特開 2024-24281 送信器、送信装置、通信装置、および通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024024281

(43)【公開日】2024-02-22

(54)【発明の名称】送信器、送信装置、通信装置、および通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/112 20130101AFI20240215BHJP

   H04B 10/50 20130101ALI20240215BHJP

【ＦＩ】

H04B10/112

H04B10/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022127020

(22)【出願日】2022-08-09

(71)【出願人】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100149618

【弁理士】

【氏名又は名称】北嶋 啓至

(72)【発明者】

【氏名】高田 紘也

(72)【発明者】

【氏名】水本 尚志

(72)【発明者】

【氏名】奥村 藤男

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA26

5K102AD01

5K102AH02

5K102AH27

5K102AL23

5K102PB01

5K102PC11

5K102PH01

5K102PH31

5K102RB02

5K102RD28

(57)【要約】

【課題】雨などの外乱の影響を受けにくい指向性のある空間光信号を送信できる送信器等を提供する。
【解決手段】光源と、送信対象である空間光信号に応じた位相画像が設定され、光源から出射された光が照射される変調部を有する空間光変調器と、空間光変調器の変調部で変調された変調光を拡散する光拡散器と、光拡散器によって拡散された変調光を拡大投射するボールレンズと、を備える送信器とする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
送信対象である空間光信号に応じた位相画像が設定され、前記光源から出射された光が照射される変調部を有する空間光変調器と、
前記空間光変調器の前記変調部で変調された変調光を拡散する光拡散器と、
前記光拡散器によって拡散された前記変調光を拡大投射するボールレンズと、を備える送信器。

【請求項2】

前記光拡散器は、
前記空間光変調器の前記変調部で変調された前記変調光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズと前記ボールレンズとの間に配置され、前記集光レンズによって集光された前記変調光を拡散する透明拡散器と、を有する請求項１に記載の送信器。

【請求項3】

前記光拡散器は、
前記空間光変調器の前記変調部で変調された前記変調光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズと前記ボールレンズとの間に配置され、前記集光レンズによって集光された前記変調光を複数の光束に分割する透過型の回折光学素子と、を有する請求項１に記載の送信器。

【請求項4】

前記空間光信号として送信される投射光の投射角に応じた曲率を有する曲面状の反射面を有する反射鏡を備え、
前記反射鏡は、
前記空間光変調器の前記変調部と前記集光レンズの入射面とに、前記反射面を向けて配置される請求項２に記載の送信器。

【請求項5】

凹面状の拡散面を有し、前記空間光変調器の前記変調部と前記ボールレンズとに前記拡散面を向けて配置された反射型拡散器を備える請求項１に記載の送信器。

【請求項6】

前記空間光変調器の前記変調部で変調された前記変調光を複数の光束に分割する凹面状の回折反射面を有し、前記空間光変調器の前記変調部と前記ボールレンズとに前記回折反射面を向けて配置された反射型の回折光学素子を備える請求項１に記載の送信器。

【請求項7】

前記光拡散器は、
複数の光ファイバが束ねられたファイババンドルであり、
複数の前記光ファイバの入射端は、前記空間光変調器の前記変調部に向けて配置され、
複数の前記光ファイバの出射端は、前記ボールレンズに向けて配置される請求項１に記載の送信器。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか一項に記載の送信器と、
前記送信器に含まれる空間光変調器の変調部に、空間光通信に用いられる位相画像を設定し、前記位相画像が設定された前記変調部に光が照射されるように前記送信器に含まれる光源を制御する制御手段と、を備える送信装置。

【請求項9】

請求項８に記載の送信装置と、
空間光信号を受信する受信装置と、
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。

【請求項10】

請求項９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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、空間を伝播する光信号を送信する送信装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

光空間通信においては、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。空間光信号を広範囲に送信するためには、投射光の投射角ができるだけ大きい方が好ましい。例えば、位相変調型の空間光変調器を含む送信装置を用いれば、空間光変調器の変調部に設定されるパターンを制御することによって、投射角を広げることができる。送信装置を中心として多方向に空間光信号を送信できれば、空間光信号を用いた通信ネットワークを構築できる。

【0003】

特許文献１には、可視光通信用に構成された光源装置について開示されている。特許文献１の装置は、発光素子、経路、波長変換素子、ビーム整形機構、およびビームステアリング機構を備える。発光素子は、ドライバが供給する変調信号を用いて変調される第１ピーク波長の指向性電磁放射を出力する。波長変換素子は、指向性電磁放射を方向付ける経路に光学的に結合され、受光素子から指向性電磁放射を受け取る。波長変換素子は、第１ピーク波長を有する指向性電磁放射を、第１ピーク波長よりも長い第２ピーク波長に変換する。波長変換素子は、第２ピーク波長と部分的に第１ピーク波長とを含む白色スペクトルを出力する。ビーム整形機構は、白色スペクトルの角度分布を変更する。例えば、ビーム整形機構として、コリメートレンズや非球面レンズ、ボールレンズなどが用いられる。ビームステアリング機構は、目標物の周囲の空間的範囲内において白色スペクトルを走査し、第１ピーク波長の指向性電磁放射を目標物に指向させる。

【0004】

特許文献２には、レーザ光を変調した光を用いた画像投影装置について開示されている。特許文献２の装置は、光源、光変調器、フーリエ変換レンズ、スクリーン、および投影光学系を備える。光源は、レーザ光を出射する。光変調器は、光源から入射したレーザ光を、ホログラムデータに基づいて変調して出射する。フーリエ変換レンズは、光変調器からの出射光に対して、フーリエ変換を行う。光変調器から出射される０次光は、フーリエ変換レンズの後側焦点位置に集光する。１次回折光による像の結像位置は、ホログラムデータに基づいた変調により、フーリエ変換レンズの光軸上において、フーリエ変換レンズの後側焦点位置より後側の位置に設定される。スクリーンは、１次回折光による像の結像位置に配置される。投影光学系は、凹面鏡である。投影光学系は、スクリーンに結像した画像を、凹面状の反射面で反射することによって、投影画像を投影する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２０２０－５３６３７２号公報

【特許文献2】特開２０１６－１７６９９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の装置は、第１ピーク波長および第２ピーク波長を含む白色スペクトルを用いて目標物を走査してから、その目標物に対して第１ピーク波長の指向性電磁放射を指向させる。特許文献１の装置は、ビーム整形機構を用いて、白色スペクトルの角度分布を変更する。特許文献１の装置は、屋内のような狭い空間において、画像を表示させる用途に用いることができる。しかし、屋外のような広い空間において、指向性のある空間光信号を通信対象に向けて送信する用途に、特許文献１の装置を適用することは難しかった。

【0007】

特許文献２の装置は、スクリーンに結像した画像を、凹面状の反射面で反射させて、拡大投影する。特許文献２の装置から投影された画像は、凹面状の反射面で拡大されて投影される。そのため、指向性のある空間光信号を通信対象に向けて送信する用途に、特許文献２の装置を適用することは難しかった。

【0008】

通信対象の位置が固定されている場合、空間光信号の光軸が一意に定まる。そのような場合、通信対象に向けて、ビーム径が太い空間光信号を送信できる。しかし、複数の通信装置や移動体との間における通信では、空間光信号の光軸が一意に定まらない。そのような場合、複数の通信対象に向けて空間光信号を放射するため、送信装置の付近において空間光信号のビーム径が細くなる。ビーム径の細い空間光信号は、雨などの外乱の影響によって、遠方の通信対象に届く前に減衰しやすい。

【0009】

本開示の目的は、雨などの外乱の影響を受けにくい指向性のある空間光信号を送信できる送信器等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の一態様の送信器は、光源と、送信対象である空間光信号に応じた位相画像が設定され、光源から出射された光が照射される変調部を有する空間光変調器と、空間光変調器の変調部で変調された変調光を拡散する光拡散器と、光拡散器によって拡散された変調光を拡大投射するボールレンズと、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、雨などの外乱の影響を受けにくい指向性のある空間光信号を送信できる送信器等を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態に係る送信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図2】第１の実施形態に係る送信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図3】第１の実施形態の変形例１－１に係る送信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図4】第１の実施形態の変形例１－２に係る送信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図5】第１の実施形態の変形例１－３に係る送信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図6】第１の実施形態の変形例１－３に係る送信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図7】第２の実施形態に係る送信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図8】第２の実施形態の変形例２－１に係る送信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図9】第３の実施形態に係る送信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図10】第３の実施形態の変形例３－１に係る送信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図11】第４の実施形態に係る送信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図12】第５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。

【図13】第５の実施形態に係る通信装置が備える受信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図14】第５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。

【図15】第５の実施形態の適用例１に係る通信装置の構成の一例を示す概念図である。

【図16】第６の実施形態に係る送信器の構成の一例を示す概念図である。

【図17】各実施形態における制御や処理を実行するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

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、光の経路の一例を図示したり、構成が込み合ったりする等の理由により、断面にハッチングを施さない場合がある。

【0015】

（第１の実施形態）
まず、本実施形態に係る送信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の送信装置は、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。本実施形態の送信装置は、空間を伝搬する光を送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。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。

【0016】

（構成）
図１～図２は、本実施形態に係る送信装置１０の構成の一例を示す概念図である。送信装置１０は、光源１１、空間光変調器１２、集光レンズ１４、拡散器１５、ボールレンズ１６、および制御部１７を備える。光源１１、空間光変調器１２、集光レンズ１４、拡散器１５、およびボールレンズ１６は、送信器１００を構成する。集光レンズ１４および拡散器１５は、光拡散器を構成する。図１は、送信器１００の内部構成を上方から見た平面図である。図２は、送信器１００の内部構成を側方から見た側面図である。図１～図２には、拡散器１５の断面を示す。図１～図２は、概念的なものであり、各構成要素の形状や、構成要素間の位置関係、光の進行などを正確に表したものではない。

