an incident surface.
  • the other end side of the first surface functions as a light guide section.
  • the basic unit 330 ⁇ /b>B is arranged so that one end side and the other end side of the first surface are aligned with the circumferential direction of the ball lens 31 .
  • One end side (incidence surface) of the first surface of the basic unit 330 ⁇ /b>B faces the ball lens 31 .
  • the emission surface of the basic unit 330B is arranged behind the second surface of the adjacent basic unit 330B.
  • a light receiving element 35B is arranged on a part of the side surface of the basic unit 330B.
  • the light receiving element 35B is arranged so that the light receiving surface is substantially perpendicular to the first surface on the output surface of the basic unit 330B.
  • the plurality of basic units 330B surround the ball lens
  • the light guide portion of the light guide 333B-n of the basic unit 330B-n is arranged behind the light guide 333B-1 of the basic unit 330B-1.
  • the light receiving element 35B-n of the basic unit 330B-n is arranged behind the light guide 333B-1 of the basic unit 330B-1.
  • the light guide portion of the light guide 333B-1 of the basic unit 330B-1 is arranged behind the light guide 333B-2 of the basic unit 330B-2.
  • the light receiving element 35B-1 of the basic unit 330B-1 is arranged behind the light guide 333B-2 of the basic unit 330B-2.
  • the light guide portion of the light guide 333B-2 of the basic unit 330B-2 is arranged behind the light guide 333B-3 of the basic unit 330B-3.
  • the light receiving element 35B-2 of the basic unit 330B-2 is arranged behind the light guide 333B-3 of the basic unit 330B-3.
  • the light guide portion of the light guide 333B-3 of the basic unit 330B-3 is arranged behind the light guide 333B-4 of the basic unit 330B-4.
  • the light receiving element 35B-3 of the basic unit 330B-3 is arranged behind the light guide 333B-4 of the basic unit 330B-4.
  • the optical signal irradiated to the incident surface of the basic unit 330B-2 is reflected by the multimirror 335B facing the incident surface, and is sent to the light receiving section 350B-2 of the light receiving element 35B-2. progress towards.
  • the optical signal reflected by the multi-mirror 335B is reflected by the first and second surfaces of the light guide section of the basic unit 330B-2 behind the basic unit 330B-3, and is reflected by the light receiving section of the light receiving element 35B-2. Proceed towards 350B-2.
  • the receiving device of this embodiment includes a ball lens, a light guide, and a plurality of light receiving elements.
  • a ball lens focuses an optical signal propagating through space.
  • the light guide consists of a plurality of basic units arranged annularly around the ball lens.
  • the basic unit includes a concave curved surface including an incident surface that reflects an optical signal, a convex curved surface facing the concave curved surface, and an emitting end through which the optical signal incident on the incident surface is guided.
  • the plurality of basic units are arranged with the concave curved surface facing the ball lens so as to guide the optical signal entering from the incident surface in the direction along the circumferential direction of the circle formed by the arrangement of the plurality of basic units. be.
  • each of the plurality of basic units is arranged on the convex surface side of the adjacent basic unit.
  • the light-receiving element has a light-receiving portion that receives light in the wavelength region of the optical signal.
  • the light-receiving element is arranged with the light-receiving section facing the output end of the basic unit.
  • the light receiving element receives an optical signal reflected and guided by the concave curved surface of the associated basic unit and the convex curved surface of the basic unit adjacent to the associated basic unit.
  • the light receiving element outputs a signal derived from the received optical signal.
  • the receiver of this embodiment reflects an optical signal incident on the incident surface of a basic unit by the concave curved surface of the basic unit and the convex curved surface of the basic unit adjacent to the basic unit.
  • the light is guided along the circumferential direction of the circle formed by the array.
  • the thickness of the light guide is reduced in order to guide the optical signals coming from various directions along the circumferential direction of the circle formed by the arrangement of the plurality of basic units. can. Therefore, according to the receiving device of this embodiment, the light receiving range in the thickness direction of the light guide is widened.
  • FIG. 21 and 22 are conceptual diagrams showing an example of the configuration of the receiving device 4 according to this embodiment.
  • the receiving device 4 includes a ball lens 41 , a light guide 43 , a plurality of light receiving elements 45 and a light blocking band 46 .
  • FIG. 21 is a plan view of the receiver 4 as viewed from above.
  • FIG. 22 is a side view of the receiving device 4 as seen from the lateral direction.
  • the configuration (the first curved mirror 431 and the second curved mirror 432) hidden by the light blocking band 46 is indicated by broken lines.
  • the ball lens 41 and the light guide 43 are fixed in positional relationship with each other by a support (not shown). In this embodiment, the support for fixing the light guide 43 to the ball lens 41 is omitted.
  • the ball lens 41 has the same configuration as the ball lens 11 of the first embodiment.
  • the ball lens 41 converges a spatial light signal coming from the outside onto a condensing area of the ball lens 41 .
  • the light guide 43 is arranged in the condensing area of the ball lens 41 so as to surround the periphery of the ball lens 41 .
  • the light guide 43 is composed of a plurality of basic units 430 .
  • a basic unit 430 is composed of a first curved mirror 431 and a second curved mirror 432 .
  • the first curved mirror 431 has a concave surface with a reflecting surface.
  • a concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 faces the ball lens 41 .
  • a light receiving element 45 is arranged on a part of the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 .
  • a light signal condensed by the ball lens 41 is incident on the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 .
  • the optical signal incident on the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 is reflected toward the second curved mirror 432 .
  • the first curved mirror 431 is realized by a material such as glass, plastic, or metal having a mirror surface formed on a concave surface.
  • the material of the first curved mirror 431 is not limited as long as the concave surface (reflecting surface) can reflect the optical signal.
  • the convex surface facing the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 is treated to prevent reflection of light or to absorb light in order to prevent irregular reflection of spatial light signals coming from the outside.
  • a light absorbing layer may be formed on the convex surface of the first curved mirror 431 .
  • the second curved mirror 432 has a convex surface with a reflecting surface.
  • the convex surface (reflective surface) of the second curved mirror 432 faces the concave surface (reflective surface) of the first curved mirror 431 .
  • the convex surface (reflecting surface) of the second curved mirror 432 faces the light receiving element 45 .
  • An optical signal reflected by the concave surface (reflection surface) of the first curved mirror 431 is incident on the convex surface (reflection surface) of the second curved mirror 432 .
  • the optical signal incident on the convex surface (reflecting surface) of the second curved mirror 432 is reflected toward the light receiving element 45 .
  • the second curved mirror 432 is realized by a material such as glass, plastic, or metal with a mirror surface formed on the convex surface.
  • the material of the second curved mirror 432 is not limited as long as the convex surface (reflecting surface) can reflect the optical signal.
  • the concave surface facing the convex surface (reflecting surface) of the second curved mirror 432 is treated to prevent reflection of light or to absorb light in order to prevent irregular reflection of the optical signal condensed by the ball lens 41 . may be added.
  • a light absorbing layer may be formed on the concave surface of the second curved mirror 432 .
  • the light shielding band 46 is arranged so as to cover the periphery of the first curved mirror 431 and the second curved mirror 432 .
  • the light blocking band 46 prevents spatial light signals from entering the ball lens 41 from the positions of the first curved mirror 431 and the second curved mirror 432 .
  • the surface of the light shielding band 46 is treated to prevent reflection of light or to absorb light in order to prevent diffused reflection of the spatial light signal.
  • the light blocking band 46 is realized by a material that easily absorbs light in the wavelength band of the spatial optical signal.
  • the first curved mirror 431, the second curved mirror 432, and the light shielding band 46 may be spaced apart from each other, or may be in close contact with each other. If the convex surface of the first curved mirror 431 and the concave surface of the second curved mirror 432 are treated to prevent light reflection or absorb light, the light blocking band 46 may be omitted.
  • FIG. 23 and 24 are conceptual diagrams for explaining an example of the basic unit 430 that constitutes the light guide 43.
  • FIG. 23 is a plan view of the basic unit 430.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of the basic unit 430 taken along line FF of FIG. 23 and 24 show an example of the paths of optical signals entering the basic unit 430.
  • FIG. 23 is a plan view of the basic unit 430.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of the basic unit 430 taken along line FF of FIG. 23 and 24 show an example of the paths of optical signals entering the basic unit 430.
  • optical signal condensed by the ball lens 41 is incident on the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 .
  • the optical signal incident on the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 is reflected toward the convex surface (reflecting surface) of the second curved mirror 432 .
  • the optical signal incident on the convex surface (reflecting surface) of the second curved mirror 432 is reflected toward the light receiving element 45 .
  • the optical signal incident on the light receiving section 450 of the light receiving element 45 is received by the light receiving element 45 .
  • the optical signal that is directly incident on the light receiving portion 450 of the light receiving element 45 is received by the light receiving element 45 . Further, among the optical signals condensed by the ball lens 41 , the optical signals incident on the concave surface of the second curved mirror 432 are not received by the light receiving element 45 .
  • the light receiving element 45 has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • Each of the plurality of light receiving elements 45 is arranged on a part of the concave surface (reflecting surface) of each first curved mirror 431 of each of the plurality of basic units 430 forming the light guide 43 .
  • the light receiving element 45 includes a light receiving section 450 that receives an optical signal derived from the spatial optical signal to be received.
  • the light receiving portion 450 of each light receiving element 45 faces the reflecting surface (convex surface) of the second curved mirror 432 of the basic unit 430 .
  • the light signal condensed by the ball lens 41 is changed in direction by the light guide 43 and received by the light receiving portion 450 of the light receiving element 45 .
  • the light receiving element 45 converts the received optical signal into an electrical signal.
  • the light receiving element 45 outputs the converted electrical signal to a receiving circuit (not shown). A configuration including a receiving circuit will be described later.
  • [Modification 3] 25 and 26 are conceptual diagrams for explaining the configuration of the receiving device 4-3 of Modification 3.
  • the receiving device 4 includes a ball lens 41, a light guide 43-3, a plurality of light receiving elements 45, and a light blocking band .
  • the reflecting surface is formed on the concave surface of the second curved mirror that constitutes the basic unit.
  • the light guide 43-3 is composed of a plurality of basic units 430-3.
  • FIG. 25 is a top plan view of the receiver 4-3.
  • FIG. 26 is an enlarged view of the basic unit 430-3.
  • the light guide 43 - 3 is arranged in the condensing area of the ball lens 41 so as to surround the ball lens 41 .
  • the light guide 43-3 is composed of a plurality of basic units 430-3.
  • a basic unit 430-3 is composed of a first curved mirror 431 and a second curved mirror 432-3.
  • the first curved mirror 431 has a concave surface with a reflecting surface.
  • a concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 faces the ball lens 41 .
  • a light receiving element 45 is arranged on a part of the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 .
  • a light signal condensed by the ball lens 41 is incident on the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 .
  • the optical signal incident on the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 is reflected toward the second curved mirror 432 .
  • the convex surface of the first curved mirror 431 may be treated to prevent reflection of light or to absorb light in order to prevent irregular reflection of spatial light signals coming from the outside.
  • a light absorbing layer may be formed on the convex surface of the first curved mirror 431 .
  • the second curved mirror 432-3 has a concave surface with a reflecting surface.
  • the concave surface (reflective surface) of the second curved mirror 432-3 faces the concave surface (reflective surface) of the first curved mirror 431-3.
  • the concave surface (reflecting surface) of the second curved mirror 432 - 3 faces the light receiving element 45 .
  • An optical signal reflected by the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 enters the concave surface (reflecting surface) of the second curved mirror 432-3.
  • the optical signal incident on the concave surface (reflecting surface) of the second curved mirror 432-3 is reflected toward the light receiving element 45.
  • the convex surface of the second curved mirror 432-3 may be treated to prevent light reflection or absorb light in order to prevent irregular reflection of the optical signal condensed by the ball lens 41. good.
  • a light absorbing layer may be formed on the convex surface of the second curved mirror 432-3.
  • the light receiving element 45 is arranged on part of the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 of the basic unit 430-3.
  • the light receiving element 45 includes a light receiving section 450 that receives an optical signal derived from the spatial optical signal to be received.
  • Light receiving portion 450 faces the reflecting surface (concave surface) of second curved mirror 432-3 of basic unit 430-3.
  • the light receiving section 450 is arranged at the focal position of the reflecting surface (concave surface) of the second curved mirror.
  • the light shielding band 46 is arranged so as to cover the periphery of the first curved mirror 431 and the second curved mirror 432 .
  • the light blocking band 46 prevents spatial light signals from entering the ball lens 41 from the positions of the first curved mirror 431 and the second curved mirror 432 . If the convex surface of the first curved mirror 431 and the convex surface of the second curved mirror 432 are treated to prevent light reflection or absorb light, the light blocking band 46 may be omitted.
  • FIG. 27 and 28 are conceptual diagrams for explaining the configuration of the receiving device 4-4 of Modification 4.
  • the receiving device 4 includes a ball lens 41, a light guide 43-4, a plurality of light receiving elements 45, and a light blocking band .
  • the second curved mirror 432 is omitted and the light receiving element 45 is arranged at the position of the second curved mirror 432 .
  • the light guide 43-4 is composed of a plurality of basic units 430-4 (first curved mirrors 431).
  • FIG. 27 is a top plan view of the receiver 4-4.
  • FIG. 28 is an enlarged view of part of the basic unit 430-4.
  • the light guide 43 - 4 is arranged in the condensing area of the ball lens 41 so as to surround the ball lens 41 .
  • the light guide 43-4 is composed of a plurality of basic units 430-4 (first curved mirrors 431).
  • the basic unit 430-4 is the first curved mirror 431 alone.
  • the first curved mirror 431 has a concave surface with a reflecting surface.
  • a concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 faces the ball lens 41 .
  • a light signal condensed by the ball lens 41 is incident on the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 .
  • the optical signal incident on the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 is reflected toward the light receiving portion 450 of the light receiving element 45 .
  • the convex surface of the first curved mirror 431 may be treated to prevent light reflection or absorb light in order to prevent irregular reflection of spatial light signals coming from the outside.
  • a light absorbing layer may be formed on the convex surface of the first curved mirror 431 .
  • the light receiving element 45 is arranged with the light receiving surface facing the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 .
  • a surface of the light receiving element 45 facing the light receiving surface (also referred to as a back surface) faces the ball lens 41 .
  • the light receiving portion 450 of the light receiving element 45 faces the concave surface (reflecting surface) of the first curved mirror 431 .
  • the light receiving section 450 is arranged at the focal position of the reflecting surface (concave surface) of the first curved mirror 431 .
  • the back surface of the light receiving element 45 may be treated to prevent light reflection in order to prevent irregular reflection of optical signals.
  • a layer that absorbs optical signals is formed on the back surface of the light receiving element 45 .
  • a structure similar to the light shielding band 46 may be arranged on the back surface of the light receiving element 45 in order to prevent the optical signal condensed by the ball lens 41 from being diffusely reflected.
  • a layer that absorbs light may be formed on the side surface facing the ball lens 41 .
  • the light shielding band 46 is arranged so as to cover the periphery of the first curved mirror 431 .
  • the light blocking band 46 prevents the spatial light signal from entering the ball lens 41 from the position of the first curved mirror 431 . If the convex surface of the first curved mirror 431 and the back surface of the light receiving element 45 are treated to prevent light reflection or absorb light, the light blocking band 46 may be omitted.
  • the second curved mirror 432 is omitted, and the light receiving element 45 is arranged at the position of the second curved mirror 432 .
  • the receiver 4-4 of this modified example has a simple configuration and can efficiently receive an optical signal.
  • the light receiving element 45 only needs to be arranged at the focal position of the first curved mirror 431, so the design of the curved surface of the first curved mirror 431 is facilitated.
  • the receiving device of this embodiment includes a ball lens, a light guide, and a plurality of light receiving elements.
  • a ball lens focuses an optical signal propagating through space.
  • the light guide consists of a plurality of basic units arranged annularly around the ball lens.
  • the basic unit is composed of a first curved mirror including an incident surface for reflecting optical signals, and a second curved mirror having a reflecting surface directed to the first curved mirror.
  • a plurality of first curved mirrors are arranged with the incident surface facing the ball lens.
  • Each of the plurality of light receiving elements is associated with each of the plurality of basic units.
  • the light receiving element receives an optical signal emitted from the basic unit.
  • the light-receiving element has a light-receiving part that receives light in the wavelength region of the optical signal, and is arranged on the same curved surface as the incident surface of the first curved-surface mirror of the associated basic unit, facing the reflecting surface of the second curved-surface mirror. be done.
  • the light receiving element outputs a signal derived from the received optical signal.
  • the first curved mirror and the second curved mirror that constitute the plurality of basic units that make up the light guide direct light to the light receiving element that is arranged on the concave surface of the first curved mirror of the basic unit. to guide optical signals arriving from various directions.
  • optical signals arriving from various directions can be collectively received for each basic unit that constitutes the light guide, so that the number of light receiving elements can be reduced. Therefore, according to the receiving apparatus of this embodiment, optical signals arriving from various directions can be received using an appropriate number of light receiving elements.
  • the basic unit is composed of a first curved mirror including an incident surface that reflects optical signals.
  • a plurality of first curved mirrors are arranged with the incident surface facing the ball lens.
  • the light-receiving element is arranged with the light-receiving part that receives light in the wavelength region of the optical signal facing the reflecting surface of the first curved mirror of the associated basic unit.
  • the receiving device of this embodiment is the receiving device of the first to fourth embodiments, with an auxiliary light guiding device that assists in guiding the optical signal condensed by the ball lens to the light guiding section. Configuration.
  • FIG. 29 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the receiving device 5 according to this embodiment.
  • the receiving device 5 includes a ball lens 51 , a light guide 53 , a plurality of light receiving elements (not shown), and an auxiliary light guide 57 .
  • FIG. 29 is a plan view of the receiver 5 viewed from above. A side view of the receiving device 5 viewed from the lateral direction is omitted.
  • the ball lens 51, the light guide 53, and the light guide auxiliary device 57 are fixed in mutual positional relationship by a support (not shown). In this embodiment, a support for fixing the light guide 53 and the light guide auxiliary device 57 to the ball lens 51 is omitted.
  • the ball lens 51 has the same configuration as the ball lens 11 of the first embodiment.
  • the ball lens 51 converges a spatial light signal coming from the outside onto a condensing area of the ball lens 51 .
  • the auxiliary light guiding device 57 has an annular shape.
