(57)【要約】  光空間通信に用いられる信号光の到来方向が一意に決まらない状況であっても、効率的に信号光を受信するために、レンズと、レンズによって集光される光が入射される集光領域と、集光領域に入射された光が導光される導光領域と、導光領域を導光されてきた光が出射される出射端とを少なくとも含む指向性導光板と、出射端に受光部を向けて配置され、出射端から出射される光を受光して電気信号に変換する受光器とを備え、指向性導光板は、集光領域に入射された光を出射端に向けて導光する透明導光部と、全反射条件を満たすように第１の面から入射した光を出射端に向けて反射する少なくとも一つの反射面を有する反射構造が形成された指向性反射部とを有する受光装置とする。
2019123552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと、
前記レンズの集光面に対向して配置され、前記レンズによって集光される光が入射される集光領域と、前記集光領域に入射された光が導光される導光領域と、前記導光領域を導光されてきた光が出射される出射端とを少なくとも含む指向性導光板とを備え、
前記指向性導光板は、
前記レンズの集光面に対向する第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面とを有し、前記第１の面から前記集光領域に入射された光を前記出射端に向けて導光する透明導光部と、
前記透明導光部の前記第２の面に配置され、前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射する少なくとも一つの反射面を有する反射構造が形成された指向性反射部とを有する受光装置。
【請求項２】
前記反射構造の反射面は、全反射条件を満たすように前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射する請求項１に記載の受光装置。
【請求項３】
前記指向性導光板は、
前記集光領域から前記出射端に向けて前記導光領域が引き伸ばされた形状を有する請求項１または２に記載の受光装置。
【請求項４】
前記反射構造の少なくとも一つの反射面が前記レンズの焦点の位置に配置される請求項１または３に記載の受光装置。
【請求項５】
前記反射構造は、
全反射条件を満たすように前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射するように形成された反射面を含む少なくとも一つの反射部を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項６】
前記指向性導光板は、
前記透明導光部と前記指向性反射部との間の前記導光領域に、前記第１の面に反射面が向くように配置された平面鏡を有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項７】
前記出射端に受光部を向けて配置され、前記出射端から出射される光を受光して電気信号に変換する受光器を備える請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項８】
特定の波長の光を選択的に透過する色フィルタを前記受光器の受光部に配置する請求項７に記載の受光装置。
【請求項９】
複数の前記受光器を備える請求項７または８のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項１０】
複数の前記受光器のそれぞれの受光部に特定の波長の光を選択的に透過する色フィルタを配置する請求項９に記載の受光装置。
【請求項１１】
前記出射端と前記受光器との間に配置され、前記出射端から出射される光を選択的に色分離する色分離手段を有する請求項９に記載の受光装置。
【請求項１２】
前記色分離手段は、
前記出射端から出射される光のうち少なくとも一つの波長領域の光を選択的に反射または透過する少なくとも一つのダイクロイックミラーを含み、
複数の前記受光器のそれぞれは、
少なくとも一つの前記ダイクロイックミラーの反射光または透過光のうち少なくともいずれかを受光するように配置される請求項１１に記載の受光装置。
【請求項１３】
複数の前記受光器は、
前記導光領域を導光される光の進行方向に合わせて、受光方向が互いに異なるように配置される請求項９に記載の受光装置。
【請求項１４】
前記指向性導光板は、
前記導光領域の少なくとも一部が折り曲げ可能である請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項１５】
前記指向性導光板は、
前記導光領域の少なくとも一部が折り曲げ可能であり、
前記受光器は、
前記導光領域の少なくとも一部を折り曲げることによって前記指向性導光板の前記第１の面の上に載置される請求項７乃至１４のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項１６】
前記導光領域の折り曲げ可能部位の前記第１の面の少なくとも一部に、前記第１の面に反射面を向けて配置される折り曲げ可能な反射鏡を有する請求項１４または１５に記載の受光装置。
【請求項１７】
レンズの集光面に対向して配置され、前記レンズによって集光される光が入射される集光領域と、前記集光領域に入射された光が導光される導光領域と、前記導光領域を導光されてきた光が出射される出射端とを少なくとも含み、
前記レンズの集光面に対向する第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面とを有し、前記第１の面から前記集光領域に入射された光を前記出射端に向けて導光する透明導光部と、
前記透明導光部の前記第２の面に配置され、前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射する少なくとも一つの反射面を有する反射構造が形成された指向性反射部とを有する指向性導光板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光を受信する受光装置に関する。特に、本発明は、光空間通信に用いられる信号光を受信する受光装置および指向性導光板に関する。
【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、空間を伝播する信号光（以下、空間光とも呼ぶ）を送受信し合う。空間を広がって伝搬する空間光を受信するためには、できる限り大きな集光レンズが必要となる。また、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フォトダイオードが必要である。また、信号光を送受信し合う主体の位置が互いに変化する環境では、信号光がいずれの方向から到来するのかを予測できない場合もある。【０００３】
特許文献１には、焦点検出光学系を持つ撮像装置について開示されている。特許文献１の装置は、撮像レンズ光路上にホログラフィック光学素子を配置して光束を複数に分割し、分割された光束のうち少なくとも一つを焦点検出光学系に導く。【０００４】
特許文献２には、自由空間光通信システム用のホログラフィック光学素子を用いた内部反射装置について開示されている。特許文献２の装置は、特定波長を有する信号光を、素子の面の一方に向けて角度をつけて方向付けて、素子の表面と裏面との間を内部全反射により伝播させて集束点に向けて集束し、集束点に配置した光検出回路にて受信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０４−１４７１０８号公報
【特許文献２】特表２００４−５３１９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の装置によれば、レンズで集光した光の一部を光電変換装置に導くことによって、光源変換装置を小型化できる。しかしながら、特許文献１の装置は、レンズが集光する光の多くを光電変換装置で受光しないため、感度の高い光電変換装置を用いる必要があるという問題点があった。また、結像レンズの結像位置に光電変換装置を配置すれば、レンズが集光する光の多くを光電変換装置で受光できるが、その場合は装置が大型化するという問題点があった。【０００７】