【0017】

光源１１は、制御部１７の制御に応じて、光１０１を出射する。例えば、光源１１は、コリメートレンズを含む。コリメートレンズを通せば、光１０１は、略平行光になる。略平行光は、平行光線ではない光線を含みうる。すなわち、略平行光は、平行光線のみならず、発散する光線や集光する光線を含みうる。光源１１の光軸は、空間光変調器１２の変調部１２０の面に対して、斜めに設定される。光源１１は、制御部１７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１１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１１は、可視や赤外の波長帯のレーザ光を出射する。例えば、８００～１０００ナノメートル（ｎｍ）の近赤外線であれば、可視光と比べてレーザクラスをあげられるので、可視光よりも感度を向上できる。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、８００～１０００ｎｍの近赤外線よりも、高出力のレーザ光源を用いることができる。１．５５μｍの波長帯の赤外線を出射する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。

【0018】

空間光変調器１２は、光源１１から出射された光１０１の光路に配置される。空間光変調器１２は、変調部１２０を有する。変調部１２０には、変調領域が設定される。変調部１２０の変調領域には、制御部１７の制御に応じて、投射光１０６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。変調部１２０には、光源１１から出射された光１０１が照射される。変調部１２０に入射した光１０１は、変調部１２０に設定されたパターン（位相画像）に応じて変調される。変調部１２０で変調された変調光１０２は、集光レンズ１４の入射面に向けて進行する。

【0019】

例えば、空間光変調器１２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１２は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）によって実現できる。また、空間光変調器１２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１２では、投射光１０６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１２を用いる場合、光源１１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。

【0020】

変調部１２０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１２０の変調領域は、所望のアスペクト比の矩形領域（タイルとも呼ぶ）に分割される。変調部１２０の変調領域に設定された複数のタイルには、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。

【0021】

変調部１２０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１２０に光１０１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１０２が出射される。変調部１２０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１２０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。

【0022】

集光レンズ１４は、空間光変調器１２と拡散器１５の間に配置される。集光レンズ１４の入射面は、空間光変調器１２に向けられる。集光レンズ１４の入射面には、空間光変調器１２の変調部１２０で変調された変調光１０２が入射する。集光レンズ１４の出射面は、拡散器１５に向けられる。集光レンズ１４に入射した変調光１０２は、集光レンズ１４の屈折率に応じて屈折されて、出射面から出射する。集光レンズ１４から出射した変調光１０２は、拡散器１５に向けて集光される。

【0023】

例えば、集光レンズ１４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、集光レンズ１４は、可視領域の光を透過／屈折する材料によって実現できる。例えば、クラウンガラスやフリントガラスなどの光学ガラスが、集光レンズ１４に適用できる。例えば、ＢＫ（Boron Kron）などのクラウンガラスが、集光レンズ１４に適用できる。例えば、ＬａＳＦ（Lanthanum Schwerflint）などのフリントガラスが、集光レンズ１４に適用できる。例えば、石英ガラスが、集光レンズ１４に適用できる。例えば、サファイア等の結晶が、集光レンズ１４に適用できる。例えば、アクリル等の透明樹脂が、集光レンズ１４に適用できる。

【0024】

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、集光レンズ１４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、集光レンズ１４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、集光レンズ１４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、集光レンズ１４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、集光レンズ１４の材質には限定を加えない。集光レンズ１４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。

【0025】

拡散器１５は、球冠状の形状を有する透過型の拡散器（透明拡散器とも呼ぶ）である。拡散器１５の入射面（凸面）には、ランダムに配列された微小な凹レンズが、アレイ状に形成される。拡散器１５には、集光レンズ１４によって集光された変調光１０２が入射する。拡散器１５は、アレイ状に形成された微小レンズによって、入射した変調光１０２を拡散する。拡散器１５によって拡散された変調光１０２は、ボールレンズ１６に向けて進行する。変調光１０２は、微小レンズが形成された位置において、拡散される。そのため、ボールレンズ１６に入射させる変調光１０２の範囲は、微小レンズが形成される範囲に応じて、整形できる。

【0026】

拡散器１５は、空間光信号が透過しやすい材質が好ましい。例えば、拡散器１５は、ポリカーボネートやポリエステル、アクリル、ガラスなどの透明な基板を用いて形成できる。拡散器１５の拡散角は、微小レンズの状態によって調整できる。拡散器１５を通過後の変調光１０２の拡散角は、入射光の発散角の２乗と、拡散器１５の拡散角の２乗との和の平方根の値に相当する。微小レンズのサイズが小さく、密度が大きいほど、拡散器１５の拡散角が大きい。拡散器１５を通過後の変調光１０２の拡散角は、ボールレンズ１６の直径や、拡散器１５とボールレンズ１６との距離などに応じて、調整されればよい。

【0027】

ボールレンズ１６は、球形のレンズである。ボールレンズ１６は、任意の角度から見て、球形である。ボールレンズ１６には、拡散器１５によって拡散された変調光１０２が入射する。ボールレンズ１６は、入射した変調光１０２を、略平行光の投射光１０６に変換して出射する。ボールレンズ１６から出射された投射光１０６は、通信対象（図示しない）に向けて進行する。投射光１０６は、進行に応じて、発散する光線や集束する光線を含む。投射光１０６は、送信装置１０から送信された段階で、ボールレンズ１６によってビーム径が拡大される。そのため、送信装置１０と通信対象との間に、天候の影響で雨粒などが介在する場合であっても、投射光１０６は減衰しにくい。

【0028】

例えば、ボールレンズ１６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１６は、可視領域の光を透過／屈折する材料によって実現できる。例えば、クラウンガラスやフリントガラスなどの光学ガラスが、ボールレンズ１６に適用できる。例えば、ＢＫなどのクラウンガラスが、ボールレンズ１６に適用できる。例えば、ＬａＳＦなどのフリントガラスが、ボールレンズ１６に適用できる。例えば、石英ガラスが、ボールレンズ１６に適用できる。例えば、サファイア等の結晶が、ボールレンズ１６に適用できる。例えば、アクリル等の透明樹脂が、ボールレンズ１６に適用できる。

【0029】

空間光信号が近赤外線である場合、ボールレンズ１６には、近赤外線を透過する材料が用いられる。例えば、１．５μｍ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１６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。空間光信号が赤外線である場合、ボールレンズ１６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１６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１６の材質には限定を加えない。ボールレンズ１６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。

【0030】

制御部１７は、光源１１および空間光変調器１２を制御する。例えば、制御部１７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１７は、空間光変調器１２の変調部１２０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１２０に設定する。制御部１７は、空間光変調器１２の変調部１２０に、投射される画像に対応する位相画像を設定する。例えば、制御部１７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１２０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。

【0031】

制御部１７は、変調部１２０に照射される光１０１の位相と、その変調部１２０で反射される変調光１０２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１２を制御する。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１７は、空間光変調器１２の変調部１２０に印加する電圧を変化させることによって、変調部１２０の屈折率を調節する。位相変調型の空間光変調器１２の変調部１２０に照射された光１０１の位相分布は、変調部１２０の光学的特性に応じて変調される。なお、制御部１７による空間光変調器１２の駆動方法は、空間光変調器１２の変調方式に応じて決定される。

【0032】

制御部１７は、表示される画像に対応する位相画像が変調部１２０に設定された状態で、光源１１を駆動させる。その結果、空間光変調器１２の変調部１２０に位相画像が設定されたタイミングに合わせて、光源１１から出射された光１０１が空間光変調器１２の変調部１２０に照射される。空間光変調器１２の変調部１２０に照射された光１０１は、空間光変調器１２の変調部１２０において変調される。空間光変調器１２の変調部１２０において変調された変調光１０２は、集光レンズ１４の入射面に向けて出射される。

【0033】

また、制御部１７は、通信対象（図示しない）との間の通信のために、光源１１から出射される光１０１を変調させる。通信において、制御部１７は、通信用の位相画像を空間光変調器１２の変調部１２０に設定した状態で、光源１１から光１０１を出射させるタイミングを制御することで、光１０１を変調させる。通信における光１０１の変調パターンは、任意に設定される。例えば、制御部１７とは別に、通信用の構成（通信部）が追加されてもよい。その場合、制御部１７は、通信部によって設定された条件に応じて、光源１１および空間光変調器１２を制御するように構成されればよい。

【0034】

（変形例）
次に、本実施形態の変形例について説明する。以下においては、本実施形態に係る３つの変形例をあげる。以下の変形例は、一例であって、本実施形態の変形例を限定するものではない。

【0035】

〔変形例１－１〕
変形例１－１は、複数の方向に向けて空間光信号が送信される例である。図３は、変形例１－１に係る送信装置１０－１の構成の一例を示す概念図である。送信装置１０－１は、光源１１－１、光源１１－２、空間光変調器１２、集光レンズ１４、拡散器１５、ボールレンズ１６、および制御部１７を備える。光源１１－１、光源１１－２、空間光変調器１２、集光レンズ１４、拡散器１５、およびボールレンズ１６は、送信器１００－１を構成する。集光レンズ１４および拡散器１５は、光拡散器を構成する。図３は、送信器１００－１の内部構成を上方から見た平面図である。図３には、拡散器１５の断面を示す。図３は、概念的なものであり、各構成要素の形状や、構成要素間の位置関係、光の進行などを正確に表したものではない。光源１１－１と光源１１－２は、図１～図２の構成（光源１１）と同様の構成である。空間光変調器１２、集光レンズ１４、拡散器１５、ボールレンズ１６、および制御部１７は、図１～図２の構成と同様である。

【0036】

光源１１－１は、制御部１７の制御に応じて、光１０１－１を出射する。例えば、光源１１－１は、コリメートレンズを含む。コリメートレンズを通せば、光１０１－１は、略平行光になる。図２の例と同様に、光源１１－１の光軸は、空間光変調器１２の変調部１２０の面に対して、斜めに設定される。光源１１－１から出射された光１０１－１は、空間光変調器１２の変調部１２０に設定された第１変調領域に照射される。制御部１７の制御に応じて、第１変調領域には、第１位相画像が設定される。光１０１－１は、第１変調領域に設定された第１位相画像に応じて、変調される。第１変調領域で変調された変調光１０２－１は、集光レンズ１４で集光されて、拡散器１５の凸面に入射する。拡散器１５に入射した変調光１０２－１は、拡散器１５で拡散されて、ボールレンズ１６に入射する。ボールレンズ１６に入射した変調光１０２－１は、ボールレンズ１６で略平行光の投射光１０６－１に変換されて、空間光信号として送信される。

