特許 7673815 受信制御装置、受光装置、通信装置、受信制御方法、およびプログラム

(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】2025-04-28

(45)【発行日】2025-05-09

(54)【発明の名称】受信制御装置、受光装置、通信装置、受信制御方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/69 20130101AFI20250430BHJP

   H04B 10/112 20130101ALI20250430BHJP

【ＦＩ】

H04B10/69 110

H04B10/112

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023548004

(86)(22)【出願日】2021-09-15

(86)【国際出願番号】 JP2021033944

(87)【国際公開番号】W WO2023042304

(87)【国際公開日】2023-03-23

【審査請求日】2024-01-23

(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】100178216

【弁理士】

【氏名又は名称】浜野 絢子

(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】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２５８７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／１１４３１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／１８８７５６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／６９

Ｈ０４Ｂ １０／１１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の受光素子の各々に接続されたスイッチと、複数の前記受光素子が分配されたグループごとに配置された選択スイッチと、前記グループごとの前記選択スイッチの出力先を切り替える切替スイッチとを含むスイッチング回路と、前記スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器によって構成される増幅回路と、を有する第１処理回路と、
前記第１処理回路の出力に接続されるセレクタと、
前記セレクタの後段に配置され、前記セレクタを介して割り当てられた信号をデコードする少なくとも一つの第２処理回路と、
複数の前記受光素子からの信号を複数の前記増幅器のうちいずれかに振り分けるように前記スイッチング回路を制御し、前記増幅回路で増幅された前記信号をいずれかの前記第２処理回路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、を備える受信制御装置。

【請求項2】

複数の前記スイッチの出力端は、
前記グループごとに統合され、
複数の前記選択スイッチの入力端は、
前記グループごとに統合された複数の前記スイッチの出力端のいずれかに接続され、
複数の前記選択スイッチの出力端は、
複数の前記切替スイッチのうち少なくともいずれかの第１端に接続され、
複数の前記切替スイッチの第２端は、
複数の前記増幅器のうちいずれかの入力端に接続され、
前記制御回路は、
前記スイッチング回路に含まれる、前記スイッチ、前記選択スイッチ、および前記切替スイッチの開閉状態を制御することによって、複数の前記受光素子と複数の前記増幅器との間の接続状態を制御する請求項１に記載の受信制御装置。

【請求項3】

前記制御回路は、
前記スイッチング回路に含まれる前記スイッチ、前記選択スイッチ、および前記切替スイッチの開閉状態を制御することによって、通信対象のスキャンに用いられる前記増幅器と接続される前記受光素子を順次切り替えて、前記通信対象から送光された空間光信号をスキャンする請求項２に記載の受信制御装置。

【請求項4】

前記制御回路は、
少なくとも一つの前記通信対象との通信に用いられる前記受光素子と前記増幅器の間の経路上の前記スイッチ、前記選択スイッチ、および前記切替スイッチを閉状態にすることによって、前記通信対象との通信を確立させる請求項３に記載の受信制御装置。

【請求項5】

前記制御回路は、
通信が確立された少なくとも一つの前記通信対象との通信に用いられる前記受光素子と前記増幅器の間の経路上の前記スイッチ、前記選択スイッチ、および前記切替スイッチを閉状態で維持しながら、通信に用いられていない前記増幅器と接続される前記受光素子を順次切り替えるように前記スイッチング回路を制御することによって、通信中の前記通信対象とは異なる通信対象から送光された空間光信号をスキャンする請求項４に記載の受信制御装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか一項に記載の受信制御装置と、
複数の受光素子によって構成される受光素子アレイと、
前記受光素子アレイを構成する少なくともいずれかの前記受光素子に向けて、空間光信号を集光する集光器と、を備える受光装置。

【請求項7】

前記受光素子アレイを構成する複数の前記受光素子は、単一の通信対象から送光された空間光信号が受光される受光範囲内に収まる数の前記受光素子によって構成されるグループのいずれかに割り当てられる請求項６に記載の受光装置。

【請求項8】

請求項６または７に記載の受光装置と、
空間光信号を送光する送光装置と、
前記受光装置によって受光された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光装置に送光させる制御装置と、を備える通信装置。

【請求項9】

制御回路が、
複数の受光素子の各々に接続されたスイッチによって構成される第１スイッチ回路と、前記第１スイッチ回路に含まれる複数の前記スイッチのうちいくつかが統合されたグループごとの出力先を切り替える第２スイッチ回路とを含むスイッチング回路と、前記スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器を含む増幅回路と、を有する第１処理回路を制御することで、前記スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器のうちいずれかに複数の前記受光素子からの信号を割り当て、
複数の前記増幅器の出力に接続されるセレクタを制御することで、前記増幅回路で増幅された前記信号を、前記第１処理回路から出力された前記信号をデコードする複数の第２処理回路のうちいずれかに割り当てる受信制御方法。

【請求項10】

複数の受光素子の各々に接続されたスイッチによって構成される第１スイッチ回路と、前記第１スイッチ回路に含まれる複数の前記スイッチのうちいくつかが統合されたグループごとの出力先を切り替える第２スイッチ回路とを含むスイッチング回路と、前記スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器を含む増幅回路と、を有する第１処理回路を制御することで、前記スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器のうちいずれかに複数の前記受光素子からの信号を割り当てる処理と、
複数の前記増幅器の出力に接続されるセレクタを制御することで、前記増幅回路で増幅された前記信号を、前記第１処理回路から出力された前記信号をデコードする複数の第２処理回路のうちいずれかに割り当てる処理と、をコンピュータに実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、空間を伝搬する光信号の受信を制御する受信制御装置等に関する。

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

【0003】

特許文献１には、光ファイバ等の媒体を介して、光信号を受光する光信号装置について開示されている。特許文献１の装置は、入力信号光を受けるための受光素子を持つ画素のアレイを備える。特許文献１の装置は、該アレイ内の画素の出力を選択し、選択された画素出力を加算して出力する。また、特許文献１の装置は、複数の画素出力を増幅する増幅器を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２００８／１１４３１４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の装置では、一つの増幅器に多くの画素が接続される。そのため、特許文献１の装置では、同じ増幅器に接続された受光素子が通信に使用されていると、その増幅器に接続された他の受光素子で光信号を受信できなかった。また、特許文献１の装置では、一つの増幅器に接続される回路が膨大になり、光信号の受信速度が低下する。すなわち、特許文献１の装置では、安定した通信速度で、継続的な光空間通信を実現することができなかった。

【0006】

本開示の目的は、安定した通信速度で、継続的な光空間通信を実現できる受信制御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】

本開示の一態様の受信制御装置は、複数の受光素子の各々に接続されたスイッチと、複数の受光素子が分配されたグループごとに配置された選択スイッチと、グループごとの選択スイッチの出力先を切り替える切替スイッチとを含むスイッチング回路と、スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器によって構成される増幅回路と、を有する第１処理回路と、第１処理回路の出力に接続されるセレクタと、セレクタの後段に配置され、セレクタを介して割り当てられた信号をデコードする少なくとも一つの第２処理回路と、複数の受光素子からの信号を複数の増幅器のうちいずれかに割り当てるようにスイッチング回路を制御し、増幅回路で増幅された信号をいずれかの第２処理回路に振り分けるようにセレクタを制御する制御回路と、を備える。

【0008】

本開示の一態様の受信制御方法においては、制御回路が、複数の受光素子の各々に接続されたスイッチによって構成される第１スイッチ回路と、第１スイッチ回路に含まれる複数のスイッチのうちいくつかが統合されたグループごとの出力先を切り替える第２スイッチ回路とを含むスイッチング回路と、スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器を含む増幅回路と、を有する第１処理回路を制御することで、スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器のうちいずれかに複数の受光素子からの信号を割り当て、複数の増幅器の出力に接続されるセレクタを制御することで、増幅回路で増幅された信号を、第１処理回路から出力された信号をデコードする複数の第２処理回路のうちいずれかに割り当てる。

【0009】

本開示の一態様のプログラムは、複数の受光素子の各々に接続されたスイッチによって構成される第１スイッチ回路と、第１スイッチ回路に含まれる複数のスイッチのうちいくつかが統合されたグループごとの出力先を切り替える第２スイッチ回路とを含むスイッチング回路と、スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器を含む増幅回路と、を有する第１処理回路を制御することで、スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器のうちいずれかに複数の受光素子からの信号を割り当てる処理と、複数の増幅器の出力に接続されるセレクタを制御することで、増幅回路で増幅された信号を、第１処理回路から出力された信号をデコードする複数の第２処理回路のうちいずれかに割り当てる処理と、をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、安定した通信速度で、継続的な光空間通信を実現できる受信制御装置等を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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のボールレンズによる集光の一例について説明するための概念図である。

【図3】第１の実施形態に係る受光装置が備える受光器の構成の一例を示す概念図である。

【図4】第１の実施形態に係る受光装置が備える受光素子アレイを構成する受光素子による光信号の受光の一例を示す概念図である。

【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受光の一例を示す概念図である。

【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受光の別の一例を示す概念図である。

【図7】第１の実施形態に係る受光装置が備える受信制御装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図8】第１の実施形態に係る受光装置が備える受信制御装置に含まれる第１処理回路の構成の一例を示す概念図である。

【図9】第１の実施形態に係る受光装置における空間光信号の受光制御の一例について説明するための概念図である。

【図10】第１の実施形態に係る受光装置における空間光信号の受光制御の一例について説明するための概念図である。

【図11】第１の実施形態に係る受光装置における空間光信号の受光制御の一例について説明するための概念図である。

【図12】第１の実施形態に係る受光装置における空間光信号の受光制御の一例について説明するための概念図である。

【図13】第１の実施形態に係る受光装置における空間光信号の受光制御の一例について説明するための概念図である。

【図14】第１の実施形態に係る受光装置における空間光信号の受光制御の一例について説明するための概念図である。

【図15】第１の実施形態の変形例１に係る受光装置が備える受光器の構成の一例を示す概念図である。

【図16】第１の実施形態の変形例２に係る受光装置が備える受光器の構成の一例を示す概念図である。

【図17】関連技術における空間光信号の受光制御の一例について説明するための概念図である。

【図18】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19】第２の実施形態に係る通信装置が備える送光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図20】第２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21】第２の実施形態に係る適用例１について説明するための概念図である。