特許文献２の装置によれば、装置の集光面積を大きくすることによって、正面方向から到来する信号光を効率的に受光することができる。しかしながら、光空間通信に用いられる信号光は、その到来方向が一方向とは限らない。また、ホログラフィック光学素子による回折方向は一定の方向に限られる。すなわち、特許文献２の装置には、多様な角度から信号光が到来する場合、信号光を効率的に受光できなくなるという問題点があった。【０００８】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、光空間通信に用いられる信号光の到来方向が一意に決まらない状況であっても、効率的に信号光を受信できる受光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の受光装置は、レンズと、レンズの集光面に対向して配置され、レンズによって集光される光が入射される集光領域と、集光領域に入射された光が導光される導光領域と、導光領域を導光されてきた光が出射される出射端とを少なくとも含む指向性導光板と、出射端に受光部を向けて配置され、出射端から出射される光を受光して電気信号に変換する受光器とを備え、指向性導光板は、レンズの集光面に対向する第１の面と、第１の面と対向する第２の面とを有し、集光領域に入射された光を出射端に向けて導光する透明導光部と、透明導光部の第２の面に配置され、全反射条件を満たすように第１の面から入射した光を出射端に向けて反射する少なくとも一つの反射面を有する反射構造が形成された指向性反射部とを有する。【００１０】
本発明の一態様の指向性導光板は、レンズの集光面に対向して配置され、レンズによって集光される光が入射される集光領域と、集光領域に入射された光が導光される導光領域と、導光領域を導光されてきた光が出射される出射端とを少なくとも含み、レンズの集光面に対向する第１の面と、第１の面と対向する第２の面とを有し、第１の面から集光領域に入射された光を出射端に向けて導光する透明導光部と、透明導光部の第２の面に配置され、第１の面から入射した光を出射端に向けて反射する少なくとも一つの反射面を有する反射構造が形成された指向性反射部とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、上述した課題を解決し、光空間通信に用いられる信号光の到来方向が一意に決まらない状況であっても、効率的に信号光を受信できる受光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の上面図である。
【図３】本発明の各実施形態に係る受光装置の受光器の受光指向性について説明するための概念図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の指向性導光部による導光について説明するための概念図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る受光装置による導光について説明するための概念図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る受光装置に多方向から入射された信号光が受光器に導光される様子を示す概念図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の変形例の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の別の変形例の構成を示す断面図である。
【図９】関連技術に係る受光について説明するための概念図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る受光装置の構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る受光装置に入射された信号光が受光器に導光される様子を示す概念図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る受光装置の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る受光装置の構成を示す上面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る受光装置の色フィルタの構成を示す概念図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る受光装置の構成を示す上面図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る受光装置の色分離部の構成を示す概念図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る受光装置の変形例の構成を示す上面図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る受光装置の変形例の色分離部の構成を示す概念図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態に係る受光装置の構成を示す上面図である。
【図２０】本発明の第７の実施形態に係る受光装置の構成を示す断面図である。
【図２１】本発明の７の実施形態に係る受光装置の構成を示す上面図である。
【図２２】本発明の第７の実施形態に係る受光装置の変形例の構成を示す断面図である。
【図２３】本発明の各実施形態に係る受光装置の適用例について説明するための概念図である。
【図２４】本発明の各実施形態に係る受光装置の適用例について説明するための概念図である。
【図２５】本発明の各実施形態に係る受光装置の適用例について説明するための概念図である。
【図２６】本発明の各実施形態に係る受光装置の適用例について説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。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。
【００１４】
なお、図面中の光の進行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、以下の図面においては、空気と物質との界面における屈折や反射、拡散などによる光の進行方向や状態の変化を省略したり、光束を一本の線で表現したりすることもある。
【００１５】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第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。
【００１６】
図１は、本実施形態の受光装置１の構成を示す断面図である。受光装置１は、レンズ１１、指向性導光板１２、および受光器１５を備える。指向性導光板１２は、透明導光部１２１および指向性反射部１２３を有する。指向性反射部１２３には、少なくとも一つの反射鏡１３０が設置された反射構造１３が形成される。
【００１７】
レンズ１１は、外部から到来した信号光を屈折させて集束させる光学素子である。レンズ１１によって集束された信号光は、指向性導光板１２の第１の面に向けて屈折される。なお、本実施形態において、信号光は、十分に離れた位置から到来するために平行光であるとみなす。
【００１８】
指向性導光板１２は、レンズ１１の集光面に対向して、レンズ１１によって屈折された信号光が入射する位置に配置される。本実施形態において、指向性導光板１２は、レンズ１１の焦点を含む位置に配置される。すなわち、指向性導光板１２は、レンズ１１から焦点距離ｆの位置に配置される。具体的には、レンズ１１の焦点が、指向性反射部１２３の上面に形成されたいずれかの反射構造１３の反射面に位置するように指向性導光板１２を配置する。言い換えると、反射構造１３の少なくとも一つの反射面がレンズ１１の焦点の位置に配置される。
【００１９】
指向性導光板１２は、レンズ１１によって集光される光が入射される集光領域１１０と、集光領域１１０に入射された光が導光される導光領域１４０と、導光領域１４０を導光されてきた光が出射される出射端１５０とを少なくとも含む。集光領域１１０は、レンズ１１によって光が集光される範囲を示す。導光領域１４０は、集光領域１１０から受光器１５までの範囲を示す。出射端１５０からの出射光は、受光器１５によって受光される。
【００２０】
透明導光部１２１は、レンズ１１の集光面に対向する上面（第１の面とも呼ぶ）と、第１の面と対向する下面（第２の面とも呼ぶ）とを有する。透明導光部１２１は、上面から集光領域１１０に入射された光を出射端１５０に向けて導光する。透明導光部１２１は、信号光を透過する材質で形成される。例えば、透明導光部１２１は、ガラスやプラスチックなどの材料で形成できる。なお、透明導光部１２１の材質は、信号光が透過しさえすれば限定を加えない。
【００２１】
