特許 7574850 受光装置

(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】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】受光装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/11 20130101AFI20241022BHJP

   H04B 10/67 20130101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

H04B10/11

H04B10/67

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022533701

(86)(22)【出願日】2021-04-23

(86)【国際出願番号】 JP2021016471

(87)【国際公開番号】W WO2022004106

(87)【国際公開日】2022-01-06

【審査請求日】2022-12-28

(31)【優先権主張番号】P 2020113680

(32)【優先日】2020-07-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(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】▲今▼村 俊貴

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 紘也

(72)【発明者】

【氏名】奥村 藤男

【審査官】対馬 英明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２５８７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０２３５８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－２０１７９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／００－１０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００－１４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空間光信号を集光するレンズと、
前記レンズによって集光された前記空間光信号を受光する複数の受光器を含むセンサアレイと、
前記複数の受光器の各々が受光した前記空間光信号に由来する電気信号を積算し、積算された前記電気信号の電圧値に応じて前記空間光信号を受光する前記受光器を選択する受信部と、を備え、
前記受信部は、
前記空間光信号に含まれる識別情報に基づいて前記空間光信号の送光元を判別し、
複数の前記受光器によって複数の前記送光元から送光された前記空間光信号が受光された場合、複数の前記受光器の各々が受光した前記送光元ごとの前記空間光信号の信号強度に基づいて、前記空間光信号を受光した前記受光器を前記送光元ごとに選択し、
前記送光元ごとの前記空間光信号の信号強度に基づいて前記空間光信号を受光した前記受光器を選択できなかった場合、複数の前記受光器における前記空間光信号の受信タイミングを前記送光元ごとに時分割する受光装置。

【請求項2】

前記複数の受光器の受光面が、同一方向に向けて、同一面上にアレイ状に配列され、
前記複数の受光器の前記受光面が、前記レンズの主面と焦点面の間に位置する請求項１に記載の受光装置。

【請求項3】

前記受信部は、
前記複数の受光器の各々に対応付けられ、前記複数の受光器の各々に受光される前記空間光信号に由来する前記電気信号を増幅するとともに、前記電気信号を積算する複数の第１処理回路と、
前記第１処理回路によって増幅された前記電気信号が入力され、入力された前記電気信号のうち少なくともいずれかを選択的に出力するセレクタと、
前記セレクタから出力された前記電気信号をデコードする複数の第２処理回路と、
前記複数の第１処理回路によって積算された前記電気信号の電圧値に応じて、前記空間光信号を受光する前記受光器を選択し、選択された前記受光器からの前記電気信号を前記複数の第２処理回路のうちいずれかに割り当てるように前記セレクタを制御する制御回路と、を有する請求項２に記載の受光装置。

【請求項4】

前記制御回路は、
互いに隣接する複数の前記受光器によって前記空間光信号が受光された場合、前記空間光信号を受光する前記受光器として、前記複数の第１処理回路によって積算された前記電気信号の電圧値が最大の前記受光器を選択する請求項３に記載の受光装置。

【請求項5】

前記制御回路は、
互いに隣接する複数の前記受光器によって複数の送光元からの前記空間光信号が受光された場合、前記複数の第１処理回路によって積算された前記電気信号の電圧値に応じて、前記空間光信号を受光させる前記受光器を前記送光元ごとに選択する請求項３に記載の受光装置。

【請求項6】

前記制御回路は、
前記複数の第１処理回路によって積算された前記電気信号の電圧値に応じて、前記空間光信号を受光させる前記受光器を前記送光元ごとに選択できない場合、前記空間光信号を受光している前記受光器において前記空間光信号を前記送光元ごとに時分割で受光する請求項５に記載の受光装置。

【請求項7】

前記センサアレイは、
前記複数の受光器の前記受光面の各々に対応付けられ、前記複数の受光器の前記受光面の各々に前記空間光信号を導光する複数のライトパイプを有する請求項２乃至６のいずれか一項に記載の受光装置。

【請求項8】

前記複数のライトパイプは、
前記空間光信号が入射する入射面と、前記入射面から入射されて導光された光信号を出射する出射面とを有し、前記入射面が隙間の無い同一面を形成するように配置され、
前記複数のライトパイプの各々は、
対応付けられた前記受光面に前記出射面を向けて配置される請求項７に記載の受光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光空間通信に用いられる受光装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

空間光信号を用いる光空間通信の要件の一例として、空間光信号の受光における集光効率が高いことや、多方向から到来する空間光信号を受光できることがあげられる。

【0003】

特許文献１には、光信号により、離れた地点間で通信を行う光通信装置の受光装置について開示されている。特許文献１の受光装置は、集光レンズの焦点距離よりも短い焦点距離を有するコリメートレンズによって、集光レンズで集光された入射光を平行光にする。特許文献１の受光装置は、フィルタ表面に対して垂直に入射された光の波長のみを透過させるバンドパスフィルタを有する。特許文献１の受光装置は、バンドパスフィルタによって、コリメートレンズからの平行光をフィルタリングする。特許文献１の受光装置は、バンドパスフィルタによってフィルタリングされた平行光を受光素子で検知する。

【0004】

特許文献２には、近接センサやジェスチャーセンサとして用いられる光センサ等について開示されている。特許文献２の光センサは、発光素子と、複数の第１受光素子とを備える。複数の第１受光素子は、発光素子からの出射光のうち、検知対象物によって反射された反射光が入射する領域の端部に環状に配される。複数の第１受光素子は、当該反射光を受光して光電流を発生する。特許文献２の装置は、第１受光素子から発生した光電流に基づいて、検知対象物の移動方向を検知する。

【0005】

特許文献３には、平面表示装置における方向特性や全体のムラなどの欠陥を検出する欠陥検査装置について開示されている。特許文献３の装置は、集光レンズと検出器ユニットによって構成される検出器ユニットを備える。集光レンズは、水平な状態に保持されている平面表示装置の検査対象面である表示面が前焦点位置に一致するように配置される。二次元センサアレイは、集光レンズの後方に配置され、複数のセンサ素子を二次元方向に配置して構成される。特許文献３の装置は、検出器ユニットを平面表示装置と相対的に平行移動して、表示面からの光を集光レンズで集光して二次元センサアレイに入射させる。特許文献３の装置は、二次元センサアレイから出力される信号を処理することにより、表示面における欠陥を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１９－１８６５９５号公報

【文献】国際公開第２０１４／１１９１０３号

【文献】特開２００２－３３３４０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１の受光装置は、フィルタ表面に対して垂直に入射された入射光の波長のみをフィルタリングする。そのため、特許文献１の受光装置には、受光角が小さく、受光効率が小さいという問題点があった。また、特許文献１の受光装置には、光信号の到来方向を判別できないという問題点があった。