【図22】第３の実施形態に係る受信制御装置の構成の一例について説明するための概念図である。

【図23】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】

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

（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、光ファイバなどの媒体を用いずに、空間を伝播する光信号（以下、空間光信号とも呼ぶ）を送受信し合う光空間通信に用いられる。本実施形態の受光装置は、空間を伝搬する光を受光する用途であれば、光空間通信以外の用途に用いられてもよい。本実施形態においては、特に断りがない限り、空間光信号は、十分に離れた位置から到来するために平行光とみなす。

【0015】

（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、ボールレンズ１１、受光素子アレイ１３、および受信制御装置１４を備える。ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３は、受光器１００を構成する。図１は、受光器１００を上方向から見た平面図である。受光素子アレイ１３は、円弧状に並べられた複数の受光素子１３１によって構成される。ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３は、支持体（図示しない）によって、互いの位置関係が固定される。本実施形態においては、ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３を固定する支持体を省略する。

【0016】

ボールレンズ１１は、球形のレンズである。ボールレンズ１１は、外部から到来した空間光信号を集光する光学素子である。ボールレンズ１１は、どの角度から見ても球形である。ボールレンズ１１は、入射される空間光信号を集光する。ボールレンズ１１によって集光された空間光信号に由来する光（光信号とも呼ぶ）は、集光領域に向けて集光される。ボールレンズ１１は、球形であるため、任意の方向から到来する空間光信号を集光する。すなわち、ボールレンズ１１は、任意の方向から到来する空間光信号に対して、同様の集光性能を示す。

【0017】

図２は、ボールレンズ１１によって集光される光の軌跡の一例を示す概念図である。
図２の例では、平行光を出射する光源１１０から出射された光が、ボールレンズ１１に向けて、照射される。ボールレンズ１１に照射された光は、ボールレンズ１１の内部に進入する際に屈折される。ボールレンズ１１の内部を進行した光は、ボールレンズ１１の外部に出射する際に、再度屈折される。ボールレンズ１１によって屈折される光の大部分は、集光領域において集光される。ボールレンズ１１の周辺から入射した光は、ボールレンズ１１から出射される際に、集光領域から外れた方向に向けて出射される。

【0018】

例えば、ボールレンズ１１は、ガラスや結晶、樹脂などの材料で構成できる。可視領域の空間光信号を受光する場合、ボールレンズ１１には、可視領域の光を透過／屈折する材料を適用できる。可視領域の光を透過／屈折する材料は、例えば、ガラスや結晶、樹脂などである。例えば、ボールレンズ１１には、クラウンガラスやフリントガラスなどの光学ガラスを適用できる。例えば、ボールレンズ１１には、ＢＫ（Boron Kron）などのクラウンガラスを適用できる。例えば、ボールレンズ１１には、ＬａＳＦ（Lanthanum Schwerflint）などのフリントガラスを適用できる。例えば、ボールレンズ１１には、石英ガラスを適用できる。例えば、ボールレンズ１１には、サファイア等の結晶を適用できる。例えば、ボールレンズ１１には、アクリル等の透明樹脂を適用できる。空間光信号が近赤外領域の光（以下、近赤外線とも呼ぶ）である場合、ボールレンズ１１には、近赤外線を透過する材料が用いられる。例えば、１．５マイクロメートル（μｍ）程度の近赤外領域の空間光信号を受光する場合、ボールレンズ１１には、ガラスや結晶、樹脂などに加えて、シリコンなどの材料を適用できる。空間光信号が赤外領域の光（以下、赤外線とも呼ぶ）である場合、ボールレンズ１１には、赤外線を透過する材料が用いられる。例えば、空間光信号が赤外線である場合、ボールレンズ１１には、シリコンやゲルマニウム、カルコゲナイド系の材料を適用できる。空間光信号の波長領域の光を透過／屈折できれば、ボールレンズ１１の材質には限定を加えない。ボールレンズ１１の材質は、求められる屈折率や用途に応じて、適宜選択されればよい。

【0019】

図３は、ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３によって構成される受光器１００の斜視図である。図３は、入射面側の斜め上方の視座から、受光器１００を見下ろした斜視図である。受光素子アレイ１３は、ボールレンズ１１の中心に対して円弧状の形状を有する。受光素子アレイ１３は、円弧状の長辺と、直線状の短辺とを有する。長辺と短辺は、直交する。受光素子アレイ１３を構成する複数の受光素子１３１は、それらの受光部をボールレンズ１１の中心に向けて配置される。

【0020】

図４は、受光器１００の一部分の断面図である。受光器１００は、ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３によって構成される。図４には、円弧状の基板１３０に受光素子１３１が配置される例の断面を示す。図４には、ボールレンズ１１によって集光される光の軌跡を示す。ボールレンズ１１によって、受光素子アレイ１３が配置された集光領域に、光信号が集光される。集光された光信号は、受光素子アレイ１３を構成するいずれかの受光素子１３１によって受光される。受光素子１３１の受光部１３２から外れた光信号は、受光素子１３１によって受光されない。

【0021】

受光素子アレイ１３は、ボールレンズ１１の周方向に沿って、円弧状に並べられた複数の受光素子１３１を含む。受光素子アレイ１３を構成する受光素子１３１の数には限定を加えない。受光素子アレイ１３は、ボールレンズ１１の後段に配置される。複数の受光素子１３１は、受光対象の空間光信号に由来する光信号を受光する受光部１３２を含む。複数の受光素子１３１の各々は、受光部１３２がボールレンズ１１の出射面と対面するように配置される。複数の受光素子１３１の各々の受光部１３２は、ボールレンズ１１の集光領域の位置に配置される。ボールレンズ１１によって集光された光信号は、受光素子１３１の受光部１３２で受光される。複数の受光素子１３１の各々の受光面には、受光部１３２が位置しない領域（不感領域とも呼ぶ）が含まれる。

【0022】

図５は、受光装置１０が、一方向から到来した空間光信号を受信する一例を示す概念図である。図６は、受光装置１０が、二方向から到来した空間光信号を受信する一例を示す概念図である。ボールレンズ１１が球体であるため、受光装置１０は、受光素子アレイ１３によって受光可能な範囲であれば、任意の方向から到来する空間光信号を均等に受信できる。例えば、受光素子アレイ１３の円弧状の長辺が水平面に対して平行に設定される場合、受光装置１０は、同じくらいの高さから水平方向に到来する空間光信号を受光しやすい。例えば、受光素子アレイ１３の円弧状の長辺が水平面に対して垂直に設定される場合、受光装置１０は、任意の高さから到来する空間光信号を同様に受光しやすい。受光素子アレイ１３の円弧状の長辺の向きは、受光対象の空間光信号の到来方向に合わせて、調整されればよい。

【0023】

複数の受光素子１３１は、いくつかの受光素子１３１ごとにグループ化される。例えば、複数の受光素子１３１は、互いに隣接する四つの受光素子１３１ごとにグループ化される。複数の受光素子１３１の各々によって受光された光信号は、グループごとに振り分けられて、受信制御装置１４に含まれる複数の増幅器（後述する）のいずれかに分配される。複数の受光素子１３１の各々によって受光された光信号は、増幅器で増幅されてから、個別に処理される。

【0024】

受光素子１３１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１３１は、可視領域の光に感度を有する。例えば、受光素子１３１は、赤外領域の光に感度を有する。受光素子１３１は、例えば１．５μｍ（マイクロメートル）帯の波長の光に感度を有する。受光素子１３１が受光する光の波長帯は、送信装置（図示しない）から送信される空間光信号の波長に合わせて、任意に設定できる。受光素子１３１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１３１が受光する光の波長帯は、例えば０．８～１．０μｍ帯であってもよい。波長帯が短い方が、大気中の水分による吸収が小さいので、降雨時における光空間通信には有利である。また、受光素子１３１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１３１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。

【0025】

例えば、受光素子１３１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１３１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１３１は、高速通信に対応できる。なお、受光素子１３１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１３１の受光部１３２は、できるだけ小さい方が好ましい。例えば、受光素子１３１の受光部１３２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１３１の受光部１３２は、直径０．１～０．３ｍｍ程度の円形の受光面を有する。受光素子１３１の受光部１３２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。

【0026】

受光素子１３１は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子１３１は、変換後の電気信号を、受信制御装置１４に出力する。図１には、受光素子アレイ１３と受信制御装置１４の間に一本の線（経路）しか図示していないが、受光素子アレイ１３と受信制御装置１４の間が一本の経路で接続されていることを示すわけではない。例えば、受光素子アレイ１３と受信制御装置１４は、複数の経路で接続される。例えば、受光素子アレイ１３を構成する受光素子１３１の各々が、受信制御装置１４と個別に接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ１３を構成する受光素子１３１のいくつかをまとめたグループを構成し、グループが受信制御装置１４と接続されてもよい。

【0027】

受信制御装置１４は、複数の受光素子１３１の各々から出力された信号を取得する。受信制御装置１４は、複数の増幅器を含む。受信制御装置１４は、複数の受光素子１３１からの信号を、複数の増幅器のいずれかに分配するスイッチング回路を有する。受信制御装置１４は、複数の受光素子１３１から出力された信号を、複数の増幅器のいずれかに分配する。新規の光信号を分配する場合、受信制御装置１４は、複数の増幅器のうち空いている増幅器に信号を分配する。受信制御装置１４は、複数の受光素子１３１の各々からの信号を、いずれかの増幅器で増幅する。受信制御装置１４は、増幅された信号をデコードする。受信制御装置１４は、デコードされた通信対象からの信号を解析する。例えば、受信制御装置１４は、グループ化された複数の受光素子１３１ごとの信号をまとめて解析する。複数の受光素子１３１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１０を実現できる。例えば、受信制御装置１４は、複数の受光素子１３１ごとに、個別に信号を解析する。複数の受光素子１３１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１０を実現できる。受信制御装置１４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。受信制御装置１４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。