指向性反射部１２３は、透明導光部１２１の下面に配置される。指向性反射部１２３の上面には、全反射条件を満たすように上面から入射した光を出射端１５０に向けて反射する少なくとも一つの反射面を有する反射構造１３が形成される。図１には、反射構造１３を構成する反射鏡１３０がまばらに配置された構成を示す。実際には、レンズ１１によって集光領域１１０に集光された信号光が漏れなく反射されるように複数の反射鏡１３０が配置される。なお、反射構造１３は、図１のように微小ミラーの集合体で構成してもよいが、入射光を波長分離して特定波長の信号光を選択的に受光器１５に導くように構成してもよい。
【００２２】
反射構造１３は、全反射条件を満たすように上面から入射した光を出射端１５０に向けて反射する少なくとも一つの反射面を有する。本実施形態において、反射構造１３は、全反射条件を満たすように上面から入射した光を出射端１５０に向けて反射するように形成された反射面を有する少なくとも一つの反射鏡１３０（反射部とも呼ぶ）によって構成される。反射鏡１３０は、信号光を反射する材質で形成される。例えば、反射構造１３は、金属などの材料で形成できる。なお、反射構造１３の材質は、信号光が反射しさえすれば限定を加えない。
【００２３】
すなわち、指向性導光板１２は、レンズ１１の焦点位置に配置され、信号光を受光器１５に導く導光板である。指向性導光板１２は、レンズ１１によって集光された信号光を受光器１５の受光方向に曲げる指向性を有する。指向性導光板１２への信号光の入射位置と、受光器１５の位置とは厳密に設定できるので、指向性導光板１２に入射された信号光を受光器１５に向けて導光するように制御できる。
【００２４】
図２は、受光装置１の上面図である。図２に破線で示す円の範囲は、レンズ１１によって屈折された信号光の集光領域１１０を示す。なお、図２においては、反射構造１３を構成する反射鏡１３０を省略している。
【００２５】
指向性導光板１２は、上面から見て、集光領域１１０の範囲内に反射鏡１３０が位置するように配置される。指向性導光板１２は、上面から見て、出射端１５０が引き延ばされた滴型の形状を有する。言い換えると、指向性導光板１２は、集光領域１１０から出射端１５０に向けて導光領域１４０が引き伸ばされた形状を有する。指向性導光板１２の頂点に位置する出射端１５０には、受光器１５が配置される。
【００２６】
本実施形態において、レンズ１１によって屈折された信号光は、指向性反射部１２３の上面に形成された反射構造１３に集光される。反射構造１３に到達した信号光は、反射構造１３を構成するいずれかの反射鏡１３０の反射面に導かれる。反射構造１３を構成する反射鏡１３０は、到来した信号光が透明導光部１２１の上面で全反射される角度で形成される。反射鏡１３０の反射面で反射された信号光は、透明導光部１２１の上面および下面で全反射されながら受光器１５の受光部に進行する。
【００２７】
受光器１５は、滴型の指向性導光板１２の頂点を含む位置、または頂点の近傍の位置に配置される。受光器１５は、指向性導光板１２によって導光された信号光を受光する受光部を有する。受光器１５は、受光した信号光を電気信号に変換する。受光器１５は、図示しない信号処理装置に電気信号を出力する。例えば、受光器１５は、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの素子によって実現できる。なお、受光器１５は、信号光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以外の素子によって実現してもよい。
【００２８】
図３は、受光器１５の指向特性について説明するための概念図である。左側が低指向性の受光器１５Ａを用いる例であり、右側が高指向性の受光器１５Ｂを用いる例である。受光角度を大きくできる低指向性の受光器１５Ａの方が大型であり、高指向性の受光器１５Ｂの方が小型になる。また、高指向性の受光器１５Ｂの方が、低指向性の受光器１５Ａよりも導光領域１４０のストロークを長くする必要がある。受光器１５の選定は、大きさや指向性に応じて設定されればよい。
【００２９】
図４は、図２に示す指向性導光板１２の上面図において、黒く塗りつぶした円で示す信号光の集光位置に配置された反射鏡１３０によって、信号光が受光器１５に向けて反射される様子を示す。反射構造１３を構成するそれぞれの反射鏡１３０は、それらの反射面が上面から見て受光器１５の受光部に向くように配置される。
【００３０】
指向性導光板１２において、集光領域１１０と出射端１５０との間の導光領域１４０は、受光器１５の受光見込み角に応じた形状や長さに設定される。受光器１５の受光見込み角が小さい場合は、導光領域１４０を細長く形成することが好ましい。
【００３１】
図５は、外部から到来した信号光１０が、レンズ１１によって反射鏡１３０の反射面に集光され、その反射面で反射された後に指向性導光板１２に含まれる透明導光部１２１の両面で全反射されて受光器１５の受光部に導光される様子を示す図である。なお、図５においては、反射鏡１３０を一つだけ図示しているが、実際には指向性導光板１２には複数の反射鏡１３０が含まれる。
【００３２】
図６は、異なる方向から到来した信号光が受光器１５に導光される様子を示す概念図である。信号光１０Ａは、レンズ１１によって屈折されて反射鏡１３０Ａの反射面に到達する。反射鏡１３０Ａの反射面に到達した信号光１０Ａは、透明導光部１２１の上面と下面とによって全反射されて受光器１５に導光される。同様に、信号光１０Ｂは、レンズ１１によって屈折されて反射鏡１３０Ｂの反射面に到達する。反射鏡１３０Ｂの反射面に到達した信号光１０Ｂは、透明導光部１２１の上面と下面とによって全反射されて受光器１５に導光される。
【００３３】
すなわち、レンズ１１に対して入射してきた信号光１０は、到来方向に関わらず、レンズ１１の開口方向の焦点を通った光線が垂直に指向性反射部１２３に当たる部分に集光する。信号光１０は、指向性反射部１２３に形成された反射鏡１３０の反射面において受光器１５に向けて反射される。反射鏡１３０の反射面で反射された信号光１０は、透明導光部１２１の上面と下面とで全反射し、受光器１５に導かれる。なお、図６には図示していないが、レンズ１１の集光領域１１０の位置の指向性反射部１２３の上面全体には、反射構造１３が形成されている。指向性反射部１２３の上面において、反射構造１３と受光器１５との間の部分は導光のための領域（導光領域１４０）である。導光領域１４０の形状は、受光器１５の受光見込み角に応じて決められる。
【００３４】
以上のように、本実施形態の受光装置は、信号光を集光するレンズを設け、反射構造を構成するいずれかの反射面に多方向から到来する信号光を集光し、その反射光をフォトダイオードに導光する。集光点に来る光束形状とフォトダイオードの位置関係は一意に決まるため、反射構造の形状を正しく設定すれば、あらゆる方向からレンズに到来する信号光に対応できる。そのため、本実施形態の受光装置によれば、信号光がどの方向から到来しても、レンズによって集光できさえすれば、高速通信の可能な受光面積の小さなフォトダイオードに集光できる。ずなわち、本実施形態の受光装置によれば、光空間通信に用いられる信号光の到来方向が一意に決まらない状況であっても、効率的に信号光を受信できる。
【００３５】
（変形例）
ここで、第１の実施形態に係る受光装置１の変形例について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図７は、受光装置１−２の構成を示す断面図である。受光装置１−２の指向性導光板１２−２は、透明導光部１２１−２および指向性反射部１２３−２を有する。指向性反射部１２３−２の集光領域１１０の上面には、少なくとも一つの反射部１３０−２が突出するように形成された反射構造１３−２が形成される。例えば、反射部１３０−２は、その反射面が第１の実施形態の受光装置１の反射鏡１３０の反射面と同様の配置になるように形成される。
【００３７】
受光装置１−２の反射構造１３−２は、指向性反射部１２３−２の上面を加工することによって形成できる。反射構造１３−２の表面は、光を反射しやすいように、金属などのように反射率の高い材料を蒸着することが好ましい。例えば、反射構造１３−２は、指向性反射部１２３−２の上面をエッチングなどによって加工し、その上面に金属などの反射率の高い素材を蒸着することによって形成できる。また、例えば、反射構造１３−２は、射出成型や３次元プリンタなどによって形成した指向性反射部１２３−２の上面に金属などの反射率の高い素材を蒸着することによって形成できる。なお、図７の構成は一例であって、反射部１３０−２の形状や高さ、数などを限定するものではない。
