特許 7559961 送光装置および通信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】送光装置および通信装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/112 20130101AFI20240925BHJP

【ＦＩ】

H04B10/112

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023543602

(86)(22)【出願日】2021-08-27

(86)【国際出願番号】 JP2021031475

(87)【国際公開番号】W WO2023026462

(87)【国際公開日】2023-03-02

【審査請求日】2024-01-22

(73)【特許権者】

【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

【審査官】鴨川 学

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００５／００４３２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１６８５９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／１８８７６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－１６３９８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／１１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源から出射された光が照射される複数の変調領域が設定される変調部を有し、照射された前記光の位相を、前記変調部に設定された複数の前記変調領域の各々で変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器の前記変調部に設定された複数の前記変調領域の各々で変調された変調光の光路に配置され、複数の前記変調領域の各々で変調された前記変調光を互いに異なる偏光状態に変換する波長板と、
互いに異なる偏光状態に変換された前記変調光が照射される曲面状の反射面を有し、互いに異なる偏光状態に変換された前記変調光を、前記反射面の曲率に応じた投射角で反射する曲面ミラーと、を備える送光装置。

【請求項2】

複数の前記変調領域の境界のうち少なくともいずれかに配置され、複数の前記変調領域の各々で変調された前記変調光が混ざり合うことを防ぐ隔壁を備える請求項１に記載の送光装置。

【請求項3】

前記光源は、
第１出射器と第２出射器とによって構成され、
前記空間光変調器の前記変調部は、
前記第１出射器から出射された光が照射される第１変調領域と、前記第２出射器から出射された光が照射される第２変調領域とに分割される請求項１または２に記載の送光装置。

【請求項4】

前記光源は、
第１出射器、第２出射器、第３出射器、および第４出射器によって構成され、
前記空間光変調器の前記変調部は、
前記第１出射器および前記第２出射器から出射された光の各々が照射されるサブ領域を含む第１変調領域と、前記第３出射器および前記第４出射器から出射された光の各々が照射されるサブ領域を含む第２変調領域とに分割される請求項１または２に記載の送光装置。

【請求項5】

前記波長板は、
１／２波長板を含み、前記第１変調領域および前記第２変調領域のうちいずれか一方で変調された前記変調光の光路上に設置される請求項３または４に記載の送光装置。

【請求項6】

前記波長板は、
１／４波長板を含み、前記第１変調領域で変調された前記変調光の光路上に設置され、前記第１変調領域で変調された前記変調光を、偏光方向が第１回転方向の円偏光に変換する第１波長板と、
１／４波長板を含み、前記第２変調領域で変調された前記変調光の光路上に設置され、前記第２変調領域で変調された前記変調光を、偏光方向が第２回転方向の円偏光に変換する第２波長板と、によって構成され、
前記第１回転方向と前記第２回転方向とは回転方向が反対である請求項３または４に記載の送光装置。

【請求項7】

前記空間光変調器は、
前記第１変調領域が設定される第１空間光変調器と、前記第２変調領域が設定される第２空間光変調器とによって構成され、
前記第１空間光変調器と前記第２空間光変調器とは、偏光方向が互いに垂直になるように配置される請求項３乃至６のいずれか一項に記載の送光装置。

【請求項8】

前記光源は、
異なる波長帯の光を出射する複数の出射器によって構成される請求項１乃至７のいずれか一項に記載の送光装置。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれか一項に記載の送光装置と、
通信対象から送光された空間光信号を受光する受光装置と、
前記通信対象に向けて送光する空間光信号を形成するためのパターンを前記送光装置の空間光変調器の変調部に設定された複数の変調領域の各々に設定し、前記パターン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光装置の光源を制御するとともに、前記受光装置によって受光された前記空間光信号に由来する信号を取得する制御装置と、を備える通信装置。

【請求項10】

前記受光装置は、
他の前記通信装置から送光された前記空間光信号を集光する集光器と、
前記集光器によって集光された前記空間光信号のうち受光対象の光信号を受光する複数の受光素子と、
複数の前記受光素子に対応付けて配置され、対応付けられた前記受光素子の受光対象の前記光信号を選択的に通過させる受光フィルタと、を有する請求項９に記載の通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、空間光を用いた通信を実現する送光装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

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。光ファイバを用いた光通信では、偏光を用いた光信号の多重化方式が実現されている。光空間通信においても、多重化された空間光信号を送光し、多重化された空間光信号を分離して受信できれば、通信量を倍増できる。

【0003】

特許文献１には、位相変調型空間光変調素子を用いた通信装置について開示されている。特許文献１のシステムは、送信機と受信装置を含む。特許文献１の受信装置は、送信機から発せられた円偏波の信号光を、位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致する方向の直線偏波の信号光に変換する。特許文献１の装置は、送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成する。特許文献１の装置は、生成された位相画像を位相変調型空間光変調素子に供給する。特許文献１の装置は、位相変調型空間光変調素子で直線偏波の信号光を回折して集光し、回折して集光した直線偏波の信号光を受信する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１９／０２６１７５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のように、位相変調型空間光変調素子を用いた投射装置では、変調素子によって偏光方向が決定される。そのため、特許文献１の投射装置は、多重化された空間光信号の投射領域が重なってしまった場合、それらの空間光信号を分離することができなかった。すなわち、特許文献１の手法では、多重化された空間光信号を送受光できなかった。

【0006】

本開示の目的は、多重化された空間光信号を用いた光空間通信を実現できる送光装置等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様の送光装置は、光源と、光源から出射された光が照射される複数の変調領域が設定される変調部を有し、照射された光の位相を、変調部に設定された複数の変調領域の各々で変調する空間光変調器と、空間光変調器の変調部に設定された複数の変調領域の各々で変調された変調光の光路に配置され、複数の変調領域の各々で変調された変調光を互いに異なる偏光状態に変換する波長板と、互いに異なる偏光状態に変換された変調光が照射される曲面状の反射面を有し、互いに異なる偏光状態に変換された変調光を、反射面の曲率に応じた投射角で反射する曲面ミラーと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、多重化された空間光信号を用いた光空間通信を実現できる送光装置等を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１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。

【図2】第１の実施形態に係る通信装置に含まれる送光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図3】第１の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の内部構成を上方の視座から見た一例を示す概念図である。

【図4】第１の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の空間光変調器の変調部に設定される変調領域の一例について説明するための概念図である。

【図5】第１の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の空間光変調器の変調部に設定されるパターンの一例について説明するための概念図である。

【図6】第１の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の内部構成を上方の視座から見た別の一例を示す概念図である。

【図7】第１の実施形態の通信装置に含まれる送光装置から投射される投射光について説明するための概念図である。

【図8】第１の実施形態に係る通信装置に含まれる受光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図9】第１の実施形態に係る通信装置に含まれる受光装置による空間光信号の受光の一例を示す概念図である。

【図10】第１の実施形態に係る通信装置に含まれる受光装置の受光素子に対応付けられたフィルタの一例について説明するための概念図である。

【図11】第１の実施形態に係る通信装置に含まれる受光装置の受光素子に対応付けられたフィルタの別の一例について説明するための概念図である。

【図12】第１の実施形態に係る通信装置に含まれる受光装置の受信回路の構成の一例を示すブロック図である。

【図13】第２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。

【図14】第２の実施形態に係る通信装置に含まれる送光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図15】第２の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の内部構成を上方の視座から見た一例を示す概念図である。

【図16】第２の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の空間光変調器の変調部に設定された変調領域に照射される光の照射範囲の一例について説明するための概念図である。

【図17】第２の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の内部構成を上方の視座から見た別の一例を示す概念図である。

【図18】第２の実施形態の通信装置に含まれる送光装置が投射する投射光について説明するための概念図である。

【図19】第２の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の第１空間光変調器および第２空間光変調器の変調部に設定された変調領域を分割する一例について説明するための概念図である。

【図20】第３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。

【図21】第３の実施形態に係る通信装置に含まれる送光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図22】第３の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の内部構成を上方の視座から見た一例を示す概念図である。

【図23】第３の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の第１空間光変調器および第２空間光変調器の変調部の偏光方向の一例について説明するための概念図である。

【図24】第３の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の内部構成を上方の視座から見た別の一例を示す概念図である。

【図25】第３の実施形態の通信装置に含まれる送光装置が投射する投射光について説明するための概念図である。

【図26】第３の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の第１空間光変調器および第２空間光変調器の変調部に設定された変調領域に照射される光の照射範囲の一例について説明するための概念図である。

【図27】第３の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の第１空間光変調器および第２空間光変調器の変調部に設定された変調領域を分割する一例について説明するための概念図である。

【図28】第４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。

【図29】第４の実施形態に係る通信装置に含まれる送光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図30】第４の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の内部構成を上方の視座から見た一例を示す概念図である。

【図31】第４の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の空間光変調器の変調部に設定された変調領域に照射される光の照射範囲の一例について説明するための概念図である。

【図32】第４の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の内部構成を上方の視座から見た別の一例を示す概念図である。

【図33】第４の実施形態の通信装置に含まれる送光装置が投射する投射光について説明するための概念図である。

【図34】第４の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の空間光変調器の構成の一例について説明するための概念図である。

【図35】第４の実施形態に係る通信装置に含まれる受光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図36】第４の実施形態に係る通信装置に含まれる受光装置の受光素子に対応付けられたフィルタの一例について説明するための概念図である。

【図37】第４の実施形態の通信装置に含まれる送光装置の空間光変調器の変調部に設定された変調領域に照射される光の照射範囲の一例について説明するための概念図である。

【図38】第４の実施形態の通信装置に含まれる送光装置を用いて、偏光多重と波長多重とを組み合わせた効果について説明するための概念図である。

【図39】第５の実施形態に係る送光装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図40】各実施形態の制御や処理を実現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】

【0010】

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。

【0011】

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、回折、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。

【0012】

（第１の実施形態）
まず、第１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、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を行う。

【0013】

（構成）
図１は、本実施形態の通信装置１の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態の通信装置１は、送光装置１０、受光装置１６、および制御装置１９を備える。以下においては、送光装置１０、受光装置１６、および制御装置１９について、個別に説明する。

【0014】

〔送光装置〕
まず、送光装置１０の構成について、図面を参照しながら説明する。図２～図３は、送光装置１０の構成の一例を示す概念図である。送光装置１０は、光源１１、空間光変調器１３、波長板１４、および曲面ミラー１５を備える。空間光変調器１３は、変調部１３０を有する。空間光変調器１３の変調部１３０には、第１変調領域１３１と第２変調領域１３２が設定される。図２は、送光装置１０の内部構成を横方向から見た側面図である。図３は、送光装置１０の内部構成を上方向から見た上面図である。図３においては、光源１１と空間光変調器１３を図示し、波長板１４と曲面ミラー１５は省略する。図２～図３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。

【0015】

光源１１は、第１出射器１１１－１、第２出射器１１１－２、第１レンズ１１２－１、および第２レンズ１１２－２を含む。第１出射器１１１－１と第２出射器１１１－２は、光源１１から空間光変調器１３までの光路において、互いの出射軸が交差しないように配置される。

【0016】

第１出射器１１１－１は、制御装置１９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光１０１－１を、第１レンズ１１２－１に向けて出射する。第１出射器１１１－１が出射するレーザ光１０１－１は、偏光である。第１レンズ１１２－１は、第１出射器１１１－１から出射されるレーザ光１０１－１の光路上に配置される。第１レンズ１１２－１は、第１出射器１１１－１から出射されたレーザ光１０１－１を、空間光変調器１３の変調部１３０の第１変調領域１３１の大きさに合わせて拡大する。第１レンズ１１２－１によって拡大された光１０２－１は、第１変調領域１３１に向けて進行する。

【0017】

第２出射器１１１－２は、制御装置１９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光１０１－２を、第２レンズ１１２－２に向けて出射する。第２出射器１１１－２が出射するレーザ光１０１－２は、偏光である。空間光変調器１３の変調部１３０に照射される光の偏光方向は、同じであることが求められる。そのため、第１出射器１１１－１の出射するレーザ光１０１－１の偏光方向と、第２出射器１１１－２の出射するレーザ光１０１－２の偏光方向とは、同一になるように設定される。第２レンズ１１２－２は、第２出射器１１１－２から出射されるレーザ光１０１－２の光路上に配置される。第２レンズ１１２－２は、第２出射器１１１－２から出射されたレーザ光１０１－２を、空間光変調器１３の変調部１３０の第２変調領域１３２の大きさに合わせて拡大する。第２レンズ１１２－２によって拡大された光１０２－２は、第２変調領域１３２に向けて進行する。

【0018】

第１出射器１１１－１および第２出射器１１１－２の各々から出射されるレーザ光１０１－１～２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。レーザ光１０１－１～２の波長は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施形態では、同じ空間光変調器１３に向けて光１０２－１～２を照射するため、レーザ光１０１－１～２の偏光方向は同一である。例えば、第１出射器１１１－１および第２出射器１１１－２は、可視や赤外の波長帯のレーザ光１０１－１～２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１０１－１～２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。

【0019】

空間光変調器１３は、変調部１３０を有する。変調部１３０には、第１変調領域１３１と第２変調領域１３２が設定される。第１変調領域１３１には、光１０２－１が照射される。光１０２－１は、第１変調領域１３１で変調されて、変調光１０３－１として出射される。第２変調領域１３２には、光１０２－２が照射される。光１０２－２は、第２変調領域１３２で変調されて、変調光１０３－２として出射される。

【0020】

第１変調領域１３１と第２変調領域１３２の間には、隔壁１３５が配置される。隔壁１３５は、変調部１３０の面に対して垂直に立てられる。隔壁１３５は、第１変調領域１３１で変調された変調光１０３－１と、第２変調領域１３２で変調された変調光１０３－２とが、変調部１３０で変調された直後に混じり合わないように、変調部１３０を二分する。第１変調領域１３１および第２変調領域１３２の各々には、制御装置１９の制御に応じて、投射光１０５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１３を用いる場合、回折現象を利用するため、回折格子と同じように高次の像が発生する。高次の像は、電力が低くなるために鮮明ではなくなるが、完全に視認されないようにすることは難しい。隔壁１３５は、被投射面に表示されうる高次の像の発生を防止する。

【0021】

例えば、空間光変調器１３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１３は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）によって実現できる。また、空間光変調器１３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１３では、投射光１０５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１３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。

【0022】

図４は、空間光変調器１３の変調部１３０に設定される第１変調領域１３１と第２変調領域１３２の一例である。第１変調領域１３１には、変調光１０３－１によって形成される画像に対応するパターン（位相画像）が設定される。第２変調領域１３２には、変調光１０３－２によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。例えば、変調光１０３－１および変調光１０３－２のうちいずれか一方しか画像の表示に用いられない場合、画像の表示に用いられる変調光１０３を出射する方の変調領域だけに、位相画像が設定されてもよい。

【0023】

空間光変調器１３の変調部１３０に割り当てられた第１変調領域１３１および第２変調領域１３２の各々は、複数の領域に分割される（タイリングとも呼ぶ）。例えば、第１変調領域１３１および第２変調領域１３２の各々は、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。複数のタイルの各々は、複数の画素によって構成される。第１変調領域１３１および第２変調領域１３２に設定さ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。