【0037】

光源１１－２は、制御部１７の制御に応じて、光１０１－２を出射する。例えば、光源１１－２は、コリメートレンズを含む。コリメートレンズを通せば、光１０１－２は、略平行光になる。光源１１－２は、光源１１－１と同じ波長の光を出射するように構成されてもよいし、光源１１－１とは異なる波長の光を出射するように構成されてもよい。図２の例と同様に、光源１１－２の光軸は、空間光変調器１２の変調部１２０の面に対して、斜めに設定される。光源１１－２から出射された光１０１－２は、空間光変調器１２の変調部に設定された第２変調領域に照射される。第１変調領域と第２変調領域は、異なる領域である。例えば、第１変調領域と第２変調領域の間には、光が反射されない領域が設定される。制御部１７の制御に応じて、第２変調領域には、第２位相画像が設定される。第２位相画像は、第１位相画像と同じでもよいし、第１位相画像とは異なっていてもよい。光１０１－２は、第１変調領域に設定された第２位相画像に応じて、変調される。第２変調領域で変調された変調光１０２－２は、集光レンズ１４で集光されて、拡散器１５に入射する。拡散器１５に入射した変調光１０２－２は、拡散器１５で拡散されて、ボールレンズ１６に入射する。ボールレンズ１６に入射した変調光１０２－２は、ボールレンズ１６で略平行光の投射光１０６－２に変換されて、空間光信号として送信される。投射光１０６－２は、投射光１０６－１とは異なる方向に向けて、送信される。また、投射光１０６－２は、投射光１０６－１と同じ方向に向けて、送信されてもよい。

【0038】

本変形例では、複数の光源に由来する複数の空間光信号が、異なる方向に送信される。そのため、本変形例によれば、空間光信号の投射範囲において、複数の通信対象と通信できる。また、本変形例によれば、異なる波長の空間光信号を同じ方向に送信することによって、空間光信号の波長を多重化できる。

【0039】

〔変形例１－２〕
変形例１－２は、拡散器１５の替わりに、回折光学素子１８が配置される例である。図４は、変形例１－２に係る送信装置１０－２の構成の一例を示す概念図である。送信装置１０－２は、光源１１、空間光変調器１２、集光レンズ１４、回折光学素子１８、ボールレンズ１６、および制御部１７を備える。光源１１、空間光変調器１２、集光レンズ１４、回折光学素子１８、およびボールレンズ１６は、送信器１００－２を構成する。集光レンズ１４および回折光学素子１８は、光拡散器を構成する。図４は、送信器１００－２の内部構成を上方から見た平面図である。図４には、回折光学素子１８の断面を示す。図４は、概念的なものであり、各構成要素の形状や、構成要素間の位置関係、光の進行などを正確に表したものではない。光源１１、空間光変調器１２、集光レンズ１４、ボールレンズ１６、および制御部１７は、図１～図２の構成と同様である。

【0040】

回折光学素子１８は、球冠状の形状を有する透過型の回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）である。回折光学素子１８の表面には、サブミクロンオーダーの凹凸が形成される。回折光学素子１８の表面の凹凸は、専用の金型を用いた立体的なナノインプリントによって形成できる。回折光学素子１８の凸面は、集光レンズ１４の出射面に向けられる。回折光学素子１８の凹面は、ボールレンズ１６に向けられる。

【0041】

回折光学素子１８の凸面には、集光レンズ１４によって集光された変調光１０２が入射する。回折光学素子１８は、入射した変調光１０２を、複数の光束に分岐する。複数の光束に分岐した変調光１０２は、回折光学素子１８の凹面からボールレンズ１６に向けて、出射される。

【0042】

光源１１は、制御部１７の制御に応じて、光１０１を出射する。図２の例と同様に、光源１１の光軸は、空間光変調器１２の変調部１２０の面に対して、斜めに設定される。光源１１から出射された光１０１は、空間光変調器１２の変調部１２０に照射される。制御部１７の制御に応じて、変調部１２０には、位相画像が設定される。光１０１は、変調部１２０に設定された位相画像に応じて、変調される。変調部１２０で変調された変調光１０２は、集光レンズ１４で集光されて、回折光学素子１８の凸面に入射する。回折光学素子１８に入射した変調光１０２は、回折光学素子１８で複数の光束に分岐されて、回折光学素子１８の凹面から出射される。回折光学素子１８から出射された複数の光束は、ボールレンズ１６に入射する。ボールレンズ１６に入射した複数の光束は、ボールレンズ１６で略平行光の投射光１０５に変換されて、複数の光束からなる空間光信号として送信される。

【0043】

本変形例では、複数の光束からなる空間光信号が、同じ方向に送信される。単一の光束と比べて、複数の光束の各々は、エネルギーが大きい。また、複数の光束の間には隙間が空いている。そのため、本変形例によれば、雨などの天候の影響によって減衰しにくく、ロバスト性の高い空間光信号を送信できる。例えば、複数の光束のうちいずれかが一時的に遮断されても、残りの光束が通信対象に届けば、その通信対象との通信を継続できる。

【0044】

〔変形例１－３〕
変形例１－３は、空間光変調器１２と集光レンズ１４との間に遮光器１９が配置される例である。図５は、変形例１－３に係る送信装置１０－３の構成の一例を示す概念図である。送信装置１０－３は、光源１１、空間光変調器１２、遮光器１９、集光レンズ１４、拡散器１５、ボールレンズ１６、および制御部１７を備える。光源１１、空間光変調器１２、遮光器１９、集光レンズ１４、拡散器１５、およびボールレンズ１６は、送信器１００－３を構成する。集光レンズ１４および拡散器１５は、光拡散器を構成する。図５は、送信器１００－３の内部構成を上方から見た平面図である。図５は、概念的なものであり、各構成要素の形状や、構成要素間の位置関係、光の進行などを正確に表したものではない。光源１１、空間光変調器１２、集光レンズ１４、ボールレンズ１６、および制御部１７は、図１～図２の構成と同様である。

【0045】

遮光器１９は、空間光変調器１２と集光レンズ１４との間に配置される。遮光器１９には、投射光１０６として投射される変調光１０２を通過させる、開口が形成される。遮光器１９は、変調光１０２に含まれる０次光を遮蔽する。また、遮光器１９は、変調光１０２に含まれる高次画像を遮蔽する。すなわち、遮光器１９は、変調光に含まれる０次光および高次画像を形成する光成分（不要光とも呼ぶ）を遮蔽する。

【0046】

図６は、送信器１００－３の構成の一例を示す概念図である。図６は、送信器１００－３を空間光変調器の裏側から見下ろした図である。遮光器１９における変調光１０２の照射範囲は、破線で示す領域Ｒ１の範囲内である。変調光１０２に含まれる０次光は、遮光器１９のスポットＳ₀の位置に照射される。また、遮光器１９の開口は、投射対象である０次画像に合わせて、形成される。そのため、変調光１０２に含まれる高次画像は、遮光器１９の位置に照射される。そのため、遮光器１９の開口を通過した変調光１０２には、０次光および高次画像を形成する不要項が含まれない。集光レンズ１４における変調光１０２の照射範囲は、一点鎖線で示す領域Ｒ２の範囲内である。

【0047】

光源１１は、制御部１７の制御に応じて、光１０１を出射する。光源１１の光軸は、空間光変調器１２の変調部１２０の面に対して、斜めに設定される。光源１１から出射された光１０１は、空間光変調器１２の変調部１２０に照射される。制御部１７の制御に応じて、変調部１２０には、位相画像が設定される。光１０１は、変調部１２０に設定された位相画像に応じて、変調される。変調部１２０で変調された変調光１０２のうち、遮光器１９の開口を通過した変調光１０２は、集光レンズ１４で集光されて、拡散器１５の凸面に入射する。拡散器１５に入射した変調光１０２－１は、拡散器１５で拡散されて、ボールレンズ１６に入射する。ボールレンズ１６に入射した変調光１０２－１は、ボールレンズ１６で略平行光の投射光１０６－３に変換されて、空間光信号として送信される。

【0048】

本変形例では、遮光器１９によって、０次光や高次画像などの不要光が除去される。そのため、本変形例によれば、空間光信号に含まれうる雑音成分を除去することによって、高品質な空間光信号を送信できる。

【0049】

以上のように、本実施形態の送信装置は、光源、空間光変調器、集光レンズ、透明拡散器、ボールレンズ、および制御部を備える。光源、空間光変調器、集光レンズ、透明拡散器、およびボールレンズは、送信器を構成する。集光レンズおよび透明拡散器は、光拡散器を構成する。光源は、レーザ光を出射する出射器を含む。光源は、出射器から出射されたレーザ光に由来する光を出射する。空間光変調器は、送信対象である空間光信号に応じた位相画像が設定される変調部を有する。変調部には、光源から出射された光が照射される。集光レンズは、空間光変調器の変調部で変調された変調光を集光する。透明拡散器は、集光レンズとボールレンズとの間に配置される。透明拡散器は、集光レンズによって集光された変調光を拡散する。ボールレンズは、透明拡散器によって拡散された変調光を拡大投射する。ボールレンズから拡大投射された変調光は、略平行光の投射光（空間光信号）である。制御部は、送信器に含まれる空間光変調器の変調部に、空間光通信に用いられる位相画像を設定する。制御部は、位相画像が設定された変調部に光が照射されるように、送信器に含まれる光源を制御する。

【0050】

本実施形態においては、光源から出射された光が、空間光変調器の変調部に照射される。変調部で変調された変調光は、集光レンズで一度集光された後に、透明拡散器で拡散されて、ビーム径が広がった状態でボールレンズに入射する。ボールレンズに入射した変調光は、略平行光の投射光（空間光信号）として投射される。そのため、本実施形態の送信器から送信された空間光信号は、ビーム径が広げられずに送信された場合と比較して、送信直後のビーム径が大きく、雨などの外乱の影響を受けにくい。また、本実施形態の送信器から送信された空間光信号は、略平行光であるため、送信装置から離れても広がりにくく、指向性が高い。すなわち、本実施形態の送信器によれば、雨などの外乱の影響を受けにくい指向性のある空間光信号を送信できる。