  • a light guiding auxiliary device 57 is arranged between the ball lens 51 and the light guiding device 53 .
  • the auxiliary light guiding device 57 is arranged to surround the ball lens 51 .
  • the light guide auxiliary device 57 has an inner surface along the inner diameter and an outer surface along the outer diameter.
  • a light signal condensed by the ball lens 51 is incident on the inner surface of the light guiding auxiliary device 57 .
  • the optical signal that has entered the interior of the light guiding auxiliary device 57 travels toward the outer surface.
  • the optical signal that has reached the outer surface of the light guiding auxiliary device 57 is emitted toward the light guiding device 53 .
  • a configuration example for realizing the light guiding auxiliary device 57 will be described later.
  • the light guide 53 is any of the light guides according to the first to fourth embodiments.
  • the light guide 53 is arranged to surround the light guide auxiliary device 57 .
  • the light guide 53 is composed of a plurality of basic units 530 .
  • An optical signal emitted from the light guiding auxiliary device 57 is incident on the light guiding device 53 .
  • the light guide 53 guides the incident optical signal toward a light receiving element (not shown).
  • a light receiving element (not shown) has the same configuration as the light receiving element 15 of the first embodiment.
  • Each of the plurality of light receiving elements is arranged in association with each of the plurality of basic units forming the light guide 53 .
  • the optical signal condensed by the ball lens 51 reaches the light guide 53 via the light guide auxiliary device 57 .
  • the light signal reaching the light guide 53 is changed in its traveling direction by the light guide 53 and is received by the light receiving element.
  • the light receiving element converts the received optical signal into an electrical signal.
  • the light receiving element outputs the converted electric signal to a receiving circuit (not shown).
  • FIG. 30 is a conceptual diagram showing an example of a configuration for realizing the light guiding auxiliary device 57 (light guiding auxiliary device 57-1).
  • the auxiliary light guiding device 57-1 is composed of a plurality of transparent layers 571 and a plurality of shielding layers 572.
  • the transparent layer 571 is made of a member having high transmittance in the wavelength band of the optical signal.
  • the transparent layer 571 can be realized by a material such as glass or plastic.
  • the material of the transparent layer 571 is not limited as long as it has a high transmittance in the wavelength band of the optical signal.
  • the shielding layer 572 is a layered member made of a member having a high absorption rate in the wavelength band of the optical signal.
  • the shielding layer 572 can be realized with a material such as carbon or plastic.
  • the auxiliary light guiding device 57-1 has a structure in which a plurality of transparent layers 571 and a plurality of shielding layers 572 are alternately adjacent to each other in the circumferential direction of the ball lens 51. FIG.
  • the thickness of the light guiding auxiliary device 57-1 is preferably set according to the balance between the effect of blocking stray light and the amount of optical signal absorption by the shielding layer 572.
  • a plurality of shielding layers 572 are arranged for each basic unit 530. Therefore, according to the configuration of the light guiding auxiliary device 57-1 (FIG. 30), it is possible to prevent the light signals from being straddled and received by the light receiving elements corresponding to the adjacent basic units 530 respectively.
  • FIG. 31 is a conceptual diagram showing another example of the configuration for realizing the light guiding auxiliary device 57 (light guiding auxiliary device 57-2).
  • the auxiliary light guiding device 57-2 is composed of a plurality of partition walls 575. As shown in FIG.
  • the partition wall 575 is arranged along the boundary between adjacent basic units 530 .
  • the partition 575 is made of a member having a high absorption rate in the wavelength band of the optical signal.
  • the component that has not hit the partition wall 575 is emitted from the outer surface and enters the light guide 53.
  • the partition wall 575 has a high light absorption property, the component of the optical signal entering from the inner surface of the auxiliary light guide 57-2, which hits the partition wall 575, is not emitted from the outer surface.
  • partition walls 575 are arranged between the adjacent basic units 530. As shown in FIG. Therefore, according to the configuration of the light guiding auxiliary device 57-2 (FIG. 31), it is possible to prevent the light signals from being straddled and received by the light receiving elements corresponding to the adjacent basic units 530 respectively.
  • FIG. 32 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the receiver 5-5 of Modification 5.
  • the receiving device 5-5 includes a ball lens 51, a light guide 53, a plurality of light receiving elements (not shown), and an auxiliary light guide 57.
  • FIG. The light guide 53 is composed of a plurality of basic units 530 .
  • FIG. 32 is a top plan view of the receiver 5-5. The components of the receiving device 5-5 are the same as those in the configuration of FIG. 29, so detailed description thereof will be omitted.
  • the outer circumference of the ball lens 51 and the inner surface of the auxiliary light guiding device 57 are in close contact.
  • the optical signal condensed by the ball lens 51 is guided. It is no longer reflected on the surface of the optical auxiliary device 57 . That is, according to the configuration of the receiver 5-5, the optical signal condensed by the ball lens 51 is less likely to leave before reaching the light guide 53. FIG. Therefore, according to the configuration of the receiver 5-5, the optical signal can be received more efficiently.
  • the receiving device of this embodiment includes a light guide assisting device that is arranged between the ball lens and the light guide and guides the optical signal condensed by the ball lens toward the light guide.
  • the auxiliary light guiding device is composed of a plurality of shielding layers arranged along the diameter direction of the ball lens, and a plurality of transparent layers formed between the plurality of shielding layers and transmitting optical signals.
  • the auxiliary light guiding device is composed of a plurality of partition walls arranged along the diameter direction of the ball lens.
  • the auxiliary light guide is arranged in close proximity to the ball lens.
  • the receiving device of this embodiment guides the optical signal condensed by the ball lens to the light guide via the light guide auxiliary device. Therefore, according to the receiving device of the present embodiment, the optical signal condensed by the ball lens is more reliably guided to the light guide, so that the light can be received more efficiently.
  • the receiver of this embodiment has a configuration in which a receiver circuit for decoding the optical signal received by the light receiving element is added to the receiver of the first to fourth embodiments.
  • FIG. 33 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the receiving device 6 according to this embodiment.
  • the receiver 6 includes a ball lens 61 , a light guide 63 , a plurality of light receiving elements 65 and a receiver circuit 67 .
  • FIG. 33 is a side view of the receiving device 6 viewed from the lateral direction. A plan view of the receiving device 6 viewed from above is omitted.
  • the ball lens 61 and the light guide 63 are fixed in positional relationship with each other by a support (not shown). In this embodiment, the support for fixing the light guide 63 to the ball lens 61 is omitted.
  • the ball lens 61 , the light guide 63 , and the plurality of light receiving elements 65 constitute the light receiving section 60 .
  • the light receiving unit 60 is any one of the receivers according to the first to fifth embodiments.
  • FIG. 33 shows, as an example, a configuration in which a receiving circuit 67 is added to the receiving device 1 (corresponding to the light receiving section 60) of the first embodiment. A description of the configuration of the light receiving unit 60 is omitted.
  • the receiving circuit 67 acquires signals output from each of the plurality of light receiving elements 65 .
  • the receiving circuit 67 amplifies the signal from each of the plurality of light receiving elements 65 .
  • the receiving circuit 67 decodes the amplified signal and analyzes the signal from the communication target.
  • the receiving circuit 67 is configured to collectively analyze signals for each of the plurality of light receiving elements 65 .
  • a single-channel receiving device 6 that communicates with a single communication target can be realized.
  • the receiving circuit 67 is configured to analyze signals individually for each of the plurality of light receiving elements 65 .
  • a signal decoded by the receiving circuit 67 is used for any purpose. Use of the signal decoded by the receiving circuit 67 is not particularly limited.
  • the receiving circuit 67 has a plurality of first processing circuits 671-1 to M, a control circuit 672, a selector 673, and a plurality of second processing circuits 675-1 to N (M and N are natural numbers).
  • the first processing circuit 671 is associated with any one of the plurality of light receiving elements 65-1 to 65-M.
  • the first processing circuit 671 may be configured for each group of the plurality of light receiving elements 65 included in the plurality of light receiving elements 65-1 to 65-M.
  • the first processing circuit 671 includes a high pass filter (not shown).
  • a high-pass filter acquires a signal from the light receiving element 65 .
  • the high-pass filter selectively passes signals of high-frequency components corresponding to the wavelength band of the spatial optical signal among the acquired signals.
  • a high-pass filter cuts signals originating from ambient light such as sunlight.
  • a band-pass filter that selectively passes signals in the wavelength band of the spatial optical signal may be configured.
  • a color filter for selectively passing light in the wavelength band of the spatial light signal may be provided in front of the light receiving portion of the light receiving element 65 .
  • the first processing circuit 671 includes an amplifier (not shown).
  • An amplifier obtains the signal output from the high pass filter.
  • An amplifier amplifies the acquired signal.
  • the first processing circuit 671 includes an output monitor (not shown).
  • An output monitor monitors the output value of the amplifier.
  • the output monitor outputs to selector 673 a signal that exceeds a predetermined output value among the signals amplified by the amplifier.
  • a signal to be received among the signals output to the selector 673 is assigned to one of the plurality of second processing circuits 675-1 to 675-N under the control of the control circuit 672.
  • the signal to be received is a spatial optical signal from a communication device (not shown) to be communicated.
  • a signal from the light receiving element 65 that is not used for receiving the spatial light signal is not output to the second processing circuit 675 .
  • the first processing circuit 671 may include an integrator (not shown) as an output monitor (not shown).
  • An integrator obtains the signal output from the high pass filter.
  • An integrator integrates the acquired signal.
  • the integrator outputs an integrated signal to control circuit 672 .
  • the integrator is arranged to measure the intensity of the spatial light signal received by photodetector 65 .
  • a spatial light signal received when the beam diameter is not narrowed has a weaker intensity than when the beam diameter is narrowed, so it is difficult to measure the voltage of the signal amplified only by the amplifier.
  • an integrator for example, by integrating a signal for a period of several milliseconds to several tens of milliseconds, the voltage of the signal can be increased to a measurable level.
  • the control circuit 672 acquires signals output from each of the plurality of first processing circuits 671-1 to 671-M. In other words, the control circuit 672 obtains a signal derived from the optical signal received by each of the plurality of light receiving elements 65-1 to 65-M. For example, the control circuit 672 compares signal readings from a plurality of adjacent light receiving elements 65 . The control circuit 672 selects the light receiving element 65 with the maximum signal intensity according to the comparison result. The control circuit 672 controls the selector 673 so as to assign the signal derived from the selected light receiving element 65 to one of the plurality of second processing circuits 675-1 to 675-N.
  • the process of estimating the direction of arrival of the spatial optical signal is not performed, and the signals output from the light receiving elements 65-1 to 65-M are transferred to any of the preset second It may be output to the processing circuit 675 .
  • the second processing circuit 675 to which the signals output from the light receiving elements 65-1 to 65-M are output may be selected.
  • the direction of arrival of the spatial optical signal can be estimated by selecting the light receiving element 65 by the control circuit 672 . That is, the selection of the light-receiving element 65 by the control circuit 672 corresponds to specifying the communication device that is the transmission source of the spatial optical signal.
  • allocating the signal from the light receiving element 65 selected by the control circuit 672 to one of the plurality of second processing circuits means that the specified communication target and the light receiving element that receives the spatial light signal from the communication target 65 corresponds to matching. That is, the control circuit 672 can identify the communication device that is the transmission source of the optical signals (spatial optical signals) based on the optical signals received by the plurality of light receiving elements 65-1 to 65-M.
  • a signal amplified by an amplifier included in each of the plurality of first processing circuits 671-1 to 671-M is input to the selector 673.
  • Selector 673 outputs a signal to be received among the input signals to one of the plurality of second processing circuits 675-1 to 675-N under the control of control circuit 672.
  • FIG. A signal that is not to be received is not output from the selector 673 .
  • a signal from one of the plurality of light receiving elements 65-1 to N assigned by the control circuit 672 is input to the plurality of second processing circuits 675-1 to 675-N.
  • Each of the plurality of second processing circuits 675-1 to 675-N decodes the input signal.
  • Each of the plurality of second processing circuits 675-1 to N may be configured to apply some signal processing to the decoded signal, or configured to output to an external signal processing device or the like (not shown). You may be configured to apply some signal processing to the decoded signal, or configured to output to an external signal processing device or the like (not shown). You may be configured to apply some signal processing to the decoded signal, or configured to output to an external signal processing device or the like (not shown). You may be configured to apply some signal processing to the decoded signal, or configured to output to an external signal processing device or the like (not shown). You may be configured to apply some signal processing to the decoded signal, or configured to output to an external signal processing device or the like (not shown). You may
  • one second processing circuit 675 is assigned to one communication target. That is, the control circuit 672 transmits signals derived from spatial light signals from a plurality of communication targets, which are received by the plurality of light receiving elements 65-1 to 65-M, to any of the plurality of second processing circuits 675-1 to 675-N. assign.
  • This allows the receiving device 6 to simultaneously read signals derived from spatial optical signals from multiple communication targets on separate channels. For example, spatial optical signals from multiple communication targets may be read in a time division manner in a single channel to communicate with multiple communication targets simultaneously. In the technique of the present embodiment, since spatial optical signals from a plurality of communication targets are simultaneously read in a plurality of channels, the transmission speed is faster than when a single channel is used.
  • it may be configured to specify the direction of arrival of the spatial light signal by primary scanning with rough accuracy, and perform secondary scanning with fine accuracy in the specified direction to specify the exact position of the communication target.
  • the exact position of the communication target can be determined by exchanging signals with the communication target. Note that when the position of the communication target is specified in advance, the process of specifying the position of the communication target can be omitted.
  • the receiving device of this embodiment includes a ball lens, a light guide, a plurality of light receiving elements, and a receiving circuit.
  • a ball lens focuses an optical signal propagating through space.
  • the light guide consists of a plurality of basic units arranged annularly around the ball lens.
  • the light guide guides the optical signal condensed by the ball lens in a direction substantially perpendicular to the incident direction of the optical signal.
  • Each of the plurality of light receiving elements is associated with each of the plurality of basic units.
  • the light receiving element receives the optical signal emitted from the basic unit.
  • the light receiving element outputs a signal derived from the received optical signal.
  • a transmitter transmits a spatial optical signal.
  • the receiving circuit acquires signals output from the plurality of light receiving elements.
  • a receiving circuit decodes the acquired signal.
  • optical signals arriving from various directions are guided by any one of a plurality of basic units constituting a light guide toward a light receiving element associated with that basic unit.
  • the receiver of this embodiment decodes the optical signal received by the light receiving element.
  • optical signals arriving from various directions can be collectively decoded for each basic unit constituting the light guide. Therefore, according to the receiving apparatus of this embodiment, optical signals arriving from various directions can be decoded.
  • a communication apparatus includes the receiving apparatus according to any one of the first to sixth embodiments, and a transmitting apparatus that transmits a spatial optical signal corresponding to the received spatial optical signal.
  • An example of a communication device including a transmission device including a phase modulation type spatial light modulator will be described below.
  • the communication apparatus of the present embodiment may include a transmission apparatus having a light transmission function that is not a phase modulation type spatial light modulator.
  • FIG. 35 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the communication device 700-1 of this embodiment.
  • Communication device 700 - 1 includes receiver 710 , controller 750 and transmitter 770 .
  • Receiver 710 and transmitter 770 transmit and receive spatial optical signals to and from an external communication target. Therefore, communication device 700-1 is provided with openings and windows for transmitting and receiving spatial optical signals.
  • the receiving device 710 is the receiving device according to any one of the first to sixth embodiments.
  • the receiving device 710 may be a receiving device configured by combining the first to sixth embodiments.
  • Receiver 710 receives a spatial optical signal transmitted from a communication target (not shown).
  • Receiver 710 converts the received spatial optical signal into an electrical signal.
  • Receiving device 710 outputs the converted electrical signal to control device 750 .
  • the control device 750 acquires the signal output from the receiving device 710 .
  • the control device 750 executes processing according to the acquired signal. Processing executed by the control device 750 is not particularly limited.
  • the control device 750 outputs to the transmission device 770 a control signal for transmitting an optical signal according to the executed processing.
  • the control device 750 executes processing based on predetermined conditions according to information included in the signal received by the receiving device 710 .
  • the control device 750 executes processing according to the operation input by the user according to the information included in the signal received by the receiving device 710 .
  • the transmission device 770 acquires the control signal from the control device 750 .
  • the transmitter 770 projects a spatial light signal according to the control signal.
  • a spatial light signal projected from transmitter 770 is received by a communication target (not shown).
  • transmitter 770 comprises a phase-modulating spatial light modulator.
  • the transmitter 770 may include a light transmitting function that is not a phase modulation type spatial light modulator.
  • FIG. 36 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the transmission device 770.
  • the transmitter 770 has a light source 771 , a spatial light modulator 773 , a curved mirror 775 and a controller 777 .
  • FIG. 36 is a lateral side view of the internal configuration of the transmitter 770. As shown in FIG. FIG. 36 is conceptual and does not accurately represent the positional relationship between constituent elements, the traveling direction of light, and the like.
  • the light source 771 emits laser light in a predetermined wavelength band under the control of the controller 777 .
  • the wavelength of the laser light emitted from the light source 771 is not particularly limited, and may be selected according to the application.
  • the light source 771 emits laser light in a visible or infrared wavelength band.
  • near-infrared rays of 800 to 900 nanometers (nm) can raise the laser class, so the sensitivity can be improved by about an order of magnitude compared to other wavelength bands.
  • a high-output laser light source can be used for infrared rays in the wavelength band of 1.55 micrometers ( ⁇ m).
  • An aluminum gallium arsenide phosphide (AlGaAsP)-based laser light source, an indium gallium arsenide (InGaAs)-based laser light source, or the like can be used as an infrared laser light source in a wavelength band of 1.55 ⁇ m.
  • the light source 771 includes a lens that magnifies the laser light according to the size of the modulation area set in the modulation section 7730 of the spatial light modulator 773 .
  • a light source 771 emits light 702 expanded by a lens. Light 702 emitted from light source 771 travels toward modulation section 7730 of spatial light modulator 773 .
  • the spatial light modulator 773 has a modulating section 7730 irradiated with the light 702 .
  • a modulating section 7730 of the spatial light modulator 773 is irradiated with the light 702 emitted from the light source 771 .
  • a modulation region is set in the modulation section 7730 of the spatial light modulator 773 .
  • a pattern (also referred to as a phase image) corresponding to the image displayed by the projection light 705 is set in the modulation area of the modulation unit 7730 under the control of the control unit 777 .