【0024】

複数のタイルに位相画像が設定された状態で、変調部１３０に光１０２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１０３が出射される。変調部１３０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１３０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。

【0025】

図５は、空間光変調器１３の変調部１３０の第１変調領域１３１および第２変調領域１３２に設定されるパターンの一例を示す概念図である。第１変調領域１３１および第２変調領域１３２の各々には、合成画像１３０３が設定される。合成画像１３０３は、所望の画像を形成するための位相画像１３０１と、所望の画像を形成する光を集光させる仮想レンズ画像１３０２とが合成されたパターンである。光の波面は、回折と同様に、位相制御によって制御できる。位相が球状に変化すると、波面に球状の差ができてレンズ効果が発生する。仮想レンズ画像１３０２は、空間光変調器１３の変調部１３０に照射される光１０２の位相を球状に変化させ、所定の焦点距離の位置（集光点とも呼ぶ）に集光するレンズ効果を発生させる。第１変調領域１３１および第２変調領域１３２の各々で変調された変調光１０３－１～２の集光点は、曲面ミラー１５の反射面１５０に設定される。

【0026】

仮想レンズ画像１３０２によって集光された像は、曲面ミラー１５の反射面１５０に結像される。例えば、予め生成させておいた合成画像１３０３を、記憶部（図示しない）に記憶させておけばよい。なお、図５は、一例であって、位相画像１３０１や仮想レンズ画像１３０２、合成画像１３０３のパターンを限定するものではない。

【0027】

第１変調領域１３１で変調された変調光１０３－１と、第２変調領域１３２で変調された変調光１０３－２とは、変調部１３０からの出射直後は、隔壁１３５によって隔てられる。変調光１０３－１～２は、変調部１３０から出射された後に、互いに混じり合うようにも設定できるし、互いに混じり合わないようにも設定できる。変調部１３０から出射された後の変調光１０３－１～２の混合状況は、光源１１からの光１０２の出射方向を調整することで設定できる。

【0028】

波長板１４は、空間光変調器１３と曲面ミラー１５の間に配置される。図２の例では、波長板１４は、隔壁１３５によって、変調部１３０の面に対して略平行に配置される。例えば、波長板１４は、直交する偏光成分の間に位相差を発生させる複屈折素子によって実現される。

【0029】

例えば、波長板１４は、１／２波長板である。１／２波長板は、特定の偏光方向を有する。１／２波長板は、特定の偏光方向の直線偏光と、特定の偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光との間に、１／２波長の整数倍の位相差を与える。送光装置１０から直線偏光を出射する場合、変調光１０３－１および変調光１０３－２のうち一方の光路上に、１／２波長板を含む波長板１４が配置される。送光装置１０から直線偏光を出射する場合、変調光１０３－１および変調光１０３－２のうち他方の光路上に、波長板１４は配置されない。その結果、変調光１０３－１の偏光方向と、変調光１０３－２の偏光方向とが直交する。

【0030】

例えば、波長板１４は、１／４波長板である。１／４波長板は、直交する偏光成分の間に９０度の位相差を発生させる。１／４波長板は、直線偏光を円偏光に変換したり、円偏光を直線偏光に変換したりする。送光装置１０から円偏光を出射する場合、変調光１０３－１および変調光１０３－２の各々の光路上には、光軸が互いに直交する１／４波長板を含む波長板１４が配置される。１／４波長板を含む波長板１４は、直線偏光である変調光１０３－１と変調光１０３－２を、回転方向が互いに反対の円偏光に変換する。その結果、変調光１０３－１の回転方向と、変調光１０３－２の回転方向とが反対向きになる。

【0031】

図６は、送光装置１０の内部構成を上方から見た概念図である。図６においては、光源１１を省略する。図６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。波長板１４は、第１波長板１４１と第２波長板１４２によって構成される。例えば、送光装置１０から直線偏光の空間光信号を送光する場合、第１波長板１４１は１／２波長板であり、第２波長板１４２は省略される。例えば、送光装置１０から円偏光の空間光信号を送光する場合、第１波長板１４１と第２波長板１４２とは、光軸が互いに直交する１／４波長板で構成される。

【0032】

第１波長板１４１は、第１変調領域１３１に対応付けて配置される。第１変調領域１３１で変調された変調光１０３－１は、曲面ミラー１５の反射面１５０に到達するまでの間で、第１波長板１４１を通過する。変調光１０３－１は、第１波長板１４１を通過する際に、第１波長板１４１の偏光特性に応じた偏光状態になる（光１０４－１）。光１０４－１は、曲面ミラー１５の反射面１５０において、第１変調領域１３１に設定された位相画像に応じた像を結像させる。

【0033】

第２波長板１４２は、第２変調領域１３２に対応付けて配置される。第２変調領域１３２で変調された変調光１０３－２は、曲面ミラー１５の反射面１５０に到達するまでの間で、第２波長板１４２を通過する。例えば、直線偏光の空間光信号が送光される場合、第２波長板１４２は省略される。変調光１０３－２は、第２波長板１４２を通過する際に、第２波長板１４２の偏光特性に応じた偏光状態になる（光１０４－２）。直線偏光の空間光信号が送光される場合、光１０４－２の偏光状態は変更されないため、変調光１０３－２と光１０４－２の偏光状態は同一である。光１０４－２は、曲面ミラー１５の反射面１５０において、第２変調領域１３２に設定された位相画像に応じた像を結像させる。

【0034】

第１波長板１４１を通過した変調光１０３－１と、第２波長板１４２を通過した変調光１０３－２とは、互いに異なる偏光状態になる。すなわち、波長板１４を通過した変調光１０３－１～２は、互いに異なる偏光状態の光１０４－１～２になる。

【0035】

例えば、送光装置１０から直線偏光を送光する場合、第１波長板１４１を１／２波長板とする。第１波長板１４１の側を通過する変調光１０３－１の偏光方向は、９０度回転される。第２波長板１４２の側を通過する変調光１０３－２は、同じ偏光方向のまま進行する。例えば、第２波長板１４２の側には、何も設置されない。例えば、第２波長板１４２の側には、偏光状態に影響を与えない透明なガラスやプラスチックの材質で構成された部材が配置されてもよい。第１波長板１４１を通過した光１０４－１の偏光方向と、第２波長板１４２を通過した光１０４－２の偏光方向とは、互いに直交する。そのため、第１波長板１４１を通過した光１０４－１に由来する空間光信号と、第２波長板１４２を通過した光１０４－２に由来する空間光信号とは、分離可能である。

【0036】

例えば、送光装置１０から円偏光を送光する場合、第１波長板１４１および第２波長板１４２として、光軸が互いに直交する１／４波長板が用いられる。第１波長板１４１を通過した光１０４－１と、第２波長板１４２を通過した光１０４－２とは、回転方向が反対の円偏光に変換される。そのため、第１波長板１４１を通過した光１０４－１に由来する空間光信号と、第２波長板１４２を通過した光１０４－２に由来する空間光信号とは、空間光信号の受信側で分離可能である。

【0037】

曲面ミラー１５は、曲面状の反射面１５０を有する反射鏡である。曲面ミラー１５の反射面１５０は、投射光１０５の投射角に合わせた曲率を有する。図２の例の場合、曲面ミラー１５の反射面１５０は、円柱の側面の形状を有する。例えば、曲面ミラー１５の反射面１５０は、球面でもよい。例えば、曲面ミラー１５の反射面１５０は、自由曲面であってもよい。例えば、曲面ミラー１５の反射面１５０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１５の反射面１５０は、曲面と平面を組み合わせた形状であってもよい。

【0038】

曲面ミラー１５は、空間光変調器１３の変調部１３０に反射面１５０を向けて、変調光１０３の光路上に配置される。曲面ミラー１５の反射面１５０には、空間光変調器１３の変調部１３０で変調された変調光１０３のうち、波長板１４を通過した光１０４が照射される。光１０４は、光１０４－１と光１０４－２によって構成される。光１０４－１は、空間光変調器１３の変調部１３０の第１変調領域１３１で変調された変調光１０３－１のうち、第１波長板１４１の側を通過した光である。光１０４－２は、空間光変調器１３の変調部１３０の第２変調領域１３２で変調された変調光１０３－２のうち、第２波長板１４２の側を通過した光である。光１０４－１および光１０４－２のうち少なくともいずれかは、波長板１４を通過することで、偏光状態が変換される。すなわち、光１０４－１と光１０４－２は、偏光状態が異なる。

【0039】

曲面ミラー１５の反射面１５０で反射された光（投射光１０５）は、反射面１５０の曲率に応じた拡大率で拡大されて、投射される。図７は、反射面１５０で反射された投射光１０５の投射の一例を示す概念図である。図７は、概念的なものであり、光の進行方向などを正確に表したものではない。投射光１０５は、曲面ミラー１５の反射面１５０における光１０４の照射範囲の曲率に応じて、水平方向（図７の紙面の上下方向）に沿って拡大される。反射面１５０には、光１０４を構成する光１０４－１～２の各々が照射される。光１０４－１～２の各々は、反射面１５０で個別に反射される。光１０４－１は、反射面１５０で反射され、投射光１０５－１として投射される。光１０４－２は、反射面１５０で反射され、投射光１０５－２として投射される。光１０４－１～２の各々は、反射面１５０の曲率に応じた投射角で、投射光１０５－１～２の各々として投射される。図７の例では、投射光１０５－１～２の各々の投射範囲が重なっているが、投射光１０５－１～２の偏光状態が異なるため、空間光信号の受光側で投射光１０５－１～２を分離できる。

【0040】

例えば、変調光１０３や光１０４、投射光１０５の光路上に、遮蔽器（図示しない）や０次光除去器（図示しない）が配置されてもよい。

【0041】

例えば、遮蔽器は、波長板１４と曲面ミラー１５との間に配置される。言い換えると、遮蔽器は、空間光変調器１３の変調部１３０によって変調された変調光１０３のうち、波長板１４を通過した光１０４の光路上に配置される。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。例えば、遮蔽器は、光１０４に含まれる不要な光成分を遮蔽し、投射光１０５の表示領域の外縁を規定する枠体である。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、光１０４に含まれる０次光やゴースト像を遮蔽する。

【0042】

例えば、０次光除去器は、光吸収部材を支持する部材で支持された光吸収部材を含む。光吸収部材は、支持部材によって、変調光１０３や光１０４、投射光１０５に含まれる０次光の光路上に固定される。例えば、支持部材は、ガラスやプラスチックなどのように光１０４が透過する材質で構成される。例えば、光吸収部材には、カーボンなどの黒体が用いられる。使用されるレーザ光１０１の波長が固定されている場合には、レーザ光１０１の波長の光を選択的に吸収する材質の光吸収部材が用いられることが好ましい。

【0043】

〔受光装置〕
次に、受光装置１６の構成について図面を参照しながら説明する。図８は、受光装置１６の構成について説明するための概念図である。受光装置１６は、集光器１６１、複数の受光素子１７－１～Ｍ、複数の受光フィルタ１７０－１～Ｍ、および受信回路１８を備える（Ｍは、２以上の自然数）。複数の受光素子１７－１～Ｍは、二つの受光素子１７が対をなすように配置される。対をなす二つの受光素子１７は、隣接して配置される。対をなす二つの受光素子１７には、同一の送信元から送光された、偏光多重された光信号が受光される。図８は、受光装置１６の内部構成を上方向から見た平面図である。なお、受信回路１８の位置については、特に限定を加えない。受信回路１８は、受光装置１６の内部に配置されてもよいし、受光装置１６の外部に配置されてもよい。また、制御装置１９に受信回路１８の機能を含めてもよい。

【0044】

集光器１６１は、外部から到来した空間光信号を集光する光学素子である。集光器１６１の入射面には、空間光信号が入射する。集光器１６１によって集光された光信号は、複数の受光素子１７－１～Ｍの配置された領域に向けて集光される。例えば、集光器１６１は、入射した空間光信号を集光するレンズである。例えば、集光器１６１は、入射した空間光信号を、複数の受光素子１７－１～Ｍの受光部に向けて導光する光線制御素子である。例えば、集光器１６１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。集光器１６１は、複数の受光素子１７－１～Ｍの配置された領域に向けて空間光信号を集光できれば、その構成については特に限定しない。例えば、集光器１６１によって集光される光信号を、複数の受光素子１７－１～Ｍの受光部に向けて導光する機構が、追加されてもよい。

【0045】

図９は、受光装置１６によって受光される光の軌跡の一例について説明するための概念図である。図９は、受光装置１６の内部構成を、斜め前方から見た斜視図である。図９には、複数の受光素子が一列に配置される例をあげる。複数の受光素子は、空間光信号の到来方向に合わせて、任意の配列で配置できる。図９の例では、異なる方向から到来する空間光信号Ａ及び空間光信号Ｂが集光器１６１に入射する。空間光信号Ａ及び空間光信号Ｂに由来する光信号は、集光器１６１によって集光されて、複数の受光素子１７－１～Ｍの配置された領域に向けて集光される。集光器１６１によって集光された光信号は、隣接して配置された対をなす受光素子１７に向けて進行する。対をなす受光素子１７には、同一の送信元から送光された、偏光多重された光信号が受光される。図９の例では、空間光信号Ａに由来する光信号が受光素子１７－１～２に向けて進行し、空間光信号Ｂに由来する光信号が受光素子１７－Ｍ－１～Ｍに向けて進行する。空間光信号Ａおよび空間光信号Ｂに由来する光信号は、対をなす二つの受光素子１７の各々に対応付けて配置された受光フィルタ１７０に到達する。

【0046】

複数の受光フィルタ１７０－１～Ｍの各々は、複数の受光素子１７－１～Ｍの前段に配置される。複数の受光フィルタ１７０－１～Ｍの各々は、複数の受光素子１７－１～Ｍの受光部の各々に対応付けて配置される。例えば、複数の受光フィルタ１７０－１～Ｍの各々は、複数の受光素子１７－１～Ｍの受光部に、重ねて配置される。受光フィルタ１７０－１～Ｍは、受光対象の空間光信号の偏光状態に応じて選択される。複数の受光フィルタ１７０－１～Ｍのいずれかに到達した光信号のうち、受光フィルタ１７０の偏光方向の光信号が、その受光フィルタ１７０を通過する。例えば、受光対象の空間光信号が直線偏光の場合、受光フィルタ１７０は偏光板を含む。直線偏光の場合、対をなす二つの受光素子１７の各々に対応付けられた二つの受光フィルタ１７０の各々の偏光方向は、互いに直交する。対をなす二つの受光素子１７の各々に対応付けられた二つの受光フィルタ１７０の各々は、偏光方向が互いに反対の空間光信号に由来する光信号を通過させる。例えば、受光対象の空間光信号が円偏光の場合、受光フィルタ１７０は１／４波長板を含む。円偏光の場合、対をなす二つの受光素子１７の各々に対応付けられた二つの受光フィルタ１７０の各々は、光軸が互いに直交する１／４波長板を含む。光軸が互いに直交する１／４波長板を含む二つの受光フィルタ１７０の各々は、回転方向が互いに反対の空間光信号に由来する光信号を通過させる。