【００３８】
図７の構成によれば、指向性反射部の上面を加工することによって反射構造を形成できるので、図１の構成よりも反射面の角度を厳密に形成できるので、反射方向の精度が高い反射面を提供できる。
【００３９】
図８は、受光装置１−３の構成を示す断面図である。受光装置１−３の指向性導光板１２−３は、透明導光部１２１−３および指向性反射部１２３−３を有する。指向性反射部１２３−３の透明導光部１２１−３側の面上には、回折格子アレイ１３０−３を配置する。
【００４０】
回折格子アレイ１３０−３は、マイクロメートルオーダーの高さの複数の格子を並べた構造を有する反射型回折格子で構成する。回折格子アレイ１３０−３は、指向性導光板１２−３の上面から透明導光部１２１−３に入射した光が出射端１５０に向けて進行するように、入射光を全反射条件が満たされるように回折する。例えば、回折格子アレイ１３０−３は、ブレーズド回折格子やホログラフィク回折格子によって実現できる。回折格子アレイ１３０−３は、全反射条件が満たされるように、格子間隔を変化させて構成することが好ましい。
【００４１】
図８の構成によれば、反射構造の高さを全体的に低く構成できるので、図１や図７の構成と比べて指向性導光板を薄くすることもできる。
【００４２】
（関連技術）
ここで、本実施形態の受光装置１の効果について説明するために、関連技術の受光方法について図面を参照しながら説明する。図９は、関連技術の受光方法について説明するための概念図である。
【００４３】
図９の例では、レンズ１０１の光軸に沿って正面から到来する信号光１０Ｃをレンズ１０１によって集光してフォトダイオード１０５で受光する。図９の例では、レンズ１０１の光軸に対して斜めに到来する信号光１０Ｄは、フォトダイオード１０５の受光部ではなく、Ａ点で集光する。Ａ点に集光される信号光１０Ｄをフォトダイオード１０５によって受光するためには、レンズ１０１の口径と同程度の受光部を有する大きなフォトダイオード１０５が必要となる。光空間通信に求められる高速通信を行うためには、フォトダイオード１０５の静電容量は小さい方がよい。そのため、大きなフォトダイオード１０５が必要となる関連技術の方法は、光空間通信には不向きである。
【００４４】
それに対し、本実施形態の受光方法では、様々な方向から到来した光をレンズで集光し、集光した光を指向性導光板によってフォトダイオードの受光部に効率的に導光できる。すなわち、本実施形態の受光方法によれば、レンズによって信号光を集光できさえすれば、受光面積の小さなフォトダイオードに集光できるため、光空間通信に用いられる信号光の到来方向が一意に決まらない状況であっても効率的に信号光を受信できる。
【００４５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第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、指向性導光板の導光領域に平面鏡を配置する点で第１の実施形態の受光装置とは異なる。
【００４６】
図１０は、本実施形態の受光装置２の構成を示す断面図である。受光装置２は、レンズ２１、指向性導光板２２、および受光器２５を備える。指向性導光板２２は、透明導光部２２１および指向性反射部２２３を有する。指向性反射部２２３には、少なくとも一つの反射鏡２３０が設置された反射構造２３が形成される。そして、導光領域２４０には、平面鏡２４１を配置する。言い換えると、指向性導光板２２は、透明導光部２２１と指向性反射部２２３との間の導光領域２４０に、上面に反射面が向くように配置された平面鏡２４１を有する。なお、指向性導光板２２において、集光領域２１０はレンズ２１によって光が集光される範囲を示し、導光領域２４０は集光領域２１０から出射端２５０までの範囲を示す。なお、受光装置２の構成要素のうち平面鏡２４１以外の構成要素は、第１の実施形態の対応する構成要素と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４７】
平面鏡２４１は、指向性反射部２２３の上面のうち、導光領域２４０の範囲内に配置される。平面鏡２４１は、導光領域２４０の範囲内の指向性反射部２２３の上面のうち、全てを被覆してもよいし、一部を被覆してもよい。平面鏡２４１の反射面は、透明導光部２２１の下面に接するように配置される。なお、平面鏡２４１は、透明導光部２２１の下面に配置し、指向性反射部２２３の上面に接するように構成してもよい。言い換えると、平面鏡２４１は、透明導光部２２１の下面と指向性反射部２２３の上面とに挟まれる位置の導光領域２４０の範囲内に、反射面が透明導光部２２１の下面と接するように配置される。
【００４８】
図１のように、第１の実施形態の受光装置１の場合、導光領域１４０において、透明導光部１２１の内部を進行する光は、透明導光部１２１の上面と下面との間で全反射して受光器１５の受光部に到達する。指向性反射部１２３の上面が鏡面加工されていないと、導光領域１４０のストロークが長くなる場合、透明導光部１２１の下面と指向性反射部１２３の上面との間において光の損失が発生する可能性がある。
【００４９】
一方、本実施形態の受光装置２では、図１１のように、レンズ２１に到来した信号光２０は、レンズ１１において屈折されて指向性反射部２２３に形成された反射鏡２３０の反射面に到達する。反射鏡２３０の反射面に到達した信号光２０はその反射面で反射され、全反射条件を満たすように透明導光部２２１の上面に向けて進行する。導光領域２４０に到達した光は、透明導光部２２１の下面においては、平面鏡２４１の反射面で反射される。すなわち、受光装置２では、透明導光部２２１の下面と指向性反射部２２３の上面との間に平面鏡２４１を配置することによって、光の損失が発生する可能性を低減できる。
【００５０】
以上のように、本実施形態の受光装置によれば、指向性導光板の導光領域に反射鏡を配置することによって、本実施形態の受光装置によれば、導光領域における光の損失を低減できる。
【００５１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３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、特定の波長の光を選択的に透過する色フィルタを受光器の受光部の前に配置する点で、第１の実施形態の受光装置とは異なる。例えば、本実施形態においては、波長の光を選択的に透過する色フィルタを複数のフォトダイオードのそれぞれの受光部に配置する。
【００５２】
図１２は、本実施形態の受光装置３の構成を示す断面図である。受光装置３は、レンズ３１、指向性導光板３２、受光器３５、および色フィルタ３６を備える。なお、指向性導光板３２において、集光領域３１０はレンズ３１によって光が集光される範囲を示し、導光領域３４０は集光領域３１０から出射端３５０までの範囲を示す。指向性導光板３２は、透明導光部３２１および指向性反射部３２３を有する。指向性反射部３２３には、少なくとも一つの反射鏡３３０が設置された反射構造３３が形成される。なお、受光装置３の構成要素のうち、受光器３５および色フィルタ３６以外の構成要素は、第１の実施形態の対応する構成要素と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５３】
図１３は、受光装置３の構成を示す上面図である。受光器３５は、第１受光器３５１、第２受光器３５２、および第３受光器３５３によって構成される。第１受光器３５１、第２受光器３５２、および第３受光器３５３には、同じスペックのものを用いてもよいし、異なるスペックのものを用いてもよい。
【００５４】
図１４は、受光装置３の色フィルタ３６の構成を示す概念図である。色フィルタ３６は、第１フィルタ３６１、第２フィルタ３６２、および第３フィルタ３６３によって構成される。第１フィルタ３６１、第２フィルタ３６２、および第３フィルタ３６３は、それぞれ異なる波長の光を選択的に透過する。例えば、第１フィルタ３６１が波長λ１の光を選択的に透過し、第２フィルタ３６２が波長λ２の光を選択的に透過し、第３フィルタ３６３が波長λ３の光を選択的に透過する。
【００５５】
第１フィルタ３６１は、波長λ１の光を選択的に透過する。そのため、第１受光器３５１は、第１フィルタ３６１を通過した波長λ１の光を受光する。第２フィルタ３６２は、波長λ２の光を選択的に透過する。そのため、第２受光器３５２は、第２フィルタ３６２を通過した波長λ２の光を受光する。第３フィルタ３６３は、波長λ３の光を選択的に透過する。そのため、第３受光器３５３は、第３フィルタ３６３を通過した波長λ３の光を受光する。