  • the light 702 incident on the modulating section 7730 of the spatial light modulator 773 is modulated according to the pattern set in the modulating section 7730 of the spatial light modulator 773 .
  • Modulated light 703 modulated by the modulating section 7730 of the spatial light modulator 773 travels toward the reflecting surface 7750 of the curved mirror 775 .
  • the spatial light modulator 773 is realized by a spatial light modulator using ferroelectric liquid crystal, homogeneous liquid crystal, vertically aligned liquid crystal, or the like.
  • the spatial light modulator 773 can be realized by LCOS (Liquid Crystal on Silicon).
  • the spatial light modulator 773 may be implemented by a MEMS (Micro Electro Mechanical System).
  • the phase modulation type spatial light modulator 773 the energy can be concentrated on the image portion by sequentially switching the location where the projection light 705 is projected. Therefore, when using the phase modulation type spatial light modulator 773, if the output of the light source 771 is the same, the image can be displayed brighter than in other methods.
  • the modulation area of the modulation section 7730 of the spatial light modulator 773 is divided into a plurality of areas (also called tiling).
  • the modulation area of the modulator 7730 is divided into square areas (also called tiles) of the desired aspect ratio.
  • a phase image is assigned to each of the plurality of tiles set in the modulation area of the modulation section 7730 .
  • Each of the multiple tiles is composed of multiple pixels.
  • a phase image corresponding to the image to be projected is set in each of the plurality of tiles.
  • the phase images set for each of the plurality of tiles may be the same or different.
  • a phase image is tiled on each of the plurality of tiles assigned to the modulation area of the modulation unit 7730 .
  • each of the plurality of tiles is set with a pre-generated phase image.
  • the modulated light 703 that forms an image corresponding to the phase image of each tile is emitted.
  • the number of tiles set in the modulation section 7730 increases, a clearer image can be displayed.
  • the resolution decreases. Therefore, the size and number of tiles set in the modulation area of the modulation section 7730 are set according to the application.
  • a curved mirror 775 is a reflecting mirror having a curved reflecting surface 7750 .
  • a reflecting surface 7750 of the curved mirror 775 has a curvature corresponding to the projection angle of the projection light 705 .
  • the reflecting surface 7750 of the curved mirror 775 may be any curved surface.
  • the reflective surface 7750 of the curved mirror 775 has the shape of the side surface of a cylinder.
  • reflective surface 7750 of curved mirror 775 may be spherical.
  • the reflective surface 7750 of the curved mirror 775 may be a free-form surface.
  • the reflecting surface 7750 of the curved mirror 775 may have a shape in which a plurality of curved surfaces are combined instead of a single curved surface.
  • the reflective surface 7750 of the curved mirror 775 may have a shape that combines a curved surface and a flat surface.
  • the curved mirror 775 is placed on the optical path of the modulated light 703 with the reflecting surface 7750 facing the modulating section 7730 of the spatial light modulator 773 .
  • the reflecting surface 7750 of the curved mirror 775 is irradiated with the modulated light 703 modulated by the modulating section 7730 of the spatial light modulator 773 .
  • the light (projection light 705) reflected by the reflecting surface 7750 of the curved mirror 775 is enlarged by an enlargement ratio according to the curvature of the reflecting surface 7750 and projected.
  • the projected light 705 expands along the horizontal direction (perpendicular to the paper surface of FIG. 36) according to the curvature of the irradiation range of the modulated light 703 on the reflecting surface 7750 of the curved mirror 775. be done.
  • a shield (not shown) may be placed between spatial light modulator 773 and curved mirror 775 .
  • a shield may be placed on the optical path of the modulated light 703 modulated by the modulating section 7730 of the spatial light modulator 773 .
  • the shield is a frame that shields unnecessary light components contained in the modulated light 703 and defines the outer edge of the display area of the projected light 705 .
  • the shield is an aperture with a slit-shaped opening in a portion that allows passage of light forming the desired image.
  • the shield passes light that forms the desired image and blocks unwanted light components.
  • the shield shields zero-order light and ghost images contained in the modulated light 703 . Description of the details of the shield is omitted.
  • the transmission device 770 may be provided with a projection optical system including a Fourier transform lens, a projection lens, etc., instead of the curved mirror 775 .
  • the transmission device 770 may be configured to project the light modulated by the modulation section 7730 of the spatial light modulator 773 without using the curved mirror 775 or the projection optical system.
  • a controller 777 controls the light source 771 and the spatial light modulator 773 .
  • the controller 777 is implemented by a microcomputer including a processor and memory.
  • the control unit 777 sets the phase image corresponding to the image to be projected in the modulation unit 7730 according to the tiling aspect ratio set in the modulation unit 7730 of the spatial light modulator 773 .
  • the control unit 777 sets the phase image corresponding to the image according to the application such as image display, communication, distance measurement, etc. in the modulation unit 7730 .
  • the phase image of the image to be projected may be stored in advance in a storage unit (not shown).
  • the shape and size of the projected image are not particularly limited.
  • the control unit 777 performs spatial light modulation such that the parameter that determines the difference between the phase of the light 702 irradiated to the modulation unit 7730 of the spatial light modulator 773 and the phase of the modulated light 703 reflected by the modulation unit 7730 is changed.
  • device 773 parameters are values related to optical properties such as refractive index and optical path length.
  • the control section 777 adjusts the refractive index of the modulation section 7730 by changing the voltage applied to the modulation section 7730 of the spatial light modulator 773 .
  • the phase distribution of the light 702 irradiated to the modulating section 7730 of the phase modulation type spatial light modulator 773 is modulated according to the optical characteristics of the modulating section 7730 .
  • the method of driving the spatial light modulator 773 by the controller 777 is determined according to the modulation method of the spatial light modulator 773 .
  • the control unit 777 drives the light source 771 with the phase image corresponding to the displayed image set in the modulation unit 7730 .
  • the modulation section 7730 of the spatial light modulator 773 is irradiated with the light 702 emitted from the light source 771 at the timing when the phase image is set in the modulation section 7730 of the spatial light modulator 773 .
  • the light 702 irradiated to the modulating section 7730 of the spatial light modulator 773 is modulated by the modulating section 7730 of the spatial light modulator 773 .
  • Modulated light 703 modulated by the modulation section 7730 of the spatial light modulator 773 is emitted toward the reflecting surface 7750 of the curved mirror 775 .
  • the curvature of the reflecting surface 7750 of the curved mirror 775 included in the transmitter 770 and the distance between the spatial light modulator 773 and the curved mirror 775 are adjusted to set the projection angle of the projection light 705 to 180 degrees.
  • the projection angle of the projection light 705 can be set to 360 degrees.
  • the configuration is a combination of the transmitting device 770 configured to project projection light in 360-degree directions and the receiving device 2 of the second embodiment. With such a configuration, it is possible to realize a communication device that transmits spatial optical signals in 360-degree directions and receives spatial optical signals that arrive from 360-degree directions.
  • FIG. 37 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of communication device 700-1.
  • Communication device 700-1 comprises a receiver 7101, a transmitter 7701, and a controller (not shown).
  • a receiving circuit and a control device are omitted.
  • Communication device 700-1 has a configuration in which receiver 7101 and transmitter 7701 having a cylindrical outer shape are combined.
  • a receiver 7101 includes a ball lens 71 , a light guide 73 , a plurality of light receiving elements 75 , a support member 781 , a substrate 782 , a lead wire 783 and a color filter 784 .
  • the ball lens 71 has its upper and lower portions sandwiched by a pair of support members 781 arranged vertically. Since the upper and lower portions of the ball lens 71 are not used for transmission and reception of spatial optical signals, they may be processed flat so as to be easily sandwiched between the support members 781 .
  • the light guide 73 is aligned with the collection area of the ball lens 71 so as to receive the spatial light signal to be received.
  • the light guide 73 is composed of a plurality of basic units 730 .
  • a light receiving element 75 is associated with each of the plurality of basic units 730 .
  • a plurality of light receiving elements 75 are arranged on the substrate 782 .
  • Each of the plurality of light receiving elements 75 is connected to a control device (not shown) and transmitter 7701 by conductors 783 .
  • a color filter 784 is arranged on the side of the cylindrical receiver 7101 .
  • Color filters 784 filter out unwanted light and selectively transmit spatial light signals used for communication.
  • a pair of support members 781 are arranged on the upper and lower surfaces of the cylindrical receiver 7101 .
  • a pair of support members 781 sandwich the ball lens 71 from above and below.
  • An annular light guide 73 is arranged on the output side of the ball lens 71 .
  • the spatial light signal incident on the ball lens 71 through the color filter 784 is focused toward the light guide 73 by the ball lens 71 .
  • the optical signal condensed on the light guide 73 is guided by one of the basic units 730 toward the light receiving portion of the light receiving element 75 associated with that basic unit 730 .
  • the optical signal reaching the light receiving portion of the light receiving element 75 is received by the light receiving element 75 .
  • a controller (not shown) causes transmitter 7701 to transmit a spatial light signal in response to the light signal received by light guide 73 .
  • the transmitter 7701 can be realized by the configuration in FIG.
  • Transmitter 7701 is housed inside a cylindrical housing.
  • a slit is formed in the cylindrical housing so as to match the transmission direction of the spatial light signal from the transmitter 7701 .
  • the housing of the transmitter 7701 is formed with a slit that goes around the side in accordance with the transmission direction of the spatial optical signals.
  • FIG. 38 is a conceptual diagram for explaining this application example.
  • This application example shows an example of a communication network (also referred to as a communication system) in which a plurality of communication devices 700-1 are arranged above a pole such as a utility pole or a street lamp (also referred to as a space above the pole).
  • a pair of communication devices 700-1 that transmit and receive spatial optical signals are arranged such that at least one of the communication devices 700-1 receives the spatial optical signal transmitted from the other communication device 700-1.
  • a pair of communication devices 700-1 may be arranged to transmit and receive spatial optical signals to and from each other.
  • the communication device 700-1 located in the middle transmits the spatial optical signal transmitted from the other communication device 700-1 to another communication device. It may be arranged to relay to device 700-1.
  • communication using spatial optical signals becomes possible between the plurality of communication devices 700-1 arranged in the space above the pole.
  • communication by radio communication between the radio device or the base station installed in the car or house and the communication device 700-1. may be configured to perform
  • communication device 700-1 may be configured to be connected to the Internet via a communication cable or the like installed on a pole.
  • the receiving device includes a ball lens, a light guide, a plurality of light receiving elements, and a receiving circuit.
  • a ball lens focuses an optical signal propagating through space.
  • the light guide consists of a plurality of basic units arranged annularly around the ball lens. The light guide guides the optical signal condensed by the ball lens in a direction substantially perpendicular to the incident direction of the optical signal.
  • Each of the plurality of light receiving elements is associated with each of the plurality of basic units.
  • the light receiving element receives an optical signal emitted from the basic unit.
  • the light receiving element outputs a signal derived from the received optical signal.
  • a transmitter transmits a spatial optical signal.
  • the receiving circuit acquires signals output from the plurality of light receiving elements.
  • a receiving circuit decodes the acquired signal.
  • the controller acquires a signal based on the spatial optical signal from the other communication device received by the receiver.
  • the control device executes processing according to the acquired signal.
  • the control device causes the transmission device to transmit a spatial optical signal according to the executed processing.
  • the communication device receives optical signals arriving from various directions by guiding optical signals arriving from various directions toward light receiving elements associated with the basic units by one of a plurality of basic units constituting a light guide. Have a device. According to the communication device of the present embodiment, optical signals arriving from various directions can be collectively received by each basic unit that constitutes the light guide, so that the number of light receiving elements can be reduced. Therefore, according to the communication apparatus of this embodiment, optical signals arriving from various directions can be received using an appropriate number of light receiving elements.
  • a communication system includes a plurality of the above communication devices.
  • multiple communication devices are arranged to transmit and receive spatial optical signals to and from each other. According to this aspect, it is possible to realize a communication network that transmits and receives spatial optical signals.
  • FIG. 39 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the receiving device 8 according to this embodiment.
  • the receiver 8 comprises a ball lens 81 , a light guide 83 and a plurality of light receiving elements 85 .
  • the ball lens 81 converges the optical signal propagating in space.
  • the light guide 83 is composed of a plurality of basic units 830 annularly arranged around the ball lens 81 .
  • the light guide 83 guides the optical signal condensed by the ball lens 81 in a direction substantially perpendicular to the incident direction of the optical signal.
  • Each of the plurality of light receiving elements 85 is associated with each of the plurality of basic units 830 .
  • the light receiving element 85 receives the optical signal emitted from the basic unit 830 .
  • the light receiving element 85 outputs a signal derived from the received optical signal.
  • the receiving device of this embodiment directs optical signals arriving from various directions to the light receiving element associated with one of the plurality of basic units constituting the light guide. to guide the light.
  • optical signals arriving from various directions can be collectively received for each basic unit that constitutes the light guide, so that the number of light receiving elements can be reduced. Therefore, according to the receiving apparatus of this embodiment, optical signals arriving from various directions can be received using an appropriate number of light receiving elements.
  • the information processing device 90 includes a processor 91, a main storage device 92, an auxiliary storage device 93, an input/output interface 95, and a communication interface 96.
  • the interface is abbreviated as I/F (Interface).
  • Processor 91 , main storage device 92 , auxiliary storage device 93 , input/output interface 95 , and communication interface 96 are connected to each other via bus 98 so as to enable data communication.
  • the processor 91 , the main storage device 92 , the auxiliary storage device 93 and the input/output interface 95 are connected to a network such as the Internet or an intranet via a communication interface 96 .
  • the processor 91 loads the program stored in the auxiliary storage device 93 or the like into the main storage device 92 .
  • the processor 91 executes programs developed in the main memory device 92 .
  • a configuration using a software program installed in the information processing device 90 may be used.
  • the processor 91 executes control and processing according to each embodiment.
  • the main storage device 92 has an area in which programs are expanded.
  • a program stored in the auxiliary storage device 93 or the like is developed in the main storage device 92 by the processor 91 .
  • the main memory device 92 is realized by a volatile memory such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory). Further, as the main storage device 92, a non-volatile memory such as MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) may be configured/added.
  • the auxiliary storage device 93 stores various data such as programs.
  • the auxiliary storage device 93 is implemented by a local disk such as a hard disk or flash memory. It should be noted that it is possible to store various data in the main storage device 92 and omit the auxiliary storage device 93 .
  • the input/output interface 95 is an interface for connecting the information processing device 90 and peripheral devices based on standards and specifications.
  • a communication interface 96 is an interface for connecting to an external system or device through a network such as the Internet or an intranet based on standards and specifications.
  • the input/output interface 95 and the communication interface 96 may be shared as an interface for connecting with external devices.
  • Input devices such as a keyboard, mouse, and touch panel may be connected to the information processing device 90 as necessary. These input devices are used to enter information and settings.
  • a touch panel is used as an input device, the display screen of the display device may also serve as an interface of the input device. Data communication between the processor 91 and the input device may be mediated by the input/output interface 95 .
  • the information processing device 90 may be equipped with a display device for displaying information.
  • the information processing device 90 is preferably 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 device 90 via the input/output interface 95 .
  • the information processing device 90 may be equipped with a drive device. Between the processor 91 and a recording medium (program recording medium), the drive device mediates reading of data and programs from the recording medium, writing of processing results of the information processing device 90 to the recording medium, and the like.
  • the drive device may be connected to the information processing device 90 via the input/output interface 95 .
  • the above is an example of the hardware configuration for enabling control and processing according to each embodiment of the present invention.
  • the hardware configuration of FIG. 40 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.
  • the scope of the present invention also includes a program that causes a computer to execute control and processing according to each embodiment.
  • the scope of the present invention also includes a program recording medium on which the program according to each embodiment is recorded.
  • the recording medium can be implemented as an optical recording medium such as a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc).
  • the recording medium may be implemented by a semiconductor recording medium such as a USB (Universal Serial Bus) memory or an SD (Secure Digital) card.
  • the recording medium may be realized by a magnetic recording medium such as a flexible disk, or other recording medium.
  • each embodiment may be combined arbitrarily. Also, the components of each embodiment may be realized by software or by circuits.
  • (Appendix 1) a ball lens for concentrating an optical signal propagating in space;
  • the guide includes a plurality of basic units annularly arranged around the ball lens, and guides the optical signal condensed by the ball lens in a direction substantially perpendicular to the incident direction of the optical signal.
  • an optical device a plurality of light-receiving elements that are associated with each of the plurality of basic units, receive the optical signal emitted from the basic unit, and output a signal derived from the received optical signal.
  • the basic unit is a first surface including an incident surface on which the optical signal condensed by the ball lens is incident; a second surface facing the first surface; and an output end from which the optical signal incident from the incident surface is emitted.
  • a light guide comprising a light traveling direction changing member disposed at a position facing the incident surface on the side of the second surface and configured to change the traveling direction of the optical signal incident from the incident surface toward the output end;
  • the light receiving element is The receiving device according to appendix 1, wherein a light receiving section for receiving light in the wavelength region of the optical signal is arranged toward the output end of the basic unit.
  • the light traveling direction changing member is 2.
  • the receiving device which is a diffraction element disposed at a position facing the incident surface on the side of the second surface and diffracting the optical signal incident from the incident surface toward the output end.
  • the light traveling direction changing member is Supplementary Note 2: A multi-mirror formed at a position facing the incident surface on the second surface side and having a combination of a plurality of reflecting surfaces for reflecting the optical signal incident from the incident surface toward the output end.
  • the receiving device according to . (Appendix 5)
  • the basic unit is 5.
  • the apparatus according to any one of appendices 2 to 4, arranged to guide the optical signal entering from the incident surface in a direction perpendicular to the plane formed by the arrangement of the plurality of basic units. receiving device.
  • the basic unit is arranged so as to guide the optical signal entering from the incident surface in a direction along the circumferential direction of the circle formed by the arrangement of the plurality of basic units; The output end of each of the plurality of basic units, 5.
  • the receiving device according to any one of appendices 2 to 4, which is arranged on the second surface side of the adjacent basic unit.
  • the basic unit is a concave curved surface including an incident surface that reflects the optical signal, a convex curved surface facing the concave curved surface, and an exit end through which the optical signal incident on the incident surface is guided,
  • the plurality of basic units are arranged with the concave curved surface facing the ball lens so as to guide the optical signal entering from the incident surface in a direction along the circumferential direction of the circle formed by the arrangement of the plurality of basic units;
  • the light receiving element is a light-receiving portion for receiving light in the wavelength region of the optical signal, arranged with the light-receiving portion facing the output end of the basic unit, and associated with the concave curved surface of the associated basic unit; 1.