【0047】

図１０は、受光対象の空間光信号が直線偏光の場合に用いられる受光フィルタ１７０の一例について説明するための概念図である。図１０には、対をなす二つの受光素子１７－１～２の各々に対応付けられた、二つの受光フィルタ１７０－１～２を例に挙げて説明する。図１０の例では、二つの受光素子１７－１～２は、間隔を空けて配置されているが、実際には隣接して配置される。

【0048】

受光素子１７－１の受光対象の光信号の偏光方向は、図１０の紙面において上下方向である。受光素子１７－１に対応付けられた受光フィルタ１７０－１は、図１０の紙面において上下方向の偏光方向を有する偏光板を含む。受光素子１７－１に対応付けられた受光フィルタ１７０－１は、図１０の紙面において上下方向の偏光方向の光信号を通過させる。受光フィルタ１７０－１を通過した光信号は、受光素子１７－１によって受光される。

【0049】

受光素子１７－２の受光対象の光信号の偏光方向は、図１０の紙面に対して左右方向である。受光素子１７－２に対応付けられた受光フィルタ１７０－２は、図１０の紙面において左右方向の偏光方向を有する偏光板を含む。受光素子１７－２に対応付けられた受光フィルタ１７０－２は、図１０の紙面において左右方向の偏光方向の光信号を通過させる。受光フィルタ１７０－２を通過した光信号は、受光素子１７－２によって受光される。受光フィルタ１７０－２と受光フィルタ１７０－１の偏光方向は、互いに直交する。すなわち、受光素子１７－１と受光素子１７－２とは、同一の送信元から送光された空間光信号に由来する、偏光方向が互いに直交する偏光多重された光信号を受光する。

【0050】

図１１は、受光対象の空間光信号が円偏光の場合に用いられる受光フィルタ１７０の一例について説明するための概念図である。図１１には、対をなす二つの受光素子１７－１～２の各々に対応付けられた、受光フィルタ１７０－１０と受光フィルタ１７０－２０とを例に挙げて説明する。図１１の例では、二つの受光素子１７－１～２は、間隔を空けて配置されているが、実際には隣接して配置される。

【0051】

受光素子１７－１の受光対象の光信号の偏光方向は、図１１の紙面において右回り（時計回り）である。受光素子１７－１に対応付けられた受光フィルタ１７０－１０は、波長板１７０－１１と偏光板１７０－１２によって構成される。波長板１７０－１１は、入射した右回りの円偏光の光信号を直線偏光に変換する。偏光板１７０－１２は、波長板１７０－１１によって変換された直線偏光のうち、図１０の紙面において上下方向の偏光方向の直線偏光を通過させる。受光フィルタ１７０－１０を通過した偏光成分の光信号は、受光素子１７－１によって受光される。

【0052】

受光素子１７－２の受光対象の光信号の偏光方向は、図１１の紙面において左回り（反時計回り）である。受光素子１７－２に対応付けられた受光フィルタ１７０－２０は、フィルタ１７０－２１とフィルタ１７０－２２によって構成される。フィルタ１７０－２１は、入射した左回りの円偏光の光信号を直線偏光に変換する。フィルタ１７０－２２は、フィルタ１７０－２１によって変換された直線偏光のうち、図１０の紙面において上下方向の偏光方向の直線偏光を通過させる。受光フィルタ１７０－２０を通過した偏光成分の光信号は、受光素子１７－２によって受光される。すなわち、受光素子１７－１と受光素子１７－２とは、同一の送信元から送光された空間光信号に由来する、偏光方向が互いに逆方向の円偏光として偏光多重された光信号を受光する。

【0053】

複数の受光素子１７－１～Ｍの各々は、複数の受光フィルタ１７０－１～Ｍの各々の後段に配置される。複数の受光素子１７－１～Ｍは、二つずつの受光素子１７が対をなすように配置される。図８の場合、受光素子１７－１と受光素子１７－２が対をなし、受光素子１７－３と受光素子１７－４が対をなし、受光素子１７－Ｍ－１と受光素子１７－Ｍが対をなす。対をなす二つの受光素子１７は、隣接して配置される。複数の受光素子１７－１～Ｍの各々は、複数の受光フィルタ１７０－１～Ｍの各々を通過した光信号を受光する受光部を有する。複数の受光素子１７－１～Ｍの各々の受光部には、受光フィルタ１７０が設置される。対をなす二つの受光素子１７には、偏光状態が互いに異なる受光フィルタ１７０が設置される。複数の受光素子１７－１～Ｍの各々は、複数の受光フィルタ１７０－１～Ｍの各々を介して、集光器１６１の出射面と受光部が対面するように配置される。複数の受光素子１７－１～Ｍの各々の受光部は、複数の受光フィルタ１７０－１～Ｍの各々に対面するように配置される。複数の受光フィルタ１７０－１～Ｍの各々を通過した光信号は、複数の受光素子１７－１～Ｍの各々の受光部で受光される。対をなす二つの受光素子１７は、偏光状態が互いに異なる受光フィルタ１７０を通過した光信号を受光する。複数の受光素子１７－１～Ｍの各々は、受光された光信号を電気信号（以下、信号とも呼ぶ）に変換する。複数の受光素子１７－１～Ｍの各々は、変換後の信号を、受信回路１８に出力する。例えば、複数の受光素子１７－１～Ｍのうち対をなす二つの受光素子１７ごとに、受信回路１８と接続される。例えば、複数の受光素子１７－１～Ｍの各々は、受信回路１８と個別に接続される。例えば、複数の受光素子１７－１～Ｍのいくつかをまとめたグループごとに、受信回路１８と接続されるように構成されてもよい。

【0054】

受光素子１７は、受光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１７は、可視領域の光に感度を有する。例えば、受光素子１７は、赤外領域の光に感度を有する。受光素子１７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１７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１７が受光する光の波長帯は、受光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１７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１７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１７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１７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。

【0055】

例えば、受光素子１７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１７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１７は、高速通信に対応できる。なお、受光素子１７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１７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１７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１７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１７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。

【0056】

受信回路１８は、複数の受光素子１７－１～Ｍの各々から出力された信号を取得する。受信回路１８は、複数の受光素子１７－１～Ｍの各々からの信号を増幅する。受信回路１８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１８は、複数の受光素子１７－１～Ｍのうち対をなす二つの受光素子１７ごとに信号を解析する。例えば、受信回路１８は、複数の受光素子１７－１～Ｍごとの信号をまとめて解析する。複数の受光素子１７－１～Ｍごとの信号をまとめて解析する場合は、単一の通信対象と通信するシングルチャンネルの受光装置１６を実現できる。例えば、受信回路１８は、複数の受光素子１７－１～Ｍごとに、個別に信号を解析する。複数の受光素子１７－１～Ｍごとに個別に信号を解析する場合、複数の通信対象と同時に通信するマルチチャンネルの受光装置１６を実現できる。受信回路１８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１８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。

【0057】

〔受信回路〕
次に、受光装置１６が備える受信回路１８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１２は、受信回路１８の構成の一例を示すブロック図である。図１２の例では、受光素子１７の数をＭ個とする（Ｍは自然数）。なお、図１２は、受信回路１８の構成の一例であって、受信回路１８の構成を限定するものではない。

【0058】

受信回路１８は、複数の第１処理回路１８１－１～Ｍ、制御回路１８２、セレクタ１８３、および複数の第２処理回路１８５－１～Ｎを有する（Ｍ、Ｎは自然数）。第１処理回路１８１は、複数の受光素子１７－１～Ｍのいずれか一つに対応付けられる。第１処理回路１８１は、複数の受光素子１７－１～Ｍに含まれる複数の受光素子１７をまとめたグループごとに構成されてもよい。

【0059】

例えば、第１処理回路１８１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１７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１７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１７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が設置されてもよい。

【0060】

例えば、第１処理回路１８１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。

【0061】

例えば、第１処理回路１８１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１８３に出力する。セレクタ１８３に出力された信号のうち受信対象の信号は、制御回路１８２の制御に応じて、複数の第２処理回路１８５－１～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１７からの信号は、第２処理回路１８５に出力されない。

【0062】

例えば、第１処理回路１８１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１８２に出力する。積分器は、受光素子１７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。

【0063】

制御回路１８２は、複数の第１処理回路１８１－１～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１８２は、複数の受光素子１７－１～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１８２は、互いに隣接し合う複数の受光素子１７からの信号の読み取り値を比較する。制御回路１８２は、比較結果に応じて、信号強度が最大の受光素子１７を選択する。制御回路１８２は、選択された受光素子１７に由来する信号を、複数の第２処理回路１８５－１～Ｎのいずれかに割り当てるように、セレクタ１８３を制御する。例えば、制御回路１８２は、対をなす二つの受光素子１７からの信号が同じ第２処理回路１８５に分配されるように、セレクタ１８３を制御する。

【0064】

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１７－１～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１８５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１７－１～Ｍから出力された信号の出力先の第２処理回路１８５を選択すればよい。例えば、制御回路１８２が受光素子１７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１８２が受光素子１７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１８２によって選択された受光素子１７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１７とを対応付けることに相当する。すなわち、制御回路１８２は、複数の受光素子１７－１～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。

【0065】

セレクタ１８３には、複数の第１処理回路１８１－１～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１８３は、制御回路１８２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１８５－１～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１８３から出力されない。

【0066】

複数の第２処理回路１８５－１～Ｎには、制御回路１８２によって割り当てられた、複数の受光素子１７－１～Ｎのいずれかからの信号が入力される。例えば、複数の第２処理回路１８５－１～Ｎの各々には、対をなす二つの受光素子１７からの信号が入力される。複数の第２処理回路１８５－１～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１８５－１～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。複数の第２処理回路１８５－１～Ｎの各々は、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されてもよい。

【0067】

制御回路１８２によって選択された受光素子１７に由来する信号をセレクタ１８３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１８５が割り当てられる。すなわち、制御回路１８２は、複数の受光素子１７－１～Ｍが受光する、複数の通信対象からの偏光多重された空間光信号に由来する信号を、複数の第２処理回路１８５－１～Ｎのいずれかに割り当てる。これにより、受光装置１６は、複数の通信対象からの偏光多重された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。

【0068】

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されてもよい。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。

【0069】

〔制御装置〕
制御装置１９は、光源１１および空間光変調器１３を制御する。例えば、制御装置１９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。制御装置１９は、空間光変調器１３の変調部１３０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１３０に設定する。例えば、制御装置１９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１３０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。

【0070】

制御装置１９は、投射光１０５によって形成される画像に対応するパターン（位相画像）を、空間光変調器１３の変調部１３０に設定する。制御装置１９は、空間光変調器１３の変調部１３０に割り当てられたタイルごとに、位相画像を設定する。制御装置１９は、空間光変調器１３の変調部１３０に照射される光１０２の位相と、変調部１３０で反射される変調光１０３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１３を駆動することで、変調部１３０に位相画像を設定する。空間光変調器１３の変調部１３０に照射される光１０２の位相と、変調部１３０で反射される変調光１０３の位相との差分を決定づけるパラメータは、例えば、屈折率や光路長などの光学的特性に関するパラメータである。例えば、制御装置１９は、空間光変調器１３の変調部１３０に印可する電圧を変化させることによって、変調部１３０の光学的特性を調節する。位相変調型の空間光変調器１３の変調部１３０に照射された光１０２の位相分布は、変調部１３０の光学的特性に応じて変調される。制御装置１９による空間光変調器１３の駆動方法は、空間光変調器１３の変調方式に応じて決定される。

【0071】

制御装置１９は、表示される画像に対応する位相画像が変調部１３０に設定された状態で、光源１１の出射器１１１を駆動させる。制御装置１９は、空間光信号を送光するタイミングに合わせて、光源１１に含まれる第１出射器１１１－１と第２出射器１１１－２を個別に駆動させる。その結果、空間光変調器１３の変調部１３０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１０２－１～２が、空間光変調器１３の変調部１３０の第１変調領域１３１および第２変調領域１３２の各々に設定されたサブ領域に照射される。空間光変調器１３の変調部１３０の第１変調領域１３１および第２変調領域１３２の各々に設定されたサブ領域に照射された光１０２－１～２は、各々のサブ領域に設定された位相画像に応じて変調される。空間光変調器１３の変調部１３０において変調された変調光１０３は、曲面ミラー１５の反射面１５０に向けて出射される。

【0072】

また、制御装置１９は、受光装置１６によってデコードされた信号や、信号処理が加えられた信号を、受光装置１６から取得する。受光装置１６から取得される信号は、偏光多重された空間光信号に由来する。制御装置１９は、受光装置１６から取得した信号に応じた処理を実行する。受光装置１６から取得した信号に応じて制御装置１９が実行する処理については、特に限定しない。例えば、制御装置１９は、受光装置１６から取得した信号に応じて、通信対象の通信装置（図示しない）に対する信号を生成する。制御装置１９は、生成された信号に対応する空間光信号を送光するように、送光装置１０を制御する。例えば、制御装置１９は、受光装置１６から取得した信号を、外部の信号処理装置等（図示しない）に出力してもよい。

【0073】

以上のように、本実施形態の通信装置は、送光装置、受光装置、および制御装置を備える。送光装置は、光源、空間光変調器、波長板、および曲面ミラーを備える。光源は、第１出射器と第２出射器とによって構成される。第１出射器と第２出射器は、空間光変調器の変調部に向けて、光を出射する。空間光変調器は、光源から出射された光が照射される複数の変調領域が設定される変調部を有する。空間光変調器の変調部は、第１出射器から出射された光が照射される第１変調領域と、第２出射器から出射された光が照射される第２変調領域とに分割される。空間光変調器は、照射された光の位相を、変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域の各々で変調する。波長板は、空間光変調器の変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域の各々で変調された変調光を、互いに異なる偏光状態に変換する。曲面ミラーは、空間光変調器の変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域で変調された変調光が照射される曲面状の反射面を有する。曲面ミラーは、変調光を反射面で反射し、反射面の曲率に応じて投射角が拡大された投射光を投射する。受光装置は、他の通信装置から送光された空間光信号を受光する。制御装置は、他の通信装置に向けて送光する空間光信号を形成するためのパターンを送光装置の空間光変調器の変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域の各々に設定する。制御装置は、パターンが設定された変調部に光が照射されるように光源を制御する。制御装置は、受光装置によって受光された空間光信号に由来する信号を取得する。

【0074】

以上のように、本実施形態の送光装置は、空間光変調器の変調部に設定された複数の変調領域の各々で変調された変調光を、互いに異なる偏光状態に変換する。本実施形態の送光装置から投射される投射光は、互いに異なる偏光状態に変換された光成分を含む。そのため、本実施形態の送光装置は、偏光状態ごとに異なる複数の空間光信号を同時に送光できる。すなわち、本実施形態によれば、多重化された空間光信号を用いた光空間通信を実現できる。

【0075】

本実施形態の一態様の送光装置は、複数の変調領域の境界のうち少なくともいずれかに配置され、複数の変調領域の各々で変調された変調光が混ざり合うことを防ぐ隔壁を備える。本態様によれば、隔壁で隔てられた変調領域で変調された変調光が、変調直後に混じり合わないため、それらの変調光によって形成されうる高次光の生成を防止できる。