【００５６】
すなわち、受光器３５を構成する第１受光器３５１、第２受光器３５２、および第３受光器３５３のそれぞれは、色フィルタ３６によって余計な波長領域の光成分が除去された光を選択的に受光できる。なお、単一の受光器の受光部の前に、単一の色フィルタを配置するように構成してもよい。
【００５７】
以上のように、本実施形態の受光装置では、色フィルタによって余分な波長領域の光が除去された光がフォトダイオードによって受光される。そのため、本実施形態の受光装置によれば、背景光や攪乱成分が含まれていても、背景光や攪乱成分が除去された信号光を受光できる。また、本実施形態の受光装置によれば、フォトダイオードの感度の高い波長領域の信号光を選択的に受光できるので、フォトダイオードの性能が多少低くても、十分な受光能力が得られる。
【００５８】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第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、複数の受光器に向けて出射端から出射される光を選択的に色分離する色分離手段を配置する点で、第１の実施形態の受光装置とは異なる。
【００５９】
図１５は、本実施形態の受光装置４の構成例を示す上面図である。受光装置４は、レンズ（図示しない）、指向性導光板４２、受光器４５、および色分離部４６を備える。なお、指向性導光板４２において、集光領域４１０はレンズによって光が集光される範囲を示し、導光領域４４０は集光領域４１０から出射端４５０までの範囲を示す。指向性導光板４２は、図示しないが、透明導光部および指向性反射部を有する。図示しないが、指向性反射部には、少なくとも一つの反射鏡が設置された反射構造が形成される。なお、受光装置４の構成要素のうち、受光器４５および色分離部４６以外の構成要素は、第１の実施形態の対応する構成要素と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６０】
受光器４５は、第１受光器４５１、第２受光器４５２、および第３受光器４５３によって構成される。第１受光器４５１、第２受光器４５２、および第３受光器４５３は、同じ波長領域の光を検知するように構成されてもよいし、異なる波長領域の光を検知するように構成されていてもよい。例えば、第１受光器４５１が波長λ１を含む波長領域の光を検知し、第２受光器４５２が波長λ２を含む波長領域の光を検知し、第３受光器４５３が波長λ３を含む波長領域の光を検知するように構成してもよい。また、第１受光器４５１、第２受光器４５２、および第３受光器４５３のうち少なくとも二つが、互いに同じ波長領域の光を検知するように構成してもよい。
【００６１】
図１６は、色分離部４６の構成を示す概念図である。色分離部４６は、第１ミラー４６１、第２ミラー４６２、第３ミラー４６３、第１レンズ４６６、第２レンズ４６７、および第３レンズ４６８によって構成される。
【００６２】
第１ミラー４６１および第２ミラー４６２は、それぞれ異なる波長の光を選択的に反射する。例えば、第１ミラー４６１が波長λ１の光を選択的に反射し、第２ミラー４６２が波長λ２の光を選択的に反射する。第３ミラー４６３は、全ての波長の光を反射する。なお、第３ミラー４６３が波長λ３の光を選択的に反射するように構成してもよい。第１レンズ４６６、第２レンズ４６７、第３レンズ４６８は、第１ミラー４６１、第２ミラー４６２、第３ミラー４６３によって反射された光を、第１受光器４５１、第２受光器４５２、第３受光器４５３の受光部に集光する。
【００６３】
第１ミラー４６１は、波長λ１の光を選択的に反射する反射ダイクロイックミラーである。第１ミラー４６１は、波長λ１の光以外は透過させる。そのため、第１受光器４５１は、第１ミラー４６１によって反射された波長λ１の光を受光する。第２ミラー４６２は、波長λ２の光を選択的に反射する反射ダイクロイックミラーである。第２ミラー４６２は、波長λ２の光以外は透過させる。そのため、第２受光器４５２は、第２ミラー４６２によって反射された波長λ２の光を受光する。第３ミラー４６３は、波長λ３の光を選択的に反射する反射ダイクロイックミラー、また通常のミラーである。第３ミラー４６３は、波長λ３の光以外は透過させるか、全ての波長領域の光を反射する。そのため、第３受光器４５３は、第３ミラー４６３によって反射された波長λ３の光、または、波長λ１および波長λ２の光が除去された光を受光する。
【００６４】
言い換えると、色分離部４６は、出射端４５０から出射される光のうち少なくとも一つの波長領域の光を選択的に反射する少なくとも一つのダイクロイックミラーを含む。複数の受光器のそれぞれは、ダイクロイックミラーで反射された光のうち少なくともいずれかを受光するように配置される。受光器４５を構成する複数の受光器のそれぞれは、色分離部４６によって分離された特定の波長領域の光を選択的に受光できる。
【００６５】
次に、受光装置４と同様の機能を有する受光装置４−２について図面を参照しながら説明する。
【００６６】
図１７は、本実施形態の受光装置４−２の構成例を示す上面図である。受光装置４−２は、受光装置４の色分離部４６とは異なる色分離部４７を有すること以外は、受光装置４と同様である。図１８は、色分離部４７の構成を示す概念図である。受光装置４−２の色分離部４７以外の構成は、受光装置４（図１５および図１６）と同様であるので、以下においては、重複する説明を省略する場合がある。
【００６７】
色分離部４７は、第１ミラー４７１、第２ミラー４７２、第３ミラー４７３、第１レンズ４７６、第２レンズ４７７、および第３レンズ４７８によって構成される。第１ミラー４７１は、特定の波長の光を選択的に透過し、その他の波長の光を反射する。第２ミラー４７２は、特定の波長の光を選択的に反射し、その他の波長の光を透過する。第３ミラー４７３は、全ての波長の光を反射する。ただし、全ての波長の光とは、信号光を含む波長領域の光の全てを意味しており、信号光の受光に関与しない波長を含まなくてもよい。例えば、第１ミラー４７１が波長λ１の光を選択的に透過させ、第２ミラー４７２が波長λ２の光を選択的に反射し、第３ミラー４７３が全ての波長の光を反射する。第１レンズ４７６は、第１ミラー４７１を透過した光を、第１受光器４５１の受光部に集光する。第２レンズ４７７および第３レンズ４７８のそれぞれは、第２ミラー４７２および第３ミラー４７３によって反射された光を、第２受光器４５２または第３受光器４５３の受光部に集光する。
【００６８】
第１ミラー４７１は、波長λ１の光を選択的に透過する透過ダイクロイックミラーである。第１ミラー４７１は、波長λ１の光以外は反射する。そのため、第１受光器４５１は、第１ミラー４７１を透過した波長λ１の光を受光する。第２ミラー４７２は、波長λ２の光を選択的に反射する反射ダイクロイックミラーである。第２ミラー４７２は、波長λ２の光以外は透過させる。そのため、第２受光器４５２は、第２ミラー４７２によって反射された波長λ２の光を受光する。第３ミラー４７３は、全ての波長の光を反射するミラーである。第３ミラー４７３は、波長λ３の光以外は透過させるか、全反射する。そのため、第３受光器４５３は、第３ミラー４６３によって反射された波長λ３の光、または、波長λ１および波長λ２の光が除去された光を受光する。
【００６９】
すなわち、色分離部４７は、出射端４５０から出射される光のうち少なくとも一つの波長領域の光を選択的に透過する少なくとも一つのダイクロイックミラーを含む。受光器４５を構成する複数の受光器のそれぞれは、ダイクロイックミラーを透過した光のうち少なくともいずれかを受光するように配置され、色分離部４７によって分離された特定の波長領域の光を選択的に受光できる。
【００７０】
以上のように、本実施形態の受光装置では、色分離部によって選択された光が受光器によって受光される。そのため、本実施形態の受光装置によれば、背景光や攪乱成分が含まれていても、背景光や攪乱成分が含まれない信号光を受光できる。また、本実施形態の受光装置によれば、受光器の感度の高い波長領域の信号光を選択的に受光できるので、受光器の性能が多少低くても、十分な受光能力が得られる。
【００７１】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５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、複数の受光器に受光させる点で、第１の実施形態の受光装置とは異なる。