【0051】

本実施形態の一態様の送信装置は、複数の光源を有する。空間光変調器の変調部には、光源ごとの位相画像が設定される変調領域が割り当てられる。例えば、隣接し合う変調領域の間には、複数の光源から出射された光が変調されない不感帯が設定される。複数の光源から出射された光は、個別に変調／拡散されて、異なる空間光信号として送信される。本態様によれば、複数の光源から出射された光に由来する空間光信号を、異なる通信対象に向けて送信できる。本態様によれば、複数の光源から出射された光に由来する空間光信号を、空間多重化させて、同じ通信対象に向けて送信できる。本態様によれば、複数の光源から出射された異なる波長帯の光に由来する空間光信号を、送信できる。複数の光源から出射された異なる波長帯の光に由来する空間光信号を、同じ通信対象に向けて送信すれば、空間光信号を波長多重化できる。

【0052】

本実施形態の一態様において、光拡散器は、集光レンズと透過型の回折光学素子を有する。集光レンズは、空間光変調器の変調部で変調された変調光を集光する。透過型の回折光学素子は、集光レンズとボールレンズとの間に配置される。透過型の回折光学素子は、集光レンズによって集光された変調光を複数の光束に分割する。本態様によれば、複数の光束からなる空間光信号が、同じ方向に送信される。単一の光束と比べて、複数の光束の各々は、エネルギーが大きい。また、複数の光束の間には隙間が空いている。そのため、本変形例によれば、雨などの天候の影響によって減衰しにくく、ロバスト性の高い空間光信号を送信できる。

【0053】

本実施形態の一態様の送信装置は、遮光器を備える。遮光器は、空間光変調器と集光レンズとの間に配置される。遮光器には、空間光信号として送信される変調光を通過させる開口が形成される。遮光器は、空間光変調器の変調部で変調された変調光のうち、０次光と高次画像を含む不要光を遮蔽する。遮光器を通過した変調光には、不要光が含まれない。本変形例によれば、空間光信号に含まれうる雑音成分を除去することによって、高品質な空間光信号を送信できる。

【0054】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る送信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の送信装置は、空間光変調器で変調された変調光を、反射鏡で拡大反射させて集光レンズに導光する点において、第１の実施形態の送信装置とは異なる。

【0055】

（構成）
図７は、本実施形態に係る送信装置２０の構成の一例を示す概念図である。送信装置２０は、光源２１、空間光変調器２２、反射鏡２３、集光レンズ２４、拡散器２５、ボールレンズ２６、および制御部２７を備える。光源２１、空間光変調器２２、反射鏡２３、集光レンズ２４、拡散器２５、およびボールレンズ２６は、送信器２００を構成する。集光レンズ２４および拡散器２５は、光拡散器を構成する。図７は、送信器２００の内部構成を側方から見た側面図である。図７には、拡散器２５の断面を示す。図７は、概念的なものであり、各構成要素の形状や、構成要素間の位置関係、光の進行などを正確に表したものではない。

【0056】

光源２１は、第１の実施形態の光源１１と同様の構成である。光源２１は、制御部２７の制御に応じて、光２０１を出射する。光源２１の光軸は、空間光変調器２２の変調部２２０の面に対して、斜めに設定される。光源２１は、制御部２７の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光を出射する。

【0057】

空間光変調器２２は、第１の実施形態の空間光変調器１２と同様の構成である。空間光変調器２２は、光源２１から出射された光２０１の光路に配置される。空間光変調器２２は、変調部２２０を有する。変調部２２０には、変調領域が設定される。変調部２２０の変調領域には、制御部２７の制御に応じて、投射光２０６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。変調部２２０には、光源２１から出射された光２０１が照射される。変調部２２０に入射した光２０１は、変調部２２０に設定されたパターン（位相画像）に応じて変調される。変調部２２０で変調された変調光２０２は、反射鏡２３の反射面２３０に向けて進行する。

【0058】

反射鏡２３は、曲面状の反射面２３０を有する反射鏡である。反射鏡２３は、集光レンズ２４に入射する変調光２０２のビーム径を拡大する。反射鏡２３は、平面鏡であってもよい。反射面２３０は、空間光変調器２２の変調部２２０と、集光レンズ２４の入射面とに向けられる。例えば、反射面２３０は、円柱の側面の形状を有する。例えば、反射面２３０は、自由曲面や球面でもよい。例えば、反射面２３０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。例えば反射面２３０は、曲面と平面を組み合わせた形状であってもよい。

【0059】

反射鏡２３は、空間光変調器２２の変調部２２０に反射面２３０を向けて、配置される。反射鏡２３は、変調部２２０で変調された変調光２０２の光路上に配置される。反射面２３０には、変調部２２０で変調された変調光２０２が照射される。反射面２３０に照射された変調光２０２は、その反射面２３０で反射される。反射面２３０で反射された変調光２０２は、その反射面２３０の曲率に応じた拡大率で拡大されながら、集光レンズ２４の入射面に向けて進行する。

【0060】

集光レンズ２４は、第１の実施形態の集光レンズ１４と同様の構成である。集光レンズ２４は、反射鏡２３と拡散器２５の間に配置される。集光レンズ２４の入射面は、反射鏡２３の反射面２３０に向けられる。集光レンズ２４の入射面には、反射鏡２３の反射面２３０で反射された変調光２０２が入射する。集光レンズ２４の出射面は、拡散器２５に向けられる。集光レンズ２４に入射した変調光２０２は、集光レンズ２４の屈折率に応じて屈折されて、出射面から出射する。集光レンズ２４から出射した変調光２０２は、拡散器２５に向けて集光される。

【0061】

拡散器２５は、第１の実施形態の拡散器１５と同様の構成である。拡散器２５は、球冠状の形状を有する透過型の光拡散器（透明拡散器）である。拡散器２５には、集光レンズ２４によって集光された変調光２０２が入射する。拡散器２５は、アレイ状に形成された微小レンズによって、入射した変調光２０２を拡散する。拡散器２５によって拡散された変調光２０２は、ボールレンズ２６に向けて進行する。変調光２０２は、微小レンズが形成された位置において、拡散される。そのため、ボールレンズ２６に入射させる変調光２０２の範囲は、微小レンズが形成される範囲に応じて、整形できる。

【0062】

ボールレンズ２６は、第１の実施形態のボールレンズ１６と同様の構成である。ボールレンズ２６は、球形のレンズである。ボールレンズ２６に入射する変調光２０２のビーム径は、反射鏡２３の反射面２３０の曲率に応じて拡大されている。そのため、第１の実施形態のボールレンズ１６と比べて、ボールレンズ２６の径を拡大できる。ボールレンズ２６には、拡散器２５によって拡散された変調光２０２が入射する。ボールレンズ２６は、入射した変調光２０２を、略平行光の投射光２０６に変換して出射する。ボールレンズ２６から出射された投射光２０６は、通信対象（図示しない）に向けて進行する。投射光２０６は、送信装置２０から送信された段階で、ボールレンズ２６によってビーム径が拡大される。そのため、送信装置２０と通信対象との間に、天候の影響で雨粒などが介在する場合であっても、投射光２０６は減衰しにくい。

【0063】

制御部２７は、第１の実施形態の制御部１７と同様の構成である。制御部２７は、光源２１および空間光変調器２２を制御する。制御部２７は、空間光変調器２２の変調部２２０に、投射される画像に対応する位相画像を設定する。制御部２７は、投射画像に対応する位相画像が変調部２２０に設定された状態で、光源２１を駆動させる。その結果、空間光変調器２２の変調部２２０に位相画像が設定されたタイミングに合わせて、光源２１から出射された光２０１が空間光変調器２２の変調部２２０に照射される。空間光変調器２２の変調部２２０に照射された光２０１は、その変調部２２０において変調される。変調部２２０において変調された変調光２０２は、集光レンズ２４の入射面に向けて出射される。また、制御部２７は、通信対象（図示しない）との間の通信のために、光源２１から出射される光２０１を変調させる。通信において、制御部２７は、通信用の位相画像を空間光変調器２２の変調部２２０に設定した状態で、光源２１から光２０１を出射させるタイミングを制御することで、光２０１を変調させる。

【0064】

（変形例）
次に、本実施形態の変形例について説明する。以下においては、複数の方向に向けて空間光信号を送信する構成を有する変形例をあげる。以下の変形例は、一例であって、本実施形態の変形例を限定するものではない。

【0065】

〔変形例２－１〕
変形例２－１は、複数の方向に向けて空間光信号が送信される例である。図８は、変形例２－１に係る送信器２００－１の構成の一例を示す概念図である。送信器２００－１は、複数の光源２１－１～３、空間光変調器２２、集光レンズ２４－１～３、複数の拡散器２５－１～３、および複数のボールレンズ２６－１～３を備える。図８には、光源２１、集光レンズ２４、拡散器２５、およびボールレンズ２６によって構成される投射ユニットを、３つ含む送信器２００－１の例を示す。集光レンズ２４および拡散器２５は、光拡散器を構成する。複数の光源２１－１～３および空間光変調器２２は、制御部（図示しない）によって制御される。

【0066】

図８は、送信器２００－１の内部構成を上方から見た平面図である。図８には、拡散器２５の断面を示す。図８は、概念的なものであり、各構成要素の形状や、構成要素間の位置関係、光の進行などを正確に表したものではない。光源２１－１～３、空間光変調器２２、集光レンズ２４－１～３、拡散器２５－１～３、ボールレンズ２６－１～３、および制御部は、図７の構成と同様である。

【0067】

光源２１－１は、制御部の制御に応じて、光を出射する。光源２１－１の光軸は、空間光変調器２２の変調部２２０の面に対して、斜めに設定される。光源２１－１から出射された光は、空間光変調器２２の変調部２２０に設定された第１変調領域に照射される。制御部の制御に応じて、第１変調領域には、第１位相画像が設定される。光は、第１変調領域に設定された第１位相画像に応じて、変調される。第１変調領域で変調された変調光は、反射鏡２３の反射面２３０の第１反射領域に向けて進行する。反射鏡２３に到達した変調光は、反射面２３０の第１反射領域で反射されて、集光レンズ２４－１に向けて進行する。集光レンズ２４－１に到達した変調光は、その集光レンズ２４－１で集光されて、拡散器２５－１の凸面に入射する。拡散器２５－１に入射した変調光は、拡散器２５－１で拡散されて、ボールレンズ２６－１に入射する。ボールレンズ２６－１に入射した変調光は、そのボールレンズ２６－１で略平行光（投射光）に変換されて、空間光信号として送信される。