【0076】

本実施形態の一態様において、波長板は、１／２波長板を含む。波長板は、第１変調領域および第２変調領域のうちいずれかで変調された変調光の光路上に設置される。本態様によれば、第１変調領域で変調された変調光と、第２変調領域で変調された変調光とを互いに異なる偏光状態に変換することによって、分離可能な投射光を送光できる。

【0077】

本実施形態の一態様において、波長板は、第１波長板と第２波長板とによって構成される。第１波長板は、１／４波長板を含む。第１波長板は、第１変調領域で変調された変調光の光路上に設置される。第１波長板は、第１変調領域で変調された変調光を、偏光方向が第１回転方向の円偏光に変換する。第２波長板は、１／４波長板を含む。第２波長板は、第２変調領域で変調された変調光の光路上に設置される。第２波長板は、第２変調領域で変調された変調光を、偏光方向が第２回転方向の円偏光に変換する。第１回転方向と第２回転方向とは回転方向が反対である。本態様によれば、第１変調領域で変調された変調光と、第２変調領域で変調された変調光とを、回転方向が反対の円偏光に変換することによって、分離可能な投射光を送光できる。

【0078】

本実施形態の一態様の受光装置は、集光器、複数の受光素子、および複数の受光フィルタを有する。集光器は、他の通信装置から送光された空間光信号を集光する。複数の受光素子は、集光器によって集光された空間光信号を受光する。複数の受光フィルタの各々は、複数の受光素子の各々に対応付けて配置される。複数の受光フィルタの各々は、対応付けられた受光素子の受光対象の空間光信号を選択的に通過させる。本態様によれば、複数の受光素子の各々の受光対象の光信号が、複数の受光素子ごとに選択的に受光されるように構成できる。

【0079】

本実施形態の一態様の受光フィルタは、対応付けられた受光素子の受光対象の偏光方向の直線偏光を選択的に通過させる偏光板を含む。本態様によれば、受光対象の偏光方向の直線偏光を、空間光信号から分離して受光できる。

【0080】

本実施形態の一態様の受光フィルタは、１／４波長板と偏光板とを含む。１／４波長板は、対応付けられた受光素子の受光対象の回転方向の円偏光を直線偏光に変換する。偏光板は、１／４波長板によって変換された直線偏光のうち偏光方向が特定方向の前記直線偏光を選択的に通過させる。本態様によれば、受光対象の回転方向の円偏光を、空間光信号から分離して受光できる。

【0081】

（第２の実施形態）
次に、第２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、四つの光源を用いて、複数の通信対象と偏光多重通信を行う。

【0082】

（構成）
図１３は、本実施形態の通信装置２の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態の通信装置２は、送光装置２０、受光装置２６、および制御装置２９を備える。受光装置２６は、第１の実施形態の受光装置１６と同様の構成である。制御装置２９は、詳細は異なるものの、第１の実施形態の制御装置１９とほぼ同様の構成である。以下においては、第１の実施形態とは異なる送光装置２０について、詳細に説明する。

【0083】

〔送光装置〕
送光装置２０の構成について、図面を参照しながら説明する。図１４～図１５は、送光装置２０の構成の一例を示す概念図である。送光装置２０は、光源２１、空間光変調器２３、波長板２４、および曲面ミラー２５を備える。空間光変調器２３は、変調部２３０を有する。空間光変調器２３の変調部２３０には、第１変調領域２３１と第２変調領域２３２が設定される。第１変調領域２３１および第２変調領域２３２には、二つずつのサブ領域（第１サブ領域、第２サブ領域）が設定される。図１４は、送光装置２０の内部構成を横方向から見た側面図である。図１５は、送光装置２０の内部構成を上方向から見た上面図である。図１５においては、光源２１と空間光変調器２３を図示し、波長板２４と曲面ミラー２５は省略する。図１４～図１５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。

【0084】

光源２１は、複数の出射器と複数のレンズを含む。複数の出射器は、第１出射器２１１－１、第２出射器２１１－２、第３出射器２１１－３、および第４出射器２１１－４によって構成される。複数のレンズは、第１レンズ２１２－１、第２レンズ２１２－２、第３レンズ２１２－３、および第４レンズ２１２－４によって構成される。第１出射器２１１－１、第２出射器２１１－２、第３出射器２１１－３、および第４出射器２１１－４は、空間光変調器２３までの光路において、互いの出射軸が交差しないように配置される。

【0085】

第１出射器２１１－１は、制御装置２９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光２０１－１を、第１レンズ２１２－１に向けて出射する。第１出射器２１１－１が出射するレーザ光２０１－１は、偏光である。第１レンズ２１２－１は、第１出射器２１１－１から出射されるレーザ光２０１－１の光路上に配置される。第１レンズ２１２－１は、第１出射器２１１－１から出射されたレーザ光２０１－１を、空間光変調器２３の変調部２３０の第１変調領域２３１の第１サブ領域の大きさに合わせて拡大する。第１レンズ２１２－１によって拡大された光２０２－１は、第１変調領域２３１の第１サブ領域に向けて進行する。

【0086】

第２出射器２１１－２は、制御装置２９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光２０１－２を、第２レンズ２１２－２に向けて出射する。第２出射器２１１－２が出射するレーザ光２０１－２は、偏光である。第２レンズ２１２－２は、第２出射器２１１－２から出射されるレーザ光２０１－２の光路上に配置される。第２レンズ２１２－２は、第２出射器２１１－２から出射されたレーザ光２０１－２を、空間光変調器２３の変調部２３０の第１変調領域２３１の第２サブ領域の大きさに合わせて拡大する。第１サブ領域と第２サブ領域とは、第１変調領域２３１の異なる位置に設定される。第２レンズ２１２－２によって拡大された光２０２－２は、第１変調領域２３１の第２サブ領域に向けて進行する。光２０２－１と光２０２－２は、同じ第１変調領域２３１に含まれる、異なるサブ領域に照射される。

【0087】

第３出射器２１１－３は、制御装置２９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光２０１－３を、第３レンズ２１２－３に向けて出射する。第３出射器２１１－３から出射されるレーザ光２０１－３は、偏光である。第３レンズ２１２－３は、第３出射器２１１－３から出射されるレーザ光２０１－３の光路上に配置される。第３レンズ２１２－３は、第３出射器２１１－３から出射されたレーザ光２０１－３を、空間光変調器２３の変調部２３０の第２変調領域２３２の第１サブ領域の大きさに合わせて拡大する。第３レンズ２１２－３によって拡大された光２０２－３は、第２変調領域２３２の第１サブ領域に向けて進行する。

【0088】

第４出射器２１１－４は、制御装置２９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光２０１－４を、第４レンズ２１２－４に向けて出射する。第４出射器２１１－４が出射するレーザ光２０１－４は、偏光である。空間光変調器２３の変調部２３０に照射される光の偏光方向は、同一に設定されることが求められる。そのため、レーザ光２０１－１～４の偏光方向は、変調部２３０において同一になるように設定される。第４レンズ２１２－４は、第４出射器２１１－４から出射されるレーザ光２０１－４の光路上に配置される。第４レンズ２１２－４は、第４出射器２１１－４から出射されたレーザ光２０１－４を、空間光変調器２３の変調部２３０の第２変調領域２３２の第２サブ領域の大きさに合わせて拡大する。第１サブ領域と第２サブ領域とは、第２変調領域２３２の異なる位置に設定される。第４レンズ２１２－４によって拡大された光２０２－４は、第２変調領域２３２の第２サブ領域に向けて進行する。光２０２－３と光２０２－４は、同じ第２変調領域２３２に含まれる、異なるサブ領域に照射される。

【0089】

第１出射器２１１－１、第２出射器２１１－２、第３出射器２１１－３、および第４出射器２１１－４の各々から出射されるレーザ光２０１－１～４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。レーザ光２０１－１～４の波長は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施形態では、同じ空間光変調器２３に向けて光２０２－１～４を照射するため、変調部２３０に照射されるレーザ光２０１－１～４の偏光方向は同一である。例えば、第１出射器２１１－１、第２出射器２１１－２、第３出射器２１１－３、および第４出射器２１１－４は、可視や赤外の波長帯のレーザ光２０１－１～４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２０１－１～４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。

【0090】

空間光変調器２３は、第１の実施形態の空間光変調器１３と同様の構成である。空間光変調器２３は、変調部２３０を有する。変調部２３０には、第１変調領域２３１と第２変調領域２３２が設定される。第１変調領域２３１および第２変調領域２３２の各々は、少なくとも二つのサブ領域に分割される。第１変調領域２３１には、光２０２－１～２が照射される。光２０２－１～２は、第１変調領域２３１の異なるサブ領域に照射される。光２０２－１～２は、第１変調領域２３１の異なるサブ領域で変調されて、変調光２０３－１～２として出射される。第２変調領域２３２には、光２０２－３～４が照射される。光２０２－３～４は、第２変調領域２３２の異なるサブ領域に照射される。光２０２－３～４は、第２変調領域２３２の異なるサブ領域で変調されて、変調光２０３－３～４として出射される。

【0091】

第１変調領域２３１と第２変調領域２３２の間には、隔壁２３５が配置される。隔壁２３５は、変調部２３０の表面に対して垂直に立てられる。隔壁２３５は、第１変調領域２３１で変調された変調光２０３－１～２と、第２変調領域２３２で変調された変調光２０３－３～４とが、変調部２３０で変調された直後に混じり合わないように、変調部２３０を二分する。第１変調領域２３１および第２変調領域２３２の各々には、制御装置２９の制御に応じて、投射光２０５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２３を用いる場合、回折現象を利用するため、回折格子と同じように高次の像が発生する。高次の像は、電力が低くなるために鮮明ではなくなるが、視認されてしまう。隔壁２３５は、被投射面に表示されうる高次の像の発生を防止する。

【0092】

図１６は、空間光変調器２３の変調部２３０に設定される第１変調領域２３１と第２変調領域２３２の一例である。図１６の例では、第１変調領域２３１および第２変調領域２３２の各々に、サブ領域が二つずつ設定される。図１６のように、第１変調領域２３１と第２変調領域２３２に、光２０２の照射範囲が二つずつ設定されれば、二つの通信対象と同時に偏光多重通信を行うことができる。

【0093】

図１６において、第１変調領域２３１には、光源２１から出射された光２０２－１～２が照射される。第１変調領域２３１には、光２０２－１に対応する第１サブ領域２３１１と、光２０２－２に対応する第２サブ領域２３１２とが割り当てられる。第１変調領域２３１の第１サブ領域２３１１には、光２０２－１を変調光２０３－１に変換するためのパターン（位相画像）が設定される。第１変調領域２３１の第１サブ領域２３１１には、変調光２０３－１によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。第１変調領域２３１の第２サブ領域２３１２には、光２０２－２を変調光２０３－２に変換するための位相画像が設定される。第１変調領域２３１の第２サブ領域２３１２には、変調光２０３－２によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。

【0094】

図１６において、第２変調領域２３２には、光源２１から出射された光２０２－３～４が照射される。第２変調領域２３２には、光２０２－３に対応する第１サブ領域２３２１と、光２０２－４に対応する第２サブ領域２３２２とが割り当てられる。第２変調領域２３２の第１サブ領域２３２１には、光２０２－３を変調光２０３－３に変換するための位相画像が設定される。第２変調領域２３２の第１サブ領域２３２１には、変調光２０３－３によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。第２変調領域２３２の第２サブ領域２３２２には、光２０２－４を変調光２０３－４に変換するための位相画像が設定される。第２変調領域２３２の第２サブ領域２３２２には、変調光２０３－４によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。

【0095】

空間光変調器２３の変調部２３０に割り当てられた第１変調領域２３１および第２変調領域２３２の各々は、複数の領域に分割される（タイリングとも呼ぶ）。例えば、第１変調領域２３１および第２変調領域２３２の各々は、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。複数のタイルの各々は、複数の画素によって構成される。第１変調領域２３１および第２変調領域２３２に設定さ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。

【0096】

複数のタイルに位相画像が設定された状態で、変調部２３０に光２０２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２０３が出射される。変調部２３０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２３０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。

【0097】

第１変調領域２３１で変調された変調光２０３－１～２と、第２変調領域２３２で変調された変調光２０３－３～４とは、変調部２３０からの出射直後は、隔壁２３５によって隔てられる。変調光２０３－１～２と変調光２０３－３～４は、変調部２３０から出射された後に、互いに混じり合うようにも設定できるし、互いに混じり合わないようにも設定できる。変調部２３０から出射された後の変調光２０３－１～４の混合状況は、光源２１からの光２０２の出射方向を調整することで設定できる。

【0098】

波長板２４は、第１の実施形態の波長板１４と同様の構成である。波長板２４は、空間光変調器２３と曲面ミラー２５の間に配置される。図１４の例では、波長板２４は、隔壁２３５によって、変調部２３０の面に対して略平行に配置される。送光装置２０から直線偏光を出射する場合、波長板２４として１／２波長板が用いられる。送光装置２０から円偏光を出射する場合、波長板２４として１／４波長板が用いられる。

【0099】

図１７は、送光装置２０の内部構成を上方から見た概念図である。図１７においては、光源２１を省略する。図１７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。波長板２４は、第１波長板２４１と第２波長板２４２によって構成される。第１波長板２４１と第２波長板２４２は、異なる偏光特性を有する。

【0100】

第１波長板２４１は、第１変調領域２３１に対応付けて配置される。第１変調領域２３１で変調された変調光２０３－１～２は、曲面ミラー２５の反射面２５０に到達するまでの間で、第１波長板２４１を通過する。第１波長板２４１を通過した変調光２０３－１～２は、第１波長板２４１の偏光特性に応じた光２０４－１～２になる。第１波長板２４１を通過した光２０４－１～２は、曲面ミラー２５の反射面２５０において、第１変調領域２３１のサブ領域に設定された位相画像に応じた像を結像させる。

【0101】

第２波長板２４２は、第２変調領域２３２に対応付けて配置される。第２変調領域２３２で変調された変調光２０３－３～４は、曲面ミラー２５の反射面２５０に到達するまでの間で、第２波長板２４２を通過する。第２波長板２４２を通過した変調光２０３－３～４は、第２波長板２４２の偏光特性に応じた光２０４－３～４になる。第２波長板２４２を通過した光２０４－３～４は、曲面ミラー２５の反射面２５０において、第２変調領域２３２のサブ領域に設定された位相画像に応じた像を結像させる。

【0102】

第１波長板２４１を通過した変調光２０３－１～２の偏光状態と、第２波長板２４２を通過した変調光２０３－３～４の偏光状態とは、互いに異なる。すなわち、波長板２４を通過した変調光２０３－１～２と変調光２０３－３～４とは、互いに異なる偏光状態の光２０４－１～２と光２０４－３～４になる。

【0103】

例えば、送光装置２０から直線偏光を送光する場合、第１波長板２４１を１／２波長板とする。例えば、第２波長板２４２の側には、何も設置されない。第１波長板２４１の側を通過する変調光２０３－１～２の偏光方向は、９０度回転される。第２波長板２４２の側を通過する変調光２０３－３～４は、同じ偏光方向のまま進行する。例えば、第２波長板２４２の側には、偏光状態に影響を与えない透明なガラスやプラスチックの材質で構成された部材が配置されてもよい。第１波長板２４１の側を通過した光２０４－１～２の偏光方向と、第２波長板２４２の側を通過した光２０４－３～４の偏光方向とは、互いに直交する。そのため、第１波長板２４１の側を通過した光２０４－１～２に由来する投射光２０５と、第２波長板２４２の側を通過した光２０４－３～４に由来する投射光２０５とは、空間光信号の受信側で分離可能である。