【0028】

〔受信制御装置〕
次に、受光装置１０が備える受信制御装置１４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７は、受信制御装置１４の構成の一例を示すブロック図である。受信制御装置１４は、第１処理回路１５、制御回路１７、セレクタ１８、および複数の第２処理回路１９－１～Ｎを有する（Ｎは自然数）。図７の例では、受光素子アレイ１３を構成する受光素子１３１の数をＭ個とする（Ｍは自然数）。なお、図７は、受信制御装置１４の構成の一例であって、受信制御装置１４の構成を限定するものではない。

【0029】

第１処理回路１５は、複数の受光素子１３１－１～Ｍに接続される。第１処理回路１５は、複数の受光素子１３１－１～Ｍに含まれるいくつかの受光素子１３１をまとめたグループごとに、信号を増幅する。

【0030】

図８は、第１処理回路１５の構成の一例を示す概念図である。第１処理回路１５は、スイッチング回路１５０と増幅回路１５３を有する。図８には、受光素子アレイ１３を構成する複数の受光素子１３１－１～Ｍが、複数の受光素子群ＰＧ（Photodiode Group）のうちいずれかに分配される例を示す。図８には、四つずつの受光素子１３１を含むＰＧが、五つの受光素子群ＰＧ（ＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、ＰＧ４、ＰＧ５）に分配される例を示す。

【0031】

スイッチング回路１５０は、第１スイッチ回路１５１と第２スイッチ回路１５２を含む。第１スイッチ回路１５１は、複数のスイッチＳＷ（Switch）と複数の選択スイッチＳＳ（Selection Switch）を含む。複数のスイッチＳＷの各々は、複数の受光素子１３１－１～Ｍのいずれかに対応付けられる。複数のスイッチＳＷは、複数の受光素子群ＰＧのいずれかに対応付けられたいずれかのスイッチ群ＳＧ（Switch Group）に分配される。図８においては、紙面の都合上、左端のスイッチＳＷのみに「ＳＷ」という符号を付しているが、スイッチ群ＳＧに含まれる全てのスイッチＳＷは同様の構成である。図８には、第１スイッチ回路１５１が、選択スイッチＳＳ１、選択スイッチＳＳ２、選択スイッチＳＳ３、選択スイッチＳＳ４、および選択スイッチＳＳ５を含む例を示す。

【0032】

図８の例では、複数の選択スイッチＳＳの各々は、四つずつの受光素子１３１を含むスイッチ群ＳＧのいずれかに対応付けられる。図８の例の場合、複数の受光素子１３１－１～Ｍのうちいくつかがグループ化された受光素子群ＰＧの各々に対応付けて、複数の選択スイッチＳＳが配置される。複数の選択スイッチＳＳの各々の入力端は、いずれかのスイッチ群ＳＧの出力端に接続される。そのため、複数の選択スイッチＳＳの各々は、いずれかの受光素子群ＰＧに対応付けられる。複数の選択スイッチＳＳは、受光素子群ＰＧの選択制御に用いられる。

【0033】

図８の例では、五つの受光素子群ＰＧ（ＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３、ＰＧ４、ＰＧ５）の各々に対応付けて、五つのスイッチ群ＳＧ（ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４、ＳＧ５）の各々が配置される。受光素子群ＰＧ１には、スイッチ群ＳＧ１が対応付けられる。スイッチ群ＳＧ１に含まれる複数のスイッチＳＷの各々の入力端は、受光素子群ＰＧ１に含まれるいずれかの受光素子１３１と接続される。スイッチ群ＳＧ１に含まれる複数のスイッチＳＷの各々の出力端は、選択スイッチＳＳ１の入力端に接続される。受光素子群ＰＧ２には、スイッチ群ＳＧ２が対応付けられる。スイッチ群ＳＧ２に含まれる複数のスイッチＳＷの各々の入力端は、受光素子群ＰＧ２に含まれるいずれかの受光素子１３１と接続される。スイッチ群ＳＧ２に含まれる複数のスイッチＳＷの各々の出力端は、選択スイッチＳＳ２の入力端に接続される。受光素子群ＰＧ３には、スイッチ群ＳＧ３が対応付けられる。スイッチ群ＳＧ３に含まれる複数のスイッチＳＷの各々の入力端は、受光素子群ＰＧ３に含まれるいずれかの受光素子１３１と接続される。スイッチ群ＳＧ３に含まれる複数のスイッチＳＷの各々の出力端は、選択スイッチＳＳ３の入力端に接続される。受光素子群ＰＧ４には、スイッチ群ＳＧ４が対応付けられる。スイッチ群ＳＧ４に含まれる複数のスイッチＳＷの各々の入力端は、受光素子群ＰＧ４に含まれるいずれかの受光素子１３１と接続される。スイッチ群ＳＧ４に含まれる複数のスイッチＳＷの各々の出力端は、選択スイッチＳＳ４の入力端に接続される。受光素子群ＰＧ５には、スイッチ群ＳＧ５が対応付けられる。スイッチ群ＳＧ５に含まれる複数のスイッチＳＷの各々の入力端は、受光素子群ＰＧ５に含まれるいずれかの受光素子１３１と接続される。スイッチ群ＳＧ５に含まれる複数のスイッチＳＷの各々の出力端は、選択スイッチＳＳ５の入力端に接続される。

【0034】

第１スイッチ回路１５１に含まれる複数のスイッチ群ＳＧの各々の出力端は、複数の選択スイッチＳＳのうちいずれかの入力端に接続される。複数のスイッチ群ＳＧの各々に含まれる複数のスイッチＳＷは、制御回路１７の制御に応じて、開閉される。また、複数のスイッチ群ＳＧの各々に接続された選択スイッチＳＳも、制御回路１７の制御に応じて、開閉される。スイッチＳＷおよび選択スイッチＳＳが閉じた状態の経路に接続された受光素子１３１によって受光された光信号に含まれる信号が、第２スイッチ回路に向けて出力される。

【0035】

第２スイッチ回路１５２は、複数の切替スイッチＣＳ（Changeover Switch）を含む。第２スイッチ回路１５２に含まれる複数の切替スイッチＣＳは、制御回路１７によって開閉制御される。複数の切替スイッチＣＳの開閉状態に応じて、第１スイッチ回路１５１に含まれる複数の選択スイッチＳＳからの出力が、増幅回路１５３を構成する複数の増幅器ＡＭＰ（Amplifier）のいずれかに分配される。その結果、いずれかの受光素子群ＰＧと増幅器ＡＭＰとの間の接続が確立される。図８には、第２スイッチ回路１５２が、複数の切替スイッチＣＳ（ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４、ＣＳ５、ＣＳ６、ＣＳ７、・・・）を含む例を示す。切替スイッチＣＳは、第１端と第２端を有する。複数の切替スイッチＣＳの第１端は、第１スイッチ回路１５１に含まれる複数の選択スイッチＳＳのうち少なくともいずれかの出力端に接続される。複数の切替スイッチＣＳの第２端は、増幅回路１５３に含まれる複数の増幅器ＡＭＰのうちいずれかに接続される。図８の例では、１つの増幅器ＡＭＰに４つの受光素子群ＰＧが割り当てられた例を示す。例えば、１つの増幅器ＡＭＰに４つの受光素子群ＰＧが割り当てられるように構成されてもよい。例えば、１つの増幅器ＡＭＰに割り当てられる受光素子群の数は、任意に設定できる。

【0036】

図８の例において、選択スイッチＳＳ１の出力端は、切替スイッチＣＳ１の第１端に接続される。選択スイッチＳＳ２の出力端は、切替スイッチＣＳ２と切替スイッチＣＳ３の第１端に接続される。選択スイッチＳＳ３の出力端は、切替スイッチＣＳ３と切替スイッチＣＳ４の第１端に接続される。選択スイッチＳＳ４の出力端は、の切替スイッチＣＳ５と切替スイッチＣＳ６の第１端に接続される。選択スイッチＳＳ５の出力端は、切替スイッチＣＳ６と切替スイッチＣＳ７の第１端に接続される。

【0037】

第２スイッチ回路１５２に含まれる複数の切替スイッチＣＳの各々の第２端は、増幅回路１５３に含まれる複数の増幅器ＡＭＰの入力端に接続される。複数のスイッチＳＷ、複数の選択スイッチＳＳ、および複数の切替スイッチＣＳの開閉状態を組み合わせることによって、受光素子アレイ１３に含まれる受光素子１３１を、増幅回路１５３に含まれる増幅器ＡＭＰに接続できる。切替スイッチＣＳは、受光素子アレイ１３に含まれる受光素子群ＰＧごとの信号を、増幅回路１５３に含まれるいずれかの増幅器ＡＭＰに分配するために用いられる。

【0038】

増幅回路１５３は、複数の増幅器ＡＭＰを含む。図８の例では、増幅回路１５３は、複数の増幅器ＡＭＰ（ＡＭＰ１、ＡＭＰ２、ＡＭＰ３、・・・）を含む。複数の増幅器ＡＭＰの各々の入力端は、第２スイッチ回路１５２に含まれる複数の切替スイッチＣＳのうちいずれかの第２端に接続される。各々の増幅器ＡＭＰは、第２スイッチ回路１５２を経由して入力された信号を取得する。各々の増幅器ＡＭＰは、取得された信号を増幅する。増幅器ＡＭＰによる信号の増幅率には、特に限定を加えない。

【0039】

複数の増幅器ＡＭＰの各々の出力端は、セレクタ１８に接続される。各々の増幅器によって増幅された信号は、セレクタ１８に出力される。スイッチング回路１５０に含まれる複数のスイッチの開閉状態を組み合わせることで、受光素子アレイ１３に含まれる複数の受光素子１３１の全てからの信号が、各々の増幅器ＡＭＰに入力されうる。各々の増幅器ＡＭＰには、制御回路１７によって閉ざされたスイッチの組み合わせに応じて、複数の受光素子１３１のうちいずれかからの信号が入力される。

【0040】

図８の例の場合、増幅器ＡＭＰ１の入力端は、切替スイッチＣＳ１およぶ切替スイッチＣＳ２の第２端に接続される。増幅器ＡＭＰ２の入力端は、切替スイッチＣＳ４およぶ切替スイッチＣＳ５の第２端に接続される。増幅器ＡＭＰ３の入力端は、切替スイッチＣＳ７の第２端に接続される。増幅器ＡＭＰ１、増幅器ＡＭＰ２、および増幅器ＡＭＰ３の出力端は、セレクタ１８に接続される。