【００７２】
図１９は、本実施形態の受光装置５の構成例を示す上面図である。受光装置５は、レンズ（図示しない）、指向性導光板５２、および受光器５５を備える。なお、指向性導光板５２において、集光領域５１０はレンズによって光が集光される範囲を示し、導光領域５４０は集光領域５１０から受光器５５までの範囲を示す。指向性導光板５２は、図示しないが、透明導光部および指向性反射部を有する。図示しないが、指向性反射部には、少なくとも一つの反射鏡が設置された反射構造が形成される。なお、受光装置５の構成要素のうち、受光器５５以外の構成要素は、第１の実施形態の対応する構成要素と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７３】
図３を用いて説明した通り、受光指向性の高い受光器を用いる場合、指向性導光板５２の導光領域５４０のストロークを長くする必要がある。導光領域５４０のストロークを長くすると、装置全体が大きくなる。
【００７４】
本実施形態の受光装置５には、受光指向性の高い複数の受光器を含む受光器５５を用いる。受光器５５に含まれる複数の受光器は、導光領域５４０を導光される光の進行方向に合わせて、受光方向が互いに異なるように配置される。
【００７５】
受光器５５に含まれる個々の受光器は、小型の受光器で構成できる。また、受光指向性の高い複数の受光器を用いながらも、導光領域５４０のストロークを短くできる。すなわち、本実施形態の受光装置５によれば、複数の高指向性の受光器でカバーすることによって受光角度を大きくすることができるとともに、高速性が維持されるため、性能を維持しながら装置を小型化できる。
【００７６】
以上のように、本実施形態の受光装置によれば、指向性の高い受光器を複数用いることによって、導光領域のストロークが短くても、高い受光指向性を維持できる。指向性の高い受光器は、小型化が可能である。そのため、本実施形態によれば、受光装置を小型化できる。また、本実施形態の受光装置によれば、複数の受光器の受光する波長域を変えれば、複数の波長領域の信号光を受信する色多重化にも適用できる。
【００７７】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６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、指向性導光板の少なくとも一部を折り曲げることができる点で、第１の実施形態の受光装置とは異なる。
【００７８】
図２０は、本実施形態の受光装置６の構成を示す断面図である。受光装置６は、レンズ６１、指向性導光板６２、および受光器６５を備える。指向性導光板６２は、透明導光部６２１および指向性反射部６２３を有する。指向性反射部６２３には、少なくとも一つの反射鏡６３０が設置された反射構造６３が形成される。そして、指向性導光板６２の導光領域６４０の少なくとも一部は、折り曲げ可能なフレキシブル構造を有する。受光器６５は、折り返された指向性導光板６２の導光領域６４０の出射端６５０に受光部が位置するように、透明導光部６２１の上面に載置される。なお、指向性導光板６２において、集光領域６１０はレンズ６１によって光が集光される範囲を示し、導光領域６４０は集光領域６１０から出射端６５０までの範囲を示す。なお、受光装置６の構成要素のうち指向性導光板６２の導光領域６４０の少なくとも一部以外は、第１の実施形態の対応する構成要素と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７９】
図２１は、本実施形態の受光装置６の構成例を示す上面図である。受光装置６は、指向性導光板６２の導光領域６４０の少なくとも一部が折り返された構造のため、集光領域６１０から受光器６５の受光部までのストロークを長くすることができる。指向性導光板６２の導光領域６４０の少なくとも一部が折り返された部分の最高部は、レンズ６１の最高部よりも低く設定できる。そのため、本実施形態によれば、受光角度が小さく、受光指向性の高い受光器６５を用いても、装置全体を小型化できる。
【００８０】
図２０および図２１には、導光領域６４０の少なくとも一部を折り曲げることによって指向性導光板６２の上面（第１の面とも呼ぶ）の上に受光器６５が載置される構成を示した。しかし、指向性導光板６２の導光領域６４０の折り曲げ方向や折り曲げ形態は、図２０に示す方向に限定されない。例えば、図２０の紙面に対して垂直な方向に向けて導光領域６４０を折り曲げてもよい。また、指向性導光板６２の導光領域６４０は、二重以上に積層するように折り曲げたり、捻るように折り曲げたりしてもよい。
【００８１】
図２２は、本実施形態の変形例の受光装置６−２の構成を示す断面図である。本変形例の受光装置６−２は、導光領域６４０の折り曲げ可能部位の少なくとも一部に、折り曲げ可能な反射鏡６６を配置する点で受光装置６とは異なる。反射鏡６６は、反射面が指向性反射部６２３に対向するように配置される。
【００８２】
通常、導光領域６４０に到達した光は、透明導光部６２１の両面で全反射される条件を満たす。しかしながら、導光領域６４０をレンズ６１に対して反対側に折り曲げた場合、折り曲げられた部分の透明導光部６２１の上面が全反射条件を満たさなくなる場合がある。本変形例によれば、透明導光部６２１の折り曲げ可能領域の上面側に反射鏡６６を配置することによって、導光領域６４０の全域に亘って全反射条件を満たすことができる。
【００８３】
以上のように、本実施形態の受光装置は、指向性導光板の導光領域の少なくとも一部を折り曲げることができるため、装置全体を小型化できる。また、本実施形態によれば、受光装置を収容する筐体の形に合わせて指向性導光板の形状を変更できるため、筐体の形状の自由度が大きくなる。
【００８４】
（適用例）
ここで、本発明の各実施形態に係る受光装置の適用例について図面を参照しながら説明する。各実施形態の受光装置は、送信側と受信側との位置関係が定まらない場合の光空間通信に適している。以下の適用例では、固定された設備と移動体との間の光空間通信や、移動体同士の光空間通信などについて一例を挙げて説明する。なお、以下においては、各実施形態の受光装置は図示しないが、各構成要素に搭載されているものとする。また、以下においては、各実施形態の受光装置が受光する信号光を送信する送光装置が各構成要素に搭載されているものとする。
【００８５】
図２３は、各実施形態の受光装置をドローンに搭載する例である。図２３には、二機のドローン（ドローン７１１、７１２）を図示している。また、図２３には、ドローンの移動を制御する管理システム７１５と、ドローンが充電するための充電ステーション７１６を図示している。管理システム７１５および充電ステーション７１６にも、各実施形態の受光装置が搭載されているものとする。ドローン７１１および７１２は、管理システム７１５および充電ステーション７１６と光空間通信できる範囲内で移動する。また、ドローンの機数は、二機に限定されず、何機であってもよい。なお、ドローンが光空間通信し合う対象は、管理システム７１５および充電ステーション７１６に限定されない。
【００８６】
例えば、ドローン７１１は、ドローン７１２に対して何らかの情報を送信する際に、ドローン７１２に向けて通信光を送光する。ドローン７１２は、ドローン７１１から送光された信号光が到来する方向を正確には把握していなくても、受光装置によって受光可能な方向から信号光が到来しさえすれば、ドローン７１２からの信号光を受光できる。ドローン７１２は、ドローン７１１から情報を受信すると、受信した情報に応じた動作をする。
【００８７】
例えば、管理システム７１５は、ドローン７１１の移動を制御する際に、ドローン７１１を制御するための信号光をドローン７１１に向けて送光する。ドローン７１１は、管理システム７１５から送光された信号光が到来する方向を正確には把握していなくても、受光装置によって受光可能な方向から信号光が到来しさえすれば、管理システム７１５からの信号光を受光できる。管理システム７１５からの信号光を受光したドローン７１１は、管理システム７１５の制御を受けて移動する。
【００８８】
例えば、ドローン７１１は、充電ステーション７１６で充電することが必要になった際に、充電ステーション７１６の利用を要請する信号光を充電ステーション７１６に向けて送光する。充電ステーション７１６は、ドローン７１１から送光された信号光が到来する方向を正確には把握していなくても、受光装置によって受光可能な方向から信号光が到来しさえすれば、ドローン７１１からの信号光を受光できる。ドローン７１１からの信号光を受光した充電ステーション７１６は、充電ステーション７１６の使用状況に応じて、充電ステーション７１６の使用可否を含む信号光をドローン７１１に向けて送光する。ドローン７１１は、充電ステーション７１６からの信号光を受光すると、充電ステーション７１６の使用可否に応じて動作する。