【0068】

光源２１－２は、制御部の制御に応じて、光を出射する。光源２１－２の光軸は、空間光変調器２２の変調部２２０の面に対して、斜めに設定される。光源２１－２から出射された光は、空間光変調器２２の変調部２２０に設定された第２変調領域に照射される。制御部の制御に応じて、第２変調領域には、第２位相画像が設定される。光は、第２変調領域に設定された第２位相画像に応じて、変調される。第２変調領域で変調された変調光は、反射鏡２３の反射面２３０の第２反射領域に向けて進行する。反射鏡２３に到達した変調光は、反射面２３０の第２反射領域で反射されて、集光レンズ２４－２に向けて進行する。集光レンズ２４－２に到達した変調光は、その集光レンズ２４－２で集光されて、拡散器２５－２の凸面に入射する。拡散器２５－２に入射した変調光は、拡散器２５－２で拡散されて、ボールレンズ２６－２に入射する。ボールレンズ２６－２に入射した変調光は、そのボールレンズ２６－２で略平行光の投射光に変換されて、空間光信号として送信される。

【0069】

光源２１－３は、制御部の制御に応じて、光を出射する。図２の例と同様に、光源２１－３の光軸は、空間光変調器２２の変調部２２０の面に対して、斜めに設定される。光源２１－３から出射された光は、空間光変調器２２の変調部２２０に設定された第３変調領域に照射される。制御部の制御に応じて、第３変調領域には、第３位相画像が設定される。光は、第３変調領域に設定された第３位相画像に応じて、変調される。第３変調領域で変調された変調光は、反射鏡２３の反射面２３０の第３反射領域に向けて進行する。反射鏡２３に到達した変調光は、反射面２３０の第３反射領域で反射されて、集光レンズ２４－３に向けて進行する。集光レンズ２４－３に到達した変調光は、その集光レンズ２４－３で集光されて、拡散器２５－３の凸面に入射する。拡散器２５－３に入射した変調光は、拡散器２５－３で拡散されて、ボールレンズ２６－３に入射する。ボールレンズ２６－３に入射した変調光は、そのボールレンズ２６－３で略平行光の投射光に変換されて、空間光信号として送信される。

【0070】

光源２１－１～３は、同じ波長の光を出射するように構成されてもよいし、異なる波長の光を出射するように構成されてもよい。第１変調領域、第２変調領域、および第３変調領域は、異なる領域である。例えば、第１変調領域、第２変調領域、および第３変調領域の間には、光が反射されない領域が設定される。第１位相画像、第２位相画像、および第３位相画像は、同じでもよいし、異なっていてもよい。ボールレンズ２６－１～３から投射された投射光（空間光信号）は、異なる方向に向けて送信される。図８の例の場合、同一面内において、１８０度の方向に向けて空間光信号を送信できる。

【0071】

本変形例では、複数の光源に由来する複数の空間光信号が、異なる方向に送信される。そのため、本変形例によれば、空間光信号の投射範囲に配置された、複数の通信対象と通信できる。

【0072】

以上のように、本実施形態の送信装置は、光源、空間光変調器、反射鏡、集光レンズ、透明拡散器、ボールレンズ、および制御部を備える。光源、空間光変調器、反射鏡、集光レンズ、透明拡散器、およびボールレンズは、送信器を構成する。集光レンズおよび透明拡散器は、光拡散器を構成する。光源は、レーザ光を出射する出射器を含む。光源は、出射器から出射されたレーザ光に由来する光を出射する。空間光変調器は、送信対象である空間光信号に応じた位相画像が設定される変調部を有する。変調部には、光源から出射された光が照射される。反射鏡は、空間光信号として送信される投射光の投射角に応じた曲率を有する曲面状の反射面を有する。反射鏡は、空間光変調器の変調部と集光レンズの入射面とに、反射面を向けて配置される。集光レンズは、反射鏡の反射面で反射された変調光を集光する。透明拡散器は、集光レンズとボールレンズとの間に配置される。透明拡散器は、集光レンズによって集光された変調光を拡散する。ボールレンズは、透明拡散器によって拡散された変調光を拡大投射する。ボールレンズから拡大投射された変調光は、略平行光の投射光（空間光信号）である。制御部は、送信器に含まれる空間光変調器の変調部に、空間光通信に用いられる位相画像を設定する。制御部は、位相画像が設定された変調部に光が照射されるように、送信器に含まれる光源を制御する。

【0073】

本実施形態においては、光源から出射された光が、空間光変調器の変調部に照射される。変調部で変調された変調光は、反射鏡の反射面で反射されて、集光レンズの入射面に進行する。反射鏡の反射面で反射された変調光のビーム径は、その反射鏡の曲率に応じて拡大する。変調光は、集光レンズで一度集光された後に、透明拡散器で拡散されて、ビーム径が広がった状態でボールレンズに入射する。ボールレンズに入射した変調光は、略平行光の投射光（空間光信号）として投射される。本実施形態によれば、第１の実施形態と比べて、ボールレンズに入射する変調光のビーム径を拡大できる。そのため、本実施形態によれば、第１の実施形態の構成と比べて、集光レンズの入射面におけるビーム径を拡大することで、空間光信号のビーム径を拡大できる。また、本実施形態によれば、第１の実施形態と比べて、大きなボールレンズを使用できる。そのため、本実施形態によれば、第１の実施形態と比べて、より太いビーム径の投射光を投射できる。

【0074】

本実施形態の一態様の送信装置は、光源、透明拡散器、およびボールレンズによって構成される投射ユニットを複数含む。各投射ユニットの光源から出射された光は、空間光変調器の変調部に設定された異なる変調領域に照射される。各投射ユニットに対応付けられた変調領域で変調された変調光は、反射鏡の反射面に割り当てられた異なる反射領域で反射される。各投射ユニットの集光レンズは、反射鏡の反射面で反射された、その投射ユニットの光源から出射された光に由来する変調光を集光する。各投射ユニットの透明拡散器は、その投射ユニットの集光レンズによって集光された変調光を拡散する。各投射ユニットのボールレンズは、その投射ユニットの透明拡散器によって拡散された変調光を拡大投射する。複数の投射ユニットのボールレンズから拡大投射された変調光は、異なる方向に向けて、空間光信号として送信される。本態様によれば、複数の光源に由来する複数の空間光信号が、異なる方向に送信される。そのため、本対応によれば、空間光信号の投射範囲に配置された、複数の通信対象と通信できる。

【0075】

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る送信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の送信装置は、空間光変調器で変調された変調光を、反射型の拡散器で拡散させてボールレンズに導光する点において、第１の実施形態の送信装置とは異なる。本実施形態の構成は、第２の実施形態の構成と組み合わされてもよい。

【0076】

（構成）
図９は、本実施形態に係る送信装置３０の構成の一例を示す概念図である。送信装置３０は、光源３１、空間光変調器３２、拡散器３５、ボールレンズ３６、および制御部３７を備える。光源３１、空間光変調器３２、拡散器３５、およびボールレンズ３６は、送信器３００を構成する。拡散器３５は、光拡散器の一形態である。図９は、送信器３００の内部構成を側方から見た側面図である。図９には、拡散器３５の断面を示す。図９は、概念的なものであり、各構成要素の形状や、構成要素間の位置関係、光の進行などを正確に表したものではない。

【0077】

光源３１は、第１の実施形態の光源１１と同様の構成である。光源３１は、制御部３７の制御に応じて、光３０１を出射する。光源３１の光軸は、空間光変調器３２の変調部３２０の面に対して、斜めに設定される。光源３１は、制御部３７の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光を出射する。

【0078】

空間光変調器３２は、第１の実施形態の空間光変調器１２と同様の構成である。空間光変調器３２は、光源３１から出射された光３０１の光路に配置される。空間光変調器３２は、変調部３２０を有する。変調部３２０には、変調領域が設定される。変調部３２０の変調領域には、制御部３７の制御に応じて、投射光３０６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。変調部３２０には、光源３１から出射された光３０１が照射される。変調部３２０に入射した光３０１は、変調部３２０に設定されたパターン（位相画像）に応じて変調される。変調部３２０で変調された変調光３０２は、拡散器３５の拡散面３５０に向けて進行する。

【0079】

拡散器３５は、球冠状の形状を有する反射型の光拡散器（反射型拡散器とも呼ぶ）である。拡散器３５の拡散面３５０（凹面）には、ランダムに配列された微小な凹レンズがアレイ状に形成される。拡散器３５には、空間光変調器３２の変調部３２０で変調された変調光３０２が入射する。拡散器３５は、アレイ状に形成された微小レンズによって、入射した変調光３０２を拡散する。拡散器３５によって拡散された変調光３０２は、ボールレンズ３６に向けて進行する。変調光３０２は、微小レンズが形成された位置において、拡散される。そのため、ボールレンズ３６に入射させる変調光３０２の範囲は、微小レンズが形成される範囲に応じて、整形できる。

【0080】

拡散器３５の基材の材質は、拡散面３５０（凹面）に、光を拡散する拡散層が形成されていれば、限定しない。例えば、拡散面３５０に形成される微小レンズは、ポリカーボネートやポリエステル、アクリル、ガラスなどの透明な材料を用いて形成できる。拡散面３５０の拡散角は、微小レンズの状態によって調整できる。微小レンズのサイズが小さく、密度が大きいほど、拡散器３５の拡散角が大きい。拡散面３５０で反射された変調光３０２の拡散角は、ボールレンズ３６の直径や、拡散器３５とボールレンズ３６との距離などに応じて、調整されればよい。

【0081】

ボールレンズ３６は、第１の実施形態のボールレンズ１６と同様の構成である。ボールレンズ３６は、球形のレンズである。ボールレンズ３６には、拡散器３５によって拡散された変調光３０２が入射する。ボールレンズ３６は、入射した変調光３０２を、略平行光の投射光３０６に変換して出射する。ボールレンズ３６から出射された投射光３０６は、通信対象（図示しない）に向けて進行する。投射光３０６は、送信装置３０から送信された段階で、ボールレンズ３６によってビーム径が拡大される。そのため、送信装置３０と通信対象との間に、天候の影響で雨粒などが介在する場合であっても、投射光３０６は減衰しにくい。