【0041】

例えば、第１処理回路１５は、ハイパスフィルタ（図示しない）を含んでもよい。例えば、ハイパスフィルタは、受光素子アレイ１３と第１処理回路１５の間に配置される。ハイパスフィルタは、受光素子１３１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１３１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、受光素子アレイ１３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。

【0042】

例えば、第１処理回路１５は、出力モニタ（図示しない）を含む。出力モニタは、増幅回路１５３に含まれる複数の増幅器ＡＭＰの各々の出力値をモニタする。出力モニタは、増幅器ＡＭＰ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１８に出力する。セレクタ１８に出力された信号のうち受信対象の信号は、制御回路１７の制御に応じて、複数の第２処理回路１９－１～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１３１からの信号は、第２処理回路１９に出力されない。

【0043】

例えば、第１処理回路１５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１７に出力する。積分器は、受光素子１３１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。

【0044】

制御回路１７は、第１処理回路１５のスイッチング回路１５０に含まれる複数のスイッチＳＷおよび複数の選択スイッチＳＳの開閉状態を制御する。その結果、光信号の受光に用いられる受光素子１３１と、その受光素子１３１からの信号の増幅に用いられる増幅器ＡＭＰとが接続される。制御回路１７は、増幅回路１５３に含まれる複数の増幅器ＡＭＰのうち、スキャンや通信に用いられていない増幅器ＡＭＰに、受光素子１３１からの信号を割り当てる。制御回路１７によるスイッチング回路１５０の制御例の詳細については、後述する。制御回路１７は、受光素子１３１からの信号を、複数の第２処理回路１９－１～Ｎのいずれかに割り当てるように、セレクタ１８を制御する。例えば、制御回路１７は、使用中ではない第２処理回路１９に、新規のスキャンや通信を割り当てる。

【0045】

例えば、制御回路１７は、第１処理回路１５から出力された信号を取得する。言い換えると、制御回路１７は、複数の受光素子１３１－１～Ｍの各々が受光した光信号に由来する信号を取得する。制御回路１７は、第１処理回路１５から光信号を取得してもよいし、第２処理回路１９から光信号を取得してもよい。制御回路１７は、光信号の出力値のみを取得してもよい。例えば、制御回路１７は、互いに隣接し合う複数の受光素子１３１からの信号の読み取り値を比較する。制御回路１７は、比較結果に応じて、信号強度が最大の受光素子１３１を選択する。制御回路１７は、選択された受光素子１３１に、いずれかの増幅器ＡＭＰを割り当てる。制御回路１７は、選択された受光素子１３１と、選択された増幅器ＡＭＰとの間に配置された複数のスイッチのうち、少なくともいずれかのスイッチを閉状態に制御することで、受光素子１３１と増幅器ＡＭＰの間の接続を確立させる。受光素子１３１と増幅器ＡＭＰの間を接続させることで、受光素子１３１とセレクタとの接続も確立される。

【0046】

例えば、通信対象の位置が予め特定されている場合、制御回路１７は、空間光信号の到来方向を推定せず、受光素子１３１－１～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１９に出力する。例えば、通信対象の位置が予め特定されていない場合、制御回路１７は、受光素子１３１－１～Ｍから出力された信号の出力先の第２処理回路１９を選択する。例えば、通信対象のスキャン中において、制御回路１７は、受光素子アレイ１３に含まれる複数の受光素子１３１によって受光された光信号の受光強度を、順番に計測する。例えば、制御回路１７は、光信号の受光強度が最大の受光素子１３１を、その光信号の受光に割り当てる受光素子１３１として選択する。制御回路１７が受光素子１３１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。制御回路１７が受光素子１３１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１７によって選択された受光素子１３１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１３１とを対応付けることに相当する。制御回路１７は、複数の受光素子１３１－１～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。例えば、制御回路は、受光された光信号の強度に応じて、通信対象との通信に用いられる第２処理回路１９を割り当てて、その通信対象との通信を確立させる。

【0047】

例えば、６４個の受光素子１３１を８素子ずつ、８個の増幅器ＡＭＰの各々に割り当てた際に、１つの増幅器ＡＭＰあたり１５度の角度を担当することを想定する。１５度の角度は、５０メートル先では１３．２メートルの幅になり、１００メートル先では２６．３メートルの幅になる。この程度の幅になると、異なる通信対象から送光された空間光信号に由来する信号が、１つの増幅器ＡＭＰに入力される可能性がある。異なる通信対象から送光された空間光信号に由来する信号が、１つの増幅器ＡＭＰに入力すると、それらの通信対象からの空間光信号の混信が発生する。同一方向からの混信を回避するためには、２～３個分の受光素子１３１の間隔を空ける必要がある。すなわち、３～４個の受光素子１３１ごとに、増幅器ＡＭＰを一つ配置すれば、混信を避けることができる。一般的な手法で、３～４個の受光素子ごとに増幅器ＡＭＰを一つずつ配置すると、１６～２１個の増幅器ＡＭＰが必要になる。また、通信対象の方向を正確に検知するためには、最低でも４つの受光素子１３１を含む受光素子群ＰＧを構成する必要がある。一般的な手法では、４つの受光素子１３１を含む受光素子群ＰＧで構成する場合、６４個の受光素子を１６個ずつのグループに分割することで、１６個のアンプ回路が必要となる。

【0048】

本実施形態では、複数のスイッチＳＷを受光素子群ＰＧに対応付けて、複数の選択スイッチＳＳと複数の切替スイッチＣＳの開閉状態を組み合わせて、複数の増幅器ＡＭＰに信号を割り振る。そのため、本実施形態によれば、適切な数の受光素子でグループを構成させながら、増幅器の数を減らすことができるため、通信対象の方向を正確に検知できる。例えば、受光素子群ＰＧを構成する受光素子１３１の数は、受光装置１０の視座から見て、通信装置が位置しうる角度以下に設定されることが好ましい。このように設定されれば、複数の通信対象から送光された空間光信号が混信することを避けることができる。すなわち、受光素子アレイ１３を構成する複数の受光素子１３１は、単一の通信対象から送光された空間光信号が受光される受光範囲内に収まる数の受光素子１３１によって構成される受光素子群ＰＧ（グループ）のいずれかに割り当てられる。本実施形態では、受光素子アレイ１３を構成する複数の受光素子１３１は、四つの受光素子１３１ごとにグループ分けされる。

【0049】

セレクタ１８は、第１処理回路１５に接続される。セレクタ１８は、第１処理回路１５の増幅回路１５３に含まれる複数の増幅器ＡＭＰに接続される。セレクタ１８には、第１処理回路１５に含まれる増幅回路１５３で増幅された信号が入力される。セレクタ１８は、制御回路１７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１９－１～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１８から出力されない。

【0050】

複数の第２処理回路１９－１～Ｎには、制御回路１７によって割り当てられた、複数の受光素子１３１－１～Ｎのいずれかからの信号が入力される。複数の第２処理回路１９－１～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１９－１～Ｎの各々は、デコードされた信号に何らかの信号処理を加えるように構成してもよいし、外部の信号処理装置等（図示しない）に出力するように構成したりしてもよい。

【0051】

制御回路１７によって選択された受光素子１３１に由来する信号をセレクタ１８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１９が割り当てられる。すなわち、制御回路１７は、複数の受光素子１３１－１～Ｍが受光する、複数の通信対象からの空間光信号に由来する信号を、複数の第２処理回路１９－１～Ｎのいずれかに割り当てる。これにより、通信対象との光空間通信が確立される。その結果、受光装置１０は、通信対象からの空間光信号に由来する信号を、いずれかの第２処理回路１９に設定されるチャネルで読み取ることが可能になる。本実施形態の手法によれば、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ことができる。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。複数の通信対象からの空間光信号に含まれる信号を複数のチャネルに割り振った方が、単一のチャネルを用いる場合と比べて、伝送速度を高速化できる。

【0052】

例えば、粗い精度の１次スキャンで空間光信号の到来方向を特定し、特定された方向に関して細かい精度の２次スキャンを行って、通信対象の正確な位置を特定するように構成してもよい。通信対象との間で通信可能な状況になれば、通信対象との信号のやりとりによって、その通信対象の正確な位置を確定できる。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。

【0053】

〔受信制御〕
次に、受信制御装置１４における空間光信号の受信制御について、いくつかの例をあげて説明する。以下においては、通信対象のスキャンにおける受信制御と、通信が確立された通信対象との通信における受信制御とについて、想定しうる例をあげる。なお、以下にあげる受信制御は、一例であって、本実施形態の受信制御を限定するものではない。また、以下にあげる受信制御は、本実施形態の受信制御の全てを網羅するものではない。本実施形態の受信制御には、以下の例以外の手法も含みうる。

【0054】

〔制御例１〕
図９は、受信制御装置１４における空間光信号の受信制御の一例（制御例１）について説明するための概念図である。図９の例は、通信対象をスキャンするモード（スキャンモードとも呼ぶ）に関する。

【0055】

図９の例では、受光素子群ＰＧ２と増幅器ＡＭＰ１が接続される。制御回路１７は、スイッチ群ＳＧ２の左から二つ目のスイッチＳＷ、選択スイッチＳＳ２、および切替スイッチＣＳ２を、閉状態にする。その結果、受光素子群ＰＧ２と増幅器ＡＭＰ１が接続される。図９には、スキャン中の受光素子１３１と、そのスキャンに用いられている増幅器ＡＭＰ１とを、ハッチングで明示する。スキャン中の受光素子１３１と、そのスキャンに用いられている増幅器ＡＭＰ１との間の経路は、スキャン中の信号が伝播する経路として、太線で明示する。

【0056】

スキャンモードにおいて、制御回路１７は、受光素子アレイ１３に含まれる受光素子１３１を順番にアクティブにし、通信対象との通信に割り当てられる受光素子１３１を選択する。例えば、制御回路１７は、受信された光信号の強度が最大の受光素子１３１を選択する。例えば、制御回路１７は、受信された光信号の強度が最大の受光素子１３１を含む受光素子群ＰＧを、通信対象との通信に割り当ててもよい。本制御例によれば、通信対象をスキャンするスキャンモードを設定できる。