【００８９】
図２４は、各実施形態の受光装置を飛行機に搭載する例である。図２４には、二機の飛行機（飛行機７２１、７２２）を図示している。また、図２４には、飛行機の運航状況や滑走路の使用状況に関する情報を提供する管制情報提供システム７２５と、飛行機が離着陸する滑走路の状態に関する情報を提供する滑走路情報提供システム７２６を図示している。なお、管制情報提供システム７２５および滑走路情報提供システム７２６にも、各実施形態の受光装置が設置されているものとする。例えば、管制情報提供システム７２５は飛行場の管制塔に設置され、滑走路情報提供システム７２６は滑走路の近傍に設置される。また、飛行機の機数は、二機に限定されず、何機であってもよい。また、飛行機が光空間通信し合う対象は、管制情報提供システム７２５および滑走路情報提供システム７２６に限定されない。
【００９０】
例えば、飛行機７２１は、飛行機７２２に対して何らかの情報を送信する際に、飛行機７２２に向けて通信光を送光する。飛行機７２２は、飛行機７２１から送光された信号光が到来する方向を正確には把握していなくても、受光装置によって受光可能な方向から信号光が到来しさえすれば、飛行機７２２からの信号光を受光できる。飛行機７２２は、飛行機７２１から情報を受信すると、受信した情報に応答する。
【００９１】
例えば、管制情報提供システム７２５は、飛行機７２１に情報を送信する際に、飛行機７２１に向けて信号光を送光する。飛行機７２１は、管制情報提供システム７２５から送光された信号光が到来する方向を正確には把握していなくても、受光装置によって受光可能な方向から信号光が到来しさえすれば、管制情報提供システム７２５からの信号光を受光できる。管制情報提供システム７２５からの信号光を受光した飛行機７２１は、管制情報提供システム７２５の情報に応答する。
【００９２】
例えば、飛行機７２１は、滑走路情報提供システム７２６を備えた滑走路に着陸する際に、滑走路情報提供システム７２６に向けて信号光を送光する。滑走路情報提供システム７２６は、飛行機７２１から送光された信号光が到来する方向を正確には把握していなくても、受光装置によって受光可能な方向から信号光が到来しさえすれば、飛行機７２１からの信号光を受光できる。飛行機７２１からの信号光を受光した滑走路情報提供システム７２６は、安全性などに関する情報があれば、その情報を含む信号光を飛行機７２１に向けて送光する。
【００９３】
図２５は、各実施形態の受光装置を自動車に搭載する例である。図２５には、二台の自動車（自動車７３１、７３２）を図示している。また、図２５には、交通情報を送信する交通情報提供システム７３５と、自動車が走行中の道路に関する情報を提供する道路情報提供システム７３６を図示している。なお、交通情報提供システム７３５および道路情報提供システム７３６にも、各実施形態の受光装置が搭載されているものとする。例えば、交通情報提供システム７３５および道路情報提供システム７３６は、道路脇の電信柱や信号機などに設置される。また、自動車の台数は、二台に限定されず、何台であってもよい。また、自動車が光空間通信し合う対象は、交通情報提供システム７３５および道路情報提供システム７３６に限定されない。
【００９４】
例えば、自動車７３１は、自動車７３２に対して何らかの情報を送信する際に、自動車７３２に向けて通信光を送光する。自動車７３２は、自動車７３１から送光された信号光が到来する方向を正確には把握していなくても、受光装置によって受光可能な方向から信号光が到来しさえすれば、自動車７３２からの信号光を受光できる。自動車７３２は、自動車７３１から情報を受信すると、受信した情報に応じた動作をする。
【００９５】
例えば、自動車７３１は、目的地までの交通情報を取得する際に、交通情報提供システム７３５に対して交通情報を提供することを要請する信号光を送光する。交通情報提供システム７３５は、自動車７３１から送光された信号光が到来する方向を正確には把握していなくても、受光装置によって受光可能な方向から信号光が到来しさえすれば、自動車７３１からの信号光を受光できる。自動車７３１からの信号光を受光した交通情報提供システム７３５は、道路情報を含む信号光を自動車７３１に向けて送光する。
【００９６】
例えば、自動車７３１は、走行中の道路に関するローカルな道路情報を取得する際に、道路情報提供システム７３６に対して道路情報を提供することを要請する信号光を送光する。道路情報提供システム７３６は、自動車７３１から送光された信号光が到来する方向を正確には把握していなくても、受光装置によって受光可能な方向から信号光が到来しさえすれば、自動車７３１からの信号光を受光できる。自動車７３１からの信号光を受光した道路情報提供システム７３６は、道路情報を含む信号光を自動車７３１に向けて送光する。
【００９７】
図２６は、各実施形態の受光装置を鉄道車両に搭載する例である。図２６には、二本の鉄道車両（鉄道車両７４１、７４２）を図示している。また、図２６には、同じ線内や近くの線内を走行する鉄道車両の運行状況や混雑状況などの運行情報を提供する運行情報提供システム７４５と、鉄道車両が停車や通過する駅に関する情報を提供する駅情報提供システム７４６を図示している。なお、運行情報提供システム７４５および駅情報提供システム７４６にも、各実施形態の受光装置が搭載されているものとする。また、鉄道車両の本数は、二本に限定されず、何本であってもよい。また、鉄道車両が光空間通信し合う対象は、運行情報提供システム７４５および駅情報提供システム７４６に限定されない。
【００９８】
例えば、運行情報提供システム７４５は、鉄道車両７４１に運行情報を提供する際に、運行情報を含む信号光を鉄道車両７４１に向けて送光する。鉄道車両７４１は、運行情報提供システム７４５から送光された信号光が到来する方向を正確には把握していなくても、受光装置によって受光可能な方向から信号光が到来しさえすれば、運行情報提供システム７４５からの信号光を受光できる。
【００９９】
例えば、駅情報提供システム７４６は、駅の情報を鉄道車両７４１に提供する際に、駅の情報を含む信号光を鉄道車両７４１に向けて送光する。鉄道車両７４１は、駅情報提供システム７４６から送光された信号光が到来する方向を正確には把握していなくても、受光装置によって受光可能な方向から信号光が到来しさえすれば、駅情報提供システム７４６からの信号光を受光できる。
【０１００】
以上の図２３〜図２６に示した適用例は、本発明の各実施形態に係る受光装置を適用する一例であって、各実施形態の受光装置の適用範囲を限定するものではない。各実施形態の受光装置は、光空間通信によって通信し合う任意のシステムや装置に搭載できる。
【０１０１】
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。
〔付記〕
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）
レンズと、
前記レンズの集光面に対向して配置され、前記レンズによって集光される光が入射される集光領域と、前記集光領域に入射された光が導光される導光領域と、前記導光領域を導光されてきた光が出射される出射端とを少なくとも含む指向性導光板とを備え、
前記指向性導光板は、
前記レンズの集光面に対向する第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面とを有し、前記第１の面から前記集光領域に入射された光を前記出射端に向けて導光する透明導光部と、
前記透明導光部の前記第２の面に配置され、前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射する少なくとも一つの反射面を有する反射構造が形成された指向性反射部とを有する受光装置。
（付記２）
前記反射構造の反射面は、全反射条件を満たすように前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射する付記１に記載の受光装置。
（付記３）
前記指向性導光板は、
前記集光領域から前記出射端に向けて前記導光領域が引き伸ばされた形状を有する付記１または２に記載の受光装置。
（付記４）
前記反射構造の少なくとも一つの反射面が前記レンズの焦点の位置に配置される付記１または３に記載の受光装置。
（付記５）
前記反射構造は、