【0008】

特許文献２の光センサは、検知対象物によって反射された反射光が、複数の第１受光素子のうちいずれによって受光されたのかを判別することによって、検知対象物の移動方向を検知する。特許文献２の光センサは、検知対象物が遠方に位置する場合、外乱光の影響によって検知対象物の移動方向を検出できないため、遠方から到来する空間光を用いる光空間通信には適用することができなかった。

【0009】

特許文献３の装置は、平面表示装置の表示面が集光レンズの前焦点位置に一致するように配置されている場合、平面表示装置の表示面における方向特性等の欠陥を検出できる。特許文献３の装置は、平面表示装置の表示面が集光レンズの前焦点位置に一致するように配置されてない限り、平面表示装置の表示面における方向特性等を検出できない。そのため、特許文献３の装置は、空間光を用いた光空間通信には適用することができなかった。

【0010】

本発明の目的は、多様な方向から到来する空間光信号を効率的に受光し、複数の通信対象との同時通信を可能とする受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】

【0011】

本発明の一態様の受光装置は、空間光信号を集光するレンズと、レンズによって集光された空間光信号を受光する複数の受光器を含むセンサアレイと、複数の受光器の各々が受光した空間光信号に由来する電気信号を積算し、積算された電気信号の電圧値に応じて空間光信号を受光する受光器を選択する受信部と、を備える。

【0012】

本発明の一態様の通信装置は、少なくとも一つの通信対象から送光される第１空間光信号を集光するレンズと、レンズによって集光された第１空間光信号を受光する複数の受光器を含むセンサアレイと、複数の受光器の各々が受光した第１空間光信号に由来する電気信号を積算し、積算された電気信号の電圧値に応じて第１空間光信号を受光する受光器を選択する受信部と、を備える受光部と、受光部によって受光された第１空間光信号に応じて、第２空間光信号を送光する送光部と、受光部によって受光された第１空間光信号に応じて送光部を制御し、第１空間光信号の送光元の通信対象に対する第２空間光信号を送光部に送光させる送光制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、多様な方向から到来する空間光信号を効率的に受光し、複数の通信対象との同時通信を可能とする受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】

【0014】

【図1】第１の実施形態に係る受光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図2】第１の実施形態に係る受光装置に含まれる受信部の構成の一例を示すブロック図である。

【図3】第１の実施形態に係る受光装置の第１処理回路に含まれる積算回路の構成の一例を示すブロック図である。

【図4】第１の実施形態に係る受光装置の第１処理回路に含まれる積分器の動作について説明するためのグラフである。

【図5】第１の実施形態に係る受光装置による空間光信号の方向検知の一例について説明するための概念図である。

【図6】第１の実施形態に係る受光装置による空間光信号の方向検知の別の一例について説明するための概念図である。

【図7】第１の実施形態に係る受光装置のレンズとセンサアレイの位置関係を示す斜視図である。

【図8】第１の実施形態に係る受光装置のセンサアレイにおける空間光信号の受光の一例を示す概念図である。

【図9】第１の実施形態に係る受光装置のセンサアレイにおける空間光信号の受光の別の一例を示す概念図である。

【図10】第１の実施形態に係る受光装置のセンサアレイにおける空間光信号の受光のさらに別の一例を示す概念図である。

【図11】第２の実施形態に係る受光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図12】第２の実施形態に係る受光装置のセンサアレイに含まれる受光器とライトパイプの配置について説明するための概念図である。

【図13】第３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14】第３の実施形態に係る通信装置に含まれる送光部の構成の一例を示す概念図である。

【図15】第３の実施形態に係る通信装置に含まれる送光制御部の構成の一例を示す概念図である。

【図16】第３の実施形態に係る通信装置の通信方式について説明するための概念図である。

【図17】比較例の通信方式について説明するための概念図である。

【図18】第４の実施形態に係る受光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図19】各実施形態の制御系統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】

【0015】

以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。また、図面中の矢印の向きは、一例を示すものであり、ブロック間の信号の向きを限定するものではない。

【0016】

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る受光装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受光装置は、空間光信号を用いた光空間通信に用いられる。本実施形態の受光装置は、通信対象から送光された空間光信号を受光する。本実施形態の受光装置は、受光された空間光信号に基づいて、その空間光信号の送光元の通信装置を特定する。例えば、本実施形態の受光装置を搭載した通信装置は、空間光信号の送光元の通信装置を特定すると、特定された通信装置に対して空間光信号を送光する。以下においては、通信対象をサーチするための光や、通信対象とやり取りする情報を乗せた光を空間光信号と呼ぶ。以下において、空間光信号には、その送光元の通信装置を一意に特定するための識別情報が含まれるものとする。

【0017】

（構成）
図１は、本実施形態の受光装置１０の構成の一例を示す概念図である。受光装置１０は、センサアレイ１１、レンズ１２、および受信部１３を備える。センサアレイ１１は、複数の受光器１１０を有する。

【0018】

センサアレイ１１は、複数の受光器１１０がアレイ状に配列された構造を有する。センサアレイ１１が有する複数の受光器１１０は、レンズ１２に受光面を向けて配置される。複数の受光器１１０の受光面は、センサアレイ１１の受光面を形成する。センサアレイ１１は、レンズ１２の主面と、レンズ１２焦点面との間に受光面が位置するように配置される。レンズ１２の焦点面は、レンズ１２から見てセンサアレイ１１の向こう側に形成される。

【0019】

受光器１１０の受光面には、空間光信号が入射する。受光器１１０は、受光面で受光した空間光信号を電気信号（以下、信号ともよぶ）に変換する。受光器１１０は、変換後の信号を受信部１３に出力する。

【0020】

例えば、受光器１１０は、フォトダイオード（ＰＤ：Photodiode）によって実現される。例えば、受光器１１０は、ＰＮ型フォトダイオードや、ＰＩＮ型フォトダイオード、アバランシェフォトダイオードによって実現される。なお、受光器１１０は、受光した空間光信号を電気信号に変換できさえすれば、フォトダイオード以外の光検出器であってもよい。

【0021】

受光器１１０は、光空間通信に用いられる空間光信号の波長帯に感度を有する。例えば、受光器１１０は、可視領域の波長帯に感度を有する。例えば、受光器１１０は、赤外領域や紫外領域に感度を有してもよい。光空間通信に用いられる空間光信号の波長帯に応じて、受光器１１０が受光する波長帯が選択されればよい。

【0022】

レンズ１２は、外部からの空間光信号を受光可能な位置に配置される。レンズ１２は、その主面と焦点面の間に、センサアレイ１１の受光面が位置するように配置される。レンズ１２の焦点面は、レンズ１２から見てセンサアレイ１１の向こう側に形成される。レンズ１２は、センサアレイ１１の受光面に空間光信号を集束させる光学レンズである。レンズ１２によって集束された空間光信号は、センサアレイ１１の受光面に照射される。センサアレイ１１の受光面がレンズの焦点面よりも手前に配置されるため、センサアレイ１１の受光面には、広がりのある空間光信号が面で受光される。