  • the receiving device which receives the optical signal reflected and guided by the convex curved surface of the basic unit adjacent to the basic unit.
  • the basic unit is composed of a first curved mirror including an incident surface that reflects the optical signal, and a second curved mirror having a reflecting surface directed to the first curved mirror;
  • the light receiving element is a light-receiving portion for receiving light in the wavelength region of the optical signal, the light-receiving portion being directed toward the reflecting surface of the second curved mirror, and the incidence of the first curved mirror of the associated basic unit;
  • the receiving device which is arranged on the same curved surface as the surface.
  • the basic unit is composed of a first curved mirror including an incident surface that reflects the optical signal; The plurality of first curved mirrors, arranged with the incident surface facing the ball lens,
  • the light receiving element is The receiving device according to appendix 1, wherein a light receiving section that receives light in the wavelength region of the optical signal is arranged so as to face the incident surface of the first curved mirror of the associated basic unit.
  • Appendix 10 10. Any one of appendices 1 to 9, further comprising a light guide auxiliary device disposed between the ball lens and the light guide for guiding the optical signal condensed by the ball lens toward the light guide.
  • a receiver according to one.
  • the light guiding auxiliary device is a plurality of shielding layers arranged along the diameter of the ball lens; 11.
  • the receiving device according to appendix 10 comprising: a plurality of transparent layers formed between the plurality of shielding layers and through which the optical signal is transmitted.
  • the light guiding auxiliary device is 11.
  • the receiving device according to appendix 10, comprising a plurality of partition walls arranged along the diameter of the ball lens.
  • the light guiding auxiliary device is 13.
  • the receiving device comprising a receiving circuit that acquires the signals output from the plurality of light receiving elements and decodes the acquired signals.
  • Appendix 15 the receiving device according to appendix 14; a transmitter for transmitting a spatial optical signal; acquiring a signal based on a spatial optical signal received by the receiving device from another communication device, executing processing according to the acquired signal, and transmitting the spatial optical signal according to the executed processing to the transmitting device
  • a communication device comprising: a control device that causes transmission.
  • Appendix 16 A plurality of communication devices according to Supplementary Note 15, a plurality of said communication devices, A communication system arranged to transmit and receive spatial optical signals to and from each other.

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Abstract

適切な数の受光素子（１５）を用いて、多様な方向から到来する光信号を受信するために、空間を伝搬する光信号を集光するボールレンズ（１１）と、ボールレンズ（１１）の周囲に環状に配置された複数の基本ユニット（１３０）によって構成され、ボールレンズ（１１）によって集光された光信号を、光信号の入射方向に対して略垂直な方向に導光する導光器（１３）と、複数の基本ユニット（１３０）の各々に対応付けられ、基本ユニット（１３０）から出射された光信号を受光し、受光した光信号に由来する信号を出力する複数の受光素子（１５）と、を備える受信装置（１）とする。

Description

受信装置、通信装置、および通信システム
　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、広い受光角度に対して角度依存性が少なく、効率の高い受信を可能にすることを目的とした光受信装置について開示されている。特許文献１の装置は、球レンズ、光ファイババンドル、および少なくとも一つの受光素子を備える。球レンズは、広角度から入射する光を、光ファイババンドルの一方の端面に集光させる。光ファイババンドルは、複数の光ファイバを集合させたバンドル構造体である。光ファイババンドルの一方の端面は、面形状の光入射部である。その光入射部は、球レンズの焦点分布位置に設けられる。少なくとも一つの受光素子は、光ファイババンドルの他方の端面に設けられる。少なくとも一つの受光素子は、光ファイババンドルの他方の端面から出射された出射光を受光する。
特開昭６３－０９５４０７号公報
　特許文献１の手法では、球レンズによって集光された光を、複数の光ファイバからなる光ファイババンドルで受光する。個々の光ファイバが光を集光できる角度は、非常に限定される。そのため、個々の光ファイバの入射面が、球レンズに対して略垂直に配置される必要がある。その結果、光ファイババンドルの一方の端面側が、球レンズの直径に対して大きくなる。例えば、光ファイバを用いなくても、帯状のセンサアレイでボールレンズの周囲を取り囲めば、３６０度の方位から到来する光信号を受光できる。しかしながら、そのように構成した場合、受光素子の数が膨大になってしまう。
　本開示の目的は、適切な数の受光素子を用いて、多様な方向から到来する光信号を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ボールレンズと、ボールレンズの周囲に環状に配置された複数の基本ユニットによって構成され、ボールレンズによって集光された光信号を、光信号の入射方向に対して略垂直な方向に導光する導光器と、複数の基本ユニットの各々に対応付けられ、基本ユニットから出射された光信号を受光し、受光した光信号に由来する信号を出力する複数の受光素子と、を備える。
　本開示によれば、適切な数の受光素子を用いて、多様な方向から到来する光信号を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である。 第１の実施形態に係る受信装置のボールレンズによる集光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の基本ユニットを構成する基本ユニットの構成の一例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る受信装置の基本ユニットを構成する基本ユニットの断面の一例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る受信装置による空間光信号の受信例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る受信装置による空間光信号の受信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基本ユニットを構成する基本ユニット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基本ユニットを構成する基本ユニットの断面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の断面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による光信号の受信例を示す概念図である。 第３の実施形態に係る受信装置による光信号の受信例を示す概念図である。 第３の実施形態の変形例１における光信号の受信例を示す概念図である。 第３の実施形態の変形例１における光信号の受信例を示す概念図である。 第３の実施形態の変形例２における光信号の受信例を示す概念図である。 第３の実施形態の変形例２における光信号の受信例を示す概念図である。 第４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４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４の実施形態に係る受信装置の基本ユニットを構成する基本ユニットの構成の一例を示す概念図である。 第４の実施形態に係る受信装置の基本ユニットを構成する基本ユニットの構成の一例を示す概念図である。 第４の実施形態の変形例３に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。 第４の実施形態の変形例３に係る受信装置の基本ユニットを構成する基本ユニットの構成の一例を示す概念図である。 第４の実施形態の変形例４に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。 第４の実施形態の変形例４に係る受信装置における光信号の受信の一例を示す概念図である。 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。 第５の実施形態に係る受信装置の導光補助器の一例を示す概念図である。 第５の実施形態に係る受信装置の導光補助器の別の一例を示す概念図である。 第５の実施形態の変形例５に係る受信装置の構成の別の一例を示す概念図である。 第６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６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概念図である。 第７の実施形態に係る通信装置の構成の一例を示すブロック図である。 第７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７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７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８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。 各実施形態に係る処理や制御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。
　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。また、光の経路を図示したり、構成が込み合ったりする等の理由により、断面図にハッチングを施さない場合がある。
　（第１の実施形態）
　まず、本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。なお、本実施形態の説明で用いられる図面は、概念的なものであり、実際の構造を正確に描写したものではない。
　（構成）
　図１～図３は、本実施形態に係る受信装置１の構成の一例を示す概念図である。受信装置１は、ボールレンズ１１、導光器１３、および複数の受光素子１５を備える。図１は、受信装置１を上方向から見た平面図である。図２は、受信装置１を横方向から見た側面図である。ボールレンズ１１および導光器１３は、支持体（図示しない）によって、互いの位置関係が固定される。本実施形態においては、ボールレンズ１１に対して導光器１３を固定する支持体を省略する。
　ボールレンズ１１は、球形のレンズである。ボールレンズ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。ボールレンズ１１は、任意の角度から見て、球形である。ボールレンズ１１は、入射される空間光信号を集光する。ボールレンズ１１によって集光された空間光信号に由来する光（光信号とも呼ぶ）は、集光領域に向けて集光される。ボールレンズ１１は、球形であるため、任意の方向から到来する空間光信号を集光する。すなわち、ボールレンズ１１は、任意の方向から到来する空間光信号に対して、同様の集光性能を示す。
　図３は、ボールレンズ１１によって集光される光の軌跡の一例を示す概念図である。図３の例では、平行光を出射する光源１１０からボールレンズ１１に向けて照射された光が、ボールレンズ１１によって屈折される様子を示す。ボールレンズ１１に入射した光は、ボールレンズ１１の内部に進入する際に屈折される。また、ボールレンズ１１の内部を進行する光は、ボールレンズ１１の外部に出射する際に、再度屈折される。ボールレンズ１１から出射される光の大部分は、集光領域において集光される。その一方で、ボールレンズ１１の周辺から入射した光は、ボールレンズ１１から出射される際に、集光領域から外れた方向に向けて出射される。
　例えば、ボールレンズ１１は、ガラスや結晶、樹脂などの材料で構成できる。可視領域の空間光信号を受光する場合、ボールレンズ１１には、可視領域の光を透過／屈折するガラスや結晶、樹脂などの材料を適用できる。例えば、ボールレンズ１１には、クラウンガラスやフリントガラスなどの光学ガラスを適用できる。例えば、ボールレンズ１１には、ＢＫ（Boron Kron）などのクラウンガラスを適用できる。例えば、ボールレンズ１１には、ＬａＳＦ（Lanthanum Schwerflint）などのフリントガラスを適用できる。例えば、ボールレンズ１１には、石英ガラスを適用できる。例えば、ボールレンズ１１には、サファイア等の結晶を適用できる。例えば、ボールレンズ１１には、アクリル等の透明樹脂を適用できる。空間光信号が近赤外領域の光（以下、近赤外線とも呼ぶ）である場合、ボールレンズ１１には、近赤外線を透過する材料が用いられる。例えば、１．５マイクロメートル（μｍ）程度の近赤外領域の空間光信号を受光する場合、ボールレンズ１１には、ガラスや結晶、樹脂などに加えて、シリコンなどの材料を適用できる。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、ボールレンズ１１には、赤外線を透過する材料が用いられる。例えば、空間光信号が赤外線である場合、ボールレンズ１１には、シリコンやゲルマニウム、カルコゲナイド系の材料を適用できる。空間光信号の波長領域の光を透過／屈折できれば、ボールレンズ１１の材質には限定を加えない。ボールレンズ１１の材質は、求められる屈折率や用途に応じて、適宜選択されればよい。
　導光器１３は、ボールレンズ１１の集光領域に、ボールレンズ１１の周囲を取り囲むように配置される。導光器１３は、複数の基本ユニット１３０によって構成される。基本ユニット１３０は、ボールレンズ１１に向けられた入射面と、受光素子１５の受光部に向けられた出射面とを有する。入射面は、基本ユニット１３０の側面の一部に設けられる。出射面（出射端とも呼ぶ）は、基本ユニット１３０の端面に設けられる。入射面と出射面とは、互いに直交する面上に形成される。
　図４～図５は、導光器１３を構成する基本ユニット１３０の一例について説明するための概念図である。図４は、ボールレンズ１１の側から見た基本ユニット１３０の側面図である。図５は、図４のＡ－Ａ切断線で基本ユニットを切断した断面図である。図４～図５には、ボールレンズ１１によって集光された光信号のビームスポットや、基本ユニット１３０の内部を進行する光信号の経路の一例を示す。
　基本ユニット１３０は、導光体１３３と回折素子１３５とを含む。導光体１３３は、基本ユニット１３０の本体である。図４には、第１面の側から導光体１３３を透過して見える、第２面の側に配置された回折素子１３５を図示する。
　導光体１３３は、ボールレンズ１１に対向する第１面と、第１面と対向する第２面とを有する。導光体１３３は、入射面１３１と出射面１３７を有する。入射面１３１は、導光体１３３の第１面の一部に設けられる。出射面１３７は、導光体１３３の側面の一部に設けられる。入射面１３１と出射面１３７とは、互いに直交する面上に形成される。
　導光体１３３は、入射面１３１が設けられる部分から、出射面１３７が設けられる部分にかけて、絞り込まれた形状を有する。図４の例の場合、入射面１３１が設けられた受光範囲（垂直受光範囲）の部分が矩形である。出射面１３７が設けられた部分は、垂直受光範囲の矩形の一辺から、受光素子１５の受光部１５０に向けて先細りする台形である。基本ユニット１３０の形状は、図４の形状に限定されない。例えば、基本ユニット１３０は、垂直受光範囲から受光部１５０に向けて先細りする涙滴型であってもよい。例えば、基本ユニット１３０の垂直受光範囲は、矩形以外の形状であってもよい。
　導光体１３３は、第１面の垂直受光範囲から導光体１３３の内部に進入した光信号を、出射面１３７に向けて導光する。導光体１３３の内部に進入した信号光は、導光体１３３の第１面と第２面とで反射され、受光素子１５の受光部１５０に導光される。導光体１３３は、信号光を透過する材質で形成される。例えば、導光体１３３は、ガラスやプラスチックなどの材料で形成できる。なお、信号光が透過しさえすれば、導光体１３３の材質には限定を加えない。
　回折素子１３５は、入射面１３１から進入した光信号を、受光素子１５の受光部１５０に向けて導光する素子である。回折素子１３５は、光進行方向変更部材の一種である。回折素子１３５は、入射面１３１から入射した光信号を、出射面１３７に向けて回折する回折面を有する。回折素子１３５は、導光体１３３の入射面１３１が形成された第１面に対向する第２面に配置される。例えば、回折素子１３５は、導光体１３３の内部に設けられる。例えば、回折素子１３５は、導光体１３３の入射面１３１に対向する面に、回折面を向けて配置される。回折素子１３５は、入射面１３１から導光体１３３の内部に進入した光信号を、受光素子１５が配置された出射面１３７に向けて回折する。
　例えば、回折素子１３５は、マイクロメートルオーダーの高さの格子を複数並べた構造を有する反射型回折格子で構成する。例えば、回折素子１３５は、全反射条件が満たされるように、格子間隔を変化させて構成する。例えば、回折素子１３５は、導光体１３３の入射面１３１から進入した光信号が、出射面１３７に向けて進行するように、光を全反射条件が満たされるように回折する。例えば、回折素子１３５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。
　複数の受光素子１５の各々は、導光器１３を構成する複数の基本ユニット１３０の各々に対応付けられて、導光器１３の出射面１３７に配置される。受光素子１５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１５０を含む。個々の受光素子１５は、基本ユニット１３０の導光体１３３の出射面１３７に受光部１５０を向けて配置される。ボールレンズ１１によって集光された光信号は、導光器１３によって進行方向が変えられ、受光素子１５の受光部１５０で受光される。個々の受光素子１５の受光面には、受光部１５０が位置する領域（受光領域とも呼ぶ）と、受光部１５０が位置しない領域（不感領域とも呼ぶ）とが含まれる。
　受光素子１５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１５は、可視領域の光に感度を有する。例えば、受光素子１５は、赤外領域の光に感度を有する。受光素子１５は、例えば１．５μｍ（マイクロメートル）帯の波長の光に感度を有する。なお、受光素子１５が感度を有する光の波長帯は、１．５μｍ帯に限定されない。受光素子１５が受光する光の波長帯は、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、任意に設定できる。受光素子１５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１５が受光する光の波長帯は、例えば０．８～１μｍ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が設置されてもよい。
