(57)【要約】  通信システムは、信号光を発する少なくとも１つの送信機と、信号光を受ける受信装置とを含む。受信装置は、送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成する制御部と、合成画像が供給されて、信号光を回折して集光する位相変調型空間光変調素子と、回折して集光した信号光を受ける検出器とを備える。
2019026175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機から発せられた信号光を受信する受信装置であって、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成する制御部と、
前記合成画像が供給されて、前記信号光を回折して集光する位相変調型空間光変調素子と、
前記回折して集光した信号光を受ける検出器とを備える、受信装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記位置情報に基づいて前記位相画像を生成する位相画像生成部と、
前記バーチャルレンズ画像を保持する記憶部と、
前記記憶部から前記バーチャルレンズ画像を取得するバーチャルレンズ画像取得部と、
前記位相画像と前記バーチャルレンズ画像とを合成して前記合成画像を生成する合成画像生成部とを備える、請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記検出器は、少なくとも２つの検出部を有し、
前記少なくとも２つの検出部は、互いに異なる波長帯域の信号光を受ける、請求項１または２に記載の受信装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の受信装置と、
前記受信装置に対して信号光を発する少なくとも１つの送信機と、
を含む、通信システム。
【請求項５】
送信機から発せられた信号光を受信する受信方法であって、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成するとともに、前記合成画像を位相変調型空間光変調素子に供給し、
前記位相変調型空間光変調素子で前記信号光を回折して集光し、
前記回折して集光した信号光を検出器で受ける、受信方法。
【請求項６】
前記合成画像を生成することは、
前記位置情報に基づいて前記位相画像を生成し、
前記バーチャルレンズ画像を保持し、
前記記憶部から前記バーチャルレンズ画像を取得し、
前記位相画像と前記バーチャルレンズ画像とを合成して前記合成画像を生成する、ことを含む請求項５に記載の受信方法。
【請求項７】
前記検出器は、少なくとも２つの検出部を有し、
前記信号光を受けることは、
波長領域の異なる少なくとも２つの信号光を前記少なくとも２つの検出部で受けることを含む、請求項５または６に記載の受信方法。
【請求項８】
送信機から発せられた信号光を受信する受信装置の、前記信号光を回折し集光する位相変調型空間光変調素子の動作を制御するコンピュータに合成画像を生成させる合成画像生成プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成する生成処理と、
前記合成画像を、前記位相変調型空間光変調素子に供給する供給処理と、
を実行させる、合成画像生成プログラム。
【請求項９】
前記生成処理は、前記コンピュータに、
前記位置情報に基づいて前記位相画像を生成する処理と、
前記バーチャルレンズ画像を記憶部に保持する処理と、
前記記憶部から前記バーチャルレンズ画像を取得する処理と、
前記位相画像と前記バーチャルレンズ画像とを合成して前記合成画像を生成する処理と、
を実行させる、請求項８に記載の合成画像生成プログラム。
【請求項１０】
送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信装置であって、
前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する偏光素子と、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成する制御部と、
前記合成画像が供給されて、前記直線偏波の信号光を回折して集光する位相変調型空間光変調素子と、
前記回折して集光した直線偏波の信号光を受ける検出器とを備え、
前記偏光素子は、前記位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致するように前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する、受信装置。
【請求項１１】
前記制御部は、
前記位置情報に基づいて前記位相画像を生成する位相画像生成部と、
前記バーチャルレンズ画像を保持する記憶部と、
前記記憶部から前記バーチャルレンズ画像を取得するバーチャルレンズ画像取得部と、
前記位相画像と前記バーチャルレンズ画像とを合成して前記合成画像を生成する合成画像生成部とを備える、請求項１０に記載の受信装置。
【請求項１２】
前記検出器は、少なくとも２つの検出部を有し、
前記少なくとも２つの検出部は、互いに異なる波長帯域の信号光を受ける、請求項１０または１１に記載の受信装置。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の受信装置と、
前記受信装置に対して円偏波の信号光を発する少なくとも１つの送信機と、
を含む、通信システム。
【請求項１４】
送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信方法であって、