【0023】

受信部１３は、センサアレイ１１を構成する複数の受光器１１０の各々から信号を受信する。受信部１３は、受信された信号を積分する。受信部１３は、積分された信号に基づいて、複数の受光器１１０が受光した空間光信号の到来方向を推定する。受信部１３は、空間光信号の到来方向に通信対象が位置すると特定する。受信部１３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器１１０とを対応付ける。受信部１３は、通信対象に対応付けられた受光器１１０からの電気信号を増幅する。受信部１３は、増幅された電気信号をデコードし、通信対象からの信号を解析する。

【0024】

〔受信部〕
次に、受信部１３の構成の詳細について図面を参照しながら説明する。図２は、受信部１３の構成の一例を示すブロック図である。受信部１３は、複数の第１処理回路１５－１～Ｍ、制御回路１６、セレクタ１７、複数の第２処理回路１８－１～Ｎを有する（Ｍ、Ｎは自然数）。図２においては、複数の第１処理回路１５－１～Ｍのうち、第１処理回路１５－１のみ内部構成を図示しているが、複数の第１処理回路１５－２～Ｍの内部構成も第１処理回路１５－１と同様である。

【0025】

第１処理回路１５は、ハイパスフィルタ１５１、増幅器１５３、および積分器１５５を含む。図２においては、ハイパスフィルタ１５１をＨＰＦ（High Path Filter）と表記し、増幅器１５３をＡＭＰ（Amplifier）と表記し、積分器１５５をＩＮＴ（Integrator）と表記する。ハイパスフィルタ１５１を通過した信号は、増幅器１５３と積分器１５５に並列で入力される。受光器１１０と第１処理回路は、受光器１１０ごとの単位ユニットを構成する。

【0026】

ハイパスフィルタ１５１は、受光器１１０からの信号を取得する。ハイパスフィルタ１５１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１５１は、太陽光などの環境光に由来する信号をカットする。なお、ハイパスフィルタ１５１の替わりに、空間光信号の波長帯の信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタを構成してもよい。また、強烈な太陽光で飽和してしまうと、空間光信号は読み取り不能となる。そのため、受光器１１０の受光面の前段に、空間光信号の波長帯の光を選択的に通過させる色フィルタを設置してもよい。ハイパスフィルタ１５１を通過した信号は、増幅器１５３および積分器１５５に供給される。

【0027】

増幅器１５３は、ハイパスフィルタ１５１から出力された信号を取得する。増幅器１５３は、取得された信号を増幅する。増幅器１５３は、増幅された信号をセレクタ１７に出力する。セレクタ１７に出力された信号のうち受信対象の信号は、制御回路１６の制御に応じて、複数の第２処理回路１８－１～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）からの空間光信号を受光する受光器１１０からの信号である。空間光信号の受光に用いられない受光器１１０からの信号は、第２処理回路１８に出力されない。

【0028】

積分器１５５は、ハイパスフィルタ１５１から出力された信号を取得する。積分器１５５は、取得された信号を積分する。積分器１５５は、積分した信号を制御回路１６に出力する。

【0029】

積分器１５５は、受光器１１０が受光する空間光信号の強度を測定するために配置される。本実施形態では、ビーム径に広がりのある状態の空間光信号を、センサアレイ１１の受光面において面で受光することによって、通信対象をサーチする速度を高速化する。ビーム径が絞られていない状態で受光される空間光信号は、ビーム径が絞られている場合と比べて強度が微弱であるため、増幅器１５３のみで増幅された信号の電圧測定は困難である。積分器１５５を用いれば、例えば、数ｍｓｅｃ（ミリ秒）～数十ｍｓｅｃ積分することによって、電圧測定できるレベルまで信号の電圧を大きくすることができる。

【0030】

制御回路１６は、複数の第１処理回路１５－１～Ｍの各々に含まれる積分器１５５から出力された信号を取得する。言い換えると、制御回路１６は、複数の受光器１１０の各々が受光した空間光信号に由来する信号を取得する。制御回路１６は、互いに隣接し合う複数の受光器１１０に由来する信号の読み取り値を比較し、信号強度が最大の受光器１１０を選択する。制御回路１６は、選択された受光器１１０に由来する信号を、複数の第２処理回路のいずれかに割り当てるように、セレクタ１７を制御する。

【0031】

制御回路１６が受光器１１０を選択することは、空間光信号の到来方向を推定することに相当する。すなわち、制御回路１６が受光器１１０を選択することは、空間光信号の送光元の通信装置を特定することに相当する。また、選択された受光器１１０に由来する信号を複数の第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器１１０とを対応付けることに相当する。すなわち、制御回路１６は、センサアレイ１１によって受光された空間光信号に基づいて、その空間光信号の送光元の通信装置を特定する。例えば、本実施形態の受光装置１０を搭載した通信装置（図示しない）は、空間光信号の送光元の通信装置（図示しない）を特定すると、特定された通信装置に対して空間光信号を送光する。

【0032】

セレクタ１７には、複数の第１処理回路１５－１～Ｍに含まれる増幅器１５３によって増幅された信号が入力される。セレクタ１７は、制御回路１６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１８－１～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１７から出力されない。

【0033】

第２処理回路１８には、制御回路１６によって割り当てられた受光器１１０に由来する信号が入力される。第２処理回路１８は、入力された信号をデコードする。第２処理回路１８は、デコードした信号に何らかの信号処理を加えるように構成してもよいし、外部の信号処理装置等（図示しない）に出力するように構成したりしてもよい。

【0034】

制御回路１６によって選択された受光器１１０に由来する信号をセレクタ１７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処理回路が割り当てられる。すなわち、制御回路１６は、センサアレイ１１が受光する複数の通信対象からの空間光信号に由来する信号を、複数の第２処理回路１８－１～Ｎのいずれかに割り当てる。これにより、受光装置１０は、複数の通信対象からの空間光信号に由来する信号を、個別のチャネルで同時に読み取ることが可能になる。一般的な手法では、複数の通信対象からの空間光信号を、１つのチャネルにおいて時分割で読み取る。それに対し、本実施形態の手法では、複数の通信対象からの空間光信号を、複数のチャネルにおいて同時に読み取るので、伝送速度が向上する。なお、本実施形態の手法においても、状況に応じて時分割で信号を受光するように構成してもよい。