【0104】

例えば、送光装置２０から円偏光を送光する場合、第１波長板２４１と第２波長板２４２とを、光軸が互いに直交する１／４波長板とする。第１波長板２４１を通過した光２０４－１～２と、第２波長板２４２を通過した光２０４－３～４とは、回転方向が反対の円偏光に変換される。そのため、第１波長板２４１を通過した光２０４－１～２に由来する空間光信号と、第２波長板２４２を通過した光２０４－３～４に由来する空間光信号とは、空間光信号の受信側で分離可能である。

【0105】

曲面ミラー２５は、第１の実施形態の曲面ミラー１５と同様の構成である。曲面ミラー２５は、曲面状の反射面２５０を有する反射鏡である。曲面ミラー２５の反射面２５０は、投射光２０５の投射角に合わせた曲率を有する。図１４の例の場合、曲面ミラー２５の反射面２５０は、円柱の側面の形状を有する。例えば、曲面ミラー２５の反射面２５０は、球面でもよい。例えば、曲面ミラー２５の反射面２５０は、自由曲面であってもよい。例えば、曲面ミラー２５の反射面２５０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２５の反射面２５０は、曲面と平面を組み合わせた形状であってもよい。

【0106】

曲面ミラー２５は、空間光変調器２３の変調部２３０に反射面２５０を向けて配置される。言い換えると、曲面ミラー２５は、変調光２０３－１～４の光路上に配置される。曲面ミラー２５の反射面２５０には、空間光変調器２３の変調部２３０で変調された変調光２０３－１～４のうち、波長板２４を通過した光２０４－１～４が照射される。光２０４－１～２は、空間光変調器２３の変調部２３０の第１変調領域２３１で変調された変調光２０３－１～２のうち、第１波長板２４１の側を通過した光である。光２０４－３～４は、空間光変調器２３の変調部２３０の第２変調領域２３２で変調された変調光２０３－３～４のうち、第２波長板２４２の側を通過した光である。光２０４－１～４のうち少なくともいずれかは、波長板２４を通過することで、偏光状態が変わる。すなわち、光２０４－１～２と光２０４－３～４とは、互いに異なる偏光状態になる。

【0107】

曲面ミラー２５の反射面２５０で反射された光（投射光２０５）は、反射面２５０の曲率に応じた拡大率で拡大されて、投射される。図１８は、反射面２５０で反射された投射光２０５の投射の一例を示す概念図である。図１８は、概念的なものであり、光の進行方向などを正確に表したものではない。投射光２０５は、曲面ミラー２５の反射面２５０における光２０４の照射範囲の曲率に応じて、水平方向（図１８の紙面の上下方向）に沿って拡大される。反射面２５０には、光２０４を構成する光２０４－１～４の各々が照射される。光２０４－１～４の各々は、反射面２５０で個別に反射される。光２０４－１は、反射面２５０で反射され、投射光２０５－１として投射される。光２０４－２は、反射面２５０で反射され、投射光２０５－２として投射される。光２０４－３は、反射面２５０で反射され、投射光２０５－３として投射される。光２０４－４は、反射面２５０で反射され、投射光２０５－４として投射される。光２０４－１～４の各々は、反射面２５０の曲率に応じた投射角で、投射光２０５－１～４の各々として投射される。

【0108】

例えば、変調光２０３や光２０４、投射光２０５の光路上に、遮蔽器（図示しない）や０次光除去器（図示しない）が配置されてもよい。遮蔽器や０次光除去器については、第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

【0109】

図１９は、空間光変調器２３の変調部２３０に設定される第１変調領域２３１と第２変調領域２３２の別の一例である。図１９の例では、第１変調領域２３１および第２変調領域２３２の各々が四分割される。図１９の例では、第１変調領域２３１および第２変調領域２３２の各々に、四つのサブ領域が設定される。

【0110】

図１９において、第１変調領域２３１には、光源２１から出射された光２０２－１～２が照射される。第１変調領域２３１には、第１サブ領域２３１１、第２サブ領域２３１２、第３サブ領域２３１３、および第４サブ領域２３１４が割り当てられる。すなわち、第１変調領域２３１は、四つのサブ領域に分割される。四つのサブ領域の各々には、互いに異なる位相画像が設定される。第１サブ領域２３１１および第３サブ領域２３１３には、光２０２－１が照射される。第２サブ領域２３１２および第４サブ領域２３１４には、光２０２－２が照射される。

【0111】

図１９において、第２変調領域２３２には、光源２１から出射された光２０２－３～４が照射される。第２変調領域２３２には、第１サブ領域２３２１、第２サブ領域２３２２、第３サブ領域２３２３、および第４サブ領域２３２４が割り当てられる。すなわち、第２変調領域２３２は、四つのサブ領域に分割される。四つのサブ領域の各々には、互いに異なる位相画像が設定される。第１サブ領域２３２１および第３サブ領域２３２３には、光２０２－３が照射される。第２サブ領域２３２２および第４サブ領域２３２４には、光２０２－４が照射される。図１９のように、第１変調領域２３１および第２変調領域２３２の各々を四分割し、光２０２の照射範囲を二つずつ設定すれば、四つの通信対象と同時に偏光多重通信を行うことができる。

【0112】

以上のように、本実施形態の通信装置は、送光装置、受光装置、および制御装置を備える。送光装置は、光源、空間光変調器、波長板、および曲面ミラーを備える。光源は、第１出射器、第２出射器、第３出射器、および第４出射器によって構成される。第１出射器、第２出射器、第３出射器、および第４出射器は、空間光変調器の変調部に向けて、光を出射する。空間光変調器は、光源から出射された光が照射される複数の変調領域が設定される変調部を有する。空間光変調器の変調部は、第１変調領域と第２変調領域に分割される。第１変調領域は、第１出射器および第２出射器から出射された光の各々が照射される領域を含む。第２変調領域は、第３出射器および第４出射器から出射された光の各々が照射される領域を含む。空間光変調器は、照射された光の位相を、変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域の各々で変調する。波長板は、空間光変調器の変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域の各々で変調された変調光を、互いに異なる偏光状態に変換する。曲面ミラーは、空間光変調器の変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域で変調された変調光が照射される曲面状の反射面を有する。曲面ミラーは、変調光を反射面で反射し、反射面の曲率に応じて投射角が拡大された投射光を投射する。受光装置は、他の通信装置から送光された空間光信号を受光する。制御装置は、他の通信装置に向けて送光する空間光信号を形成するためのパターンを送光装置の空間光変調器の変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域の各々に設定する。制御装置は、パターンが設定された変調部に光が照射されるように光源を制御する。制御装置は、受光装置によって受光された空間光信号に由来する信号を取得する。

【0113】

以上のように、本実施形態の送光装置は、空間光変調器の変調部に設定された複数の変調領域の各々で変調された変調光を、互いに異なる偏光状態に変換する。本実施形態の送光装置から投射される投射光は、互いに異なる偏光状態に変換された光成分を含む。そのため、本実施形態の送光装置は、偏光状態ごとに異なる複数の空間光信号を同時に送光できる。すなわち、本実施形態によれば、多重化された空間光信号を用いた光空間通信を実現できる。また、本実施形態の送光装置は、第１の実施形態の送光装置の２倍の出射器を含む。そのため、本実施形態の通信装置によれば、第１の実施形態と比べて、より多くの通信対象と通信できる。

【0114】

（第３の実施形態）
次に、第３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、二つの空間光変調器を用いて、複数の通信対象と偏光多重通信を行う。

【0115】

（構成）
図２０は、本実施形態の通信装置３の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態の通信装置３は、送光装置３０、受光装置３６、および制御装置３９を備える。受光装置３６は、第１の実施形態の受光装置１６と同様の構成である。制御装置３９は、詳細は異なるものの、第１の実施形態の制御装置３９とほぼ同様の構成である。以下においては、第１の実施形態とは異なる送光装置３０について、詳細に説明する。

【0116】

〔送光装置〕
送光装置３０の構成について、図面を参照しながら説明する。図２１～図２２は、送光装置３０の構成の一例を示す概念図である。送光装置３０は、光源３１、第１空間光変調器３３１、第２空間光変調器３３２、波長板３４、および曲面ミラー３５を備える。第１空間光変調器３３１は、変調部３３１０を有する。第２空間光変調器３３２は、変調部３３２０を有する。第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２は、同様の構成である。第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２は、互いの長辺が垂直になるように配置される。すなわち、第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２は、偏光方向が互いに直交するように配置される。図２１は、送光装置３０の内部構成を横方向から見た側面図である。図２２は、送光装置３０の内部構成を上方向から見た上面図である。図２２においては、光源３１、第１空間光変調器３３１、および第２空間光変調器３３２を図示し、波長板３４と曲面ミラー３５は省略する。図２１～図２２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。

【0117】

光源３１は、第１出射器３１１－１、第２出射器３１１－２、第１レンズ３１２－１、および第２レンズ３１２－２を含む。第１出射器３１１－１と第２出射器３１１－２は、第１空間光変調器３３１および第２空間光変調器３３２までの光路において、互いの出射軸が交差しないように配置される。

【0118】

第１出射器３１１－１は、制御装置３９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光３０１－１を、第１レンズ３１２－１に向けて出射する。第１出射器３１１－１から出射されるレーザ光３０１－１は、偏光である。第１レンズ３１２－１は、第１出射器３１１－１から出射されるレーザ光３０１－１の光路上に配置される。第１レンズ３１２－１は、第１出射器３１１－１から出射されたレーザ光３０１－１を、第１空間光変調器３３１の変調部３３１０の大きさに合わせて拡大する。第１レンズ３１２－１によって拡大された光３０２－１は、第１空間光変調器３３１の変調部３３１０に向けて進行する。

【0119】

第２出射器３１１－２は、制御装置３９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光３０１－２を、第２レンズ３１２－２に向けて出射する。第２出射器３１１－２から出射されるレーザ光３０１－２は、偏光である。本実施形態において、第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２は、偏光方向が互いに直交するように配置される。そのため、第１出射器３１１－１の出射するレーザ光３０１－１の偏光方向と、第２出射器３１１－２の出射するレーザ光３０１－２の偏光方向とは、互いに直交するように設定される。第２レンズ３１２－２は、第２出射器３１１－２から出射されるレーザ光３０１－２の光路上に配置される。第２レンズ３１２－２は、第２出射器３１１－２から出射されたレーザ光３０１－２を、第２空間光変調器３３２の変調部３３２０の大きさに合わせて拡大する。第２レンズ３１２－２によって拡大された光３０２－２は、第２空間光変調器３３２の変調部３３２０に向けて進行する。

【0120】

第１出射器３１１－１および第２出射器３１１－２の各々から出射されるレーザ光３０１－１～２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。レーザ光３０１－１～２の波長は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施形態では、偏光方向が互いに直交するように配置された第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２に向けて光３０２－１～２を照射するため、レーザ光３０１－１～２の偏光方向も直交する。例えば、第１出射器３１１－１および第２出射器３１１－２は、可視や赤外の波長帯のレーザ光３０１－１～２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３０１－１～２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。

【0121】

第１空間光変調器３３１は、第１の実施形態の空間光変調器１３と同様の構成である。第１空間光変調器３３１は、変調部３３１０を有する。変調部３３１０には、光３０２－１が照射される。第１～第２の実施形態と同様に、変調部３３１０には、二つ以上の変調領域やサブ領域が設定されてもよい。変調部３３１０には、光３０２－１が照射される。光３０２－１は、変調部３３１０で変調されて、変調光３０３－１として出射される。

【0122】

第２空間光変調器３３２は、第１の実施形態の空間光変調器１３と同様の構成である。第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２は、同じスペックでもよいし、異なるスペックでもよい。本実施形態においては、第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２が同じスペックの例をあげる。第２空間光変調器３３２は、変調部３３２０を有する。変調部３３２０には、光３０２－２が照射される。第１～第２の実施形態と同様に、変調部３３２０には、二つ以上の変調領域やサブ領域が設定されてもよい。変調部３３２０には、光３０２－２が照射される。光３０２－２は、変調部３３２０で変調されて、変調光３０３－２として出射される。

【0123】

第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２とは、長辺が互いに垂直になるように配置される。第１空間光変調器３３１の変調部３３１０の表面と、第２空間光変調器３３２の変調部３３２０の表面とは、同じ向きに向けて配置される。第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２とは、間隔を空けて配置されてもよいし、間隔を空けずに配置されてもよい。第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２との間に、隔壁（図示しない）が配置されてもよい。例えば、隔壁は、第１空間光変調器３３１の変調部３３１０の表面と、第２空間光変調器３３２の変調部３３２０の表面とに対して垂直に立てられる。

【0124】

図２３は、第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２の配置例を示す概念図である。第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２は、長辺が垂直になるように配置される。図２３の例では、第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２が同じスペックであるものとする。すなわち、図２３のように配置される場合、第１空間光変調器３３１の変調部３３１０の偏光方向と、第２空間光変調器３３２の変調部３３２０の偏光方向とは直交する。第１空間光変調器３３１の変調部３３１０には、変調光３０３－１によって形成される画像に対応するパターン（位相画像）が設定される。第２空間光変調器３３２の変調部３３２０には、変調光３０３－２によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。図２３のように、第１空間光変調器３３１と第２空間光変調器３３２とが、長辺が垂直になるように配置されれば、二つの通信対象と同時に偏光多重通信を行うことができる。

【0125】

第１空間光変調器３３１の変調部３３１０と、第２空間光変調器３３２の変調部３３２０とは、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３３１０および変調部３３２０の各々は、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。複数のタイルの各々は、複数の画素によって構成される。変調部３３１０および変調部３３２０に設定さ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。

【0126】

複数のタイルに位相画像が設定された状態で、変調部３３１０および変調部３３２０に光３０２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３０３が出射される。変調部３３１０および変調部３３２０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３３１０および変調部３３２０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。

【0127】

変調部３３１０で変調された変調光３０３－１と、変調部３３２０で変調された変調光３０３－２とは、出射された後に、互いに混じり合うようにも設定できるし、互いに混じり合わないようにも設定できる。変調部３３１０および変調部３３２０から出射された後の変調光３０３－１～２の混合状況は、光源３１からの光３０２の出射方向を調整することで設定できる。

【0128】

波長板３４は、第１空間光変調器３３１および第２空間光変調器３３２と、曲面ミラー３５との間に配置される。波長板３４は、光３０２－１～２が入射せず、第１空間光変調器３３１および第２空間光変調器３３２で変調された変調光３０３－１～２が入射する位置に配置される。例えば、波長板３４は、第１～第２の実施形態の隔壁によって、変調部３３１０および変調部３３２０の面に対して略平行に配置されてもよい。送光装置３０から円偏光を出射する場合、波長板３４として１／４波長板が用いられる。第１空間光変調器３３１で変調された変調光３０３－１と、第２空間光変調器３３２で変調された変調光３０３－２とは、偏光方向が直交するため、単一の波長板３４（１／４波長板）を挿入すれば、互いに逆回転の円偏光が得られる。送光装置３０から直線偏光を出射する場合、波長板３４は配置されない。第１空間光変調器３３１で変調された変調光３０３－１と、第２空間光変調器３３２で変調された変調光３０３－２とは、偏光方向が直交するため、波長板３４が無くても、互いに直交する直線偏光が得られる。