【0057】

〔制御例２〕
図１０は、受信制御装置１４における空間光信号の受信制御の一例（制御例２）について説明するための概念図である。本制御例は、制御例１において通信対象（第１通信対象）との通信が確立された後、別の通信対象のスキャンを継続する例である。図１０の例では、通信対象との通信を行う通信モードと、通信対象をスキャンするスキャンモードとが並行して行われる。

【0058】

図１０の例では、受光素子群ＰＧ２と増幅器ＡＭＰ１が接続される。制御回路１７は、スイッチ群ＳＧ２の左から三つ目のスイッチＳＷ、選択スイッチＳＳ２、および切替スイッチＣＳ２を、閉状態にする。その結果、受光素子群ＰＧ２と増幅器ＡＭＰ１が接続される。図１０には、通信中の受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ１とを、ハッチングで明示する。通信中の受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ１との間の経路は、第１通信対象との通信中の信号が伝播する経路として、太線で明示する。

【0059】

また、図１０の例では、受光素子群ＰＧ５と増幅器ＡＭＰ３が接続される。制御回路１７は、スイッチ群ＳＧ５の左から二つ目のスイッチＳＷ、選択スイッチＳＳ５、および切替スイッチＣＳ７を、閉状態にする。その結果、受光素子群ＰＧ５と増幅器ＡＭＰ３が接続される。図１０には、スキャン中の受光素子１３１と、そのスキャンに用いられている増幅器ＡＭＰ３とを、ハッチングで明示する。スキャン中の受光素子１３１と、そのスキャンに用いられている増幅器ＡＭＰ３との間の経路は、スキャン中の信号が伝播する経路として、太線で明示する。

【0060】

図１０の例では、通信モードとスキャンモードが並行して設定される。通信モードにおいて、制御回路１７は、通信が確立された受光素子１３１と増幅器ＡＭＰの間の接続を固定する。通信に用いられていない受光素子群ＰＧに関して、制御回路１７は、受光素子アレイ１３に含まれる受光素子１３１を順番にアクティブにし、通信対象との通信に割り当てられる受光素子１３１を選択する。例えば、制御回路１７は、受信された光信号の強度が最大の受光素子１３１を選択する。例えば、制御回路１７は、受信された光信号の強度が最大の受光素子１３１を含む受光素子群ＰＧを、通信対象との通信に割り当ててもよい。

【0061】

図１１は、図１０のスキャンを継続させた状態を示す。図１１の例は、受光素子群ＰＧ３、受光素子群ＰＧ４、受光素子群ＰＧ５のスキャンを経て、受光素子群ＰＧ１のスキャンを完了させた状態を示す。本制御例によれば、通信中の受光素子群ＰＧを飛ばして、その受光素子群ＰＧ以外の受光素子群ＰＧに関して、スキャンモードを設定できる。

【0062】

〔制御例３〕
図１２は、受信制御装置１４における空間光信号の受信制御の一例（制御例３）について説明するための概念図である。本制御例は、制御例２によって二つ目の通信対象（第２通信対象）との通信が確立された後の状態を示す。図１２の例では、二つの通信対象（第１通信対象、第２通信対象）との通信が並行して行われる。

【0063】

図１２の例では、受光素子群ＰＧ２と増幅器ＡＭＰ１が接続される。制御回路１７は、スイッチ群ＳＧ２の左から三つ目のスイッチＳＷ、選択スイッチＳＳ２、および切替スイッチＣＳ２を、閉状態にする。その結果、受光素子群ＰＧ２と増幅器ＡＭＰ１が接続される。図１２には、受光素子群ＰＧ２に含まれる通信中の受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ１とを、ハッチングで明示する。受光素子群ＰＧ２に含まれる通信中の受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ１との間の経路は、第１通信対象との通信中の信号が伝播する経路として、太線で明示する。

【0064】

また、図１２の例では、受光素子群ＰＧ５と増幅器ＡＭＰ３が接続される。制御回路１７は、スイッチ群ＳＧ５の左から二つ目のスイッチＳＷと、選択スイッチＳＳ５、および切替スイッチＣＳ７を、閉状態にする。その結果、受光素子群ＰＧ５と増幅器ＡＭＰ３が接続される。図１２には、通信中の受光素子群ＰＧ５に含まれる受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ３とを、ハッチングで明示する。受光素子群ＰＧ５に含まれる通信中の受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ３との間の経路は、第２通信対象との通信中の信号が伝播する経路として、太線で明示する。

【0065】

図１２の例では、二つの通信モードが並行して設定される。通信モードにおいて、制御回路１７は、通信が確立された受光素子１３１と増幅器ＡＭＰの間の接続を固定する。本制御例によれば、二つの通信対象との通信を確立できる。

【0066】

〔制御例４〕
図１３は、受信制御装置１４における空間光信号の受信制御の一例（制御例４）について説明するための概念図である。本制御例は、制御例３の後、新たなるスキャンによって、新たな通信対象（第３通信対象）との通信が確立された例である。図１３の例では、三つの通信対象（第１通信対象、第２通信対象、第３通信対象）との通信が並行して行われる。

【0067】

図１３の例では、受光素子群ＰＧ２と増幅器ＡＭＰ１が接続される。制御回路１７は、スイッチ群ＳＧ２の左から三つ目のスイッチＳＷ、選択スイッチＳＳ２、および切替スイッチＣＳ２を、閉状態にする。その結果、受光素子群ＰＧ２と増幅器ＡＭＰ１が接続される。図１３には、受光素子群ＰＧ２に含まれる通信中の受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ１とを、ハッチングで明示する。受光素子群ＰＧ２に含まれる通信中の受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ１との間の経路は、第１通信対象との通信中の信号が伝播する経路として、太線で明示する。

【0068】

また、図１３の例では、受光素子群ＰＧ５と増幅器ＡＭＰ３が接続される。制御回路１７は、スイッチ群ＳＧ５の左から二つ目のスイッチＳＷ、選択スイッチＳＳ５、および切替スイッチＣＳ７を、閉状態にする。その結果、受光素子群ＰＧ５と増幅器ＡＭＰ３が接続される。図１３には、通信中の受光素子群ＰＧ５に含まれる受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ３とを、ハッチングで明示する。受光素子群ＰＧ５に含まれる通信中の受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ３との間の経路は、第２通信対象との通信中の信号が伝播する経路として、太線で明示する。

【0069】

さらに、図１３の例では、受光素子群ＰＧ４と増幅器ＡＭＰ２が接続される。制御回路１７は、スイッチ群ＳＧ４の左から一つ目のスイッチＳＷ、選択スイッチＳＳ４、および切替スイッチＣＳ５を、閉状態にする。その結果、受光素子群ＰＧ４と増幅器ＡＭＰ２が接続される。図１３には、受光素子群ＰＧ４に含まれる通信中の受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ２とを、ハッチングで明示する。受光素子群ＰＧ４に含まれる通信中の受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ２との間の経路は、第３通信対象との通信中の信号が伝播する経路として、太線で明示する。

【0070】

図１３の例では、三つの通信モードが並行して設定される。通信モードにおいて、制御回路１７は、通信が確立された受光素子１３１と増幅器ＡＭＰの間の接続を固定する。本制御例によれば、三つの通信対象との通信を確立できる。通信対象との通信は、四つ以上設定されてもよい。スキャンモードと通信モードを並行して行う場合は、少なくとも一つの増幅器ＡＭＰを未使用状態として、スキャンが行われるように設定されればよい。

【0071】

〔制御例５〕
図１４は、受信制御装置１４における空間光信号の受信制御の一例（制御例５）について説明するための概念図である。本制御例は、制御例４の後、二つの通信対象（第１通信対象、第２通信対象）との通信が終了し、一つの通信対象（第３通信対象）との通信を継続させながら、新たなるスキャンが開始された例である。図１４の例では、一つの通信対象（第３通信対象）との通信と、新たな通信対象のスキャンとが並行して行われる。

【0072】

図１４の例では、受光素子群ＰＧ４と増幅器ＡＭＰ２が接続される。制御回路１７は、スイッチ群ＳＧ４の左から一つ目のスイッチＳＷ、選択スイッチＳＳ４、および切替スイッチＣＳ５を、閉状態にする。その結果、受光素子群ＰＧ４と増幅器ＡＭＰ２が接続される。図１４には、通信中の受光素子群ＰＧ４に含まれる受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ２とを、ハッチングで明示する。受光素子群ＰＧ４に含まれる通信中の受光素子１３１と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ２との間の経路は、第３通信対象との通信中の信号が伝播する経路として、太線で明示する。

【0073】

また、図１４の例では、受光素子群ＰＧ３と増幅器ＡＭＰ１が接続される。制御回路１７は、スイッチ群ＳＧ３の左から二つ目のスイッチＳＷ、選択スイッチＳＳ３、切替スイッチＣＳ２、および切替スイッチＣＳ３を、閉状態にする。その結果、受光素子群ＰＧ３と増幅器ＡＭＰ１が接続される。図１４には、受光素子群ＰＧ３のスキャン中の受光素子１３１と、そのスキャンに用いられている増幅器ＡＭＰ１とを、ハッチングで明示する。受光素子群ＰＧ３のスキャン中の受光素子１３１と、そのスキャンに用いられている増幅器ＡＭＰ１との間の経路は、スキャン中の信号が伝播する経路として、太線で明示する。

【0074】

図１４の例では、通信モードとスキャンモードが並行して設定される。通信モードにおいて、制御回路１７は、通信が確立された受光素子１３１と増幅器ＡＭＰの間の接続を固定する。通信に用いられていない受光素子群ＰＧに関して、制御回路１７は、受光素子アレイ１３に含まれる受光素子１３１を順番にアクティブにし、通信対象との通信に割り当てられる受光素子１３１を選択する。制御回路１７は、通信中の受光素子１３１を含む受光素子群ＰＧを飛ばして、その受光素子群ＰＧ以外の受光素子群ＰＧに関して、スキャンモードを設定する。本制御例によれば、通信が確立されている通信対象との通信を継続させながら、通信に用いられていた受光素子１３１や増幅器ＡＭＰをスキャンに転用させることができる。