【0082】

制御部３７は、第１の実施形態の制御部１７と同様の構成である。制御部３７は、光源３１および空間光変調器３２を制御する。制御部３７は、空間光変調器３２の変調部３２０に、投射される画像に対応する位相画像を設定する。制御部３７は、投射画像に対応する位相画像が変調部３２０に設定された状態で、光源３１を駆動させる。その結果、空間光変調器３２の変調部３２０に位相画像が設定されたタイミングに合わせて、光源３１から出射された光３０１が空間光変調器３２の変調部３２０に照射される。空間光変調器３２の変調部３２０に照射された光３０１は、その変調部３２０において変調される。変調部３２０において変調された変調光３０２は、拡散器３５の拡散面３５０に向けて出射される。また、制御部３７は、通信対象（図示しない）との間の通信のために、光源３１から出射される光３０１を変調させる。通信において、制御部３７は、通信用の位相画像を空間光変調器３２の変調部３２０に設定した状態で、光源３１から光３０１を出射させるタイミングを制御することで、光３０１を変調させる。

【0083】

（変形例）
次に、本実施形態の変形例について説明する。以下においては、拡散器の替わりに、回折光学素子が配置される変形例をあげる。以下の変形例は、一例であって、本実施形態の変形例を限定するものではない。

【0084】

〔変形例３－１〕
変形例３－１は、拡散器３５の替わりに、回折光学素子３８が配置される例である。図１０は、変形例３－１に係る送信装置３０－１の構成の一例を示す概念図である。送信装置３０－１は、光源３１、空間光変調器３２、回折光学素子３８、ボールレンズ３６、および制御部３７を備える。光源３１、空間光変調器３２、回折光学素子３８、ボールレンズ３６、および制御部３７は、送信器３００－１を構成する。回折光学素子３８は、光拡散器の一形態である。図１０は、送信器３００－１の内部構成を上方から見た平面図である。図１０は、回折光学素子３８の断面を示す。図１０は、概念的なものであり、各構成要素の形状や、構成要素間の位置関係、光の進行などを正確に表したものではない。光源３１、空間光変調器３２、ボールレンズ３６、および制御部３７は、図９の構成と同様である。

【0085】

回折光学素子３８は、球冠状の形状を有する反射型の回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）である。回折光学素子３８の回折反射面３８０（凹面）には、サブミクロンオーダーの凹凸が形成される。回折光学素子３８の回折反射面３８０の凹凸は、専用の金型を用いた立体的なナノインプリントによって形成できる。回折光学素子３８の回折反射面３８０は、ボールレンズ３６に向けられる。

【0086】

回折光学素子３８の回折反射面３８０には、空間光変調器３２の変調部３２０で変調された変調光３０２が入射する。回折光学素子３８は、入射した変調光３０２を、複数の光束に分岐する。複数の光束に分岐した変調光３０２は、回折光学素子３８の回折反射面３８０からボールレンズ３６に向けて、出射される。

【0087】

光源３１は、制御部３７の制御に応じて、光３０１を出射する。光源３１の光軸は、空間光変調器３２の変調部３２０の面に対して、斜めに設定される。光源３１から出射された光３０１は、空間光変調器３２の変調部３２０に照射される。制御部３７の制御に応じて、変調部３２０には、位相画像が設定される。光３０１は、変調部３２０に設定された位相画像に応じて、変調される。変調部３２０で変調された変調光３０２は、回折光学素子３８の回折反射面３８０に入射する。回折反射面３８０に入射した変調光３０２は、その回折反射面３８０で拡散されて、複数の光束に分岐する。回折反射面３８０で拡散された複数の光束は、ボールレンズ３６に入射する。ボールレンズ３６に入射した複数の光束は、ボールレンズ３６で略平行光の投射光３０５に変換されて、複数の光束からなる空間光信号として送信される。

【0088】

本変形例では、複数の光束からなる空間光信号が、同じ方向に送信される。単一の光束と比べて、複数の光束の各々は、エネルギーが大きい。また、複数の光束の間には隙間が空いている。そのため、本変形例によれば、雨などの天候の影響によって減衰しにくく、ロバスト性の高い空間光信号を送信できる。例えば、複数の光束のうちいずれかが一時的に遮断されても、残りの光束が通信対象に届けば、その通信対象との通信を継続できる。

【0089】

以上のように、本実施形態の送信装置は、光源、空間光変調器、反射型拡散器、ボールレンズ、および制御部を備える。光源、空間光変調器、反射型拡散器、およびボールレンズは、送信器を構成する。集光レンズおよび反射型拡散器は、光拡散器を構成する。光源は、レーザ光を出射する出射器を含む。光源は、出射器から出射されたレーザ光に由来する光を出射する。空間光変調器は、送信対象である空間光信号に応じた位相画像が設定される変調部を有する。変調部には、光源から出射された光が照射される。反射型拡散器は、凹面状の拡散面を有する。反射型拡散器は、空間光変調器の変調部とボールレンズとに拡散面を向けて配置される。反射型拡散器は、変調部で変調された変調光を、ボールレンズに向けて拡散する。ボールレンズは、反射型拡散器によって拡散された変調光を拡大投射する。ボールレンズから拡大投射された変調光は、略平行光の投射光（空間光信号）である。制御部は、送信器に含まれる空間光変調器の変調部に、空間光通信に用いられる位相画像を設定する。制御部は、位相画像が設定された変調部に光が照射されるように、送信器に含まれる光源を制御する。

【0090】

本実施形態においては、光源から出射された光が、空間光変調器の変調部に照射される。変調部で変調された変調光は、反射型拡散器の拡散面で拡散されて、ボールレンズに入射する。ボールレンズに入射した変調光は、略平行光の投射光（空間光信号）として投射される。本実施形態では、第１の実施形態と比べて、空間光変調器から透明拡散器までの距離が長く設定されたままで、集光レンズを省略できる。そのため、本実施形態によれば、第１の実施形態の構成と比べて、送信装置の大きさを小型化できる。

【0091】

本実施形態の一態様の送信装置は、反射型の回折光学素子を備える。反射型の回折光学素子は、空間光変調器の変調部で変調された変調光を、複数の光束に分割する凹面状の回折反射面を有する。反射型の回折光学素子は、空間光変調器の変調部とボールレンズとに、回折反射面を向けて配置される。反射型の回折光学素子は、空間光変調器の変調部で変調された変調光を複数の光束に分割する。本態様によれば、複数の光束からなる空間光信号が、同じ方向に送信される。単一の光束と比べて、複数の光束の各々は、エネルギーが大きい。複数の光束の間には隙間が空いている。また、本実施形態によれば、第１の実施形態の構成と比べて、送信装置の大きさを小型化できる。そのため、本変形例によれば、雨などの天候の影響によって減衰しにくく、ロバスト性の高い空間光信号を送信できる送信装置を小型化できる。

【0092】

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る送信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の送信装置は、空間光変調器で変調された変調光を、光ファイバの束（ファイババンドルとも呼ぶ）を介してボールレンズに導光する点において、第１～第３の実施形態の送信装置とは異なる。本実施形態の構成は、第２～第３の実施形態の構成と組み合わされてもよい。

【0093】

（構成）
図１１は、本実施形態に係る送信装置４０の構成の一例を示す概念図である。送信装置４０は、光源４１、空間光変調器４２、ファイババンドル４５、ボールレンズ４６、および制御部４７を備える。光源４１、空間光変調器４２、ファイババンドル４５、およびボールレンズ４６は、送信器４００を構成する。ファイババンドル４５は、光拡散器の一形態である。図１１は、送信器４００の内部構成を上方から見た側面図である。図１１には、ファイババンドル４５の断面を示す。ファイババンドル４５を構成する複数の光ファイバの出射端は、ボールレンズ４６の球面の一部（球冠）に向けて、球面上に配置される。図１１は、概念的なものであり、各構成要素の形状や、構成要素間の位置関係、光の進行などを正確に表したものではない。

【0094】

光源４１は、第１の実施形態の光源１１と同様の構成である。光源４１は、制御部４７の制御に応じて、光４０１を出射する。光源４１の光軸は、空間光変調器４２の変調部４２０の面に対して、斜めに設定される。光源４１は、制御部４７の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光を出射する。

【0095】

空間光変調器４２は、第１の実施形態の空間光変調器１２と同様の構成である。空間光変調器４２は、光源４１から出射された光４０１の光路に配置される。空間光変調器４２は、変調部４２０を有する。変調部４２０には、変調領域が設定される。変調部４２０の変調領域には、制御部４７の制御に応じて、投射光４０６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。変調部４２０には、光源４１から出射された光４０１が照射される。変調部４２０に入射した光４０１は、変調部４２０に設定されたパターン（位相画像）に応じて変調される。変調部４２０で変調された変調光４０２は、ファイババンドル４５を構成する複数の光ファイバのうち、いずれかの光ファイバの入射端に向けて進行する。

【0096】

ファイババンドル４５は、複数の光ファイバの束である。ファイババンドル４５を構成する光ファイバは、一端（入射端）が空間光変調器４２の変調部４２０に向けられ、他端（出射端）がボールレンズ４６の中心部分に向けられる。複数の光ファイバの入射端は、変調部４２０の中心部分を中心とする球面上に配列される。複数の光ファイバの出射端は、ボールレンズ４６の中心部分を中心とする球面上に配列される。複数の光ファイバの本体は、入射端から出射端に向けて、滑らかな曲線を描くように曲げられる。入射端から入射した変調光４０２（画像）は、本体を通じて出射端まで伝送される。出射端から出射した変調光４０２は、その出射端で拡散されて、ボールレンズ４６に向けて進行する。

【0097】

例えば、ファイババンドル４５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、ファイババンドル４５は、可視領域の光を透過／屈折する材料によって実現できる。例えば、ファイババンドル４５は、クラウンガラスやフリントガラスなどの光学ガラスによって実現できる。例えば、ファイババンドル４５は、ＢＫ（Boron Kron）などのクラウンガラスによって実現できる。例えば、ファイババンドル４５は、ＬａＳＦ（Lanthanum Schwerflint）などのフリントガラスによって実現できる。例えば、ファイババンドル４５には、石英ガラスが適用できる。例えば、ファイババンドル４５には、サファイア等の結晶が適用できる。例えば、ファイババンドル４５には、アクリル等の透明樹脂が適用できる。