【0129】

図２４は、送光装置３０の内部構成を上方から見た概念図である。図２４においては、光源３１を省略する。図２４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。

【0130】

第１空間光変調器３３１の変調部３３１０で変調された変調光３０３－１は、曲面ミラー３５の反射面３５０に到達するまでの間で、波長板３４を通過する。波長板３４を通過した変調光３０３－１は、波長板３４の偏光特性に応じた光３０４－１になる。波長板３４を通過した光３０４－１は、曲面ミラー３５の反射面３５０において、第１空間光変調器３３１の変調部３３１０に設定された位相画像に応じた像を結像させる。

【0131】

第２空間光変調器３３２の変調部３３２０で変調された変調光３０３－２は、曲面ミラー３５の反射面３５０に到達するまでの間で、波長板３４を通過する。波長板３４を通過した変調光３０３－２は、波長板３４の偏光特性に応じた光３０４－２になる。波長板３４を通過した光３０４－２は、曲面ミラー３５の反射面３５０において、第２空間光変調器３３２の変調部３３２０に設定された位相画像に応じた像を結像させる。

【0132】

波長板３４を通過した光３０４－１～２の偏光状態は、互いに異なる。すなわち、波長板３４は、変調光３０３－１～２を、互いに異なる偏光状態の光３０４－１～２にする。波長板３４を通過した光３０４－１～２は、偏光状態が異なるため、空間光信号の受信側で分離可能である。

【0133】

曲面ミラー３５は、第１の実施形態の曲面ミラー１５と同様の構成である。曲面ミラー３５は、曲面状の反射面３５０を有する反射鏡である。曲面ミラー３５の反射面３５０は、投射光３０５の投射角に合わせた曲率を有する。図２１の例の場合、曲面ミラー３５の反射面３５０は、円柱の側面の形状を有する。例えば、曲面ミラー３５の反射面３５０は、球面でもよい。例えば、曲面ミラー３５の反射面３５０は、自由曲面であってもよい。例えば、曲面ミラー３５の反射面３５０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３５の反射面３５０は、曲面と平面を組み合わせた形状であってもよい。

【0134】

曲面ミラー３５は、第１空間光変調器３３１の変調部３３１０および第２空間光変調器３３２の変調部３３２０に、反射面３５０を向けて配置される。言い換えると、曲面ミラー３５は、変調光３０３－１～２の光路上に配置される。曲面ミラー３５の反射面３５０には、第１空間光変調器３３１の変調部３３１０および第２空間光変調器３３２の変調部３３２０で変調された変調光３０３－１～２のうち、波長板３４を通過した光３０４－１～２が照射される。光３０４－１は、第１空間光変調器３３１の変調部３３１０で変調された変調光３０３－１のうち、波長板３４を通過した光である。光３０４－２は、第２空間光変調器３３２の変調部３３２０で変調された変調光３０３－２のうち、波長板３４を通過した光である。

【0135】

曲面ミラー３５の反射面３５０で反射された光（投射光３０５）は、反射面３５０の曲率に応じた拡大率で拡大されて、投射される。図２５は、反射面３５０で反射された投射光３０５の投射の一例を示す概念図である。図２５は、概念的なものであり、光の進行方向などを正確に表したものではない。投射光３０５は、曲面ミラー３５の反射面３５０における光３０４の照射範囲の曲率に応じて、水平方向（図２５の紙面の上下方向）に沿って拡大される。反射面３５０には、光３０４を構成する光３０４－１～２の各々が照射される。光３０４－１～２の各々は、反射面３５０で個別に反射される。光３０４－１は、反射面３５０で反射され、投射光３０５－１として投射される。光３０４－２は、反射面３５０で反射され、投射光３０５－２として投射される。光３０４－１～２の各々は、反射面３５０の曲率に応じた投射角で、投射光３０５－１～２の各々として投射される。図２５の例では、投射光３０５－１～２の各々の投射範囲が重なっているが、投射光３０５－１～２の偏光状態が異なるため、空間光信号の受信側で分離することができる。

【0136】

例えば、変調光３０３や光３０４、投射光３０５の光路上に、遮蔽器（図示しない）や０次光除去器（図示しない）が配置されてもよい。遮蔽器や０次光除去器については、第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

【0137】

図２６は、第１空間光変調器３３１の変調部３３１０と第２空間光変調器３３２の変調部３３２０に、照射範囲を四つずつ設定する例である。図２６の例では、八つの出射器３１１（図示しない）から独立して出射されたレーザ光３０１に基づく光３０２が、変調部３３１０および変調部３３２０に照射されるものとする。変調部３３１０および変調部３３２０の各々には、四つの出射器３１１（図示しない）から出射されたレーザ光３０１に基づく光３０２が照射される。図２６には、光３０２の照射範囲を楕円で示す。図２６のように、変調部３３１０および変調部３３２０の各々に照射範囲が四つずつ設定される。それぞれの照射範囲に異なる位相画像が設定されることで、四つの通信対象と同時に偏光多重通信を行うことができる。

【0138】

図２７は、第１空間光変調器３３１の変調部３３１０と第２空間光変調器３３２の変調部３３２０に、照射範囲を四つずつ設定する別の一例である。図２７の例では、八つの出射器３１１（図示しない）から独立して出射されたレーザ光３０１に基づく光３０２が、変調部３３１０および変調部３３２０に照射されるものとする。変調部３３１０および変調部３３２０の各々には、四つの出射器３１１（図示しない）から出射されたレーザ光３０１に基づく光３０２が照射される。図２７には、光３０２の照射範囲を楕円で示す。図２７の例では、変調部３３１０および変調部３３２０の各々を八分割する。八分割された変調部３３１０の各々の領域には、照射される光３０２によって形成される画像に対応するパターン（位相画像）が設定される。八分割された変調部３３２０の各々の領域にも、照射される光３０２によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。図２７の例では、短軸方向の二つの領域に、同一の光３０２が照射される。図２７のように、変調部３３１０および変調部３３２０の各々が八分割され、それぞれの照射範囲に異なる位相画像が設定されれば、八つの通信対象と同時に偏光多重通信を行うことができる。

【0139】

以上のように、本実施形態の通信装置は、送光装置、受光装置、および制御装置を備える。送光装置は、光源、空間光変調器、波長板、および曲面ミラーを備える。光源は、第１出射器と第２出射器によって構成される。第１出射器と第２出射器は、空間光変調器の変調部に向けて、光を出射する。空間光変調器は、第１空間光変調器と第２空間光変調器によって構成される。第１空間光変調器と第２空間光変調器とは、偏光方向が互いに非平行になるように配置される。第１空間光変調器と第２空間光変調器は、光源から出射された光が照射される変調領域が設定される変調部を有する。第１空間光変調器の変調部には、第１変調領域が設定される。第２空間光変調器の変調部には、第２変調領域が設定される。第１空間光変調器および第２空間光変調器は、照射された光の位相を、各々の変調部で変調する。波長板は、第１空間光変調器の変調部に設定された第１変調領域で変調された変調光と、第２空間光変調器の変調部に設定された第２変調領域で変調された変調光とを、互いに異なる偏光状態に変換する。曲面ミラーは、第１変調領域および第２変調領域で変調された変調光が照射される曲面状の反射面を有する。曲面ミラーは、変調光を反射面で反射し、反射面の曲率に応じて投射角が拡大された投射光を投射する。受光装置は、他の通信装置から送光された空間光信号を受光する。制御装置は、他の通信装置に向けて送光する空間光信号を形成するためのパターンを送光装置の第１空間光変調器および第２空間光変調器の変調部に設定する。制御装置は、パターンが設定された第１空間光変調器および第２空間光変調器の変調部に光が照射されるように光源を制御する。制御装置は、受光装置によって受光された空間光信号に由来する信号を取得する。

【0140】

本実施形態の送光装置は、第１空間光変調器および第２空間光変調器の変調部に設定された変調領域で変調された変調光を、互いに異なる偏光状態に変換する。本実施形態の送光装置から投射される投射光は、互いに異なる偏光状態に変換された光成分を含む。そのため、本実施形態の送光装置は、偏光状態ごとに異なる複数の空間光信号を同時に送光できる。すなわち、本実施形態によれば、多重化された空間光信号を用いた光空間通信を実現できる。また、本実施形態の送光装置によれば、第１空間光変調器および第２空間光変調器の偏光方向が互いに異なるため、単一の１／４波長板を用いて、右回り／左回りの円偏光を送光できる。さらに、本実施形態の送光装置によれば、複数の出射器から出射された光を、第１空間光変調器および第２空間光変調器の変調部に割り振ることによって、より多くの通信対象と通信できる。

【0141】

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る通信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の通信装置は、複数の波長帯の空間光信号を用いて光空間通信を行う。

【0142】

（構成）
図２８は、本実施形態の通信装置４の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態の通信装置４は、送光装置４０、受光装置４６、および制御装置４９を備える。以下においては、送光装置４０および受光装置４６について、個別に説明する。制御装置４９は、詳細は異なるものの、第１の実施形態の制御装置１９と同様の構成であるため、説明を省略する。

【0143】

〔送光装置〕
まず、送光装置４０の構成について、図面を参照しながら説明する。図２９～図３０は、送光装置４０の構成の一例を示す概念図である。送光装置４０は、光源４１、空間光変調器４３、および曲面ミラー４５を備える。空間光変調器４３は、変調部４３０を有する。空間光変調器４３の変調部４３０には、第１変調領域４３１と第２変調領域４３２が設定される。第１変調領域４３１および第２変調領域４３２には、サブ領域（第１サブ領域、第２サブ領域）が二つずつ設定される。図２９は、送光装置４０の内部構成を横方向から見た側面図である。図３０は、送光装置４０の内部構成を上方向から見た上面図である。図３０においては、光源４１と空間光変調器４３を図示し、曲面ミラー４５は省略する。図２９～図３０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。

【0144】

光源４１は、複数の出射器と複数のレンズを含む。複数の出射器は、第１出射器４１１－１、第２出射器４１１－２、第３出射器４１１－３、および第４出射器４１１－４によって構成される。第１出射器４１１－１、第２出射器４１１－２、第３出射器４１１－３、および第４出射器４１１－４は、互いに異なる波長帯の光を出射する。複数のレンズは、第１レンズ４１２－１、第２レンズ４１２－２、第３レンズ４１２－３、および第４レンズ４１２－４によって構成される。第１出射器４１１－１、第２出射器４１１－２、第３出射器４１１－３、および第４出射器４１１－４は、空間光変調器４３までの光路において、互いの出射軸が交差しないように配置される。複数の出射器から出射される光は、空間光変調器４３の変調部４３０に割り当てられた異なる変調領域（サブ領域）に設定された異なる位相画像で変調され、同じ方向に向けて投射される。

【0145】

第１出射器４１１－１は、制御装置４９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光４０１－１を、第１レンズ４１２－１に向けて出射する。レーザ光４０１－１の波長帯はＬ１である。第１出射器４１１－１が出射するレーザ光４０１－１は、偏光である。第１レンズ４１２－１は、第１出射器４１１－１から出射されるレーザ光４０１－１の光路上に配置される。第１レンズ４１２－１は、第１出射器４１１－１から出射されたレーザ光４０１－１を、空間光変調器４３の変調部４３０の第１変調領域４３１の第１サブ領域の大きさに合わせて拡大する。第１レンズ４１２－１によって拡大された光４０２－１は、第１変調領域４３１の第１サブ領域に向けて進行する。

【0146】

第２出射器４１１－２は、制御装置４９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光４０１－２を、第２レンズ４１２－２に向けて出射する。レーザ光４０１－２の波長帯はＬ２である。第２出射器４１１－２から出射されるレーザ光４０１－２、は偏光である。第２レンズ４１２－２は、第２出射器４１１－２から出射されるレーザ光４０１－２の光路上に配置される。第２レンズ４１２－２は、第２出射器４１１－２から出射されたレーザ光４０１－２を、空間光変調器４３の変調部４３０の第１変調領域４３１の第２サブ領域の大きさに合わせて拡大する。第１サブ領域と第２サブ領域とは、第１変調領域４３１の異なる位置に設定される。第２レンズ４１２－２によって拡大された光４０２－２は、第１変調領域４３１の第２サブ領域に向けて進行する。光４０２－１と光４０２－２は、同じ第１変調領域４３１に含まれる、異なるサブ領域に照射される。

【0147】

第３出射器４１１－３は、制御装置４９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光４０１－３を、第３レンズ４１２－３に向けて出射する。レーザ光４０１－３の波長帯はＬ３である。第３出射器４１１－３から出射されるレーザ光４０１－３は、偏光である。第３レンズ４１２－３は、第３出射器４１１－３から出射されるレーザ光４０１－３の光路上に配置される。第３レンズ４１２－３は、第３出射器４１１－３から出射されたレーザ光４０１－３を、空間光変調器４３の変調部４３０の第２変調領域４３２の第１サブ領域の大きさに合わせて拡大する。第３レンズ４１２－３によって拡大された光４０２－３は、第２変調領域４３２の第１サブ領域に向けて進行する。

【0148】

第４出射器４１１－４は、制御装置４９の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光４０１－４を、第４レンズ４１２－４に向けて出射する。レーザ光４０１－２の波長帯はＬ４である。第４出射器４１１－４から出射されるレーザ光４０１－４は、偏光である。空間光変調器４３の変調部４３０に照射される光の偏光方向は、同一に設定されることが求められる。そのため、レーザ光４０１－１～４の偏光方向は、変調部４３０において同一になるように設定される。第４レンズ４１２－４は、第４出射器４１１－４から出射されるレーザ光４０１－４の光路上に配置される。第４レンズ４１２－４は、第４出射器４１１－４から出射されたレーザ光４０１－４を、空間光変調器４３の変調部４３０の第２変調領域４３２の第２サブ領域の大きさに合わせて拡大する。第１サブ領域と第２サブ領域とは、第２変調領域４３２の異なる位置に設定される。第４レンズ４１２－４によって拡大された光４０２－４は、第２変調領域４３２の第２サブ領域に向けて進行する。光４０２－３と光４０２－４は、同じ第２変調領域４３２に含まれる、異なるサブ領域に照射される。

【0149】

第１出射器４１１－１、第２出射器４１１－２、第３出射器４１１－３、および第４出射器４１１－４の各々から出射されるレーザ光４０１－１～４の波長帯は、互いに異なる。本実施形態では、同じ空間光変調器４３に向けて光４０２－１～４を照射するため、変調部４３０に照射されるレーザ光４０１－１～４の偏光方向は同一である。例えば、第１出射器４１１－１、第２出射器４１１－２、第３出射器４１１－３、および第４出射器４１１－４は、可視や赤外の波長帯のレーザ光４０１－１～４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４０１－１～４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。