【0075】

〔変形例１〕
次に、本実施形態に係る変形例１について図面を参照しながら説明する。図１５は、本変形例の受光器１０－１の構成の一例を示す概念図である。図１５は、入射面側の斜め上方の視座から、受光器１０－１を見た斜視図である。本変形例の受光器１０－１は、ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３－１によって構成される。

【0076】

受光素子アレイ１３－１は、複数の受光素子アレイ１３を短辺方向に重ねた構造を有する。受光素子アレイ１３－１に含まれる受光素子の各々は、ボールレンズ１１の集光領域に配置される。すなわち、受光素子アレイ１３－１は、ボールレンズ１１の集光領域に合わせた曲面上に、アレイ状に配置された複数の受光素子によって構成される。図１５には、３個の受光素子アレイ１３を重ねて、受光素子アレイ１３－１を構成する例を示すが、受光素子アレイ１３－１を構成する受光素子アレイ１３の数には特に限定を加えない。

【0077】

本変形例の受光器１０－１は、空間光信号の到来方向が受光素子アレイ１３－１の短辺方向に多少ずれても、ボールレンズ１１に到来する空間光信号を同様に受光できる。言い換えると、本変形例によれば、受光素子アレイ１３－１の円弧が形成する面内において、空間光信号の到来方向が垂直方向に変動しても、受光素子アレイ１３－１に含まれる複数の受光素子アレイ１３のいずれかによって、その空間光信号に由来する信号光を受光できる。

【0078】

空間光信号の到来方向が同一面内に限定されない場合、ボールレンズ１１に対して三次元的な方向から到来する空間光信号を受光できないと、所望の通信対象と通信できない状況が発生しうる。本変形例によれば、複数の受光素子がアレイ状に配置された受光素子アレイ１３－１を用いることによって、単一の受光素子アレイ１３を用いる場合と比べて、空間光信号の受光範囲を拡大できる。

【0079】

〔変形例２〕
次に、本実施形態に係る変形例２について図面を参照しながら説明する。図１６は、本変形例の受光器１０－２の構成の一例を示す概念図である。図１６は、入射面側の斜め上方の視座から、受光器１０－２を見た斜視図である。本変形例の受光器１０－２は、ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３－２によって構成される。

【0080】

受光素子アレイ１３－２は、複数の受光素子アレイ１３を環状に連ねた構造を有する。受光素子アレイ１３－２に含まれる受光素子の各々は、ボールレンズ１１の集光領域に配置される。すなわち、受光素子アレイ１３－２は、ボールレンズ１１の集光領域に合わせた円周上に、環状に配置された複数の受光素子によって構成される。受光素子アレイ１３－２を構成する受光素子の数には限定を加えない。受光素子アレイ１３－２は、ボールレンズ１１の後段に配置される。複数の受光素子は、受光対象の空間光信号に由来する光信号を受光する受光部（図示しない）を含む。複数の受光素子の各々は、ボールレンズ１１の出射面と受光部が対面するように、配置される。複数の受光素子の各々は、ボールレンズ１１の集光領域に受光部が位置するように配置される。ボールレンズ１１によって集光された光信号は、集光領域に位置する受光素子の受光部で受光される。

【0081】

空間光信号の到来方向が一方向に限定されない場合、ボールレンズ１１に対して多様な方向から到来する空間光信号を受光できないと、所望の通信対象と通信できない状況が発生する可能性がある。本変形例によれば、複数の受光素子が環状に配置された受光素子アレイ１３－２を用いることによって、３６０度の方向から到来する空間光信号を受光できる。

【0082】

〔比較例〕
次に、本実施形態の比較例（関連技術）の受光制御について図面を参照しながら説明する。比較例は、本実施形態で解決する課題を含む。比較例は、複数の受光素子に対して増幅器を共有化した場合に起こりうる課題について説明するための例である。図１７は、比較例の受光制御について説明するための概念図である。比較例の受光制御については、受光素子アレイ１３５、処理回路１５５、およびセレクタ１８５を含む受光装置を一例にあげて説明する。

【0083】

受光素子アレイ１３５は、複数の受光素子を含む。受光素子アレイ１３５に含まれる複数の受光素子は、複数の受光素子群ＰＧ（受光素子群ＰＧ１０１、受光素子群ＰＧ１０２、・・・）のいずれかに割り振られる。

【0084】

処理回路１５５は、複数のスイッチを含むスイッチ群１５６と、複数の増幅器ＡＭＰを含む増幅回路とを含む。処理回路１５５に含まれる複数のスイッチの各々は、受光素子アレイ１３５に含まれる複数の受光素子のうちいずれか一つに接続される。処理回路に１５５に含まれる複数のスイッチは、複数のスイッチ群ＳＧ（スイッチ群ＳＧ１０１、スイッチ群ＳＧ１０２、・・・）のいずれかに割り振られる。

【0085】

増幅回路１５３に含まれる複数の増幅器ＡＭＰの各々（増幅器ＡＭＰ１０１、増幅器ＡＭＰ１０２）は、スイッチ群１５６とセレクタ１８５の間に配置される。増幅器ＡＭＰ１０１は、スイッチ群ＳＧ１０１に含まれる複数のスイッチの出力端に接続される。増幅器ＡＭＰ１０２は、スイッチ群ＳＧ１０２に含まれる複数のスイッチの出力端に接続される。複数の増幅器ＡＭＰの各々（増幅器ＡＭＰ１０１、増幅器ＡＭＰ１０２）の出力端は、セレクタ１８５に接続される。

【0086】

図１７の例の場合、スイッチ群１５６に含まれるスイッチ群ＳＧ１０１の左から６番目のスイッチが閉状態に設定される。その結果、受光素子アレイ１３５の受光素子群ＰＧ１０１の左から６番目の受光素子と、増幅器ＡＭＰ１０１とが接続される。受光素子群ＰＧ１０１の通信中の受光素子と、その通信に用いられている増幅器ＡＭＰ１０１との間の経路は、スキャン中の信号が伝播する経路として、太線で明示する。比較例の場合、通信中の受光素子を含む受光素子群ＰＧ１０１と増幅器ＡＭＰ１０１は、スキャンに用いることができない。そのため、通信中の受光素子を含まない受光素子群ＰＧ１０２と増幅器ＡＭＰ１０２が、別の通信対象のスキャンに用いられる。比較例では、スイッチ群が階層化されておらず、受光素子群ＰＧに対応する増幅器ＡＭＰが固定されるため、通信モードやスキャンモードを柔軟に切り替えることができない。

【0087】

例えば、６４個の受光素子を８素子ずつ、８個の増幅器ＡＭＰの各々に割り当てた際に、１つの増幅器ＡＭＰあたり１５度の角度を担当することを想定する。１５度の角度は、５０メートル先では１３．２メートルの幅になり、１００メートル先では２６．３メートルの幅になる。この程度の幅になると、１つの増幅器ＡＭＰの受光範囲に、異なる二つの通信対象が入り込む可能性がある。１つの増幅器ＡＭＰの受光範囲に、異なる二つの通信対象が入り込むと、それらの通信対象からの空間光信号が混信する。同一方向からの混信を回避するためには、２～３個分の受光素子の間隔を空ける必要がある。すなわち、３～４個の受光素子ごとに、増幅器ＡＭＰを一つ配置すれば、混信を避けることができる。しかし、３～４個の受光素子ごとに増幅器ＡＭＰを一つずつ配置すると、１６～２１個の増幅器ＡＭＰが必要になる。また、通信対象の方向を正確に検知するためには、最低でも４つの受光素子を含むグループを構成する必要がある。しかし、４つの受光素子を含むグループで構成する場合、６４個の受光素子を１６個ずつのグループに分割することで、１６個のアンプ回路が必要となる。

【0088】

比較例のように、複数の受光素子に対して増幅器ＡＭＰを共有化すれば、回路数を減らすことができる。しかし、並列化された受光素子のいずれかが使用中になると、その受光素子を含む受光素子群に対応付けられた増幅器ＡＭＰを、別のスキャンや通信に割り当てることができない。そのため、多くの受光素子が使用できなくなる。光空間通信においては、複数の通信対象との通信やスキャンが並行して行われるため、比較例１の構成の場合、継続的な光空間通信を実現することは難しい。それに対し、本実施形態の手法では、適切な数の受光素子でグループを構成させつつ、増幅器の数を適正化できるため、通信対象の方向を正確に検知できる。

【0089】

以上のように、本実施形態の受光装置は、受光素子アレイ、集光器（ボールレンズ）、および受信制御装置を備える。受光素子アレイは、複数の受光素子によって構成される。集光器は、受光素子アレイを構成する少なくともいずれかの受光素子に向けて、空間光信号を集光する。受信制御装置は、第１処理回路、制御回路、セレクタ、少なくとも一つの第２処理回路を備える。第１処理回路は、スイッチング回路および増幅回路を有する。スイッチング回路は、複数のスイッチＳＷ、複数の選択スイッチＳＳ、複数の切替スイッチＣＳを含む。複数のスイッチＳＷの各々は、複数の受光素子の各々に接続される。選択スイッチＳＳは、複数の受光素子が分配されたグループ（受光素子群ＰＧ）ごとに配置される。切替スイッチＣＳは、グループごとの選択スイッチＳＳの出力先を切り替える。増幅回路は、スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器ＡＭＰによって構成される。セレクタは、第１処理回路の出力に接続される。第２処理回路は、セレクタの後段に配置される。第２処理回路は、セレクタを介して割り当てられた信号をデコードする。制御回路は、複数の受光素子からの信号を複数の増幅器ＡＭＰのうちいずれかに振り分けるようにスイッチング回路を制御する。制御回路は、増幅回路で増幅された信号をいずれかの第２処理回路に割り当てるようにセレクタを制御する。

【0090】

本実施形態の通信制御装置によれば、適切な数の受光素子でグループを構成させながら、増幅器の数を適正化できるため、安定した通信速度で、継続的な光空間通信を実現できる。本実施形態においては、ボールレンズによって集光された光信号を、受光素子アレイによって受光される例について説明した。本実施形態の手法は、ボールレンズのみならず、任意の集光器によって集光された光信号の受光にも適用できる。