【0098】

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、ファイババンドル４５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、ファイババンドル４５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、ファイババンドル４５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、ファイババンドル４５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、ファイババンドル４５の材質には限定を加えない。ファイババンドル４５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。

【0099】

ボールレンズ４６は、第１の実施形態のボールレンズ１６と同様の構成である。ボールレンズ４６は、球形のレンズである。ボールレンズ４６には、ファイババンドル４５によって拡散された変調光４０２が入射する。ボールレンズ４６は、入射した変調光４０２を、略平行光の投射光４０６に変換して出射する。ボールレンズ４６から出射された投射光４０６は、通信対象（図示しない）に向けて進行する。投射光４０６は、送信装置４０から送信された段階で、ボールレンズ４６によってビーム径が拡大される。そのため、送信装置４０と通信対象との間に、天候の影響で雨粒などが介在する場合であっても、投射光４０６は減衰しにくい。

【0100】

制御部４７は、第１の実施形態の制御部１７と同様の構成である。制御部４７は、光源４１および空間光変調器４２を制御する。制御部４７は、空間光変調器４２の変調部４２０に、投射される画像に対応する位相画像を設定する。制御部４７は、投射画像に対応する位相画像が変調部４２０に設定された状態で、光源４１を駆動させる。その結果、空間光変調器４２の変調部４２０に位相画像が設定されたタイミングに合わせて、光源４１から出射された光４０１が空間光変調器４２の変調部４２０に照射される。空間光変調器４２の変調部４２０に照射された光４０１は、その変調部４２０において変調される。変調部４２０において変調された変調光４０２は、ファイババンドル４５を構成するいずれかの光ファイバの入射端に向けて出射される。また、制御部４７は、通信対象（図示しない）との間の通信のために、光源４１から出射される光４０１を変調させる。通信において、制御部４７は、通信用の位相画像を空間光変調器４２の変調部４２０に設定した状態で、光源４１から光４０１を出射させるタイミングを制御することで、光４０１を変調させる。

【0101】

以上のように、本実施形態の送信装置は、光源、空間光変調器、ファイババンドル、ボールレンズ、および制御部を備える。光源、空間光変調器、ファイババンドル、およびボールレンズは、送信器を構成する。光源は、レーザ光を出射する出射器を含む。光源は、出射器から出射されたレーザ光に由来する光を出射する。空間光変調器は、送信対象である空間光信号に応じた位相画像が設定される変調部を有する。変調部には、光源から出射された光が照射される。ファイババンドルは、複数の光ファイバが束ねられた構造を有する。複数の光ファイバの入射端は、空間光変調器の変調部に向けて配置される。複数の光ファイバの出射端は、ボールレンズに向けて配置される。ボールレンズは、ファイババンドルによって拡散された変調光を拡大投射する。ボールレンズから拡大投射された変調光は、略平行光の投射光（空間光信号）である。制御部は、送信器に含まれる空間光変調器の変調部に、空間光通信に用いられる位相画像を設定する。制御部は、位相画像が設定された変調部に光が照射されるように、送信器に含まれる光源を制御する。

【0102】

本実施形態においては、光源から出射された光が、空間光変調器の変調部に照射される。変調部で変調された変調光は、ファイババンドルを構成する光ファイバで導光されて、出射端からボールレンズに向けて出射される。ボールレンズに入射した変調光は、略平行光の投射光（空間光信号）として投射される。本実施形態では、第１の実施形態のようにレンズ系を用いる場合と比べて、ボールレンズに対する変調光の照射面積を拡大できる。そのため、本実施形態によれば、第１の実施形態の構成と比べて、空間光信号のビーム径を拡大できる。

【0103】

本実施形態の送信装置では、ファイババンドルの出射端が、ボールレンズの球面に沿って配置される。本実施形態によれば、第１～第３の実施形態と比べて、ボールレンズに正対する部分（出射端）の面積が大きいため、投射光（空間光信号）の幅を拡大できる。そのため、本実施形態によれば、第１～第３の実施形態と比べて、雨などの外乱の影響をより受けにくい空間光信号を送信できる。

【0104】

（第５の実施形態）
次に、第５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、受信装置と送信装置とを組み合わせた構成である。送信装置は、第１～第４の実施形態の構成である。受信装置は、空間光信号を受信する。以下においては、ボールレンズを含む受光機能を備えた受信装置の例をあげる。なお、本実施形態の通信装置は、ボールレンズを含まない受光機能を含む受信装置を備えてもよい。

【0105】

図１２は、本実施形態に係る通信装置５０の構成の一例を示す概念図である。通信装置５０は、送信装置５１、制御装置５５、および受信装置５７を備える。通信装置５０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５０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。

【0106】

送信装置５１は、第１の実施形態の送信装置である。送信装置５１は、制御装置５５から制御信号を取得する。送信装置５１は、制御信号に応じた空間光信号を投射する。送信装置５１から投射された空間光信号は、その空間光信号の送信先の通信対象（図示しない）によって受光される。

【0107】

制御装置５５は、受信装置５７から出力された信号を取得する。制御装置５５は、取得した信号に応じた処理を実行する。制御装置５５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５５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５１に出力する。例えば、制御装置５５は、受信装置５７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５５は、受信装置５７が受信した信号に含まれる情報に応じて、通信装置５０の管理者によって指定された処理を実行する。

【0108】

受信装置５７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５７は、受信した空間光信号を電気信号に変換する。受信装置５７は、変換後の電気信号を制御装置５５に出力する。例えば、受信装置５７は、ボールレンズを含む受光機能を備える。また、受信装置５７は、ボールレンズを含まない受光機能を有してもよい。

【0109】

〔受信装置〕
次に、受信装置５７の構成について図面を参照しながら説明する。図１３は、受信装置５７の構成の一例について説明するための概念図である。受信装置５７は、ボールレンズ５７１、受光素子５７３、および受信回路５７５を備える。図１３は、受信装置５７の内部構成を横方向から見た側面図である。受信回路５７５の位置については、特に限定を加えない。受信回路５７５は、受信装置５７の内部に配置されてもよいし、受信装置５７の外部に配置されてもよい。また、受信回路５７５の機能を制御装置５５に含めてもよい。

【0110】

ボールレンズ５７１は、球形のレンズである。ボールレンズ５７１は、通信対象から送信された空間光信号を集光する光学素子である。ボールレンズ５７１は、任意の角度から見て、球形である。ボールレンズ５７１の一部は、受信装置５７の筐体に開けられた開口から突出する。ボールレンズ５７１は、入射された空間光信号を集光する。開口から突出したボールレンズ５７１に入射した空間光信号が集光される。空間光信号を集光できさえすれば、ボールレンズ５７１の一部は、開口から突出していなくてもよい。

【0111】

ボールレンズ５７１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、そのボールレンズ５７１の集光領域に向けて集光される。ボールレンズ５７１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５７１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。ボールレンズ５７１に入射した光は、ボールレンズ５７１の内部に進入する際に屈折される。また、ボールレンズ５７１の内部を進行する光は、ボールレンズ５７１の外部に出射する際に、再度屈折される。ボールレンズ５７１から出射される光の大部分は、集光領域に集光される。

【0112】

例えば、ボールレンズ５７１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５７１は、可視領域の光を透過／屈折する材料によって実現できる。例えば、ボールレンズ５７１は、クラウンガラスやフリントガラスなどの光学ガラスによって実現できる。例えば、ボールレンズ５７１は、ＢＫ（Boron Kron）などのクラウンガラスによって実現できる。例えば、ボールレンズ５７１は、ＬａＳＦ（Lanthanum Schwerflint）などのフリントガラスによって実現できる。例えば、ボールレンズ５７１には、石英ガラスが適用できる。例えば、ボールレンズ５７１には、サファイア等の結晶が適用できる。例えば、ボールレンズ５７１には、アクリル等の透明樹脂が適用できる。

【0113】

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５７１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５７１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５７１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５７１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５７１の材質には限定を加えない。ボールレンズ５７１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。

【0114】

ボールレンズ５７１は、受光素子５７３の配置された領域に向けて空間光信号を集光できれば、その他の集光器によって代替されてもよい。例えば、ボールレンズ５７１は、入射した空間光信号を、受光素子５７３の受光部に向けて導光する光線制御素子であってもよい。例えば、ボールレンズ５７１は、レンズや光線制御素子を組み合わせた構成であってもよい。例えば、ボールレンズ５７１によって集光される光信号を、受光素子５７３の受光部に向けて導光する機構が、追加されてもよい。

【0115】

受光素子５７３は、ボールレンズ５７１の後段に配置される。受光素子５７３は、ボールレンズ５７１の集光領域に配置される。受光素子５７３は、ボールレンズ５７１によって集光された光信号を受光する受光部を有する。ボールレンズ５７１によって集光された光信号は、受光素子５７３の受光部で受光される。受光素子５７３は、受光された光信号を電気信号（以下、信号とも呼ぶ）に変換する。受光素子５７３は、変換後の信号を、受信回路５７５に出力する。図１３には、受光素子５７３が単一の例を示す。例えば、ボールレンズ５７１の集光領域に、複数の受光素子５７３が配置されてもよい。例えば、ボールレンズ５７１の集光領域に、複数の受光素子５７３がアレイ化された受光素子アレイが配置されてもよい。

【0116】

受光素子５７３は、受信対象である空間光信号の波長領域の光を受光する。例えば、受光素子５７３は、可視領域の光に感度を有する。例えば、受光素子５７３は、赤外領域の光に感度を有する。受光素子５７３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５７３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５７３が受光する光の波長帯は、受信対象の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５７３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５７３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５７３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５７３よりも前段に、空間光信号の波長帯の光を選択的に通過させる色フィルタが設置されてもよい。

【0117】

例えば、受光素子５７３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５７３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５７３は、高速通信に対応できる。なお、受光素子５７３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５７３の受光部は、できるだけ小さい方が好ましい。例えば、受光素子５７３の受光部は、一辺が５ｍｍ（ミリメートル）程度の正方形の受光面を有する。例えば、受光素子５７３の受光部は、直径０．１～０．３ｍｍ程度の円形の受光面を有する。受光素子５７３の受光部の大きさや形状は、空間光信号の波長帯や通信速度などに応じて選定されればよい。