【0035】

例えば、積分器１５５を用いる通信対象のスキャンを１次的なスキャンとして行い、空間光信号の到来方向を粗い精度で特定してもよい。そして、特定された方向に細かい精度の２次的なスキャンを行って通信対象のより正確な位置を特定してもよい。通信対象との間で通信可能な状況になれば、通信対象との信号のやりとりによって、その通信対象の正確な位置を確定できる。例えば、受光装置１０を移動体に搭載する場合、通信対象の位置を正確に確定できれば、その通信対象との通信を介して、互いの移動方向や速度などを共有できる。互いの移動方向や速度などを共有できれば、互いの位置関係をより高精度で予測制御できる。

【0036】

〔積分器〕
次に、積分器１５５の回路構成の一例について図面を参照しながら説明する。図３は、積分器１５５の回路構成の一例（積分器１５５－１）である。積分器１５５－１は、抵抗器Ｒ、オペアンプＯＰ、コンデンサＣ、およびスイッチＳＷを含む。図３において、抵抗器Ｒ、コンデンサＣ、およびスイッチＳＷに関しては、左側の端子を第１端と呼び、右側の端子を第２端と呼ぶ。オペアンプＯＰは、反転入力端子Ｖ-、非反転入力端子Ｖ+、出力端子を有する。

【0037】

抵抗器Ｒの第１端は、入力端Ｖｉｎに接続される。抵抗器Ｒの第２端は、オペアンプＯＰの反転入力端子Ｖ-、コンデンサＣの第１端、およびスイッチＳＷの第１端に接続される。オペアンプＯＰの反転入力端子Ｖ-は、抵抗器Ｒの第２端、コンデンサＣの第１端、およびスイッチＳＷの第１端に接続される。オペアンプの非反転入力端子Ｖ+は、接地される。オペアンプＯＰの出力端子は、出力端Ｖｏｕｔ、コンデンサの第２端、およびスイッチＳＷの第２端に接続される。コンデンサの第１端は、抵抗器Ｒの第２端、オペアンプＯＰの反転入力端子Ｖ-、スイッチＳＷの第１端に接続される。コンデンサの第２端は、オペアンプＯＰの出力端子、スイッチＳＷの第２端、および出力端Ｖｏｕｔに接続される。スイッチＳＷの第１端は、抵抗器Ｒの第２端、コンデンサＣの第１端、およびオペアンプＯＰの反転入力端子Ｖ-に接続される。スイッチＳＷの第２端は、コンデンサＣの第２端、オペアンプＯＰの出力端子、および出力端Ｖｏｕｔに接続される。

【0038】

スイッチＳＷには、所定のタイミングでリセットパルスが印加される。スイッチＳＷは、リセットパルスが印加されてから所定期間（リセット時間Ｔrst）の間だけ閉じた状態になる。スイッチが開いた状態の時間が積分時間Ｔintに相当する。リセット時間Ｔrstは、積分時間Ｔintに比べて短い時間に設定される。

【0039】

図４は、積分器１５５－１の動作について説明するためのグラフである。図４は、オペアンプＯＰを含む積分器１５５－１の負帰還形のリセット動作を示す。積分器１５５－１は、一種のローパスフィルタとして機能する。積分器１５５－１は、積分時間Ｔintの間、コンデンサＣに電荷を蓄積する。スイッチＳＷにリセットパルスが印加されると、コンデンサＣに蓄積された電荷がリセットされる。例えば、リセット直前の電圧値を、ＡＤ（Analog-Digital）コンバータ（図示しない）で読み取れば、信号の電圧を測定できる。

【0040】

〔方向検知〕
次に、受光装置１０による方向検知について図面を参照しながら説明する。図５および図６は、受光装置１０に含まれるレンズ１２に空間光信号が入射し、センサアレイ１１によってその空間光信号が受光される様子を示す概念図である。レンズ１２の主面と焦点面との距離が焦点距離ｆに相当する。図５および図６のように、センサアレイ１１は、複数の受光器１１０の受光面が、主面と焦点面との間に位置するように配置される。

【0041】

図５の例では、空間光信号Ｄ１がレンズ１２の下方から到来する例である。レンズ１２を通過した空間光信号Ｄ１は、レンズ１２の焦点面上の焦点Ｆ１に向けて集束する。空間光信号Ｄ１は、複数の受光器１１０のうち上方の受光器１１０の受光面において面で受光される。

【0042】

図６の例では、空間光信号Ｄ２がレンズ１２の上方から到来する例である。レンズ１２を通過した空間光信号Ｄ２は、レンズ１２の焦点面上の焦点Ｆ２に向けて集束する。空間光信号Ｄ２は、複数の受光器１１０のうち下方の受光器１１０の受光面において面で受光される。

【0043】

図７は、センサアレイ１１の受光面をレンズ１２越しに見た斜視図である。図７の例では、センサアレイ１１の下方の複数の受光器１１０に空間光信号Ｄ１が受光され、センサアレイ１１の左上の複数の受光器１１０に空間光信号が受光される。図７のように、センサアレイ１１の受光面において、空間光信号は、垂直方向のみならず、水平方向の到来方向に応じた位置で受光される。

【0044】

遠方から到達する空間光信号は、ほぼ平行光である。したがって、空間光信号が集光される位置をセンサアレイ１１によって検知することにより、その空間光信号がどの方向から到来したのかを推定できる。レンズ１２によって集光された空間光信号は、複数の受光器１１０の受光面において受光される。それぞれの受光器１１０によって受光された空間光信号の強度比から、空間光信号の到来方向を推定できる。空間光信号の到来方向に通信対象の通信装置を対応付ければ、受光器１１０と通信装置とを対応付けることができる。

【0045】

図８は、互いに隣接し合う、受光器１１０－Ａ、受光器１１０－Ｂ、受光器１１０－Ｃ、および受光器１１０－Ｄの受光面に空間光信号Ｄ１が受光される例である。図８の例の場合、受光器１１０－Ｄの受光面積が最大である。そのため、空間光信号Ｄ１に関しては、受光器１１０－Ｄにおける信号強度が最大になる。この場合、受光装置１０は、受光器１１０－Ｄが空間光信号Ｄ１を受光したと判定する。センサアレイ１１とレンズ１２の位置関係に基づいて、空間光信号の到来方向と受光器１１０とを対応付けておけば、信号強度が最大となる受光器１１０の位置に応じて、空間光信号の到来方向を推定できる。

【0046】

複数の通信対象が近接している場合や、受光装置１０と通信対象との間に別の通信対象が位置する場合、複数の空間光信号が集光される位置が重なることがある。このような場合、状況に応じて、重なり合った複数の空間光信号を分離すればよい。なお、複数の空間光信号の各々は、それらの信号が含む識別情報等に基づいて、複数の空間光信号が受光されていることを判別できるものとする。