【0091】

本実施形態に一態様において、複数のスイッチの出力端は、グループごとに統合される。複数の選択スイッチの入力端は、グループごとに統合された複数のスイッチの出力端のいずれかに接続される。複数の選択スイッチの出力端は、複数の切替スイッチのうち少なくともいずれかの第１端に接続される。複数の切替スイッチの第２端は、複数の増幅器のうちいずれかの入力端に接続される。制御回路は、スイッチング回路に含まれる、スイッチ、選択スイッチ、および切替スイッチの開閉状態を制御することによって、複数の受光素子と複数の増幅器との間の接続状態を制御する。本態様によれば、スイッチング回路に含まれる複数のスイッチの開閉状態を制御することによって、複数の受光素子と複数の増幅器との間の接続状態を柔軟に制御できる。

【0092】

本実施形態の一態様において、制御回路は、スイッチング回路に含まれるスイッチ、選択スイッチ、および切替スイッチの開閉状態を制御することによって、通信対象のスキャンに用いられる増幅器と接続される受光素子を順次切り替える。制御回路は、通信対象のスキャンに用いられる増幅器と接続される受光素子を順次切り替えることで、通信対象から送光された空間光信号をスキャンする。本態様によれば、スイッチング回路に含まれる複数のスイッチの開閉状態を制御することによって、通信対象から送光された空間光信号をスキャンできる。

【0093】

本実施形態の一態様において、制御回路は、少なくとも一つの通信対象との通信に用いられる受光素子と増幅器の間の経路上のスイッチ、選択スイッチ、および切替スイッチを閉状態にすることによって、通信対象との通信を確立させる。本態様によれば、少なくとも一つの通信対象との通信に用いられる受光素子と増幅器の間の経路を確立することによって、少なくとも一つの通信対象との通信を確立できる。

【0094】

本実施形態の一態様において、制御回路は、通信が確立された少なくとも一つの通信対象との通信に用いられる受光素子と増幅器の間の経路上のスイッチ、選択スイッチ、および切替スイッチを閉状態で維持する。制御回路は、通信に用いられていない増幅器と接続される受光素子を順次切り替えるようにスイッチング回路を制御することによって、通信中の通信対象とは異なる通信対象から送光された空間光信号をスキャンする。本態様によれば、通信対象との通信を継続させながら、他の通信対象のスキャンを行うことができる。

【0095】

本実施形態の一態様において、受光素子アレイを構成する複数の受光素子は、単一の通信対象から送光された空間光信号が受光される受光範囲内に収まる数の受光素子によって構成されるグループのいずれかに割り当てられる。本態様によれば、通信対象ごとに適切な数の受光素子でグループ分けしながら、最低限度の数の増幅器を構成できる。

【0096】

（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、第１の実施形態の受光装置と、空間光信号を送光する送光装置とを組み合わせた構成を有する。以下においては、位相変調型の空間光変調器を含む送光装置を備える通信装置の例について説明する。なお、本実施形態の通信装置は、位相変調型の空間光変調器ではない送光機能を含む送光装置を備えてもよい。

【0097】

（構成）
図１８は、本実施形態の通信装置２の構成の一例を示す概念図である。通信装置２は、受光装置２００、制御装置２５０、および送光装置２７０を備える。受光装置２００および送光装置２７０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２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。

【0098】

受光装置２００は、第１の実施形態の受光装置である。受光装置２００は、通信対象（図示しない）から送信された空間光信号を受光する。受光装置２００は、受光した空間光信号を電気信号に変換する。受光装置２００は、変換後の電気信号を制御装置２５０に出力する。

【0099】

制御装置２５０は、受光装置２００から出力された信号を取得する。制御装置２５０は、取得した信号に応じた処理を実行する。制御装置２５０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２５０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、送光装置２７０に出力する。

【0100】

送光装置２７０は、制御装置２５０から制御信号を取得する。送光装置２７０は、制御信号に応じた空間光信号を投射する。送光装置２７０から投射された空間光信号は、通信対象（図示しない）によって受光される。例えば、送光装置２７０は、位相変調型の空間光変調器を備える。

【0101】

〔送信装置〕
図１９は、送光装置２７０の構成の一例を示す概念図である。送光装置２７０は、光源２７１、空間光変調器２７３、曲面ミラー２７５、および制御部２７７を有する。光源２７１、空間光変調器２７３、および曲面ミラー２７５は、送信部を構成する。図１９は、送光装置２７０の内部構成を横方向から見た側面図である。図１９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。

【0102】

光源２７１は、制御部２７７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２７１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２７１は、可視や赤外の波長帯のレーザ光を出射する。例えば、８００～９００ナノメートル（ｎｍ）の近赤外線であれば、レーザクラスを上げられるので、他の波長帯よりも１桁くらい感度を向上できる。例えば、１．５５マイクロメートル（μｍ）の波長帯の赤外線ならば、高出力のレーザ光源を用いることができる。１．５５μｍの波長帯の赤外線のレーザ光源としては、アルミニウムガリウムヒ素リン（ＡｌＧａＡｓＰ）系レーザ光源や、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）系レーザ光源などを用いることができる。レーザ光の波長が長い方が、回折角を大きくでき、高いエネルギーに設定できる。光源２７１は、空間光変調器２７３の変調部２７３０の大きさに合わせて、レーザ光を拡大するレンズを含む。光源２７１は、レンズによって拡大される光２０２を出射する。光源２７１から出射された光２０２は、空間光変調器２７３の変調部２７３０に向けて進行する。

【0103】

空間光変調器２７３は、光２０２が照射される変調部２７３０を有する。空間光変調器２７３の変調部２７３０には、光源２７１から出射された光２０２が照射される。空間光変調器２７３の変調部２７３０には、制御部２７７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２７３の変調部２７３０に入射した光２０２は、空間光変調器２７３の変調部２７３０に設定されたパターンに応じて変調される。空間光変調器２７３の変調部２７３０で変調された変調光２０３は、曲面ミラー２７５の反射面２７５０に向けて進行する。

【0104】

例えば、空間光変調器２７３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２７３は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）によって実現できる。また、空間光変調器２７３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２７３では、投射光２０５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２７３を用いる場合、光源２７１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。

【0105】

空間光変調器２７３の変調部２７３０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２７３０は、所望のアスペクト比の四角形の領域（タイルとも呼ぶ）に分割される。変調部２７３０に設定された複数のタイルの各々には、位相画像が割り当てられる。複数のタイルの各々は、複数の画素によって構成される。複数のタイルの各々には、投射される画像に対応する位相画像が設定される。複数のタイルの各々に設定される位相画像は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0106】

変調部２７３０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２７３０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２７３０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２７３０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。

【0107】

曲面ミラー２７５は、曲面状の反射面２７５０を有する反射鏡である。曲面ミラー２７５の反射面２７５０は、投射光２０５の投射角に応じた曲率を有する。曲面ミラー２７５の反射面２７５０は、曲面であればよい。図３１の例の場合、曲面ミラー２７５の反射面２７５０は、円柱の側面の形状を有する。例えば、曲面ミラー２７５の反射面２７５０は、球面でもよい。例えば、曲面ミラー２７５の反射面２７５０は、自由曲面であってもよい。例えば、曲面ミラー２７５の反射面２７５０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２７５の反射面２７５０は、曲面と平面を組み合わせた形状であってもよい。

【0108】

曲面ミラー２７５は、空間光変調器２７３の変調部２７３０に反射面２７５０を向けて、変調光２０３の光路上に配置される。曲面ミラー２７５の反射面２７５０には、空間光変調器２７３の変調部２７３０で変調された変調光２０３が照射される。曲面ミラー２７５の反射面２７５０で反射された光（投射光２０５）は、反射面２７５０の曲率に応じた拡大率で拡大されて、投射される。図３１の例の場合、投射光２０５は、曲面ミラー２７５の反射面２７５０における変調光２０３の照射範囲の曲率に応じて、水平方向（図３１の紙面に対して垂直な方向）に沿って拡大される。曲面ミラー２７５は、省略されてもよい。曲面ミラー２７５が省略される場合、空間光変調器２７３の変調部２７３０で変調された変調光２０３を、そのまま投射光２０５として投射すればよい。

【0109】

例えば、空間光変調器２７３と曲面ミラー２７５の間に、遮蔽器（図示しない）が配置されてもよい。言い換えると、空間光変調器２７３の変調部２７３０によって変調された変調光２０３の光路上に、遮蔽器が配置されてもよい。遮蔽器は、変調光２０３に含まれる不要な光成分を遮蔽し、投射光２０５の表示領域の外縁を規定する枠体である。例えば、遮蔽器は、所望の画像を形成する光を通過させる部分にスリット状の開口が形成されたアパーチャである。遮蔽器は、所望の画像を形成する光を通過させ、不要な光成分を遮蔽する。例えば、遮蔽器は、変調光２０３に含まれる０次光やゴースト像を遮蔽する。遮蔽器の詳細については、説明を省略する。

【0110】

制御部２７７は、光源２７１および空間光変調器２７３を制御する。例えば、制御部２７７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２７７は、空間光変調器２７３の変調部２７３０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２７３０に設定する。例えば、制御部２７７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２７３０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。

【0111】

制御部２７７は、空間光変調器２７３の変調部２７３０に照射される光２０２の位相と、変調部２７３０で反射される変調光２０３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２７３を駆動する。空間光変調器２７３の変調部２７３０に照射される光２０２の位相と、変調部２７３０で反射される変調光２０３の位相との差分を決定づけるパラメータは、例えば、屈折率や光路長などの光学的特性に関するパラメータである。例えば、制御部２７７は、空間光変調器２７３の変調部２７３０に印可する電圧を変化させることによって、変調部２７３０の屈折率を調節する。位相変調型の空間光変調器２７３の変調部２７３０に照射された光２０２の位相分布は、変調部２７３０の光学的特性に応じて変調される。なお、制御部２７７による空間光変調器２７３の駆動方法は、空間光変調器２７３の変調方式に応じて決定される。