　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、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１５の受光部１５０は、直径０．１～０．３ｍｍ程度の円形の受光面を有する。受光素子１５の受光部１５０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、受信回路（図示しない）に出力する。受信回路を含む構成については後述する。
　図６は、受信装置１が空間光信号を受信する一例を示す概念図である。図６は、受信装置１を上方向から見た平面図である。ボールレンズ１１が球体であるため、受信装置１は、導光器１３によって受光可能な範囲であれば、任意の方向から到来する空間光信号を均等に受信できる。例えば、導光器１３によって形成される平面が水平面に対して平行に設定される場合、受信装置１は、同じ程度の高さから水平方向に到来する空間光信号を受光しやすい。例えば、導光器１３によって形成される平面が水平面に対して垂直に設定される場合、受信装置１は、任意の高さから到来する空間光信号を同様に受光しやすい。
　図７は、受信装置１によって受光可能な空間光信号の受光範囲について説明するための概念図である。図７は、受信装置１を上方向から見た平面図である。ボールレンズ１１に向けて到来する空間光信号は、導光器１３や受光素子１５によって一部の光が遮られるものの、その大部分は、ボールレンズ１１によって集光されて、導光器１３を介して受光素子１５に受光される。図７のように、受信装置１は、導光器１３によって形成される円を含む面に平行な面内において、３６０度の方向から到来する空間光信号を受光できる。
　以上のように、本実施形態の受信装置は、ボールレンズ、導光器、および複数の受光素子を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。導光器は、ボールレンズの周囲に環状に配置された複数の基本ユニットによって構成される。基本ユニットは、導光体と光進行方向変更部材を含む。導光体は、ボールレンズによって集光された光信号が入射する入射面を含む第１面と、第１面に対向する第２面と、入射面から入射した光信号が出射する出射端とを含む。光進行方向変更部材は、第２面の側の入射面に対向する位置に配置される。光進行方向変更部材は、入射面から入射した光信号の進行方向を出射端に向けて変更する。光進行方向変更部材は、入射面から入射した光信号を出射端に向けて回折する回折素子である。導光器は、ボールレンズによって集光された光信号を、光信号の入射方向に対して略垂直な方向に導光する。基本ユニットは、複数の基本ユニットの配列によって形成される面に対して垂直な向きに、入射面から進入した光信号を導光するように配置される。複数の受光素子の各々は、複数の基本ユニットの各々に対応付けられる。受光素子は、基本ユニットから出射された光信号を受光する。受光素子は、光信号の波長領域の光を受光する受光部を、基本ユニットの出射端に向けて配置される。受光素子は、受光した光信号に由来する信号を出力する。
　本実施形態の受信装置は、導光器を構成する複数の基本ユニットのいずれかに含まれる回折素子によって、その基本ユニットに対応付けられた受光素子に向けて、多様な方向から到来する光信号を導光する。本実施形態の受信装置によれば、多様な方向から到来する光信号を、導光器を構成する基本ユニットごとに一括して受信できるため、受光素子の数を減らすことができる。そのため、本実施形態の受信装置によれば、適切な数の受光素子を用いて、多様な方向から到来する光信号を受信できる。
　（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の実施形態とは、導光器の構成が異なる。なお、本実施形態の説明で用いられる図面は、概念的なものであり、実際の構造を正確に描写したものではない。
　（構成）
　図８～図９は、本実施形態に係る受信装置２の構成の一例を示す概念図である。受信装置２は、ボールレンズ２１、導光器２３、および複数の受光素子２５を備える。図８は、受信装置２を上方向から見た平面図である。図９は、受信装置２を横方向から見た側面図である。ボールレンズ２１および導光器２３は、支持体（図示しない）によって、互いの位置関係が固定される。本実施形態においては、ボールレンズ２１に対して導光器２３を固定する支持体を省略する。
　ボールレンズ２１は、第１の実施形態のボールレンズ１１と同様の構成である。ボールレンズ２１は、外部から到来した空間光信号を、ボールレンズ２１の集光領域に集光する。
　導光器２３は、ボールレンズ２１の集光領域に、ボールレンズ２１の周囲を取り囲むように配置される。導光器２３は、複数の基本ユニット２３０によって構成される。基本ユニット２３０は、ボールレンズ２１に向けられた入射面と、受光素子２５の受光部に向けられた出射面（出射端とも呼ぶ）とを有する。入射面は、基本ユニット２３０の側面の一部に設けられる。出射面は、基本ユニット２３０の端面に設けられる。入射面と出射面とは、互いに直交する面上に形成される。
　図１０～図１１は、導光器２３を構成する基本ユニット２３０の一例について説明するための概念図である。図１０は、ボールレンズ２１の側から見た基本ユニット２３０の側面図である。図１１は、図１０のＢ－Ｂ切断線で基本ユニット２３０を切断した断面図である。図１１には、基本ユニット２３０の内部を進行する光信号の経路の一例を示す。
　基本ユニット２３０は、導光体２３３とマルチミラー２３５とを含む。導光体２３３は、基本ユニット２３０の本体である。図１０には、第１面の側から導光体２３３を透過して見える、第２面の側に配置されたマルチミラー２３５を図示する。
　導光体２３３は、第１の実施形態の導光体１３３と同様の構成である。導光体２３３は、ボールレンズ２１に対向する第１面と、第１面と対向する第２面とを有する。導光体２３３は、入射面２３１と出射面２３７を有する。入射面２３１は、導光体２３３の第１面の一部に設けられる。出射面２３７は、導光体２３３の側面の一部に設けられる。入射面２３１と出射面２３７とは、互いに直交する面上に形成される。
　導光体２３３は、第１面の入射面２３１から導光体２３３の内部に進入した光信号を、出射面２３７に向けて導光する。導光体２３３の内部に進入した信号光は、導光体２３３の第１面と第２面とで反射され、受光素子２５の受光部２５０に導光される。
　マルチミラー２３５は、入射面２３１から進入した光信号を、受光素子２５の受光部２５０に向けて導光する構造体である。は、マルチミラー２３５は、光進行方向変更部材の一種である。マルチミラー２３５は、入射面２３１から入射した光信号を、出射面２３７に向けて反射する複数の反射面を有する。マルチミラー２３５は、出射面２３７の方向に曲率中心のある円弧状の反射面を複数有する。なお、マルチミラー２３５の反射面の形状は、円弧状ではなく、放物線や双曲線、楕円曲線などの曲線状であってもよい。例えば、マルチミラー２３５は、導光体２３３の入射面２３１が形成された第１面に対向する第２面に、反射面を向けて配置される。マルチミラー２３５は、入射面２３１から導光体２３３の内部に進入した光信号を、受光素子２５が配置された出射面２３７に向けて回折する。
　図１１のように、マルチミラー２３５の反射面は、直角三角形の形状を有する。マルチミラー２３５の反射面（直角三角形）の斜面に、反射面が形成される。マルチミラー２３５の反射面を形成する斜面は、入射面２３１から入射した光信号が出射面２３７に向かうように設定される。なお、マルチミラー２３５の反射面の断面は、直線状ではなく、曲線状に形成されてもよい。マルチミラー２３５を構成する複数の反射面は、入射面２３１から出射面２３７に向けて、第１面側の頂点の高さが次第に低くなるように形成される。マルチミラー２３５を構成する複数の反射面で反射された光信号は、導光体２３３の出射面２３７に向けて進行する。
　例えば、導光体２３３の第２面の側を削ることで掘削面を形成し、掘削面上に反射層を設けることによって、マルチミラー２３５を形成できる。例えば、導光体２３３の掘削面上に金属などの反射率の高い材料を蒸着させることによって、反射層を形成できる。例えば、導光体２３３の掘削面上に金属を蒸着させることによって、反射層を形成できる。例えば、マルチミラー２３５は、導光体２３３の第２面をエッチングなどによって加工することによって、形成されてもよい。例えば、マルチミラー２３５は、射出成型や３次元プリンタなどによって形成された導光体２３３の第２面に形成されてもよい。
　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。複数の受光素子２５の各々は、導光器２３を構成する複数の基本ユニット２３０の各々に対応付けられて、導光器２３の出射面２３７に配置される。受光素子２５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２５０を含む。個々の受光素子２５は、基本ユニット２３０の導光体２３３の出射面２３７に受光部２５０を向けて配置される。ボールレンズ２１によって集光された光信号は、導光器２３によって進行方向が変えられ、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、受信回路（図示しない）に出力する。受信回路を含む構成については後述する。
　以上のように、本実施形態の受信装置は、ボールレンズ、導光器、および複数の受光素子を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。導光器は、ボールレンズの周囲に環状に配置された複数の基本ユニットによって構成される。基本ユニットは、導光体と光進行方向変更部材を含む。導光体は、ボールレンズによって集光された光信号が入射する入射面を含む第１面と、第１面に対向する第２面と、入射面から入射した光信号が出射する出射端とを含む。光進行方向変更部材は、第２面の側の入射面に対向する位置に配置される。光進行方向変更部材は、入射面から入射した光信号の進行方向を出射端に向けて変更する。光進行方向変更部材は、入射面から入射した光信号を出射端に向けて反射する複数の反射面が組み合わされたマルチミラーである。導光器は、ボールレンズによって集光された光信号を、光信号の入射方向に対して略垂直な方向に導光する。基本ユニットは、複数の基本ユニットの配列によって形成される面に対して垂直な向きに、入射面から進入した光信号を導光するように配置される。複数の受光素子の各々は、複数の基本ユニットの各々に対応付けられる。受光素子は、基本ユニットから出射された光信号を受光する。受光素子は、光信号の波長領域の光を受光する受光部を、基本ユニットの出射端に向けて配置される。受光素子は、受光した光信号に由来する信号を出力する。
　本実施形態の受信装置は、導光器を構成する基本ユニットに含まれるマルチミラーによって、その基本ユニットに対応付けられた受光素子に向けて、多様な方向から到来する光信号を導光する。本実施形態の受信装置によれば、多様な方向から到来する光信号を、導光器を構成する基本ユニットごとに一括して受信できるため、受光素子の数を減らすことができる。そのため、本実施形態の受信装置によれば、適切な数の受光素子を用いて、多様な方向から到来する光信号を受信できる。
　（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、第１～第２の実施形態とは、導光部の構成が異なる。なお、本実施形態の説明で用いられる図面は、概念的なものであり、実際の構造を正確に描写したものではない。
　（構成）
　図１２～図１４は、本実施形態に係る受信装置３の構成の一例を示す概念図である。受信装置３は、ボールレンズ３１、導光器３３、および複数の受光素子３５を備える。図１２は、受信装置３を上方向から見た平面図である。図１３は、受信装置３を横方向から見た側面図である。図１４は、図１３のＣ－Ｃ切断線で受信装置３を切断した断面図である。ボールレンズ３１および導光器３３は、支持体（図示しない）によって、互いの位置関係が固定される。本実施形態においては、ボールレンズ３１に対して導光器３３を固定する支持体を省略する。
　ボールレンズ３１は、第１の実施形態のボールレンズ１１と同様の構成である。ボールレンズ３１は、外部から到来した空間光信号を、ボールレンズ３１の集光領域に集光する。
　導光器３３は、ボールレンズ３１の集光領域に、ボールレンズ３１の周囲を取り囲むように配置される。導光器３３は、複数の基本ユニット３３０によって構成される。基本ユニット３３０は、スプーンの先端部分のように、凹状の第１面（凹曲面とも呼ぶ）と凸状の第２面（凸曲面とも呼ぶ）とが対向する曲面状の形状を有する。基本ユニット３３０の両面は、光信号を反射する反射面である。複数の基本ユニット３３０は、凹状の第１面をボールレンズ３１に向けて配置される。基本ユニット３３０の第１面の一端側は入射面として機能し、第１面の他端側は導光部として機能する。基本ユニット３３０は、第１面の一端側と他端側がボールレンズ３１の周方向に合わせて配置される。基本ユニット３３０の第１面の一端側（入射面）は、ボールレンズ３１に対向する。基本ユニット３３０の第１面の他端側（導光部）は、隣接する基本ユニット３３０の第２面の裏側に配置される。基本ユニット３３０の第１面の他端側には、受光素子３５が配置される。受光素子３５は、第１面の他端側の末端部分において、受光面が第１面に対して略垂直になるように配置される。複数の基本ユニット３３０は、魚の鱗のように隣接し合う基本ユニット３３０と重なりながら、ボールレンズ３１の周囲を取り囲む。
　図１５は、図１４の断面図の一部を拡大した図である。図１５には、ボールレンズ３１によって集光された光信号の経路の一例を示す。ボールレンズ３１によって集光された光信号は、基本ユニット３３０の第１面の入射面に入射する。基本ユニット３３０の入射面に入射した光信号は、隣接する基本ユニット３３０の凸面と、その基本ユニット３３０の導光部の反射面との間で反射されて、受光素子３５の受光部３５０に向けて進行する。
　図１６は、ボールレンズ３１の側から、導光器３３の一部を見た概念図である。図１６には、導光器３３がｎ個の基本ユニット３３０－１～ｎによって構成される例を示す（ｎは自然数）。図１６には、基本ユニット３３０－１～ｎの背後の部分を破線で示す。基本ユニット３３０－１の背後には、基本ユニット３３０－ｎの導光部が配置される。基本ユニット３３０－１の背後には、基本ユニット３３０－ｎの受光素子３５－ｎが配置される。基本ユニット３３０－２の背後には、基本ユニット３３０－１の導光部が配置される。基本ユニット３３０－２の背後には、基本ユニット３３０－１の受光素子３５－１が配置される。基本ユニット３３０－３の背後には、基本ユニット３３０－２の導光部が配置される。基本ユニット３３０－３の背後には、基本ユニット３３０－２の受光素子３５－２が配置される。基本ユニット３３０－４の背後には、基本ユニット３３０－３の導光部が配置される。基本ユニット３３０－４の背後には、基本ユニット３３０－３の受光素子３５－３が配置される。
　図１６には、ボールレンズ３１によって集光された光信号のビームスポットや、基本ユニット３３０の反射面で反射されながら進行する光信号の経路を示す。図１６の例では、基本ユニット３３０－２の入射面に照射された光信号が、その入射面で受光素子３５－２に向けて反射される。受光素子３５－２に向けて反射された光信号は、基本ユニット３３０－３の背面(凸面)と、基本ユニット３３０－２の導光部とで反射されて、受光素子３５－２の受光部３５０－２に向けて進行する。
　例えば、基本ユニット３３０は、表面に鏡面が形成されたガラスやプラスチック、金属などの材質によって実現される。基本ユニット３３０は、光信号を反射できれば、その材質に限定を加えない。例えば、基本ユニット３３０の第２面のうち外側に露出する範囲３６０は、空間光信号の乱反射を防止するために、鏡面でなくてもよい。
　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。複数の受光素子３５の各々は、導光器３３を構成する複数の基本ユニット３３０の各々に対応付けられて、導光器３３の第１面の他端側（導光部）の端部に配置される。受光素子３５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３５０を含む。受光素子３５は、基本ユニット３３０の第１面の他端側の末端部分において、受光部３５０が第１面に対して略垂直になるように配置される。ボールレンズ３１によって集光された光信号は、導光器３３によって進行方向が変えられ、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、受信回路（図示しない）に出力する。受信回路を含む構成については後述する。
　（変形例）
　次に、本実施形態の変形例について図面を参照しながら説明する。以下の変形例は、第１～第２の実施形態の受信装置の導光器を構成する複数の基本ユニットを、本実施形態の受信装置の導光器を構成する複数の基本ユニットのように配置する。すなわち、以下の変形例では、第１～第２の実施形態の受信装置の導光器を構成する複数の基本ユニットの導光方向を、ボールレンズの周方向に合わせる。以下においては、本実施形態の受信装置３の導光器３３を置換する例について説明する。ボールレンズ３１や受光素子３５については、説明を省略する。
　〔変形例１〕
　図１７～図１８は、変形例１の受信装置が備える導光器３３Ａの構成について説明するための概念図である。図１７は、ボールレンズ３１の側から、導光器３３Ａの一部を見た概念図である。図１８は、図１７のＤ－Ｄ切断線で切断された断面図である。図１７～図１８には、導光器３３Ａがｎ個の基本ユニット３３０Ａ－１～ｎによって構成される例を示す（ｎは自然数）。基本ユニット３３０Ａは、導光体３３３Ａと回折素子３３５Ａを有する。導光体３３３Ａと回折素子３３５Ａは、第１の実施形態の対応する構成と同様である。
基本ユニット３３０Ａは、第１の実施形態の基本ユニット１３０を横倒しにした構造を有する。図１７には、基本ユニット３３０Ａ－１～ｎの背後の部分を破線で示す。
　導光器３３Ａは、ボールレンズ３１の周囲を取り囲むように配置される。導光器３３Ａは、複数の基本ユニット３３０Ａ－１～ｎによって構成される。個々の基本ユニット３３０Ａは、導光体３３３Ａと回折素子３３５Ａを有する。導光体３３３Ａと回折素子３３５Ａの基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。第１の実施形態とは異なり、導光体３３３Ａと回折素子３３５Ａは、ボールレンズ３１の集光領域に合わせて、曲げられた形状を有する。導光体３３３Ａは、基本ユニット３３０Ａの本体である。
　導光体３３３Ａは、ボールレンズ３１に対向する第１面（凹面）と、第１面と対向する第２面（凸面）とを有する。導光体３３３Ａの第１面の一部（入射部）には、入射面が形成される。入射部は、導光体３３３Ａの第１面の一部に設けられる。導光体３３３Ａの第１面の残りの部分（導光部）は、隣接する基本ユニット３３０Ａの背後に配置される。導光体３３３Ａの側面の一部には、出射面（出射端とも呼ぶ）が設けられる。導光体３３３Ａの出射面には、受光素子３５Ａが配置される。受光素子３５Ａは、第１の実施形態の受光素子１５と同様の構成である。導光体３３３Ａの導光部は、受光素子３５Ａに向けて、断面積が次第に小さくなるようにテーパーが付けられている。
　複数の基本ユニット３３０Ａは、凹状の第１面をボールレンズ３１に向けて配置される。基本ユニット３３０Ａの第１面の一端側は、入射面として機能する。第１面の他端側は導光部として機能する。基本ユニット３３０Ａは、第１面の一端側と他端側がボールレンズ３１の周方向に合わせて配置される。基本ユニット３３０Ａの第１面の一端側（入射面）は、ボールレンズ３１に対向する。基本ユニット３３０Ａの出射面は、隣接する基本ユニット３３０Ａの第２面の裏側に配置される。基本ユニット３３０Ａの側面の一部には、受光素子３５Ａが配置される。受光素子３５Ａは、基本ユニット３３０Ａの出射面において、第１面に対して受光面が略垂直になるように配置される。複数の基本ユニット３３０Ａは、隣接し合う基本ユニット３３０Ａと重なりながら、ボールレンズ３１の周囲を取り囲む。
　基本ユニット３３０Ａ－１の導光体３３３Ａ－１の背後には、基本ユニット３３０Ａ－ｎの導光体３３３Ａ－ｎの導光部が配置される。基本ユニット３３０Ａ－１の導光体３３３Ａ－１の背後には、基本ユニット３３０Ａ－ｎの受光素子３５Ａ－ｎが配置される。基本ユニット３３０Ａ－２の導光体３３３Ａ－２の背後には、基本ユニット３３０Ａ－１の導光体３３３Ａ－１の導光部が配置される。基本ユニット３３０Ａ－２の導光体３３３Ａ－２の背後には、基本ユニット３３０Ａ－１の受光素子３５Ａ－１が配置される。基本ユニット３３０Ａ－３の導光体３３３Ａ－３の背後には、基本ユニット３３０Ａ－２の導光体３３３Ａ－２の導光部が配置される。基本ユニット３３０Ａ－３の導光体３３３Ａ－３の背後には、基本ユニット３３０Ａ－２の受光素子３５Ａ－２が配置される。基本ユニット３３０Ａ－４の導光体３３３Ａ－４の背後には、基本ユニット３３０Ａ－３の導光体３３３Ａ－３の導光部が配置される。基本ユニット３３０Ａ－４の導光体３３３Ａ－４の背後には、基本ユニット３３０Ａ－３の受光素子３５Ａ－３が配置される。
　図１７～図１８には、ボールレンズ３１によって集光された光信号のビームスポットや、基本ユニット３３０Ａの反射面で反射されながら進行する光信号の経路を示す。図１７～図１８の例では、基本ユニット３３０Ａ－２の入射面に照射された光信号が、その入射面に対向する回折素子３３５Ａ－２によって回折され、受光素子３５Ａ－２の受光部３５０Ａ－２に向けて進行する。回折素子３３５Ａ－２によって回折された光信号は、基本ユニット３３０Ａ－３の背後で、基本ユニット３３０Ａ－２の導光部の第１面と第２面で反射されて、受光素子３５Ａ－２の受光部３５０Ａ－２に向けて進行する。
　〔変形例２〕
　図１９～図２０は、変形例２の受信装置が備える導光器３３Ｂの構成について説明するための概念図である。図１９は、ボールレンズ３１の側から、導光器３３Ｂの一部を見た概念図である。図２０は、図１９のＥ－Ｅ切断線で切断された断面図である。図１９～図２０には、導光器３３Ｂがｎ個の基本ユニット３３０Ｂ－１～ｎによって構成される例を示す（ｎは自然数）。基本ユニット３３０Ｂは、導光体３３３Ｂとマルチミラー３３５Ｂを有する。導光体３３３Ｂとマルチミラー３３５Ｂは、第１の実施形態の対応する構成と同様である。基本ユニット３３０Ｂは、第２の実施形態の基本ユニット２３０を横倒しにした構造を有する。図１９には、基本ユニット３３０Ｂ－１～ｎの背後の部分を破線で示す。
　導光体３３３Ｂは、ボールレンズ３１に対向する第１面（凹面）と、第１面と対向する第２面（凸面）とを有する。導光体３３３Ｂの第１面の一部（入射部）には、入射面が形成される。入射部は、導光体３３３Ｂの第１面の一部に設けられる。導光体３３３Ｂの第１面の残りの部分（導光部）は、隣接する基本ユニット３３０Ｂの背後に配置される。導光体３３３Ｂの側面の一部には、出射面が設けられる。導光体３３３Ｂの出射面には、受光素子３５Ｂが配置される。受光素子３５Ｂは、第１の実施形態の受光素子１５と同様の構成である。導光体３３３Ｂの導光部は、受光素子３５Ｂに向けて、断面積が次第に小さくなるようにテーパーが付けられている。