【0118】

例えば、受光素子５７３の前段に、偏光フィルタ（図示しない）が配置されてもよい。偏光フィルタは、受光素子５７３の受光部に対応付けて配置される。例えば、偏光フィルタは、受光素子５７３の受光部に、重ねて配置される。例えば、偏光フィルタは、受信対象の空間光信号の偏光状態に応じて選択されてもよい。例えば、受信対象の空間光信号が直線偏光の場合、偏光フィルタは１／２波長板を含む。例えば、受信対象の空間光信号が円偏光の場合、偏光フィルタは１／４波長板を含む。偏光フィルタの偏光特性に応じて、その偏光フィルタを通過した光信号の偏光状態が変換される。

【0119】

受信回路５７５は、受光素子５７３から出力された信号を取得する。受信回路５７５は、受光素子５７３からの信号を増幅する。受信回路５７５は、増幅された信号をデコードする。受信回路５７５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５７５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。

【0120】

〔通信装置〕
図１４は、通信装置５０の一例（通信装置５００）を示す概念図である。通信装置５００は、送信器５１０、受信器５７０、および制御装置（図示しない）を備える。図１４では、受信回路や制御装置を省略する。通信装置５００は、円筒状の外形を有する送信器５１０および受信器５７０を組み合わせた構成を有する。

【0121】

受信器５７０は、ボールレンズ５７１、受光器５７２、カラーフィルタ５７６、支持部材５７７、および導線５７８を含む。ボールレンズ５７１は、上下に配置された一対の支持部材５７７によって、上下の部分を挟持される。ボールレンズ５７１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５７７で挟持されやすいように、平面状に加工されてもよい。受光器５７２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５７１の集光領域に合わせて配置される。受光器５７２は、複数の受光素子が環状に配列された受光素子アレイを有する。複数の受光素子は、ボールレンズ５７１の集光領域に配置される。複数の受光素子は、ボールレンズ５７１に受光部を向けて配置される。複数の受光素子は、導線５７８によって、制御装置（図示しない）や送信器５１０に接続される。

【0122】

円筒状の受信器５７０の側面には、カラーフィルタ５７６が配置される。カラーフィルタ５７６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５７０の上下面には、一対の支持部材５７７が配置される。一対の支持部材５７７は、ボールレンズ５７１の上下を挟持する。ボールレンズ５７１の出射側には、環状に形成された受光器５７２が配置される。カラーフィルタ５７６を介してボールレンズ５７１に入射した空間光信号は、ボールレンズ５７１によって、受光器５７２に向けて集光される。受光器５７２に集光された光信号は、いずれかの受光素子の受光部に向けて導光される。受光素子の受光部に到達した光信号は、その受光素子によって受光される。制御装置（図示しない）は、受光器５７２に含まれる受光素子よって受光された光信号に応じて、送信器５１０から空間光信号を送信させる。

【0123】

送信器５１０は、第１～第４に係る実施形態のいずれかの送信装置によって構成される。送信器５１０は、円筒状の筐体の内部に収納される。円筒状の筐体には、送信器５１０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５１０が３６０度の方向に空間光信号を送信できる場合、送信器５１０の筐体の側面には、空間光信号の送信方向に合わせて、スリットが形成される。

【0124】

〔適用例〕
次に、本実施形態の適用例について図面を参照しながら説明する。以下の適用例では、複数の通信装置が、空間光信号を送受信する例をあげる。いずれの通信装置も、第５の実施形態に係る通信装置５００の構成を有する。

【0125】

図１５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、街中に配置された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５００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）をあげる。

【0126】

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５００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５００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。そのため、受信器５７０を構成する受光器５７２の受光面積を小さくして、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５００のペアは、少なくとも一方の通信装置５００が、他方の通信装置５００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５００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５００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５００は、他の通信装置５００から送信された空間光信号を、別の通信装置５００に中継するように配置されてもよい。

【0127】

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５００の間で、空間光信号を用いた通信が可能になる。例えば、通信装置５００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５００との間で、無線通信による通信が行われてもよい。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５００がインターネットに接続されてもよい。

【0128】

以上のように、本実施形態の通信装置は、受信装置、送信装置、および制御装置を備える。送信装置は、光源、空間光変調器、光拡散器、ボールレンズ、および制御部を備える。光源、空間光変調器、光拡散器、およびボールレンズは、送信器を構成する。光源は、レーザ光を出射する出射器を含む。光源は、出射器から出射されたレーザ光に由来する光を出射する。空間光変調器は、送信対象である空間光信号に応じた位相画像が設定される変調部を有する。変調部には、光源から出射された光が照射される。光拡散器は、空間光変調器の変調部で変調された変調光を拡散する。ボールレンズは、光拡散器によって拡散された変調光を拡大投射する。ボールレンズから拡大投射された変調光は、略平行光の投射光（空間光信号）である。制御部は、送信器に含まれる空間光変調器の変調部に、空間光通信に用いられる位相画像を設定する。制御部は、位相画像が設定された変調部に光が照射されるように、送信器に含まれる光源を制御する。受信装置は、空間光信号を受信する。制御装置は、受信装置によって受信された他の通信装置からの空間光信号に基づく信号を取得する。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。

【0129】

本実施形態の通信装置が備える送信装置においては、光源から出射された光が、空間光変調器の変調部に照射される。変調部で変調された変調光は、拡散器で拡散されてビーム径が広がった状態で、ボールレンズに入射する。ボールレンズに入射した変調光は、略平行光の投射光（空間光信号）として投射される。そのため、本実施形態の通信装置から送信された空間光信号は、ビーム径が広げられずに送信される場合と比較して、送信直後のビーム径が大きく、雨などの外乱の影響を受けにくい。また、本実施形態の通信装置から送信された空間光信号は、略平行光であるため、送信装置から離れても広がりにくく、指向性が高い。すなわち、本実施形態の通信装置によれば、雨などの外乱の影響を受けにくい指向性のある空間光信号を送信できる。

【0130】

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。

【0131】

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る送信器について図面を参照しながら説明する。本実施形態の送信器は、第１の実施形態の送信器が簡略化された構成である。図１６は、本実施形態に係る送信器６００の構成の一例を示す概念図である。図１６は、送信器６００の内部構成を上方向から見た平面図である。送信器６００は、光源６１、空間光変調器６２、光拡散器６５、およびボールレンズ６６を備える。

【0132】

光源６１は、レーザ光を出射する出射器を含む。光源６１は、出射器から出射されたレーザ光に由来する光６０１を出射する。空間光変調器６２は、送信対象である空間光信号に応じた位相画像が設定される変調部６２０を有する。変調部６２０には、光源６１から出射された光６０１が照射される。光拡散器６５は、空間光変調器６２の変調部６２０で変調された変調光６０２を拡散する。ボールレンズ６６は、光拡散器６５によって拡散された変調光６０２を拡大投射する。ボールレンズ６６から拡大投射された変調光６０２は、略平行光の投射光６０６（空間光信号）である。

【0133】

以上のように、本実施形態においては、光源から出射された光が、空間光変調器の変調部に照射される。変調部で変調された変調光は、拡散器で拡散されてビーム径が広がった状態で、ボールレンズに入射する。ボールレンズに入射した変調光は、略平行光の投射光（空間光信号）として投射される。そのため、本実施形態の送信器から送信された空間光信号は、ビーム径が広げられずに送信される場合と比較して、送信直後のビーム径が大きく、雨などの外乱の影響を受けにくい。また、本実施形態の送信器から送信された空間光信号は、略平行光であるため、送信装置から離れても広がりにくく、指向性が高い。すなわち、本実施形態の送信器によれば、雨などの外乱の影響を受けにくい指向性のある空間光信号を送信できる。

【0134】

（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１７の情報処理装置９０（コンピュータ）を一例としてあげて説明する。なお、図１７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。

【0135】

図１７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１７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。

【0136】

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（命令）を、主記憶装置９２に展開する。例えば、プログラムは、各実施形態の制御や処理を実行するためのソフトウェアプログラムである。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。プロセッサ９１は、プログラムを実行することによって、各実施形態に係る制御や処理を実行する。

【0137】

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（Magneto resistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリが構成／追加されてもよい。

【0138】

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。

【0139】

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。外部機器と接続されるインターフェースとして、入出力インターフェース９５と通信インターフェース９６とが共通化されてもよい。

【0140】

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。入力機器としてタッチパネルが用いられる場合、タッチパネルの機能を有する画面がインターフェースになる。プロセッサ９１と入力機器とは、入出力インターフェース９５を介して接続される。

【0141】

情報処理装置９０には、情報を表示するための表示機器が備え付けられてもよい。表示機器が備え付けられる場合、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）が備えられる。情報処理装置９０と表示機器は、入出力インターフェース９５を介して接続される。

【0142】

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、記録媒体に格納されたデータやプログラムの読み込みや、情報処理装置９０の処理結果の記録媒体への書き込みを仲介する。情報処理装置９０とドライブ装置は、入出力インターフェース９５を介して接続される。

【0143】

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。図１７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。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。

【0144】

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。

【0145】

各実施形態の構成要素は、任意に組み合わせられてもよい。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。各実施形態の構成要素は、回路によって実現されてもよい。

【0146】

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。

【符号の説明】

【0147】

１０、２０、３０、４０ 送信装置
１１、２１、３１、４１、６１ 光源
１２、２２、３２、４２、６２ 空間光変調器
１４、２４ 集光レンズ
１５、２５、３５ 拡散器
１６、２６、３６、４６、６６ ボールレンズ
１７、２７、３７、４７ 制御部
１８、３８ 回折光学素子
１９ 遮光器
２３ 反射鏡
４５ ファイババンドル
５０ 通信装置
５１ 送信装置
５５ 制御装置
５７ 受信装置
６５ 光拡散器
１００、２００、３００、４００、６００ 送信器
５００ 通信装置
５１０ 送信器
５７０ 受信器
５７１ ボールレンズ
５７２ 受光器
５７３ 受光素子
５７５ 受信回路
５７６ カラーフィルタ
５７７ 支持部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】