【0047】

図９は、空間光信号Ｄ１と空間光信号Ｄ２の受光領域の一部が重なる例である。図９の例の場合、空間光信号Ｄ１の信号強度が最大となるのは受光器１１０－Ｄであり、空間光信号Ｄ２の信号強度が最大となるのは受光器１１０－Ａである。受光装置１０は、受光器１１０－Ｄが空間光信号Ｄ１を受光したと判定し、受光器１１０－Ａが空間光信号Ｄ２を受光したと判定する。図９の例では、受光領域の重なりの程度が軽微であるため、時分割せずに、空間光信号Ｄ１と空間光信号Ｄ２を分離できる。

【0048】

図１０は、空間光信号Ｄ１と空間光信号Ｄ２の受光領域の大部分が重なる例である。図１０の例の場合、空間光信号Ｄ１と空間光信号Ｄ２の信号強度に基づいて、空間光信号Ｄ１と空間光信号Ｄ２を分離できない。このような場合、空間光信号Ｄ１と空間光信号Ｄ２の受信タイミングを時分割することによって、空間光信号Ｄ１と空間光信号Ｄ２を分離できる。また、受光領域が重なる複数の通信対象のうち少なくともいずれかに対して、位置をずらすように通知するように構成してもよい。

【0049】

以上のように、本実施形態の受光装置は、センサアレイ、レンズ、および受信部を備える。レンズは、空間光信号を集光する。センサアレイは、レンズによって集光された空間光信号を受光する複数の受光器を含む。受信部は、複数の受光器の各々が受光した空間光信号に由来する電気信号を積算し、積算された電気信号の電圧値に応じて空間光信号を受光する受光器を選択する。

【0050】

本実施形態の受光装置は、レンズによって集光された空間光信号を複数の受光器の少なくともいずれかで受光する。本実施形態の受光装置は、空間光信号に由来する電気信号を積算し、積算された電気信号の電圧値に応じて、その空間光信号を受光する受光器を選択する。本実施形態の受光装置によれば、複数の通信対象からの空間光信号を一括して受光し、それらの空間光信号の送光元を一括して区別することができる。そのため、本実施形態の受光装置によれば、多様な方向から到来する空間光信号を効率的に受光できる。

【0051】

本実施形態の一態様において、複数の受光器の受光面は、同一方向に向けて、同一面上にアレイ状に配列される。レンズは、レンズの主面と焦点面の間に、複数の受光器の受光面が位置するように配置される。

【0052】

本態様によれば、空間光信号に由来する電気信号を積算することによって、空間光信号を面で受光しても、その空間光信号の電圧値を測定できる。そのため、本態様によれば、広い受光角で空間光信号を受光できるため、空間光信号を点で受光する場合と比較して光の利用効率が高い。

【0053】

本実施形態の一態様において、受信部は、複数の第１処理回路、セレクタ、第２処理回路、および制御回路を有する。複数の第１処理回路は、複数の受光器の各々に対応付けられ、複数の受光器の各々に受光される空間光信号に由来する電気信号を増幅するとともに、電気信号を積算する。セレクタは、第１処理回路によって増幅された電気信号が入力され、入力された電気信号のうち少なくともいずれかを選択的に出力する。第２処理回路は、セレクタから出力された電気信号をデコードする。制御回路は、複数の第１処理回路によって積算された電気信号の電圧値に応じて、空間光信号を受光する受光器を選択する。制御回路は、選択された受光器からの電気信号を複数の第２処理回路のうちいずれかに割り当てるようにセレクタを制御する。

【0054】

本実施形態の一態様において、制御回路は、互いに隣接する複数の受光器によって空間光信号が受光された場合、空間光信号を受光する受光器として、複数の第１処理回路によって積算された電気信号の電圧値が最大の受光器を選択する。例えば、制御回路は、互いに隣接する複数の受光器によって複数の送光元からの空間光信号が受光された場合、複数の第１処理回路によって積算された電気信号の電圧値に応じて、空間光信号を受光させる受光器を送光元ごとに選択する。例えば、制御回路は、複数の第１処理回路によって積算された電気信号の電圧値に応じて、空間光信号を受光させる受光器を送光元ごとに選択できない場合、同一の受光器において空間光信号を送光元ごとに時分割で受光する。

【0055】

本態様によれば、複数の受光器に受光された、単一の送光元からの空間光信号をいずれかの受光器に割り当てることができる。また、本態様によれば、複数の受光器に亘って受光された、複数の送光元からの空間光信号をいずれかの受光器に割り当てることができる。

【0056】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る受光装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受光装置は、ライトパイプを含む点において、第１の実施形態とは異なる。ライトパイプは、センサアレイを構成する複数の受光器間の隙間に受光される空間光信号を、センサアレイを構成する複数の受光器の各々に導光する部材である。

【0057】

図１１は、本実施形態の受光装置２０の構成の一例を示す概念図である。受光装置２０は、センサアレイ２１、レンズ２２、および受信部２３を備える。センサアレイ２１は、複数の受光器２１０と複数のライトパイプ２１１を有する。複数の受光器２１０の各々には、ライトパイプ２１１が配置される。センサアレイ２１、レンズ２２、および受信部２３の主な機能は、第１の実施形態と同様である。以下においては、第１の実施形態の受光装置１０には含まれない、ライトパイプ２１１に焦点を当てて説明する。

【0058】

センサアレイ２１を構成する複数の受光器２１０の間には、受光器２１０の受光面の大きさに応じた隙間が生じる。受光面が大きい場合、隣接し合う受光器２１０の間の隙間は小さくなる。受光面が小さい場合、隣接し合う受光器２１０の間の隙間は大きくなる。センサアレイ２１の受光面に空間光信号が直接入射する場合、受光面に集光される空間光信号のスポット径に比べて、隣接し合う受光器２１０の間の隙間が大きすぎると、隙間に入った空間光信号のスポットが検出されなくなる。また、センサアレイ２１の受光面に集光される空間光信号のスポット径が大きすぎると、各受光器２１０が受光する空間光信号の強度が小さくなる。そのため、センサアレイ２１の受光面に空間光信号が直接入射する場合は、隣接し合う受光器２１０の間の隙間の大きさと、空間光信号のスポット径を最適化する必要がある。

【0059】

図１２は、複数の受光器２１０の受光面にライトパイプ２１１を設置した状態の斜視図である。ライトパイプ２１１は、複数の受光器２１０の各々に対応付けて設けられる。ライトパイプ２１１は、空間光信号が入射する入射面Ｐ１と、ライトパイプ２１１の内部で導光された光信号が出射する出射面Ｐ２とを有する。ライトパイプ２１１の出射面Ｐ２は、そのライトパイプ２１１が対応付けられた受光器２１０の受光面に接して配置される。なお、ライトパイプ２１１の出射面Ｐ２から出射される光信号が受光器２１０の受光面に入射しさえすれば、ライトパイプ２１１の出射面Ｐ２と受光器２１０の受光面が接していなくてもよい。