　複数の基本ユニット３３０Ｂは、凹状の第１面をボールレンズ３１に向けて配置される。基本ユニット３３０Ｂの第１面の一端側は、入射面として機能する。第１面の他端側は導光部として機能する。基本ユニット３３０Ｂは、第１面の一端側と他端側がボールレンズ３１の周方向に合わせて配置される。基本ユニット３３０Ｂの第１面の一端側（入射面）は、ボールレンズ３１に対向する。基本ユニット３３０Ｂの出射面は、隣接する基本ユニット３３０Ｂの第２面の裏側に配置される。基本ユニット３３０Ｂの側面の一部には、受光素子３５Ｂが配置される。受光素子３５Ｂは、基本ユニット３３０Ｂの出射面において、第１面に対して受光面が略垂直になるように配置される。複数の基本ユニット３３０Ｂは、隣接し合う基本ユニット３３０Ｂと重なりながら、ボールレンズ３１の周囲を取り囲む。
　基本ユニット３３０Ｂ－１の導光体３３３Ｂ－１の背後には、基本ユニット３３０Ｂ－ｎの導光体３３３Ｂ－ｎの導光部が配置される。基本ユニット３３０Ｂ－１の導光体３３３Ｂ－１の背後には、基本ユニット３３０Ｂ－ｎの受光素子３５Ｂ－ｎが配置される。基本ユニット３３０Ｂ－２の導光体３３３Ｂ－２の背後には、基本ユニット３３０Ｂ－１の導光体３３３Ｂ－１の導光部が配置される。基本ユニット３３０Ｂ－２の導光体３３３Ｂ－２の背後には、基本ユニット３３０Ｂ－１の受光素子３５Ｂ－１が配置される。基本ユニット３３０Ｂ－３の導光体３３３Ｂ－３の背後には、基本ユニット３３０Ｂ－２の導光体３３３Ｂ－２の導光部が配置される。基本ユニット３３０Ｂ－３の導光体３３３Ｂ－３の背後には、基本ユニット３３０Ｂ－２の受光素子３５Ｂ－２が配置される。基本ユニット３３０Ｂ－４の導光体３３３Ｂ－４の背後には、基本ユニット３３０Ｂ－３の導光体３３３Ｂ－３の導光部が配置される。基本ユニット３３０Ｂ－４の導光体３３３Ｂ－４の背後には、基本ユニット３３０Ｂ－３の受光素子３５Ｂ－３が配置される。
　図１９～図２０には、ボールレンズ３１によって集光された光信号のビームスポットや、基本ユニット３３０Ｂの反射面で反射されながら進行する光信号の経路を示す。図１９～図２０の例では、基本ユニット３３０Ｂ－２の入射面に照射された光信号が、その入射面に対向するマルチミラー３３５Ｂによって反射され、受光素子３５Ｂ－２の受光部３５０Ｂ－２に向けて進行する。マルチミラー３３５Ｂによって反射された光信号は、基本ユニット３３０Ｂ－３の背後で、基本ユニット３３０Ｂ－２の導光部の第１面と第２面で反射されて、受光素子３５Ｂ－２の受光部３５０Ｂ－２に向けて進行する。
　以上のように、本実施形態の受信装置は、ボールレンズ、導光器、および複数の受光素子を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。導光器は、ボールレンズの周囲に環状に配置された複数の基本ユニットによって構成される。基本ユニットは、光信号を反射する入射面を含む凹曲面と、凹曲面に対向する凸曲面と、入射面に入射した光信号が導光される出射端とを含む。複数の基本ユニットは、複数の基本ユニットの配列によって形成される円の周方向に沿った向きに、入射面から進入した光信号を導光するように、ボールレンズに凹曲面を向けて配置される。複数の基本ユニットの各々の出射端は、隣接する基本ユニットの凸曲面の側に配置される。受光素子は、光信号の波長領域の光を受光する受光部を有する。受光素子は、基本ユニットの出射端に受光部を向けて配置される。受光素子は、対応付けられた基本ユニットの凹曲面と、対応付けられた基本ユニットに隣接する基本ユニットの凸曲面とによって反射されて導光された光信号を受光する。受光素子は、受光した光信号に由来する信号を出力する。
　本実施形態の受信装置は、基本ユニットの入射面に入射した光信号を、その基本ユニットの凹曲面と、その基本ユニットに隣接する基本ユニットの凸曲面とで反射させて、複数の基本ユニットの配列によって形成される円の周方向に沿って導光する。本実施形態の受信装置によれば、複数の基本ユニットの配列によって形成される円の周方向に沿って、多様な方向から到来する光信号を導光するため、導光器の厚さを薄くできる。そのため、本実施形態の受信装置によれば、導光器の厚さ方向の受光範囲が広くなる。
　（第４の実施形態）
　次に、第４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３の実施形態とは、導光部の構成が異なる。なお、本実施形態の説明で用いられる図面は、概念的なものであり、実際の構造を正確に描写したものではない。
　（構成）
　図２１～図２２は、本実施形態に係る受信装置４の構成の一例を示す概念図である。受信装置４は、ボールレンズ４１、導光器４３、複数の受光素子４５、および遮光帯４６を備える。図２１は、受信装置４を上方向から見た平面図である。図２２は、受信装置４を横方向から見た側面図である。図２２には、遮光帯４６によって隠れる構成（第１曲面ミラー４３１、第２曲面ミラー４３２）を破線で示す。ボールレンズ４１および導光器４３は、支持体（図示しない）によって、互いの位置関係が固定される。本実施形態においては、ボールレンズ４１に対して導光器４３を固定する支持体を省略する。
　ボールレンズ４１は、第１の実施形態のボールレンズ１１と同様の構成である。ボールレンズ４１は、外部から到来した空間光信号を、ボールレンズ４１の集光領域に集光する。
　導光器４３は、ボールレンズ４１の集光領域に、ボールレンズ４１の周囲を取り囲むように配置される。導光器４３は、複数の基本ユニット４３０によって構成される。基本ユニット４３０は、第１曲面ミラー４３１と第２曲面ミラー４３２によって構成される。
　第１曲面ミラー４３１は、反射面が形成された凹面を有する。第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）は、ボールレンズ４１に向けられる。また、第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）の一部には、受光素子４５が配置される。第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）には、ボールレンズ４１によって集光された光信号が入射する。第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）に入射した光信号は、第２曲面ミラー４３２に向けて反射される。
　例えば、第１曲面ミラー４３１は、凹面に鏡面が形成されたガラスやプラスチック、金属などの材質によって実現される。第１曲面ミラー４３１は、凹面（反射面）で光信号を反射できれば、その材質に限定を加えない。第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）に対向する凸面には、外部から到来する空間光信号の乱反射を防止するために、光の反射を防止する処置や、光を吸収する処置が加えられていてもよい。例えば、第１曲面ミラー４３１の凸面に、光を吸収する層が形成されてもよい。
　第２曲面ミラー４３２は、反射面が形成された凸面を有する。第２曲面ミラー４３２の凸面（反射面）は、第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）に向けられる。また、第２曲面ミラー４３２の凸面（反射面）は、受光素子４５に向けられる。第２曲面ミラー４３２の凸面（反射面）には、第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）で反射された光信号が入射する。第２曲面ミラー４３２の凸面（反射面）に入射した光信号は、受光素子４５に向けて反射される。
　例えば、第２曲面ミラー４３２は、凸面に鏡面が形成されたガラスやプラスチック、金属などの材質によって実現される。第２曲面ミラー４３２は、凸面（反射面）で光信号を反射できれば、その材質に限定を加えない。第２曲面ミラー４３２の凸面（反射面）に対向する凹面には、ボールレンズ４１によって集光された光信号の乱反射を防止するために、光の反射を防止する処置や、光を吸収する処置が加えられていてもよい。例えば、第２曲面ミラー４３２の凹面に、光を吸収する層が形成されてもよい。
　遮光帯４６は、第１曲面ミラー４３１および第２曲面ミラー４３２の周囲を覆うように配置される。遮光帯４６は、第１曲面ミラー４３１および第２曲面ミラー４３２の位置から、空間光信号がボールレンズ４１に入射することを防ぐ。遮光帯４６の表面には、空間光信号の乱反射を防止するために、光の反射を防止する処置や、光を吸収する処置が加えられていることが好ましい。例えば、遮光帯４６は、空間光信号の波長帯の光を吸収しやすい材料によって実現される。第１曲面ミラー４３１や第２曲面ミラー４３２と、遮光帯４６とは、間隔を空けて配置してもよいし、密着させてもよい。第１曲面ミラー４３１の凸面や、第２曲面ミラー４３２の凹面に、光の反射を防止する処置や、光を吸収する処置が加えられている場合、遮光帯４６を省略してもよい。
　図２３～図２４は、導光器４３を構成する基本ユニット４３０の一例について説明するための概念図である。図２３は、基本ユニット４３０の平面図である。図２４は、図２３のＦ－Ｆ切断線で基本ユニット４３０を切断した断面図である。図２３～図２４には、基本ユニット４３０に進入する光信号の経路の一例を示す。
　ボールレンズ４１によって集光された光信号の大部分は、第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）に入射する。第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）に入射した光信号は、第２曲面ミラー４３２の凸面（反射面）に向けて反射される。第２曲面ミラー４３２の凸面（反射面）に入射した光信号は、受光素子４５に向けて反射される。第２曲面ミラー４３２の凸面（反射面）で反射された光信号のうち、受光素子４５の受光部４５０に入射した光信号は、受光素子４５によって受光される。なお、ボールレンズ４１によって集光された光信号のうち、受光素子４５の受光部４５０に直接入射した光信号は、受光素子４５によって受光される。また、ボールレンズ４１によって集光された光信号のうち、第２曲面ミラー４３２の凹面に入射した光信号は、受光素子４５によって受光されない。
　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。複数の受光素子４５の各々は、導光器４３を構成する複数の基本ユニット４３０の各々の第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）の一部に配置される。受光素子４５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４５０を含む。個々の受光素子４５の受光部４５０は、基本ユニット４３０の第２曲面ミラー４３２の反射面（凸面）に向けられる。ボールレンズ４１によって集光された光信号は、導光器４３によって進行方向が変えられ、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、受信回路（図示しない）に出力する。受信回路を含む構成については後述する。
　（変形例）
　次に、本実施形態の変形例について図面を参照しながら説明する。以下の変形例の図面において、図２１～図２４と同様の構成については、図２１～図２４と同じ符号を用いる。図２１～図２４と同様の構成については、説明を省略する場合がある。
　〔変形例３〕
　図２５～図２６は、変形例３の受信装置４－３の構成について説明するための概念図である。受信装置４は、ボールレンズ４１、導光器４３－３、複数の受光素子４５、および遮光帯４６を備える。本変形例では、基本ユニットを構成する第２曲面ミラーの凹面に、反射面を形成する。導光器４３－３は、複数の基本ユニット４３０－３によって構成される。図２５は、受信装置４－３を上方向から見た平面図である。図２６は、基本ユニット４３０－３を拡大した図である。
　導光器４３－３は、ボールレンズ４１の集光領域に、ボールレンズ４１の周囲を取り囲むように配置される。導光器４３－３は、複数の基本ユニット４３０－３によって構成される。基本ユニット４３０－３は、第１曲面ミラー４３１と第２曲面ミラー４３２－３によって構成される。
　第１曲面ミラー４３１は、反射面が形成された凹面を有する。第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）は、ボールレンズ４１に向けられる。また、第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）の一部には、受光素子４５が配置される。第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）には、ボールレンズ４１によって集光された光信号が入射する。第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）に入射した光信号は、第２曲面ミラー４３２に向けて反射される。第１曲面ミラー４３１の凸面には、外部から到来する空間光信号の乱反射を防止するために、光の反射を防止する処置や、光を吸収する処置が加えられていてもよい。例えば、第１曲面ミラー４３１の凸面に、光を吸収する層が形成されてもよい。
　第２曲面ミラー４３２－３は、反射面が形成された凹面を有する。第２曲面ミラー４３２－３の凹面（反射面）は、第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）に向けられる。また、第２曲面ミラー４３２－３の凹面（反射面）は、受光素子４５に向けられる。第２曲面ミラー４３２－３の凹面（反射面）には、第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）で反射された光信号が入射する。第２曲面ミラー４３２－３の凹面（反射面）に入射した光信号は、受光素子４５に向けて反射される。第２曲面ミラー４３２－３の凸面には、ボールレンズ４１によって集光された光信号の乱反射を防止するために、光の反射を防止する処置や、光を吸収する処置が加えられていてもよい。例えば、第２曲面ミラー４３２－３の凸面に、光を吸収する層が形成されてもよい。
　受光素子４５は、基本ユニット４３０－３の第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）の一部に配置される。受光素子４５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４５０を含む。受光部４５０は、基本ユニット４３０－３の第２曲面ミラー４３２－３の反射面（凹面）に向けられる。例えば、受光部４５０は、第２曲面ミラーの反射面（凹面）の焦点の位置に配置される。
　遮光帯４６は、第１曲面ミラー４３１および第２曲面ミラー４３２の周囲を覆うように配置される。遮光帯４６は、第１曲面ミラー４３１および第２曲面ミラー４３２の位置から、空間光信号がボールレンズ４１に入射することを防ぐ。第１曲面ミラー４３１の凸面や、第２曲面ミラー４３２の凸面に、光の反射を防止する処置や、光を吸収する処置が加えられている場合、遮光帯４６を省略してもよい。
　本変形例では、第２曲面ミラー４３２－３の焦点位置が明確に定まるため、第１曲面ミラー４３１や第２曲面ミラー４３２－３の曲面の設計や、受光素子４５を配置する位置を決めやすい。
　〔変形例４〕
　図２７～図２８は、変形例４の受信装置４－４の構成について説明するための概念図である。受信装置４は、ボールレンズ４１、導光器４３－４、複数の受光素子４５、および遮光帯４６を備える。本変形例は、第２曲面ミラー４３２を省略し、第２曲面ミラー４３２の位置に受光素子４５を配置する。導光器４３－４は、複数の基本ユニット４３０－４（第１曲面ミラー４３１）によって構成される。図２７は、受信装置４－４を上方向から見た平面図である。図２８は、基本ユニット４３０－４の一部を拡大した図である。
　導光器４３－４は、ボールレンズ４１の周囲を取り囲むように、ボールレンズ４１の集光領域に配置される。導光器４３－４は、複数の基本ユニット４３０－４（第１曲面ミラー４３１）によって構成される。基本ユニット４３０－４は、単体の第１曲面ミラー４３１である。
　第１曲面ミラー４３１は、反射面が形成された凹面を有する。第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）は、ボールレンズ４１に向けられる。第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）には、ボールレンズ４１によって集光された光信号が入射する。第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）に入射した光信号は、受光素子４５の受光部４５０に向けて反射される。第１曲面ミラー４３１の凸面には、外部から到来する空間光信号の乱反射を防止するために、光の反射を防止する処置や、光を吸収する処置が加えられていてもよい。例えば、第１曲面ミラー４３１の凸面には、光を吸収する層が形成されてもよい。
　受光素子４５は、第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）に受光面を向けて配置される。受光素子４５の受光面に対向する面（背面とも呼ぶ）は、ボールレンズ４１に向けられる。受光素子４５の受光部４５０は、第１曲面ミラー４３１の凹面（反射面）に向けられる。例えば、受光部４５０は、第１曲面ミラー４３１の反射面（凹面）の焦点の位置に配置される。受光素子４５の背面には、光信号の乱反射を防止するために、光の反射を防止する処置が加えられていてもよい。例えば、受光素子４５の背面には、光信号を吸収する層が形成される。例えば、受光素子４５の背面には、ボールレンズ４１によって集光された光信号が乱反射されることを防ぐために、遮光帯４６と同様の構成が配置されてもよい。そのような構成は、ボールレンズ４１に面する側面に、光を吸収する層が形成されていてもよい。
　遮光帯４６は、第１曲面ミラー４３１の周囲を覆うように配置される。遮光帯４６は、第１曲面ミラー４３１の位置から、空間光信号がボールレンズ４１に入射することを防ぐ。第１曲面ミラー４３１の凸面や、受光素子４５の背面に、光の反射を防止する処置や、光を吸収する処置が加えられている場合、遮光帯４６を省略してもよい。
　本変形例では、第２曲面ミラー４３２を省略し、第２曲面ミラー４３２の位置に受光素子４５を配置する。本変形例の受信装置４－４は、簡単な構成でありながら、光信号を効率よく受信できる。また、本変形例では、第１曲面ミラー４３１の焦点位置に受光素子４５が配置されればよいため、第１曲面ミラー４３１の曲面の設計が容易になる。
　以上のように、本実施形態の受信装置は、ボールレンズ、導光器、および複数の受光素子を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。導光器は、ボールレンズの周囲に環状に配置された複数の基本ユニットによって構成される。
基本ユニットは、光信号を反射する入射面を含む第１曲面ミラーと、第１曲面ミラーに反射面が向けられた第２曲面ミラーとによって構成される。複数の第１曲面ミラーは、ボールレンズに入射面を向けて配置される。
複数の受光素子の各々は、複数の基本ユニットの各々に対応付けられる。受光素子は、基本ユニットから出射された光信号を受光する。受光素子は、光信号の波長領域の光を受光する受光部を、第２曲面ミラーの反射面に向けて、対応付けられた基本ユニットの第１曲面ミラーの入射面と同一の曲面上に配置される。受光素子は、受光した光信号に由来する信号を出力する。
　本実施形態の受信装置は、導光器を構成する複数の基本ユニットを構成する第１曲面ミラーおよび第２曲面ミラーによって、その基本ユニットの第１曲面ミラーの凹面に配置された受光素子に向けて、多様な方向から到来する光信号を導光する。本実施形態の受信装置によれば、多様な方向から到来する光信号を、導光器を構成する基本ユニットごとに一括して受信できるため、受光素子の数を減らすことができる。そのため、本実施形態の受信装置によれば、適切な数の受光素子を用いて、多様な方向から到来する光信号を受信できる。
　本実施形態の一態様において、基本ユニットは、光信号を反射する入射面を含む第１曲面ミラーによって構成される。複数の第１曲面ミラーは、ボールレンズに入射面を向けて配置される。受光素子は、光信号の波長領域の光を受光する受光部を、対応付けられた基本ユニットの第１曲面ミラーの反射面に向けて配置される。本態様によれば、第２曲面ミラーを省略し、第２曲面ミラーの位置に受光素子を配置することで、簡単な構成でありながら、光信号を効率よく受信できる。
　（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に、ボールレンズによって集光される光信号を導光部に導光することを補助する導光補助器が追加された構成である。
　（構成）
　図２９は、本実施形態に係る受信装置５の構成の一例を示す概念図である。受信装置５は、ボールレンズ５１、導光器５３、複数の受光素子（図示しない）、および導光補助器５７を備える。図２９は、受信装置５を上方向から見た平面図である。受信装置５を横方向から見た側面図は省略する。ボールレンズ５１、導光器５３、および導光補助器５７は、支持体（図示しない）によって、互いの位置関係が固定される。本実施形態においては、ボールレンズ５１に対して導光器５３および導光補助器５７を固定する支持体を省略する。
　ボールレンズ５１は、第１の実施形態のボールレンズ１１と同様の構成である。ボールレンズ５１は、外部から到来した空間光信号を、ボールレンズ５１の集光領域に集光する。
　導光補助器５７は、環状の形状を有する。導光補助器５７は、ボールレンズ５１と導光器５３の間に配置される。導光補助器５７は、ボールレンズ５１の周囲を取り囲むように配置される。導光補助器５７は、内径に沿った内側面と、外径に沿った外側面とを有する。導光補助器５７の内側面には、ボールレンズ５１によって集光された光信号が入射する。導光補助器５７の内部に進入した光信号は、外側面に向けて進行する。導光補助器５７の外側面に到達した光信号は、導光器５３に向けて出射される。導光補助器５７を実現する構成例については、後述する。
　導光器５３は、第１～第４の実施形態に係る導光器のいずれかである。導光器５３は、導光補助器５７の周囲を取り囲むように配置される。導光器５３は、複数の基本ユニット５３０によって構成される。導光器５３には、導光補助器５７から出射された光信号が入射する。導光器５３は、入射した光信号を受光素子（図示しない）に向けて導光する。
　受光素子（図示しない）は、第１の実施形態の受光素子１５と同様の構成である。複数の受光素子の各々は、導光器５３を構成する複数の基本ユニットの各々に対応付けられて配置される。ボールレンズ５１によって集光された光信号は、導光補助器５７を介して導光器５３に到達する。導光器５３に到達した光信号は、導光器５３によって進行方向が変えられ、受光素子によって受光される。受光素子は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子は、変換後の電気信号を、受信回路（図示しない）に出力する。