【0150】

空間光変調器４３は、第１の実施形態の空間光変調器１３と同様の構成である。空間光変調器４３は、変調部４３０を有する。変調部４３０には、第１変調領域４３１と第２変調領域４３２が設定される。第１変調領域４３１および第２変調領域４３２の各々は、少なくとも二つのサブ領域に分割される。第１変調領域４３１には、光４０２－１～２が照射される。光４０２－１～２は、第１変調領域４３１の異なるサブ領域に照射される。光４０２－１～２は、第１変調領域４３１の異なるサブ領域で変調されて、変調光４０３－１～２として出射される。第２変調領域４３２には、光４０２－３～４が照射される。光４０２－３～４は、第２変調領域４３２の異なるサブ領域に照射される。光４０２－３～４は、第２変調領域４３２の異なるサブ領域で変調されて、変調光４０３－３～４として出射される。

【0151】

第１変調領域４３１と第２変調領域４３２の間には、隔壁４３５が配置される。隔壁４３５は、変調部４３０の面に対して垂直に立てられる。隔壁４３５は、第１変調領域４３１で変調された変調光４０３－１～２と、第２変調領域４３２で変調された変調光４０３－３～４とが、変調部４３０で変調された直後に混じり合わないように、変調部４３０を二分する。第１変調領域４３１および第２変調領域４３２に割り当てられる複数のサブ領域の各々には、制御装置４９の制御に応じて、光４０２－１～４を変調光４０３－１～４に変調するためのパターン（位相画像とも呼ぶ）が設定される。空間光変調器４３を用いる場合、回折現象を利用するため、回折格子と同じように高次の像が発生する。高次の像は、電力が低くなるために鮮明ではなくなるが、完全に視認されないようにすることは難しい。隔壁４３５は、被投射面に表示されうる高次の像の発生を防止する。

【0152】

図３１は、空間光変調器４３の変調部４３０に設定される第１変調領域４３１と第２変調領域４３２の一例である。図３１には、第１変調領域４３１と第２変調領域４３２に照射される光４０２－１～４の照射領域の内部に、照射される光４０２－１～４の波長帯（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）を示す。第１変調領域４３１に割り当てられる二つのサブ領域の各々には、変調光４０３－１～２によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。第２変調領域４３２に割り当てられる二つのサブ領域の各々には、変調光４０３－３～４によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。第１変調領域４３１と第２変調領域４３２に割り当てられる複数のサブ領域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。図３１のように、互いに異なる四つの波長帯の光４０２－１～４を用いれば、四つの通信対象と同時に波長多重通信を行うことができる。

【0153】

空間光変調器４３の変調部４３０に割り当てられた第１変調領域４３１および第２変調領域４３２の各々は、複数の領域に分割される（タイリングとも呼ぶ）。例えば、第１変調領域４３１および第２変調領域４３２の各々は、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。複数のタイルの各々は、複数の画素によって構成される。第１変調領域４３１および第２変調領域４３２の各々に設定された少なくとも二つのサブ領域に含まれる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。

【0154】

複数のタイルに位相画像が設定された状態で、変調部４３０に光４０２が照射されると、各タイルの位相画像に対応する画像を形成する変調光４０３が出射される。変調部４３０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４３０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。

【0155】

第１変調領域４３１で変調された変調光４０３－１～２と、第２変調領域４３２で変調された変調光４０３－３～４とは、変調部４３０からの出射直後は、隔壁４３５によって隔てられる。変調光４０３－１～２と変調光４０３－３～４は、変調部４３０から出射された後に、互いに混じり合うようにも設定できるし、互いに混じり合わないようにも設定できる。変調部４３０から出射された後の変調光４０３－１～４の混合状況は、光源４１からの光４０２の出射方向を調整することで設定できる。

【0156】

図３２は、送光装置４０の内部構成を上方から見た概念図である。図３２においては、光源４１を省略する。図３２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。第１変調領域４３１で変調された変調光４０３－１～２は、曲面ミラー４５の反射面４５０において、第１変調領域４３１のサブ領域に設定された位相画像に対応する像を結像させる。第２変調領域４３２で変調された変調光４０３－３～４は、曲面ミラー４５の反射面４５０において、第２変調領域４３２のサブ領域に設定された位相画像に対応する像を結像させる。変調光４０３－１～４は、互いに異なる波長帯の光である。

【0157】

曲面ミラー４５は、空間光変調器４３の変調部４３０に反射面４５０を向けて配置される。言い換えると、曲面ミラー４５は、変調光４０３－１～４の光路上に配置される。曲面ミラー４５の反射面４５０には、空間光変調器４３の変調部４３０で変調された変調光４０３－１～４が照射される。

【0158】

曲面ミラー４５の反射面４５０で反射された光（投射光４０５）は、反射面４５０の曲率に応じた拡大率で拡大されて、投射される。図３３は、反射面４５０で反射された投射光４０５の投射の一例を示す概念図である。図３３は、概念的なものであり、光の進行方向などを正確に表したものではない。投射光４０５は、曲面ミラー４５の反射面４５０における変調光４０３の照射範囲の曲率に応じて、水平方向（図３３の紙面の上下方向）に沿って拡大される。反射面４５０には、変調光４０３－１～４の各々が照射される。変調光４０３－１～４の各々は、反射面４５０で個別に反射される。変調光４０３－１は、反射面４５０で反射され、投射光４０５－１として投射される。変調光４０３－２は、反射面４５０で反射され、投射光４０５－２として投射される。変調光４０３－３は、反射面４５０で反射され、投射光４０５－３として投射される。変調光４０３－４は、反射面４５０で反射され、投射光４０５－４として投射される。変調光４０３－１～４の各々は、反射面４５０の曲率に応じた投射角で、投射光４０５－１～４の各々として投射される。図３３の例では、投射光４０５－１～４の各々の投射範囲が重なっているが、投射光４０５－１～４の波長帯が互いに異なるため、分離することができる。なお、投射光４０５－１～４の各々は、投射範囲が重ならない異なる向きに向けて投射されてもよい。

【0159】

例えば、変調光４０３や投射光４０５の光路上に、遮蔽器（図示しない）や０次光除去器（図示しない）が配置されてもよい。遮蔽器や０次光除去器については、第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

【0160】

図３４は、二つの空間光変調器４３（第１空間光変調器４３－１、第２空間光変調器４３－２）を用いる例である。図３４の例では、八つの光源４１（図示しない）から、八つの波長帯の光４０２－１～８を、二つの空間光変調器４３（第１空間光変調器４３－１、第２空間光変調器４３－２）に照射する。第１空間光変調器４３－１の変調部４３１０には、光４０２－１～４が照射される。第１空間光変調器４３－１の変調部４３１０は、光４０２－１～４の各々に対応付けられたサブ領域に分割される。第２空間光変調器４３－２の変調部４３２０には、光４０２－５～８が照射される。第２空間光変調器４３－２の変調部４３２０は、光４０２－５～８の各々に対応付けられたサブ領域に分割される。図３４には、第１空間光変調器４３－１と第２空間光変調器４３－２に照射される光４０２－１～８の照射領域の内部に、光４０２－１～８の波長帯（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）を示す。第１空間光変調器４３－１の変調部４３１０および第２空間光変調器４３－２の変調部４３２０に設定された複数のサブ領域には、光４０２－１～８に対応する位相画像が設定される。変調部４３１０および変調部４３２０の複数のサブ領域に位相画像が設定された状態で、光４０２－１～８が各々に対応付けられたサブ領域に照射されることで、変調光４０３－１～８が出射される。

【0161】

また、図３４の例では、第１空間光変調器４３－１に隔壁４３５－１が設けられ、第２空間光変調器４３－２に隔壁４３５－２が設けられる。図３４のように、二つの空間光変調器４３（第１空間光変調器４３－１、第２空間光変調器４３－２）を用いて、二つの空間光変調器４３の各々に四つずつの波長帯の光４０２を照射すれば、八つの通信対象と同時に波長多重通信を行うことができる。例えば、八つの波長帯の光４０２の光のうち二つずつを同じ通信対象との間で用いる場合は、四つの通信対象と同時に波長多重通信を行うことができる。

【0162】

〔受光装置〕
次に、受光装置４６の構成について図面を参照しながら説明する。図３５は、受光装置４６の構成について説明するための概念図である。受光装置４６は、集光器４６１、複数の受光素子４７－１～Ｍ、複数の受光フィルタ４７０－１～Ｍ、および受信回路４８を備える（Ｍは、２以上の自然数）。複数の受光素子４７－１～Ｍは、二つの受光素子４７が対をなすように配置される。対をなす二つの受光素子４７は、隣接して配置される。対をなす二つの受光素子４７には、同一の送信元から送光された、偏光多重された光信号が受光される。図３５は、受光装置４６の内部構成を上方向から見た平面図である。なお、受信回路４８の位置については、特に限定を加えない。受信回路４８は、受光装置４６の内部に配置されてもよいし、受光装置４６の外部に配置されてもよい。また、制御装置４９に受信回路４８の機能を含めてもよい。

【0163】

集光器４６１は、外部から到来した空間光信号を集光する光学素子である。集光器４６１の入射面には、空間光信号が入射する。集光器４６１によって集光された光信号は、複数の受光素子４７－１～Ｍの配置された領域に向けて集光される。例えば、集光器４６１は、入射した空間光信号を集光するレンズである。例えば、集光器４６１は、入射した空間光信号を、複数の受光素子４７－１～Ｍの受光部に向けて導光する光線制御素子である。例えば、集光器４６１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。集光器４６１は、複数の受光素子４７－１～Ｍの配置された領域に向けて空間光信号を集光できれば、その構成については特に限定しない。例えば、集光器４６１によって集光される光信号を、複数の受光素子４７－１～Ｍの受光部に向けて導光する機構が追加されてもよい。

【0164】

複数の受光フィルタ４７０－１～Ｍの各々は、複数の受光素子４７－１～Ｍの前段に配置される。複数の受光フィルタ４７０－１～Ｍの各々は、複数の受光素子４７－１～Ｍの受光部の各々に対応付けて配置される。例えば、複数の受光フィルタ４７０－１～Ｍの各々は、複数の受光素子４７－１～Ｍの受光部に、重ねて配置される。受光フィルタ４７０－１～Ｍは、受光対象の空間光信号の波長帯に応じて選択される。例えば、受光対象の空間光信号の波長帯がＬ１の場合、Ｌ１の波長帯の光を選択的に通過させる帯域通過フィルタを含む受光フィルタ４７０が選択される。例えば、受光対象の空間光信号の波長帯がＬ２の場合、Ｌ２の波長帯の光を選択的に通過させる帯域通過フィルタを含む受光フィルタ４７０が選択される。例えば、受光対象の空間光信号の波長帯がＬ３の場合、Ｌ３の波長帯の光を選択的に通過させる帯域通過フィルタを含む受光フィルタ４７０が選択される。例えば、受光対象の空間光信号の波長帯がＬ４の場合、Ｌ４の波長帯の光を選択的に通過させる帯域通過フィルタを含む受光フィルタ４７０が選択される。複数の受光フィルタ４７０－１～Ｍの各々の波長特性に応じて、複数の受光フィルタ４７０－１～Ｍの各々に対応する波長帯の光信号が、複数の受光素子４７－１～Ｍの受光部に受光される。

【0165】

受光素子４７は、第１の実施形態の受光素子１７と同様の構成である。複数の受光素子４７－１～Ｍの各々は、複数の受光フィルタ４７０－１～Ｍの各々の後段に配置される。複数の受光素子４７－１～Ｍは、二つずつの受光素子４７が対をなすように配置される。図３５の場合、受光素子４７－１と受光素子４７－２が対をなし、受光素子４７－３と受光素子４７－４が対をなし、受光素子４７－Ｍ－１と受光素子４７－Ｍが対をなす。対をなす二つの受光素子４７は、隣接して配置される。複数の受光素子４７－１～Ｍの各々は、複数の受光フィルタ４７０－１～Ｍの各々を通過した光信号を受光する受光部を有する。複数の受光素子４７－１～Ｍの各々の受光部には、受光フィルタ４７０が設置される。対をなす二つの受光素子４７には、偏光状態が互いに異なる受光フィルタ４７０が設置される。複数の受光素子４７－１～Ｍの各々は、複数の受光フィルタ４７０－１～Ｍの各々を介して、集光器４６１の出射面と受光部が対面するように配置される。複数の受光素子４７－１～Ｍの各々の受光部は、複数の受光フィルタ４７０－１～Ｍの各々に対面するように配置される。複数の受光フィルタ４７０－１～Ｍの各々を通過した光信号は、複数の受光素子４７－１～Ｍの各々の受光部で受光される。対をなす二つの受光素子４７は、偏光状態が互いに異なる受光フィルタ４７０を通過した、偏光状態と波長帯が互いに異なる光信号を同時に受光する。複数の受光素子４７－１～Ｍの各々は、受光された光信号を電気信号（以下、信号とも呼ぶ）に変換する。複数の受光素子４７－１～Ｍの各々は、変換後の信号を、受信回路４８に出力する。例えば、複数の受光素子４７－１～Ｍのうち対をなす二つの受光素子４７ごとに、受信回路４８と接続される。例えば、複数の受光素子４７－１～Ｍの各々は、受信回路４８と個別に接続される。例えば、複数の受光素子４７－１～Ｍのいくつかをまとめたグループごとに、受信回路４８と接続されるように構成されてもよい。

【0166】

受信回路４８は、第１の実施形態の受信回路１８と同様の構成である。受信回路４８は、複数の受光素子４７－１～Ｍの各々から出力された信号を取得する。受信回路４８は、複数の受光素子４７－１～Ｍの各々からの信号を増幅する。受信回路４８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４８は、複数の受光素子４７－１～Ｍのうち対をなす二つの受光素子４７ごとに信号を解析する。例えば、受信回路４８は、複数の受光素子４７－１～Ｍごとの信号をまとめて解析する。複数の受光素子４７－１～Ｍごとの信号をまとめて解析する場合は、単一の通信対象と通信するシングルチャンネルの受光装置４６を実現できる。例えば、受信回路４８は、複数の受光素子４７－１～Ｍごとに、個別に信号を解析する。複数の受光素子４７－１～Ｍごとに個別に信号を解析する場合、複数の通信対象と同時に通信するマルチチャンネルの受光装置４６を実現できる。受信回路４８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４８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。

【0167】

〔波長多重＋偏光多重〕
次に、波長多重と偏光多重を組み合わせる例について図面を参照しながら説明する。図３６は、波長多重と偏光多重を組み合わせる場合の、受光フィルタ４７０の構成例について説明するための概念図である。図３６には、対をなす二つの受光素子４７－１～２の各々に対応付けられた、受光フィルタ４７０－１と受光フィルタ４７０－２とを例に挙げて説明する。図３６の例では、二つの受光素子４７－１～２は、間隔を空けて配置されているが、実際には隣接して配置される。

【0168】

受光素子４７－１の受光対象の光信号の偏光方向は、図３６の紙面において右回り（時計回り）である。受光素子４７－１に対応付けられた受光フィルタ４７０－１は、波長板４７０－１１、偏光板４７０－１２、および帯域通過フィルタ４７０－１３によって構成される。波長板４７０－１１は、入射した右回りの円偏光の光信号を直線偏光に変換する。偏光板４７０－１２は、波長板４７０－１１によって変換され直線偏光のうち、図３６の紙面に対して上下方向の偏光方向の直線偏光を通過させる。帯域通過フィルタ４７０－１３は、受光対象の波長帯の光を選択的に通過させる。受光フィルタ４７０－１を通過した偏光成分の光信号は、受光素子４７－１によって受光される。