【0060】

隣接し合うライトパイプ２１１は、それらの入射面Ｐ１の間に隙間がないように配置される。レンズ２２の焦点面は、ライトパイプ２１１の入射面Ｐ１よりもセンサアレイ２１の側に形成されればよい。レンズ２２の焦点面は、レンズ２２から見て、センサアレイ２１の受光面の手前側に形成されてもよい。図１２には、入射面Ｐ１と出射面Ｐ２が平行になる例を示すが、入射面Ｐ１から出射面Ｐ２に向けて光信号を導光できさえすれば、入射面Ｐ１と出射面Ｐ２は非平行でもよい。

【0061】

例えば、ライトパイプ２１１は、一般的な光ファイバの素材で構成できる。ライトパイプ２１１は、空間光信号の波長帯の光を透過しやすい素材で構成することが好ましい。ライトパイプ２１１の内側面は、ライトパイプ２１１の内部で導光される光信号を反射させる鏡面である。ライトパイプ２１１の入射面Ｐ１から入射した空間光信号に由来する光信号は、ライトパイプ２１１の内側面で反射されながら、出射面Ｐ２に導光される。出射面Ｐ２に導光された光信号は、出射面Ｐ２から出射される。

【0062】

ライトパイプ２１１の入射面Ｐ１には、空間光信号の波長帯に応じた反射防止層を設けてもよい。入射面Ｐ１に反射防止層を設ければ、入射面Ｐ１で反射される空間光信号を低減できる。また、ライトパイプ２１１の入射面Ｐ１に、空間光信号の波長帯の光を選択的に通過させる色フィルタを設けてもよい。入射面Ｐ１に色フィルタを設ければ、空間光信号の波長帯の光が選択的に受光器２１０の受光面に導光されるため、空間光信号に含まれる雑音成分を除去できる。

【0063】

ライトパイプ２１１を用いる場合、受光器２１０の受光面を小さくすることができる。そのため、同じ受光効率でありながら、受光面の小さい受光器２１０を構成できる。そのため、ライトパイプ２１１を用いる場合、受光器２１０の選択肢が広がる。例えば、ライトパイプ２１１を用いれば、受光面は小さいが、感度の高い受光器２１０を採用できる。

【0064】

以上のように、本実施形態の受光装置のセンサアレイは、複数の受光器の受光面の各々に対応付けられ、複数の受光器の受光面の各々に空間光信号を導光する複数のライトパイプを有する。例えば、複数のライトパイプは、空間光信号が入射する入射面と、入射面から入射されて導光された光信号を出射する出射面とを有し、入射面が隙間の無い同一面を形成するように配置される。例えば、複数のライトパイプの各々は、対応付けられた受光面に出射面を向けて配置される。

【0065】

本実施形態の受光装置によれば、複数の受光部の受光面にライトパイプを設置することにより、隣接し合う受光部の間の隙間の大きさと、空間光信号のスポット径を最適化しなくても、空間光信号に由来する光信号を各受光部の受光面に導光できる。そのため、本実施形態の受光装置によれば、より効率的に空間光信号を受光できる。

【0066】

（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、第１～第２の実施形態の受光装置（受光部とも呼ぶ）を備える。

【0067】

図１３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。通信装置３は、受光部３０、送光部３５、および送光制御部３７を備える。受光部３０は、第１の実施形態の受光装置１０または第２の実施形態の受光装置２０に相当する。以下においては、受光部３０の詳細については説明を省略する。

【0068】

受光部３０は、通信対象の通信装置から送光された空間光信号を受光する。受光部３０は、受光された空間光信号に基づく信号をデコードし、デコードされた信号を送光制御部３７に出力する。送光部３５は、送光制御部３７の制御に応じて、空間光信号を送光する。送光制御部３７は、受光部３０から信号を取得する。送光制御部３７は、受光部３０からの信号に応じて送光部３５を制御する。

【0069】

〔送光部〕
次に、送光部３５の構成の一例について図面を参照しながら説明する。図１４は、送光部３５の構成の一例を示す概念図である。送光部３５は、光源３２０、空間光変調器３３０、および投射光学系３４０を有する。なお、図１４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。

【0070】

光源３２０は、出射器３２１とコリメータ３２３を含む。出射器３２１は、送光制御部３７の制御に応じて、空間光通信に用いられる所定の波長帯のレーザ光３０１を出射する。コリメータ３２３は、出射器３２１から出射されたレーザ光３０１を平行光３０２に変換する。出射器３２１から出射されたレーザ光３０１は、コリメータ３２３によって平行光３０２に変換され、光源３２０から出射される。光源３２０から出射された平行光３０２は、空間光変調器３３０の変調部に向けて進行する。

【0071】

図１４のように、平行光３０２の入射角は、空間光変調器３３０の変調部の被照射面に対して非垂直である。すなわち、光源３２０から出射される平行光３０２の出射軸は、空間光変調器３３０の変調部の被照射面に対して斜めである。空間光変調器３３０の変調部の被照射面に対して平行光３０２の出射軸を斜めにすれば、ビームスプリッタを用いなくても被照射面に対して平行光３０２を入射できるため、光の利用効率を向上させることができる。また、空間光変調器３３０の変調部の被照射面に対して、平行光３０２の出射軸を斜めに設定すれば、送光部のサイズをコンパクトにできる。

【0072】

空間光変調器３３０は、平行光３０２が照射される変調部を有する。空間光変調器３３０の変調部には、送光制御部３７の制御に応じて、検出光に応じたパターンが設定される。例えば、空間光変調器３３０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３３０は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）によって実現できる。また、空間光変調器３３０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）によって実現されてもよい。

【0073】

投射光学系３４０は、空間光変調器３３０によって変調された変調光３０３を空間光信号３０５として投射する光学系である。図１４のように、投射光学系３４０は、フーリエ変換レンズ３４６、アパーチャ３４７、および投射レンズ３４８を有する。

【0074】

フーリエ変換レンズ３４６は、空間光変調器３３０によって変調された変調光３０３を無限遠に投射した際に形成される像を、アパーチャ３４７の近傍の焦点位置に結像させる光学レンズである。

【0075】

アパーチャ３４７は、フーリエ変換レンズ３４６によって集束された光に含まれる高次光を遮蔽し、表示領域の外縁を制限する枠である。アパーチャ３４７の開口部は、アパーチャ３４７の位置における表示領域の外周よりも小さく開口され、アパーチャ３４７の位置における画像の周辺領域を遮るように設置される。例えば、アパーチャ３４７の開口部は、矩形状や円形状に形成される。アパーチャ３４７は、フーリエ変換レンズ３４６の焦点位置に設置されることが好ましい。なお、高次光を遮蔽でき、表示領域を制限できれば、アパーチャ３４７は、フーリエ変換レンズ３４６の焦点位置からずれていても構わない。