　図３０は、導光補助器５７を実現する構成の一例（導光補助器５７－１）を示す概念図である。導光補助器５７－１は、複数の透明層５７１と複数の遮蔽層５７２によって構成される。透明層５７１は、光信号の波長帯において透過率が高い部材によって構成される。例えば、透明層５７１は、ガラスやプラスチック等の材質によって実現できる。光信号の波長帯において透過率が高ければ、透明層５７１の材質には限定を加えない。遮蔽層５７２は、光信号の波長帯において吸収率が高い部材によって構成される層状部材である。例えば、遮蔽層５７２は、カーボンやプラスチック等の材質によって実現できる。導光補助器５７－１は、複数の透明層５７１と複数の遮蔽層５７２が、ボールレンズ５１の円周方向において交互に隣接する構造を有する。
　導光補助器５７－１の内側面から進入した光信号のうち、遮蔽層５７２に当たらなかった成分は、外側面から出射されて導光器５３に入射する。導光補助器５７－１の内側面から進入した光信号のうち、遮蔽層５７２に当たった成分は、遮蔽層５７２によって吸収される。遮蔽層５７２によって吸収された光信号は、導光補助器５７－１の外側面から出射されない。すなわち、遮蔽層５７２は、ボールレンズ５１と導光器５３の間の迷光をブロックする。導光補助器５７－１の厚さが厚すぎると、遮蔽層５７２によって吸収される光信号が増える。そのため、導光補助器５７－１の厚さは、迷光をブロックする効果と、遮蔽層５７２による光信号の吸収量とのバランスに応じて、設定されることが好ましい。
　導光補助器５７－１（図３０）の構成では、基本ユニット５３０ごとに複数の遮蔽層５７２が配置される。そのため、導光補助器５７－１（図３０）の構成によれば、隣接し合う基本ユニット５３０の各々に対応する受光素子によって、光信号が跨って受光されることを防止できる。
　図３１は、導光補助器５７を実現する構成の別の一例（導光補助器５７－２）を示す概念図である。導光補助器５７－２は、複数の隔壁５７５によって構成される。隔壁５７５は、隣接し合う基本ユニット５３０の境界に合わせて配置される。例えば、隔壁５７５は、光信号の波長帯において吸収率が高い部材によって構成される。
　導光補助器５７－２の内側面から進入した光信号のうち、隔壁５７５に当たらなかった成分は、外側面から出射されて導光器５３に入射する。隔壁５７５の光吸収性が高い場合、導光補助器５７－２の内側面から進入した光信号のうち、隔壁５７５に当たった成分は、外側面から出射されない。
　導光補助器５７－２（図３１）の構成では、隣接し合う基本ユニット５３０の間に隔壁５７５が配置される。そのため、導光補助器５７－２（図３１）の構成によれば、隣接し合う基本ユニット５３０の各々に対応する受光素子によって、光信号が跨って受光されることを防止できる。
　（変形例）
　次に、本実施形態の変形例について図面を参照しながら説明する。以下の変形例は、ボールレンズと導光補助器を密着させる構成である。以下の変形例の図面において、図２９と同様の構成については、図２９と同じ符号を用いる。
　〔変形例５〕
　図３２は、変形例５の受信装置５－５の構成について説明するための概念図である。受信装置５－５は、ボールレンズ５１、導光器５３、複数の受光素子（図示しない）、および導光補助器５７を備える。導光器５３は、複数の基本ユニット５３０によって構成される。図３２は、受信装置５－５を上方向から見た平面図である。受信装置５－５の構成要素は、図２９の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。
　受信装置５－５においては、ボールレンズ５１の外周と、導光補助器５７の内側面とが密接する。受信装置５－５の構成の場合、ボールレンズ５１の屈折率と、導光補助器５７に含まれる透明層（図示しない）の屈折率とが同じであることが好ましい。
　受信装置５－５（図３２）の構成によれば、ボールレンズ５１と、導光補助器５７の内側面との間の空間がなくなるため、ボールレンズ５１によって集光された光信号が、導光補助器５７の表面で反射されなくなる。すなわち、受信装置５－５の構成によれば、ボールレンズ５１によって集光された光信号が、導光器５３に到達する前に離脱しにくくなる。そのため、受信装置５－５の構成によれば、光信号をより効率的に受光できる。
　以上のように、本実施形態の受信装置は、ボールレンズと導光器との間に配置され、ボールレンズによって集光された光信号を導光器に向けて導光する導光補助器を備える。例えば、導光補助器は、ボールレンズの直径方向に沿って配置された複数の遮蔽層と、複数の遮蔽層の層間に形成され、光信号が透過する複数の透明層と、によって構成される。例えば、導光補助器は、ボールレンズの直径方向に沿って配置された複数の隔壁によって構成される。例えば、導光補助器は、ボールレンズに密接して配置される。
　本実施形態の受信装置は、ボールレンズによって集光された光信号を、導光補助器を介して、導光器に導光する。そのため、本実施形態の受信装置によれば、ボールレンズによって集光された光信号を、より確実に導光器に導光することで、より効率的に受光できる。
　（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に、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が追加された構成である。
　（構成）
　図３３は、本実施形態に係る受信装置６の構成の一例を示す概念図である。受信装置６は、ボールレンズ６１、導光器６３、複数の受光素子６５、および受信回路６７を備える。図３３は、受信装置６を横方向から見た側面図である。受信装置６を上方向から見た平面図は省略する。ボールレンズ６１および導光器６３は、支持体（図示しない）によって、互いの位置関係が固定される。本実施形態においては、ボールレンズ６１に対して導光器６３を固定する支持体を省略する。
　ボールレンズ６１、導光器６３、および複数の受光素子６５は、受光部６０を構成する。受光部６０は、第１～第５の実施形態に係る受信装置のいずれかである。図３３には、一例として、第１の実施形態の受信装置１（受光部６０に相当）に受信回路６７を追加した構成を示す。受光部６０の構成に関する説明は、省略する。
　受信回路６７は、複数の受光素子６５の各々から出力された信号を取得する。受信回路６７は、複数の受光素子６５の各々からの信号を増幅する。受信回路６７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６７は、複数の受光素子６５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６５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６を実現できる。例えば、受信回路６７は、複数の受光素子６５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６５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６を実現できる。受信回路６７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６７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６が備える受信回路６７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３４は、受信回路６７の構成の一例を示すブロック図である。図３４の例では、複数の受光素子６５の数をＭ個とする（Ｍは自然数）。なお、図３４は、受信回路６７の構成の一例であって、受信回路６７の構成を限定するものではない。
　受信回路６７は、複数の第１処理回路６７１－１～Ｍ、制御回路６７２、セレクタ６７３、および複数の第２処理回路６７５－１～Ｎを有する（Ｍ、Ｎは自然数）。第１処理回路６７１は、複数の受光素子６５－１～Ｍのいずれか一つに対応付けられる。第１処理回路６７１は、複数の受光素子６５－１～Ｍに含まれる複数の受光素子６５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６７１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６５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６５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６５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６７１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６７１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６７３に出力する。セレクタ６７３に出力された信号のうち受信対象の信号は、制御回路６７２の制御に応じて、複数の第２処理回路６７５－１～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６５からの信号は、第２処理回路６７５に出力されない。
　例えば、第１処理回路６７１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６７２に出力する。積分器は、受光素子６５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６７２は、複数の第１処理回路６７１－１～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６７２は、複数の受光素子６５－１～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６７２は、互いに隣接し合う複数の受光素子６５からの信号の読み取り値を比較する。制御回路６７２は、比較結果に応じて、信号強度が最大の受光素子６５を選択する。制御回路６７２は、選択された受光素子６５に由来する信号を、複数の第２処理回路６７５－１～Ｎのいずれかに割り当てるように、セレクタ６７３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ず、受光素子６５－１～Ｍから出力された信号を、予め設定されたいずれかの第２処理回路６７５に出力すればよい。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６５－１～Ｍから出力された信号の出力先の第２処理回路６７５を選択すればよい。例えば、制御回路６７２が受光素子６５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６７２が受光素子６５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６７２によって選択された受光素子６５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６５とを対応付けることに相当する。すなわち、制御回路６７２は、複数の受光素子６５－１～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６７３には、複数の第１処理回路６７１－１～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６７３は、制御回路６７２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６７５－１～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６７３から出力されない。
　複数の第２処理回路６７５－１～Ｎには、制御回路６７２によって割り当てられた、複数の受光素子６５－１～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６７５－１～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６７５－１～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６７２によって選択された受光素子６５に由来する信号をセレクタ６７３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６７５が割り当てられる。すなわち、制御回路６７２は、複数の受光素子６５－１～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６７５－１～Ｎのいずれかに割り当てる。これにより、受信装置６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とりによって、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、ボールレンズ、導光器、複数の受光素子、および受信回路を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。導光器は、ボールレンズの周囲に環状に配置された複数の基本ユニットによって構成される。導光器は、ボールレンズによって集光された光信号を、光信号の入射方向に対して略垂直な方向に導光する。複数の受光素子の各々は、複数の基本ユニットの各々に対応付けられる。受光素子は、基本ユニットから出射された光信号を受光する。受光素子は、受光した光信号に由来する信号を出力する。送信装置は、空間光信号を送信する。受信回路は、複数の受光素子から出力される信号を取得する。受信回路は、取得した信号をデコードする。
　本実施形態の受信装置は、多様な方向から到来する光信号を、導光器を構成する複数の基本ユニットのいずれかによって、その基本ユニットに対応付けられた受光素子に向けて導光する。本実施形態の受信装置は、受光素子によって受光された光信号をデコードする。本実施形態の受信装置によれば、多様な方向から到来する光信号を、導光器を構成する基本ユニットごとに一括してデコードできる。そのため、本実施形態の受信装置によれば、多様な方向から到来する光信号をデコードできる。
　（第７の実施形態）
　次に、第７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６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。
　図３５は、本実施形態の通信装置７００－１の構成の一例を示す概念図である。通信装置７００－１は、受信装置７１０、制御装置７５０、および送信装置７７０を備える。受信装置７１０および送信装置７７０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７００－１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７１０は、第１～第６の実施形態のいずれかの受信装置である。受信装置７１０は、第１～第６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７１０は、通信対象（図示しない）から送信された空間光信号を受信する。受信装置７１０は、受信した空間光信号を電気信号に変換する。受信装置７１０は、変換後の電気信号を制御装置７５０に出力する。
　制御装置７５０は、受信装置７１０から出力された信号を取得する。制御装置７５０は、取得した信号に応じた処理を実行する。制御装置７５０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７５０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７７０に出力する。例えば、制御装置７５０は、受信装置７１０が受信した信号に含まれる情報に応じて、予め決められた条件に基づく処理を実行する。例えば、制御装置７５０は、受信装置７１０が受信した信号に含まれる情報に応じて、ユーザによって入力された操作に応じた処理を実行する。
　送信装置７７０は、制御装置７５０から制御信号を取得する。送信装置７７０は、制御信号に応じた空間光信号を投射する。送信装置７７０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７７０は、位相変調型の空間光変調器を備える。また、送信装置７７０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３６は、送信装置７７０の構成の一例を示す概念図である。送信装置７７０は、光源７７１、空間光変調器７７３、曲面ミラー７７５、および制御部７７７を有する。図３６は、送信装置７７０の内部構成を横方向から見た側面図である。図３６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７７１は、制御部７７７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７７１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７７１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７７１は、空間光変調器７７３の変調部７７３０に設定された変調領域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７７１は、レンズによって拡大された光７０２を出射する。光源７７１から出射された光７０２は、空間光変調器７７３の変調部７７３０に向けて進行する。
　空間光変調器７７３は、光７０２が照射される変調部７７３０を有する。空間光変調器７７３の変調部７７３０には、光源７７１から出射された光７０２が照射される。空間光変調器７７３の変調部７７３０には、変調領域が設定される。変調部７７３０の変調領域には、制御部７７７の制御に応じて、投射光７０５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７７３の変調部７７３０に入射した光７０２は、空間光変調器７７３の変調部７７３０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７７３の変調部７７３０で変調された変調光７０３は、曲面ミラー７７５の反射面７７５０に向けて進行する。
　例えば、空間光変調器７７３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７７３は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）によって実現できる。また、空間光変調器７７３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７７３では、投射光７０５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７７３を用いる場合、光源７７１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７７３の変調部７７３０の変調領域は、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７７３０の変調領域は、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７７３０の変調領域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７７３０の変調領域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７７３０に光７０２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７０３が出射される。変調部７７３０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７７３０の変調領域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７７５は、曲面状の反射面７７５０を有する反射鏡である。曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、投射光７０５の投射角に応じた曲率を有する。曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、曲面であればよい。図３６の例の場合、曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、円柱の側面の形状を有する。例えば、曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、球面でもよい。例えば、曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、自由曲面であってもよい。例えば、曲面ミラー７７５の反射面７７５０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７７５の反射面７７５０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７７５は、空間光変調器７７３の変調部７７３０に反射面７７５０を向けて、変調光７０３の光路上に配置される。曲面ミラー７７５の反射面７７５０には、空間光変調器７７３の変調部７７３０で変調された変調光７０３が照射される。曲面ミラー７７５の反射面７７５０で反射された光（投射光７０５）は、反射面７７５０の曲率に応じた拡大率で拡大されて、投射される。図３３の例の場合、投射光７０５は、曲面ミラー７７５の反射面７７５０における変調光７０３の照射範囲の曲率に応じて、水平方向（図３６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７７３と曲面ミラー７７５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７７３の変調部７７３０によって変調された変調光７０３の光路上に、遮蔽器が配置されてもよい。遮蔽器は、変調光７０３に含まれる不要な光成分を遮蔽し、投射光７０５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７０３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。
図３６の例では曲面ミラー７７５が用いられているが、送信装置７７０には、曲面ミラー７７５の代わりに、フーリエ変換レンズや投射レンズ等を含む投射光学系が設けられてもよい。また、送信装置７７０は、曲面ミラー７７５や投射光学系を用いずに、空間光変調器７７３の変調部７７３０で変調された光をそのまま投射するように構成されてもよい。