【0112】

制御部２７７は、表示される画像に対応する位相画像が変調部２７３０に設定された状態で、光源２７１を駆動させる。その結果、空間光変調器２７３の変調部２７３０に位相画像が設定されたタイミングに合わせて、光源２７１から出射された光２０２が空間光変調器２７３の変調部２７３０に照射される。空間光変調器２７３の変調部２７３０に照射された光２０２は、空間光変調器２７３の変調部２７３０において変調される。空間光変調器２７３の変調部２７３０において変調された変調光２０３は、曲面ミラー２７５の反射面２７５０に向けて出射される。

【0113】

例えば、送光装置２７０に含まれる曲面ミラー２７５の反射面２７５０の曲率と、空間光変調器２７３と曲面ミラー２７５の距離とを調整し、投射光２０５の投射角を１８０度に設定する。そのように構成された送光装置２７０を二つ用いれば、投射光２０５の投射角を３６０度に設定できる。また、送光装置２７０の内部で変調光２０３の一部を平面鏡等で折り返し、投射光２０５を２方向に投射するように構成すれば、投射光２０５の投射角を３６０度に設定できる。例えば、３６０度の向きに投射光を投射するように構成された送光装置２７０と、第１の実施形態の変形例２の受光器１０－２（図１６）とを組み合わせた構成とする。このような構成とすれば、３６０度の向きに空間光信号を送信し、３６０度の方向から到来する空間光信号を受光する通信装置を実現できる。

【0114】

〔適用例１〕
次に、本実施形態の通信装置２の適用例１について図面を参照しながら説明する。図２０は、本適用例の通信装置２－１について説明するための概念図である。本適用例では、電柱や街灯などの柱の上部に、複数の通信装置２－１が配置された通信ネットワークを構成する。

【0115】

図２０は、通信装置２－１の構成の一例を示す概念図である。通信装置２－１は、受光装置２００－１、送信装置２７－１、および制御装置（図示しない）を備える。図２０では、受光回路や制御装置は省略する。通信装置２－１は、円筒状の外形を有する。受光装置２００－１は、ボールレンズ２１－１、受光ユニット２３－１、基板２４、支持部材２８、およびカラーフィルタ２９を含む。ボールレンズ２１－１は、上下に配置された一対の支持部材２８によって挟持される。ボールレンズ２１－１の上下は、空間光信号の送受光に用いられないため、支持部材２８で挟持されやすいように、平面状に形成されてもよい。受光ユニット２３－１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２１－１の集光領域に合わせて、環状に配置される。受光ユニット２３－１は、基板２４に形成される。受光ユニット２３－１は、導線２８０によって、制御装置（図示しない）や送信装置２７－１に接続される。円筒状の受光装置２００－１の側面には、カラーフィルタ２９が配置される。カラーフィルタ２９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。円筒状の受光装置２００－１の上下面には、一対の支持部材２８が配置される。一対の支持部材２８は、ボールレンズ２１－１の上下を挟持する。ボールレンズ２１－１の出射側には、環状に形成された受光ユニット２３－１が配置される。カラーフィルタ２９を介してボールレンズ２１－１に入射した空間光信号は、ボールレンズ２１－１によって、受光ユニット２３－１に集光される。制御装置（図示しない）は、受光ユニット２３－１によって受光された光信号に応じて、送信装置２７－１から空間光信号を送信させる。例えば、送信装置２７－１は、図１９の構成によって実現できる。例えば、送信装置２７－１は、３６０度の方位に向けて空間光信号を送光できるように、複数の光源や、空間光変調器、曲面ミラー、反射鏡を組み合わせた構成としてもよい。図２０の例では、送信装置２７－１には、３６０度の方向に向けて空間光信号を投光可能に形成された、スリットが形成される。

【0116】

図２１は、電柱の上部に配置された複数の通信装置２－１が、通信ネットワークを構成する例である。複数の通信装置２－１は、互いに空間光信号を送受光し合う。電柱や街灯などの柱の上部には障害物が少ない。そのため、電柱や街灯などの柱の上部は、通信装置２－１を設置するのに適している。また、柱の上部の同じ高さに通信装置２－１を設置すれば、空間光信号の到来方向が水平方向に限定されるので、受光装置２００－１を構成する受光ユニット２３－１の受光面積を小さくし、装置を簡略化できる。通信をやり取りする通信装置２－１のペアは、少なくとも一方の通信装置２－１が、他方の通信装置２－１から送信された空間光信号を受光するように配置される。通信装置２－１のペアは、空間光信号を互いに送受信するように配置されてもよい。複数の通信装置２－１で空間光信号の通信ネットワークが構成される場合、中間に位置する通信装置２－１は、他の通信装置２－１から送信された空間光信号を、別の通信装置２－１に中継するように配置されればよい。

【0117】

本適用例によれば、異なる柱に設置された複数の通信装置２－１の間で、空間光信号を用いた通信が可能になる。例えば、異なる柱に設置された通信装置２－１の間における通信に応じて、自動車や家屋などに設置された無線装置や基地局と通信装置２－１との間で、無線通信による通信を行うように構成してもよい。例えば、柱に設置された通信ケーブル等を介して、通信装置２－１がインターネットに接続されるように構成してもよい。

【0118】

以上のように、本実施形態の通信装置は、受光装置、送光装置、および制御装置を備える。送光装置は、空間光信号を送光する。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光装置に送光させる。受光装置は、受光素子アレイ、集光器（ボールレンズ）、および受信制御装置を備える。受光素子アレイは、複数の受光素子によって構成される。集光器は、受光素子アレイを構成する少なくともいずれかの受光素子に向けて、空間光信号を集光する。受信制御装置は、第１処理回路、制御回路、セレクタ、少なくとも一つの第２処理回路を備える。第１処理回路は、スイッチング回路および増幅回路を有する。スイッチング回路は、複数のスイッチＳＷ、複数の選択スイッチＳＳ、複数の切替スイッチＣＳを含む。複数のスイッチＳＷの各々は、複数の受光素子の各々に接続される。選択スイッチＳＳは、複数の受光素子が分配されたグループ（受光素子群ＰＧ）ごとに配置される。切替スイッチＣＳは、グループごとの選択スイッチＳＳの出力先を切り替える。増幅回路は、スイッチング回路の出力に接続された複数の増幅器ＡＭＰによって構成される。セレクタは、第１処理回路の出力に接続される。第２処理回路は、セレクタの後段に配置される。第２処理回路は、セレクタを介して割り当てられた信号をデコードする。制御回路は、複数の受光素子からの信号を複数の増幅器ＡＭＰのうちいずれかに振り分けるようにスイッチング回路を制御する。制御回路は、増幅回路で増幅された信号をいずれかの第２処理回路に割り当てるようにセレクタを制御する。

【0119】

本実施形態の通信制御装置によれば、適切な数の受光素子でグループを構成させながら、増幅器の数を適正化できるため、安定した通信速度で、継続的な光空間通信を実現できる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の通信制御装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の通信制御装置は、第１の実施形態の通信制御装置を簡略化した構成である。図２２は、本実施形態の通信制御装置３４の構成の一例を示す概念図である。通信制御装置３４は、第１処理回路３５、制御回路３７、セレクタ３８、少なくとも一つの第２処理回路３９を備える。図２２には、通信制御装置３４に接続される受光素子アレイ３３を合わせて図示する。受光素子アレイは、複数の受光素子３３１を含む。

【0120】

第１処理回路３５は、スイッチング回路３５０および増幅回路３５３を有する。スイッチング回路３５０は、複数のスイッチＳＷ、複数の選択スイッチＳＳ、複数の切替スイッチＣＳを含む。複数のスイッチＳＷの各々は、複数の受光素子１３１の各々に接続される。選択スイッチＳＳは、複数の受光素子１３１が分配されたグループ（受光素子群ＰＧ）ごとに配置される。切替スイッチＣＳは、グループごとの選択スイッチＳＳの出力先を切り替える。増幅回路３５３は、スイッチング回路３５０の出力に接続された複数の増幅器ＡＭＰによって構成される。セレクタ３８は、第１処理回路３５の出力に接続される。第２処理回路３９は、セレクタ３８の後段に配置される。第２処理回路３９は、セレクタ３８を介して割り当てられた信号をデコードする。制御回路３７は、複数の受光素子１３１からの信号を複数の増幅器ＡＭＰのうちいずれかに振り分けるようにスイッチング回路３５０を制御する。制御回路３７は、増幅回路３５３で増幅された信号をいずれかの第２処理回路３９に割り当てるようにセレクタ３８を制御する。

【0121】

以上のように、本実施形態の通信制御装置によれば、適切な数の受光素子でグループを構成させながら、増幅器の数を適正化できるため、安定した通信速度で、継続的な光空間通信を実現できる。

【0122】

（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２３の情報処理装置９０を一例として挙げて説明する。なお、図２３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。

【0123】

図２３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２３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。

【0124】

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、本実施形態に係る制御や処理を実行する。

【0125】

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

【0126】

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。

【0127】

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。

【0128】

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。

【0129】

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。

【0130】

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。

【0131】

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２３のハードウェア構成は、各実施形態に係る制御や処理を実行するためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、各実施形態に係る制御や処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、各実施形態に係るプログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。記録媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体で実現できる。記録媒体は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＳＤ（Secure Digital）カードなどの半導体記録媒体によって実現されてもよい。また、記録媒体は、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、その他の記録媒体によって実現されてもよい。プロセッサが実行するプログラムが記録媒体に記録されている場合、その記録媒体はプログラム記録媒体に相当する。

【0132】

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。

【0133】

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】

【0134】

２ 通信装置
１０ 受光装置
１１ ボールレンズ
１３ 受光素子アレイ
１４ 受信制御装置
１５ 第１処理回路
１７ 制御回路
１８ セレクタ
１９ 第２処理回路
１００ 受光器
１３０ 基板
１３１ 受光素子
１５０ スイッチング回路
１５１ 第１スイッチ回路
１５２ 第２スイッチ回路
１５３ 増幅回路
２００ 受光装置
２５０ 制御装置
２７０ 送光装置
２７１ 光源
２７３ 空間光変調器
２７５ 曲面ミラー

【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】