【0076】

投射レンズ３４８は、フーリエ変換レンズ３４６によって集束された光を拡大する光学レンズである。投射レンズ３４８は、空間光変調器３３０の変調部に設定された位相画像に対応する画像が被投射面において形成されるように空間光信号３０５を拡大する。

【0077】

〔送光制御部〕
次に、送光制御部３７の構成の一例について図面を参照しながら説明する。図１５は、送光制御部３７の構成の一例を示すブロック図である。送光制御部３７は、送光条件記憶部３７１、送光条件設定部３７２、変調器制御部３７３、および光源駆動部３７４を有する。

【0078】

送光条件記憶部３７１には、空間光信号３０５に応じたパターンが記憶される。空間光変調器３３０が位相変調型の場合、送光条件記憶部３７１には、空間光信号３０５に応じた位相分布が記憶される。また、送光条件記憶部３７１には、光源３２０を制御するための光源制御条件や、空間光変調器３３０を制御するための変調素子制御条件を含む送光条件が記憶される。変調素子制御条件は、空間光信号３０５に応じたパターンを空間光変調器３３０の変調部に設定するための制御条件である。光源制御条件は、光源３２０からレーザ光３０１を出射させるための制御条件である。

【0079】

送光条件設定部３７２は、空間光信号３０５を送光するための送光条件を設定する。送光条件設定部３７２は、変調器制御部３７３に変調素子制御条件を設定する。また、送光条件設定部３７２は、光源駆動部３７４に光源制御条件を設定する。送光条件設定部３７２は、変調素子制御条件を変調器制御部３７３に設定するタイミングと、光源制御条件を光源駆動部３７４に設定するタイミングとを合わせる。その結果、空間光信号３０５に応じたパターンが表示された状態の空間光変調器３３０の変調部に、光源３２０から出射されたレーザ光３０１に由来する平行光３０２が照射される。

【0080】

例えば、通信対象の通信装置をスキャンする期間（走査期間とも呼ぶ）の間、送光条件設定部３７２は、レーザ光３０１を継続して出射させるための光源制御条件を光源駆動部３７４に設定する。このとき、送光条件設定部３７２は、通信対象の通信装置をスキャンするために、第１投射パターンの空間光信号３０５を送光するための変調素子制御条件を変調器制御部３７３に設定する。その結果、通信対象の通信装置をスキャンするための第１投射パターンの空間光信号３０５が、送光部３５から送光される。

【0081】

例えば、通信対象の通信装置と通信をする期間（通信期間とも呼ぶ）の間、送光条件設定部３７２は、通信対象の通信装置に送信する信号に応じた空間光信号３０５を出射させるための光源制御条件を光源駆動部３７４に設定する。このとき、送光条件設定部３７２は、通信対象の通信装置の方向に向けて、第１投射パターンよりも投影面積の小さな第２投射パターンの空間光信号３０５を送光するための変調素子制御条件を変調器制御部３７３に設定する。その結果、通信対象の通信装置と通信するための第２投射パターンの空間光信号３０５が、送光部３５から送光される。

【0082】

例えば、送光条件設定部３７２は、空間光信号３０５が受光されたタイミングから所定期間、その空間光信号３０５の到来方向に向けて、選択的に空間光信号３０５を送光するための変調素子制御条件を空間光変調器３３０に設定する。空間光信号３０５の送光方向を制限すれば、通信対象の通信装置の位置に向けて送光する空間光信号３０５の出力を高く設定できる。

【0083】

変調器制御部３７３は、空間光信号３０５に応じたパターンと変調素子制御条件を送光条件設定部３７２から受信する。変調器制御部３７３は、送光条件設定部３７２から受信した変調素子制御条件に応じて、空間光変調器３３０の変調部に設定されるパターンを変更するドライバ（図示しない）を駆動させる。その結果、空間光変調器３３０の変調部には、空間光信号３０５に応じたパターンが設定される。

【0084】

光源駆動部３７４は、パルス発生器（図示しない）と駆動回路（図示しない）を含む。パルス発生器は、送光条件設定部３７２から受信した光源制御条件に応じて、送信する信号に対応するパルス列を発生させ、駆動回路を変調する。また、パルス発生器は、通信対象の通信装置が確定すると、その通信装置との通信内容に応じて、送信する信号に対応するパルス列を発生させ、駆動回路を変調する。例えば、通信装置との通信内容は、図示しない入力装置によって入力される。駆動回路は、パルス発生器が発生させたパルス列に合わせて変調された状態で、出射器３２１を駆動させる。すなわち、光源駆動部３７４は、送光条件設定部３７２から受信した光源制御条件に応じて、パルス列のパターンに合わせて出射器３２１を駆動させ、出射器３２１からレーザ光３０１を出射させる。その結果、空間光変調器３３０の変調部にパターンが設定されたタイミングに合わせて、レーザ光３０１に由来する平行光３０２が空間光変調器３３０の変調部に照射される。空間光変調器３３０の変調部に照射された平行光３０２は、空間光変調器３３０の変調部において変調される。空間光変調器３３０の変調部において変調された変調光３０３は、空間光変調器３３０の変調部に表示されたパターンに対応する空間光信号３０５として送光される。

【0085】

〔通信方式〕
次に、本実施形態の通信装置３による、複数の通信対象との通信方式について図面を参照しながら説明する。ここでは、本実施形態の通信装置３による通信方式と、その比較例の通信装置による通信方式とを比較しながら説明する。比較例の通信装置は、通信に用いられるチャネルが一つしかない。

【0086】

図１６は、本実施形態の通信装置３による通信方式について説明するための概念図である。中央の太い矢印の左側は、走査期間における、通信装置３と、その通信対象である複数の通信装置３００との間の通信の一例を示す。中央の太い矢印の右側は、通信期間における、通信装置３と、その通信対象である複数の通信装置３００との間の通信の一例を示す。

【0087】

走査期間において、通信装置３は、第１投射パターンの空間光信号を送光する。通信装置３は、通信対象の通信装置３００（Ｔ１～Ｔ４）からの空間光信号を受光すると、それらの空間光信号の到来方向に応じて、それらの通信装置３００の各々の方向を特定する。通信装置３は、通信装置３００の各々の方向を特定すると、それらの通信装置３００（Ｔ１～Ｔ４）の各々からの空間光信号に由来する信号に、チャネル（ｃｈ１～ｃｈ４）の各々を割り当てて通信期間に移行する。

【0088】

通信期間において、通信装置３は、第１投射パターンよりも投射面積の小さな第２投射パターンの空間光信号を個々の通信装置３００（Ｔ１～Ｔ４）に送光する。通信期間においては、送光方向が絞り込まれるので、送光する空間光信号のエネルギーを走査期間よりも大きくすることができる。通信装置３は、個々の通信装置３００からの空間光信号に由来する信号を、個々の通信装置３００に割り当てられたチャネルで処理することによって、複数の通信装置３００の各々と通信し合う。