　制御部７７７は、光源７７１および空間光変調器７７３を制御する。例えば、制御部７７７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７７７は、空間光変調器７７３の変調部７７３０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７７３０に設定する。例えば、制御部７７７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７７３０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７７７は、空間光変調器７７３の変調部７７３０に照射される光７０２の位相と、変調部７７３０で反射される変調光７０３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７７３を駆動する。例えば、パラメータは、屈折率や光路長などの光学的特性に関する値である。例えば、制御部７７７は、空間光変調器７７３の変調部７７３０に印可する電圧を変化させることによって、変調部７７３０の屈折率を調節する。位相変調型の空間光変調器７７３の変調部７７３０に照射された光７０２の位相分布は、変調部７７３０の光学的特性に応じて変調される。なお、制御部７７７による空間光変調器７７３の駆動方法は、空間光変調器７７３の変調方式に応じて決定される。
　制御部７７７は、表示される画像に対応する位相画像が変調部７７３０に設定された状態で、光源７７１を駆動させる。その結果、空間光変調器７７３の変調部７７３０に位相画像が設定されたタイミングに合わせて、光源７７１から出射された光７０２が空間光変調器７７３の変調部７７３０に照射される。空間光変調器７７３の変調部７７３０に照射された光７０２は、空間光変調器７７３の変調部７７３０において変調される。空間光変調器７７３の変調部７７３０において変調された変調光７０３は、曲面ミラー７７５の反射面７７５０に向けて出射される。
　例えば、送信装置７７０に含まれる曲面ミラー７７５の反射面７７５０の曲率と、空間光変調器７７３と曲面ミラー７７５の距離とを調整し、投射光７０５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７７０を二つ用いれば、投射光７０５の投射角を３６０度に設定できる。また、送信装置７７０の内部で変調光７０３の一部を平面鏡等で折り返し、投射光７０５を２方向に投射するように構成すれば、投射光７０５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７７０と、第２の実施形態の受信装置２とを組み合わせた構成とする。このような構成とすれば、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。
　〔通信装置〕
　図３７は、通信装置７００－１の構成の一例を示す概念図である。通信装置７００－１は、受信器７１０１、送信器７７０１、および制御装置（図示しない）を備える。図４０では、受信回路や制御装置は省略する。通信装置７００－１は、円筒状の外形を有する受信器７１０１および送信器７７０１を組み合わせた構成を有する。
　受信器７１０１は、ボールレンズ７１、導光器７３、複数の受光素子７５、支持部材７８１、基板７８２、導線７８３、およびカラーフィルタ７８４を含む。ボールレンズ７１は、上下に配置された一対の支持部材７８１によって、上下の部分を挟持される。ボールレンズ７１の上下は、空間光信号の送受信に用いられないため、支持部材７８１で挟持されやすいように、平面状に加工されてもよい。導光器７３は、受信対象の空間光信号を受信できるように、ボールレンズ７１の集光領域に合わせて配置される。導光器７３は、複数の基本ユニット７３０で構成される。複数の基本ユニット７３０の各々には、受光素子７５が対応付けられる。複数の受光素子７５は、基板７８２に配置される。複数の受光素子７５の各々は、導線７８３によって、制御装置（図示しない）や送信器７７０１に接続される。
　円筒状の受信器７１０１の側面には、カラーフィルタ７８４が配置される。カラーフィルタ７８４は、不要な光を除去し、通信に用いられる空間光信号を選択的に透過する。円筒状の受信器７１０１の上下面には、一対の支持部材７８１が配置される。一対の支持部材７８１は、ボールレンズ７１の上下を挟持する。ボールレンズ７１の出射側には、環状に形成された導光器７３が配置される。カラーフィルタ７８４を介してボールレンズ７１に入射した空間光信号は、ボールレンズ７１によって、導光器７３に向けて集光される。導光器７３に集光された光信号は、いずれかの基本ユニット７３０によって、その基本ユニット７３０に対応付けられた受光素子７５の受光部に向けて導光される。受光素子７５の受光部に到達した光信号は、その受光素子７５によって受光される。制御装置（図示しない）は、導光器７３によって受光された光信号に応じて、送信器７７０１から空間光信号を送信させる。
　送信器７７０１は、図３６の構成によって実現できる。送信器７７０１は、円筒上の筐体の内部に収納される。円筒状の筐体には、送信器７７０１による空間光信号の送信方向に合わせて開口されたスリットが形成される。例えば、送信器７７０１が３６０度の方向に空間光信号を送信できる場合、送信器７７０１の筐体には、空間光信号の送信方向に合わせて、側面を一周するスリットが形成される。
　〔適用例１〕
　次に、本実施形態の通信装置７００－１の適用例１について図面を参照しながら説明する。図３８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（柱上空間とも呼ぶ）に、複数の通信装置７００－１が配置された通信ネットワークの一例（通信システムとも呼ぶ）を示す。
　電柱や街灯などの柱の上部（柱上空間）には障害物が少ない。そのため、柱上空間は、通信装置７００－１を設置するのに適している。また、同程度の高さに通信装置７００－１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、受信器７１０１を構成する導光器７３の受光面積を小さくし、装置を簡略化できる。空間光信号を送受信し合う通信装置７００－１のペアは、少なくとも一方の通信装置７００－１が、他方の通信装置７００－１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７００－１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７００－１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７００－１は、他の通信装置７００－１から送信された空間光信号を、別の通信装置７００－１に中継するように配置されればよい。
　本適用例によれば、柱上空間に配置された複数の通信装置７００－１の間で、空間光信号を用いた通信が可能になる。例えば、柱上空間に配置された通信装置７００－１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７００－１との間で、無線通信による通信を行うように構成されてもよい。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７００－１がインターネットに接続されるように構成されてもよい。
　以上のように、本実施形態の通信装置、受信装置、送信装置、および制御装置を備える。受信装置は、ボールレンズ、導光器、複数の受光素子、および受信回路を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。導光器は、ボールレンズの周囲に環状に配置された複数の基本ユニットによって構成される。導光器は、ボールレンズによって集光された光信号を、光信号の入射方向に対して略垂直な方向に導光する。複数の受光素子の各々は、複数の基本ユニットの各々に対応付けられる。受光素子は、基本ユニットから出射された光信号を受光する。受光素子は、受光した光信号に由来する信号を出力する。送信装置は、空間光信号を送信する。受信回路は、複数の受光素子から出力される信号を取得する。受信回路は、取得した信号をデコードする。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取得する。制御装置は、取得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。
　本実施形態の通信装置は、多様な方向から到来する光信号を、導光器を構成する複数の基本ユニットのいずれかによって、その基本ユニットに対応付けられた受光素子に向けて導光する受信装置を備える。本実施形態の通信装置によれば、多様な方向から到来する光信号を、導光器を構成する基本ユニットごとに一括して受信できるため、受光素子の数を減らすことができる。そのため、本実施形態の通信装置によれば、適切な数の受光素子を用いて、多様な方向から到来する光信号を受信できる。
　本実施形態の一態様の通信システムは、上記の通信装置を複数備える。通信システムにおいて、複数の通信装置は、空間光信号を互いに送受信し合うように配置される。本態様によれば、空間光信号を送受信する通信ネットワークを実現できる。
　（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６の実施形態の受信装置が簡略化された構成である。図３９は、本実施形態に係る受信装置８の構成の一例を示す概念図である。受信装置８は、ボールレンズ８１、導光器８３、および複数の受光素子８５を備える。
　ボールレンズ８１は、空間を伝搬する光信号を集光する。導光器８３は、ボールレンズ８１の周囲に環状に配置された複数の基本ユニット８３０によって構成される。導光器８３は、ボールレンズ８１によって集光された光信号を、光信号の入射方向に対して略垂直な方向に導光する。複数の受光素子８５の各々は、複数の基本ユニット８３０の各々に対応付けられる。受光素子８５は、基本ユニット８３０から出射された光信号を受光する。受光素子８５は、受光した光信号に由来する信号を出力する。
　以上のように、本実施形態の受信装置は、多様な方向から到来する光信号を、導光器を構成する複数の基本ユニットのいずれかによって、その基本ユニットに対応付けられた受光素子に向けて導光する。本実施形態の受信装置によれば、多様な方向から到来する光信号を、導光器を構成する基本ユニットごとに一括して受信できるため、受光素子の数を減らすことができる。そのため、本実施形態の受信装置によれば、適切な数の受光素子を用いて、多様な方向から到来する光信号を受信できる。
　（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４０の情報処理装置９０を一例として挙げて説明する。なお、図４０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４０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４０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４０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。
　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）
　空間を伝搬する光信号を集光するボールレンズと、
　前記ボールレンズの周囲に環状に配置された複数の基本ユニットによって構成され、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を、前記光信号の入射方向に対して略垂直な方向に導光する導光器と、
　複数の前記基本ユニットの各々に対応付けられ、前記基本ユニットから出射された前記光信号を受光し、受光した前記光信号に由来する信号を出力する複数の受光素子と、を備える受信装置。
（付記２）
　前記基本ユニットは、
　前記ボールレンズによって集光された前記光信号が入射する入射面を含む第１面と、前記第１面に対向する第２面と、前記入射面から入射した前記光信号が出射する出射端とを含む導光体と、
　前記第２面の側の前記入射面に対向する位置に配置され、前記入射面から入射した前記光信号の進行方向を前記出射端に向けて変更する光進行方向変更部材と、を含み、
　前記受光素子は、
　前記光信号の波長領域の光を受光する受光部を、前記基本ユニットの前記出射端に向けて配置される付記１に記載の受信装置。
（付記３）
　前記光進行方向変更部材は、
　前記第２面の側の前記入射面に対向する位置に配置され、前記入射面から入射した前記光信号を前記出射端に向けて回折する回折素子である付記２に記載の受信装置。
（付記４）
　前記光進行方向変更部材は、
　前記第２面の側の前記入射面に対向する位置に形成され、前記入射面から入射した前記光信号を前記出射端に向けて反射する複数の反射面が組み合わされたマルチミラーである付記２に記載の受信装置。
（付記５）
　前記基本ユニットは、
　複数の前記基本ユニットの配列によって形成される面に対して垂直な向きに、前記入射面から進入した前記光信号を導光するように配置される付記２乃至４のいずれか一つに記載の受信装置。
（付記６）
　前記基本ユニットは、
　複数の前記基本ユニットの配列によって形成される円の周方向に沿った向きに、前記入射面から進入した前記光信号を導光するように配置され、
　複数の前記基本ユニットの各々の前記出射端は、
　隣接する前記基本ユニットの前記第２面の側に配置される付記２乃至４のいずれか一つに記載の受信装置。
（付記７）
　前記基本ユニットは、
　前記光信号を反射する入射面を含む凹曲面と、前記凹曲面に対向する凸曲面と、前記入射面に入射した前記光信号が導光される出射端とを含み、
　複数の前記基本ユニットは、
　複数の前記基本ユニットの配列によって形成される円の周方向に沿った向きに、前記入射面から進入した前記光信号を導光するように、前記ボールレンズに前記凹曲面を向けて配置され、
　複数の前記基本ユニットの各々の前記出射端は、
　隣接する前記基本ユニットの前記凸曲面の側に配置され、
　前記受光素子は、
　前記光信号の波長領域の光を受光する受光部を有し、前記基本ユニットの前記出射端に前記受光部を向けて配置され、対応付けられた前記基本ユニットの前記凹曲面と、対応付けられた前記基本ユニットに隣接する前記基本ユニットの前記凸曲面とによって反射されて導光された前記光信号を受光する付記１に記載の受信装置。
（付記８）
　前記基本ユニットは、
　前記光信号を反射する入射面を含む第１曲面ミラーと、前記第１曲面ミラーに反射面が向けられた第２曲面ミラーとによって構成され、
　複数の前記第１曲面ミラーは、
　前記ボールレンズに前記入射面を向けて配置され、
　前記受光素子は、
　前記光信号の波長領域の光を受光する受光部を有し、前記第２曲面ミラーの前記反射面に前記受光部を向けて、対応付けられた前記基本ユニットの前記第１曲面ミラーの前記入射面と同一の曲面上に配置される付記１に記載の受信装置。
（付記９）
　前記基本ユニットは、
　前記光信号を反射する入射面を含む第１曲面ミラーによって構成され、
　複数の前記第１曲面ミラーは、
　前記ボールレンズに前記入射面を向けて配置され、
　前記受光素子は、
　前記光信号の波長領域の光を受光する受光部を、対応付けられた前記基本ユニットの前記第１曲面ミラーの前記入射面に向けて配置される付記１に記載の受信装置。
（付記１０）
　前記ボールレンズと前記導光器との間に配置され、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を前記導光器に向けて導光する導光補助器を備える付記１乃至９のいずれか一つに記載の受信装置。
（付記１１）
　前記導光補助器は、
　前記ボールレンズの直径方向に沿って配置された複数の遮蔽層と、
　複数の前記遮蔽層の層間に形成され、前記光信号が透過する複数の透明層と、によって構成される付記１０に記載の受信装置。
（付記１２）
　前記導光補助器は、
　前記ボールレンズの直径方向に沿って配置された複数の隔壁によって構成される付記１０に記載の受信装置。
（付記１３）
　前記導光補助器は、
　前記ボールレンズに密接して配置される付記１０乃至１２のいずれか一つに記載の受信装置。
（付記１４）
　複数の前記受光素子から出力される前記信号を取得し、取得した前記信号をデコードする受信回路を備える付記１乃至１３のいずれか一つに記載の受信装置。
（付記１５）
　付記１４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取得し、取得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。
（付記１６）
　付記１５に記載の通信装置を複数備え、
　複数の前記通信装置が、
　空間光信号を互いに送受信し合うように配置された通信システム。
　１、２、３、４、５、６　　受信装置
　１１、２１、３１、４１、５１、６１　　ボールレンズ
　１３、２３、３３、４３、５３、６３　　導光器
　１５、２５、３５、４５、６５　　受光素子
　４６　　遮光帯
　５７　　導光補助器
　６０　　受光部
　６７　　受信回路
　１３０、２３０、３３０、４３０　　基本ユニット
　１３３、２３３　　導光体
　１３５　　回折素子
　２３５　　マルチミラー
　４３１　　第１曲面ミラー
　４３２　　第２曲面ミラー
　５７１　　透明層
　５７２　　遮蔽層
　５７５　　隔壁
　６７１　　第１処理回路
　６７２　　制御回路
　６７３　　セレクタ
　６７５　　第２処理回路
　７００　　通信装置
　７１０　　受信装置
　７５０　　制御装置
　７７０　　送信装置
　７７１　　光源
　７７３　　空間光変調器
　７７５　　曲面ミラー
　７８１　　支持部材
　７８２　　基板
　７８３　　導線
　７８４　　カラーフィルタ
　７１０１　　受信器
　７７０１　　送信器

Claims (16)

  1. 　空間を伝搬する光信号を集光するボールレンズと、
    　前記ボールレンズの周囲に環状に配置された複数の基本ユニットによって構成され、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を、前記光信号の入射方向に対して略垂直な方向に導光する導光器と、
    　複数の前記基本ユニットの各々に対応付けられ、前記基本ユニットから出射された前記光信号を受光し、受光した前記光信号に由来する信号を出力する複数の受光素子と、を備える受信装置。
  2. 　前記基本ユニットは、
    　前記ボールレンズによって集光された前記光信号が入射する入射面を含む第１面と、前記第１面に対向する第２面と、前記入射面から入射した前記光信号が出射する出射端とを含む導光体と、
    　前記第２面の側の前記入射面に対向する位置に配置され、前記入射面から入射した前記光信号の進行方向を前記出射端に向けて変更する光進行方向変更部材と、を含み、
    　前記受光素子は、
    　前記光信号の波長領域の光を受光する受光部を、前記基本ユニットの前記出射端に向けて配置される請求項１に記載の受信装置。
  3. 　前記光進行方向変更部材は、
    　前記入射面から入射した前記光信号を前記出射端に向けて回折する回折素子である請求項２に記載の受信装置。
  4. 　前記光進行方向変更部材は、
    　前記入射面から入射した前記光信号を前記出射端に向けて反射する複数の反射面が組み合わされたマルチミラーである請求項２に記載の受信装置。
  5. 　前記基本ユニットは、
    　複数の前記基本ユニットの配列によって形成される面に対して垂直な向きに、前記入射面から進入した前記光信号を導光するように配置される請求項２乃至４のいずれか一項に記載の受信装置。
  6. 　前記基本ユニットは、
    　複数の前記基本ユニットの配列によって形成される円の周方向に沿った向きに、前記入射面から進入した前記光信号を導光するように配置され、
    　複数の前記基本ユニットの各々の前記出射端は、
    　隣接する前記基本ユニットの前記第２面の側に配置される請求項２乃至４のいずれか一項に記載の受信装置。
  7. 　前記基本ユニットは、
    　前記光信号を反射する入射面を含む凹曲面と、前記凹曲面に対向する凸曲面と、前記入射面に入射した前記光信号が導光される出射端とを含み、
    　複数の前記基本ユニットは、
    　複数の前記基本ユニットの配列によって形成される円の周方向に沿った向きに、前記入射面から進入した前記光信号を導光するように、前記ボールレンズに前記凹曲面を向けて配置され、
    　複数の前記基本ユニットの各々の前記出射端は、
    　隣接する前記基本ユニットの前記凸曲面の側に配置され、
    　前記受光素子は、
    　前記光信号の波長領域の光を受光する受光部を有し、前記基本ユニットの前記出射端に前記受光部を向けて配置され、対応付けられた前記基本ユニットの前記凹曲面と、対応付けられた前記基本ユニットに隣接する前記基本ユニットの前記凸曲面とによって反射されて導光された前記光信号を受光する請求項１に記載の受信装置。
  8. 　前記基本ユニットは、
    　前記光信号を反射する入射面を含む第１曲面ミラーと、前記第１曲面ミラーに反射面が向けられた第２曲面ミラーとによって構成され、
    　複数の前記第１曲面ミラーは、
    　前記ボールレンズに前記入射面を向けて配置され、
    　前記受光素子は、
    　前記光信号の波長領域の光を受光する受光部を、前記第２曲面ミラーの前記反射面に向けて、対応付けられた前記基本ユニットの前記第１曲面ミラーの前記入射面と同一の曲面上に配置される請求項１に記載の受信装置。
  9. 　前記基本ユニットは、
    　前記光信号を反射する入射面を含む第１曲面ミラーによって構成され、
    　複数の前記第１曲面ミラーは、
    　前記ボールレンズに前記入射面を向けて配置され、
    　前記受光素子は、
    　前記光信号の波長領域の光を受光する受光部を、対応付けられた前記基本ユニットの前記第１曲面ミラーの前記入射面に向けて配置される請求項１に記載の受信装置。
  10. 　前記ボールレンズと前記導光器との間に配置され、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を前記導光器に向けて導光する導光補助器を備える請求項１乃至９のいずれか一項に記載の受信装置。
  11. 　前記導光補助器は、
    　前記ボールレンズの直径方向に沿って配置された複数の遮蔽層と、
    　複数の前記遮蔽層の層間に形成され、前記光信号が透過する複数の透明層と、によって構成される請求項１０に記載の受信装置。
  12. 　前記導光補助器は、
    　前記ボールレンズの直径方向に沿って配置された複数の隔壁によって構成される請求項１０に記載の受信装置。
  13. 　前記導光補助器は、
    　前記ボールレンズに密接して配置される請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の受信装置。
  14. 　複数の前記受光素子から出力される前記信号を取得し、取得した前記信号をデコードする受信回路を備える請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の受信装置。
  15. 　請求項１４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取得し、取得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。
  16. 　請求項１５に記載の通信装置を複数備え、
    　複数の前記通信装置が、
    　空間光信号を互いに送受信し合うように配置された通信システム。
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