全反射条件を満たすように前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射するように形成された反射面を含む少なくとも一つの反射部を有する付記１乃至４のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記６）
前記指向性導光板は、
前記透明導光部と前記指向性反射部との間の前記導光領域に、前記第１の面に反射面が向くように配置された平面鏡を有する付記１乃至５のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記７）
前記出射端に受光部を向けて配置され、前記出射端から出射される光を受光して電気信号に変換する受光器を備える付記１乃至６のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記８）
特定の波長の光を選択的に透過する色フィルタを前記受光器の受光部に配置する付記７に記載の受光装置。
（付記９）
複数の前記受光器を備える付記７または８のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記１０）
複数の前記受光器のそれぞれの受光部に特定の波長の光を選択的に透過する色フィルタを配置する付記９に記載の受光装置。
（付記１１）
前記出射端と前記受光器との間に配置され、前記出射端から出射される光を選択的に色分離する色分離手段を有する付記９に記載の受光装置。
（付記１２）
前記色分離手段は、
前記出射端から出射される光のうち少なくとも一つの波長領域の光を選択的に反射または透過する少なくとも一つのダイクロイックミラーを含み、
複数の前記受光器のそれぞれは、
少なくとも一つの前記ダイクロイックミラーの反射光または透過光のうち少なくともいずれかを受光するように配置される付記１１に記載の受光装置。
（付記１３）
複数の前記受光器は、
前記導光領域を導光される光の進行方向に合わせて、受光方向が互いに異なるように配置される付記９に記載の受光装置。
（付記１４）
前記指向性導光板は、
前記導光領域の少なくとも一部が折り曲げ可能である付記１乃至１３のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記１５）
前記指向性導光板は、
前記導光領域の少なくとも一部が折り曲げ可能であり、
前記受光器は、
前記導光領域の少なくとも一部を折り曲げることによって前記指向性導光板の前記第１の面の上に載置される付記７乃至１４のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記１６）
前記導光領域の折り曲げ可能部位の前記第１の面の少なくとも一部に、前記第１の面に反射面を向けて配置される折り曲げ可能な反射鏡を有する付記１４または１５に記載の受光装置。
（付記１７）
レンズの集光面に対向して配置され、前記レンズによって集光される光が入射される集光領域と、前記集光領域に入射された光が導光される導光領域と、前記導光領域を導光されてきた光が出射される出射端とを少なくとも含み、
前記レンズの集光面に対向する第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面とを有し、前記第１の面から前記集光領域に入射された光を前記出射端に向けて導光する透明導光部と、
前記透明導光部の前記第２の面に配置され、前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射する少なくとも一つの反射面を有する反射構造が形成された指向性反射部とを有する指向性導光板。
【符号の説明】
【０１０２】
１、２、３、４、５、６    受光装置
１１、２１、３１、６１    レンズ
１２、２２、３２、４２、５２、６２    指向性導光板
１３、２３、３３、６３    反射構造
１５、２５、３５、４５、５５、６５    受光器
３６    色フィルタ
４６、４７    色分離部
１２１、２２１、３２１    透明導光部
１２３、２２３、３２３    指向性反射部
１３０、２３０、３３０    反射鏡
２４１    平面鏡
３５１、４５１    第１受光器
３５２、４５２    第２受光器
３５３、４５３    第３受光器
３６１    第１フィルタ
３６２    第２フィルタ
３６３    第３フィルタ
４６１、４７１    第１ミラー
４６２、４７２    第２ミラー
４６３、４７３    第３ミラー
４６６、４７６    第１レンズ
４６７、４７７    第２レンズ
４６８、４７８    第３レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月25日(2020.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと、
前記レンズの集光面に対向して配置され、前記レンズによって集光される光が入射される集光領域と、前記集光領域に入射された光が導光される導光領域と、前記導光領域を導光されてきた光が出射される出射端とを少なくとも含む指向性導光板とを備え、
前記指向性導光板は、
前記レンズの集光面に対向する第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面とを有し、前記第１の面から前記集光領域に入射された光を前記出射端に向けて導光する透明導光部と、
前記透明導光部の前記第２の面に配置され、前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射する少なくとも一つの反射面を有する反射構造が形成された指向性反射部とを有する受光装置。
【請求項２】
前記反射構造の反射面は、全反射条件を満たすように前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射する請求項１に記載の受光装置。
【請求項３】
前記指向性導光板は、
前記集光領域から前記出射端に向けて前記導光領域が引き伸ばされた形状を有する請求項１または２に記載の受光装置。
【請求項４】
前記反射構造の少なくとも一つの反射面が前記レンズの焦点の位置に配置される請求項１または３に記載の受光装置。
【請求項５】
前記反射構造は、
全反射条件を満たすように前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射するように形成された反射面を含む少なくとも一つの反射部を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項６】
前記指向性導光板は、
前記透明導光部と前記指向性反射部との間の前記導光領域に、前記第１の面に反射面が向くように配置された平面鏡を有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項７】
前記出射端に受光部を向けて配置され、前記出射端から出射される光を受光して電気信号に変換する受光器を備える請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項８】
特定の波長の光を選択的に透過する色フィルタを前記受光器の受光部に配置する請求項７に記載の受光装置。
【請求項９】
複数の前記受光器を備える請求項７または８のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項１０】
レンズの集光面に対向して配置され、前記レンズによって集光される光が入射される集光領域と、前記集光領域に入射された光が導光される導光領域と、前記導光領域を導光されてきた光が出射される出射端とを少なくとも含み、
前記レンズの集光面に対向する第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面とを有し、前記第１の面から前記集光領域に入射された光を前記出射端に向けて導光する透明導光部と、
前記透明導光部の前記第２の面に配置され、前記第１の面から入射した光を前記出射端に向けて反射する少なくとも一つの反射面を有する反射構造が形成された指向性反射部とを有する指向性導光板。
【国際調査報告】
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2019123552.tif 000030
2019123552.tif 000031
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