【0089】

図１７は、比較例の通信装置３９０による通信方式について説明するための概念図である。中央の太い矢印の左側は、走査期間における、通信装置３９０と、その通信対象である複数の通信装置３９５との間の通信の一例を示す。中央の太い矢印の右側は、通信期間における、通信装置３９０と、その通信対象である複数の通信装置３９５との間の通信の一例を示す。

【0090】

走査期間において、通信装置３９０は、送光方向を変更させながら空間光信号を送光する。そのため、複数の通信装置３９５（Ｃ１～Ｃ４）の各々には、通信装置３９０からの空間光信号が順番に届く。同様に、複数の通信装置３９５の各々は、送光方向を変更させながら空間光信号を送光する。通信装置３９０は、複数の通信装置３９５の各々からの空間光信号を個別に受光する。通信装置３９０は、複数の通信装置３９５の各々からの空間光信号に基づいて、それぞれの通信装置３００の位置を順番に特定する。この段階で、通信装置３９０と、複数の通信装置３９５（Ｃ１～Ｃ４）の各々との間の通信が確立され、通信期間に移行する。このように、比較例の方式では、個々の通信装置３９５（Ｃ１～Ｃ４）と順番に通信が確立されるため、本実施形態の通信方式と比較して通信の確立に時間がかかる。

【0091】

通信期間において、通信装置３９０は、個々の通信装置３９５（Ｃ１～Ｃ４）に対して順番に空間光信号を送光する。通信装置３９０は、個々の通信装置３９５（Ｃ１～Ｃ４）からの空間光信号に由来する信号を時分割で受光し、単一のチャネル（ｃｈ１）で処理することによって、複数の通信装置３００の各々と通信し合う。そのため、比較例では、本実施形態と同程度の通信速度を得るために、非常に高速な伝送速度の系を構成する必要がある。

【0092】

以上のように、本実施形態の通信装置は、受光部、送光部、および送光制御部を備える。受光部は、センサアレイ、レンズ、および受信部を備える。レンズは、空間光信号を集光する。センサアレイは、レンズによって集光された空間光信号を受光する複数の受光器を含む。受信部は、複数の受光器の各々が受光した空間光信号に由来する電気信号を積算し、積算された電気信号の電圧値に応じて空間光信号を受光する受光器を選択する。送光部は、受光部によって受光された第１空間光信号に応じて、第２空間光信号を送光する。送光制御部は、受光部によって受光された第１空間光信号に応じて送光部を制御し、第１空間光信号の送光元の通信対象に対する第２空間光信号を送光部に送光させる。

【0093】

本実施形態の一態様において、送光制御部は、少なくとも一つの通信対象を走査する走査期間においては、第２空間光信号を第１投射パターンで送光部に送光させる。送光制御部は、少なくとも一つの通信対象と通信する通信期間においては、第１投射パターンよりも小さい第２投射パターンで第２空間光信号を通信対象に向けて送光部に送光させる。

【0094】

本実施形態の通信方式によれば、複数の空間光信号が到来した方向を瞬時に特定できるため、通信対象との間の通信を高速で確立できる。また、本実施形態の通信方式によれば、複数の通信対象と同時に通信できるので、通信系の伝送速度を低く設定することができる。

【0095】

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る受光装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受光装置は、第１～第２の実施形態の受光装置を簡略化した構成である。

【0096】

図１８は、本実施形態の受光装置４０の一例を示す概念図である。受光装置４０は、センサアレイ４１、レンズ４２、および受信部４３を備える。

【0097】

レンズ４２は、空間光信号を集光する。センサアレイ４１は、レンズ４２によって集光された空間光信号を受光する複数の受光器４１０を含む。受信部４３は、複数の受光器４１０の各々が受光した空間光信号に由来する電気信号を積算し、積算された電気信号の電圧値に応じて空間光信号を受光する。

【0098】

本実施形態の受光装置は、レンズによって集光された空間光信号を、複数の受光器のうち少なくともいずれかで受光する。本実施形態の受光装置は、複数の受光器の各々が受光した空間光信号に由来する電気信号を積算することによって、電気信号の電圧を測定可能なレベルにする。そして、本実施形態の受光装置は、積算された電気信号の電圧値に応じて空間光信号を受光する。

【0099】

本実施形態の受光装置によれば、多様な方向から到来する空間光信号を効率的に受光できる。

【0100】

（ハードウェア）
ここで、各実施形態に係る制御系統（受信部１３、制御回路１６、送光制御部３７等）の処理を実行するハードウェア構成について、図１９の情報処理装置９０を一例として挙げて説明する。なお、図１９の情報処理装置９０は、各実施形態の制御系統の処理を実行するための構成例であって、本発明の範囲を限定するものではない。

【0101】

図１９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１９においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略して表記する。プロセッサ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。

【0102】

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に展開し、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、本実施形態に係る制御系統による処理を実行する。

【0103】

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は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリとすればよい。また、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリを主記憶装置９２として構成・追加してもよい。

【0104】

補助記憶装置９３は、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構成される。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。

【0105】

入出力インターフェース９５は、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。

【0106】

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を接続するように構成してもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示画面が入力機器のインターフェースを兼ねる構成とすればよい。プロセッサ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。

【0107】

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。

【0108】

以上が、各実施形態に係る制御系統による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１９のハードウェア構成は、各実施形態に係る制御系統による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系統による処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、各実施形態に係るプログラムを記録した記録媒体も本発明の範囲に含まれる。記録媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体で実現できる。また、記録媒体は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＳＤ（Secure Digital）カードなどの半導体記録媒体や、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、その他の記録媒体によって実現してもよい。

【0109】

各実施形態の制御系統の構成要素は、任意に組み合わせることができる。また、各実施形態の制御系統の構成要素は、ソフトウェアによって実現してもよいし、回路によって実現してもよい。

【0110】

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。

【0111】

この出願は、２０２０年７月１日に出願された日本出願特願２０２０－１１３６８０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

【符号の説明】

【0112】

３ 通信装置
１０、２０、４０ 受光装置
１１、２１ センサアレイ
１２、２２ レンズ
１３、２３ 受信部
１５ 第１処理回路
１６ 制御回路
１７ セレクタ
１８ 第２処理回路
３５ 送光部
３７ 送光制御部
１１０、２１０ 受光器
１５１ ハイパスフィルタ
１５３ 増幅器
１５５ 積分器
２１１ ライトパイプ
３２０ 光源
３２１ 出射器
３２３ コリメータ
３３０ 空間光変調器
３４０ 投射光学系
３４６ フーリエ変換レンズ
３４７ アパーチャ
３４８ 投射レンズ
３７１ 送光条件記憶部
３７２ 送光条件設定部
３７３ 変調器制御部
３７４ 光源駆動部

【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】