【0169】

受光素子４７－２の受光対象の光信号の偏光方向は、図３６の紙面において左回り（反時計回り）である。受光素子４７－２に対応付けられた受光フィルタ４７０－２は、波長板４７０－２１、偏光板４７０－２２、および帯域通過フィルタ４７０－２３によって構成される。波長板４７０－２１は、入射した左回りの円偏光の光信号を直線偏光に変換する。偏光板４７０－２２は、波長板４７０－２１によって変換され直線偏光のうち、図３６の紙面に対して上下方向の偏光方向の直線偏光を通過させる。帯域通過フィルタ４７０－２３は、受光対象の波長帯の光を選択的に通過させる。受光フィルタ４７０－２を通過した偏光成分の光信号は、受光素子４７－２によって受光される。すなわち、受光素子４７－１と受光素子４７－２とは、同一の送信元から送光された、偏光方向が互いに逆方向の円偏光であり、波長帯が異なる空間光信号に由来する光信号を受光する。

【0170】

図３７は、波長多重通信と偏光多重通信を組み合わせる例における、空間光変調器４３の変調部４３０の領域分けについて説明するための概念図である。図３７の例では、空間光変調器４３の変調部４３０に、第１変調領域４３１と第２変調領域４３２が設定される。第１変調領域４３１および第２変調領域４３２の各々は、二つずつのサブ領域（第１サブ領域、第２サブ領域）に分割される。図３７には、第１変調領域４３１と第２変調領域４３２に照射される光４０２－１～４の照射領域の内部に、照射される光４０２－１～４の波長帯（Ｌ１、Ｌ３、Ｌ２、Ｌ４）を示す。

【0171】

第１変調領域４３１には、光源４１から出射された光４０２－１～２が照射される。第１変調領域４３１には、光４０２－１に対応する第１サブ領域４３１１と、光４０２－２に対応する第２サブ領域４３１２とが割り当てられる。第１変調領域４３１の第１サブ領域４３１１には、光４０２－１を変調光４０３－１に変換するためのパターン（位相画像）が設定される。第１変調領域４３１の第１サブ領域４３１１には、変調光４０３－１によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。第１変調領域４３１の第２サブ領域４３１２には、光４０２－２を変調光４０３－２に変換するための位相画像が設定される。第１変調領域４３１の第２サブ領域４３１２には、変調光４０３－２によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。第１変調領域４３１で変調された変調光４０３－１～２は、左回りの円偏光に変換する波長板（図示しない）を通過させる。

【0172】

第２変調領域４３２には、光源４１から出射された光４０２－３～４が照射される。第２変調領域４３２には、光４０２－３に対応する第１サブ領域４３２１と、光４０２－４に対応する第２サブ領域４３２２とが割り当てられる。第２変調領域４３２の第１サブ領域４３２１には、光４０２－３を変調光４０３－３に変換するための位相画像が設定される。第２変調領域４３２の第１サブ領域４３２１には、変調光４０３－３によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。第２変調領域４３２の第２サブ領域４３２２には、光４０２－４を変調光４０３－４に変換するための位相画像が設定される。第２変調領域４３２の第２サブ領域４３２２には、変調光４０３－４によって形成される画像に対応する位相画像が設定される。第２変調領域４３２で変調された変調光４０３－３～４は、右回りの円偏光に変換する波長板（図示しない）を通過させる。図３７の例では、第１変調領域４３１に変調光４０３－１～２の照射範囲を設定し、第２変調領域４３２に変調光４０３－３～４の照射範囲を設定する。そして、第１変調領域４３１で変調された変調光４０３－１～２と、第２変調領域４３２で変調された変調光４０３－３～４とを、回転方向が反対の円偏光に変換する。

【0173】

図３８は、波長多重と偏光多重を組み合わせることによって得られる効果について説明するための概念図である。図３８（Ａ）は、信号光に含まれる波長帯を示す。信号光には、波長帯Ｌ１、波長帯Ｌ２、波長帯Ｌ３、波長帯Ｌ４の光が含まれる。図３８（Ｂ）は、帯域通過フィルタ波長板との組み合わせの一例を示す概念図である。帯域通過フィルタは、波長帯Ｌ３を中心とする分布のある波長帯の光を通過させるフィルタ特性を有する。帯域通過フィルタのみを用いる場合、通過する光量は少ないものの、波長帯Ｌ３に近接する波長帯Ｌ２や波長帯Ｌ４の光が通過する。図３８（Ｃ）は、帯域通過フィルタと波長板とが組み合わせられたフィルタを通過する透過光の波長の一例を示す概念図である。図３７のように空間光変調器４３の変調部４３０を領域分けすれば、近接する波長帯の光の偏光方向を交互に異なるように設定できる。そのため、近接する波長帯の光のクロストークが起こりにくくなる。すなわち、図３７のように空間光変調器４３の変調部４３０を領域分けすれば、波長多重と偏光多重を組み合わせることができる。波長多重と偏光多重を組み合わせれば、波長多重によって起こりやすい波長帯のクロストークを抑圧できる。

【0174】

以上のように、本実施形態の通信装置は、送光装置、受光装置、および制御装置を備える。送光装置は、光源、空間光変調器、波長板、および曲面ミラーを備える。光源は、異なる波長帯の光を出射する複数の出射器によって構成される。複数の出射器は、空間光変調器の変調部に向けて、光を出射する。空間光変調器は、光源から出射された光が照射される複数の変調領域が設定される変調部を有する。空間光変調器の変調部は、第１変調領域と第２変調領域とに分割される。空間光変調器は、照射された光の位相を、変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域の各々で変調する。波長板は、空間光変調器の変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域の各々で変調された変調光を、互いに異なる偏光状態に変換する。曲面ミラーは、空間光変調器の変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域で変調された変調光が照射される曲面状の反射面を有する。曲面ミラーは、変調光を反射面で反射し、反射面の曲率に応じて投射角が拡大された投射光を投射する。受光装置は、他の通信装置から送光された空間光信号を受光する。制御装置は、他の通信装置に向けて送光する空間光信号を形成するためのパターンを送光装置の空間光変調器の変調部に設定された第１変調領域および第２変調領域の各々に設定する。制御装置は、パターンが設定された変調部に光が照射されるように光源を制御する。制御装置は、受光装置によって受光された空間光信号に由来する信号を取得する。

【0175】

以上のように、本実施形態の送光装置は、空間光変調器の変調部に設定された複数の変調領域の各々で変調された複数の波長帯の変調光を、互いに異なる偏光状態に変換する。本実施形態の送光装置から投射される投射光は、互いに異なる偏光状態に変換された複数の波長帯の光を含む。そのため、本実施形態の送光装置は、偏光状態ごとに異なる複数の波長帯の空間光信号を同時に送光できる。すなわち、本実施形態によれば、波長多重通信と偏光多重通信と組み合わせた光空間通信を実現できる。

【0176】

本実施形態の一態様の受光装置は、集光器、複数の受光素子、および複数の受光フィルタを有する。集光器は、他の通信装置から送光された空間光信号を集光する。複数の受光素子は、集光器によって集光された空間光信号を受光する。複数の受光フィルタの各々は、複数の受光素子の各々に対応付けて配置される。複数の受光フィルタの各々は、対応付けられた受光素子の受光対象の波長帯の光を選択的に通過させる帯域通過フィルタを含む。複数の受光フィルタの各々は、対応付けられた受光素子の受光対象の波長帯の空間光信号を選択的に通過させる。本態様によれば、複数の受光素子の各々の受光対象の波長帯の光信号が、複数の受光素子ごとに選択的に受光されるように構成できる。

【0177】

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る送光装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の通信装置は、第１～第４の実施形態の送光装置を簡略化した構成である。図３９は、本実施形態の送光装置５０の一例を示すブロック図である。送光装置５０は、光源５１、空間光変調器５３、波長板５４、および曲面ミラー５５を備える。

【0178】

光源５１は、空間光変調器５３の変調部５３０に向けて、光５０２を出射する。空間光変調器５３は、光源５１から出射された光５０２が照射される複数の変調領域が設定される変調部５３０を有する。空間光変調器５３は、照射された光５０２の位相を、変調部５３０に設定された複数の変調領域の各々で変調する。波長板５４は、空間光変調器５３の変調部５３０に設定された複数の変調領域の各々で変調された変調光５０３の光路に配置される。波長板５４は、複数の変調領域の各々で変調された変調光５０３を互いに異なる偏光状態に変換する。曲面ミラー５５は、互いに異なる偏光状態に変換された変調光５０３が照射される曲面状の反射面５５０を有する。曲面ミラー５５は、互いに異なる偏光状態に変換された変調光５０３を、反射面５５０の曲率に応じた投射角で反射する。

【0179】

以上のように、本実施形態の送光装置は、空間光変調器の変調部に設定された複数の変調領域の各々で変調された変調光を、互いに異なる偏光状態に変換する。本実施形態の送光装置から投射される投射光は、互いに異なる偏光状態に変換された光成分を含む。そのため、本実施形態の送光装置は、偏光状態ごとに異なる複数の空間光信号を同時に送光できる。すなわち、本実施形態によれば、多重化された空間光信号を用いた光空間通信を実現できる。

【0180】

（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。

【0181】

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。

【0182】

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。

【0183】

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。例えば、主記憶装置９２は、揮発性メモリによって実現される。揮発性メモリの一例として、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）があげられる。例えば、主記憶装置９２には、不揮発性メモリが構成／追加されてもよい。不揮発性メモリの一例として、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）があげられる。

【0184】

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。

【0185】

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。

【0186】

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。

【0187】

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。

【0188】

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。

【0189】

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。

【0190】

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。

【0191】

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。

【0192】

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）
光源と、
前記光源から出射された光が照射される複数の変調領域が設定される変調部を有し、照射された前記光の位相を、前記変調部に設定された複数の前記変調領域の各々で変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器の前記変調部に設定された複数の前記変調領域の各々で変調された変調光の光路に配置され、複数の前記変調領域の各々で変調された前記変調光を互いに異なる偏光状態に変換する波長板と、
互いに異なる偏光状態に変換された前記変調光が照射される曲面状の反射面を有し、互いに異なる偏光状態に変換された前記変調光を、前記反射面の曲率に応じた投射角で反射する曲面ミラーと、を備える送光装置。
（付記２）
複数の前記変調領域の境界のうち少なくともいずれかに配置され、複数の前記変調領域の各々で変調された前記変調光が混ざり合うことを防ぐ隔壁を備える付記１に記載の送光装置。
（付記３）
前記光源は、
第１出射器と第２出射器とによって構成され、
前記空間光変調器の前記変調部は、
前記第１出射器から出射された光が照射される第１変調領域と、前記第２出射器から出射された光が照射される第２変調領域とに分割される付記１または２に記載の送光装置。
（付記４）
前記光源は、
第１出射器、第２出射器、第３出射器、および第４出射器によって構成され、
前記空間光変調器の前記変調部は、
前記第１出射器および前記第２出射器から出射された光の各々が照射されるサブ領域を含む第１変調領域と、前記第３出射器および前記第４出射器から出射された光の各々が照射されるサブ領域を含む第２変調領域とに分割される付記１または２に記載の送光装置。
（付記５）
前記波長板は、
１／２波長板を含み、前記第１変調領域および前記第２変調領域のうちいずれか一方で変調された前記変調光の光路上に設置される付記３または４に記載の送光装置。
（付記６）
前記波長板は、
１／４波長板を含み、前記第１変調領域で変調された前記変調光の光路上に設置され、前記第１変調領域で変調された前記変調光を、偏光方向が第１回転方向の円偏光に変換する第１波長板と、
１／４波長板を含み、前記第２変調領域で変調された前記変調光の光路上に設置され、前記第２変調領域で変調された前記変調光を、偏光方向が第２回転方向の円偏光に変換する第２波長板と、によって構成され、
前記第１回転方向と前記第２回転方向とは回転方向が反対である付記３または４に記載の送光装置。
（付記７）
前記空間光変調器は、
前記第１変調領域が設定される第１空間光変調器と、前記第２変調領域が設定される第２空間光変調器とによって構成され、
前記第１空間光変調器と前記第２空間光変調器とは、偏光方向が互いに垂直になるように配置される付記３乃至６のいずれか一つに記載の送光装置。
（付記８）
前記光源は、
異なる波長帯の光を出射する複数の出射器によって構成される付記１乃至７のいずれか一つに記載の送光装置。
（付記９）
付記１乃至８のいずれか一つに記載の送光装置と、
通信対象から送光された空間光信号を受光する受光装置と、
前記通信対象に向けて送光する空間光信号を形成するためのパターンを前記送光装置の空間光変調器の変調部に設定された複数の変調領域の各々に設定し、前記パターン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光装置の光源を制御するとともに、前記受光装置によって受光された前記空間光信号に由来する信号を取得する制御装置と、を備える通信装置。
（付記１０）
前記受光装置は、
他の前記通信装置から送光された前記空間光信号を集光する集光器と、
前記集光器によって集光された前記空間光信号のうち受光対象の光信号を受光する複数の受光素子と、
複数の前記受光素子に対応付けて配置され、対応付けられた前記受光素子の受光対象の前記光信号を選択的に通過させる受光フィルタと、を有する付記９に記載の通信装置。
（付記１１）
前記受光フィルタは、
対応付けられた前記受光素子の受光対象である前記光信号の偏光方向の直線偏光を、選択的に通過させる偏光板を含む付記１０に記載の通信装置。
（付記１２）
前記受光フィルタは、
対応付けられた前記受光素子の受光対象である前記光信号を円偏光から直線偏光に変換する１／４波長板と、前記１／４波長板によって変換された前記直線偏光のうち偏光方向が特定方向の前記直線偏光を選択的に通過させる偏光板とを含む付記１０に記載の通信装置。
（付記１３）
前記受光フィルタは、
対応付けられた前記受光素子の受光対象の波長帯の前記光信号を選択的に通過させる帯域通過フィルタを含む付記１０乃至１２のいずれか一つに記載の通信装置。

【符号の説明】

【0193】

１、２、３、４ 通信装置
１０、２０、３０、４０、５０ 送光装置
１１、２１、３１、４１ 光源
１３、２３、４３ 空間光変調器
１４、２４、３４、５４ 波長板
１５、２５、３５、４５ 曲面ミラー
１６、２６、３６、４６ 受光装置
１７、４７ 受光素子
１８、４８ 受信回路
１９、２９、３９、４９ 制御装置
１３５、２３５、４３５ 隔壁
１４１、２４１ 第１波長板
１４２、２４２ 第２波長板
１６１、４６１ 集光器
１７０、４７０ 受光フィルタ
１８１ 第１処理回路
１８２ 制御回路
１８３ セレクタ
１８５ 第２処理回路
３３１ 第１空間光変調器
３３２ 第２空間光変調器
１８１１ ハイパスフィルタ
１８１３ 増幅器
１８１５ 積分器

【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】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】