前記円偏波の信号光を、位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致する方向の直線偏波の信号光に変換し、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成するとともに、前記合成画像を前記位相変調型空間光変調素子に供給し、
前記位相変調型空間光変調素子で前記直線偏波の信号光を回折して集光し、
前記回折して集光した直線偏波の信号光を検出器で受ける、受信方法。
【請求項１５】
前記合成画像を生成することは、
前記位置情報に基づいて前記位相画像を生成し、
前記バーチャルレンズ画像を記憶部に保持し、
前記記憶部から前記バーチャルレンズ画像を取得し、
前記位相画像と前記バーチャルレンズ画像とを合成して前記合成画像を生成する、ことを含む、請求項１４に記載の受信方法。
【請求項１６】
前記検出器は、少なくとも２つの検出部を有し、
前記信号光を受けることは、
波長領域の異なる少なくとも２つの信号光を前記少なくとも２つの検出部で受けることを含む、請求項１４または１５に記載の受信方法。
【請求項１７】
送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信装置であって、
前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する偏光素子と、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成する制御部と、
前記位相画像が供給されて、前記直編偏波の信号光を回折して集光する位相変調型空間光変調素子と、
前記回折して集光した直線偏波の信号光を受ける検出器とを備え、
前記偏光素子は、前記位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致するように前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する、受信装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の受信装置と、
前記受信装置に対して円偏波の信号光を発する少なくとも１つの送信機と、
を含む、通信システム。
【請求項１９】
送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信装置の受信方法であって、
前記円偏波の信号光を、位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致する方向の直線偏波の信号光に変換し、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、該位相画像を前記位相変調型空間光変調素子に供給し、
前記位相変調型空間光変調素子で前記直線偏波の信号光を回折して集光し、
前記回折して集光した直線偏波の信号光を受ける、受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受信装置、通信システム、受信方法、および合成画像生成プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を利用した無線通信システムが知られている。このような無線通信システムとして、特許文献１には、光を利用した無線通信によって行われる車車間通信の一例が記載されている。特許文献１には、光を利用した無線通信を用いて、特定の車両の有する情報を確実に他の車両に伝えることができる車車間通信システムが開示されている。特許文献１の車車間通信システムは、前方の車両とレーザ光信号を送受信する前方投受光部と、後方の車両とレーザ光信号を送受信する後方投受光部と、前方投受光部と後方投受光部との間で信号の中継を行う信号中継手段とを備える。【０００３】
また、光を利用した無線通信システムではないが、特許文献２は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）のような位相変調空間光変調器を備えたビームルーティング装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５１３０９号公報
【特許文献２】特表２０１４−５１２５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光を使用した移動体通信において、他の送受信器間との混信を避けるためにレーザ等を用いた指向性の高い通信を行おうとした場合、送受信器間のアライメント（光軸）を合わせる必要が有る。しかしながら、アライメントを合わせるためには、一般的に機械的なジンバル等を用いる必要があるため、装置の大型化および高コスト化を招く可能性があるという問題がある。【０００６】
この問題を解決するために、送受信器に位相変調型空間光変調素子を搭載し、電気的に光の指向制御を行うことが考えられる。しかしながら、位相変調型空間光変調素子を受信に使用すると、焦点距離が理論的には無限遠（フラウンホーファー領域）となるため、受信装置が大型化することが課題となる。これを解決するために、例えば、特許文献２のように、位相変調型空間光変調素子の後段にフーリエ変換レンズを設けることで焦点距離を短くすることが考えられる。しかしながら、この場合、フーリエ変換レンズの分だけ受信装置の大型化や高コスト化を招くといった課題がある。【０００７】
さらに、位相変調型空間光変調素子を送受信に使う場合、位相変調型空間光変調素子の偏光と、光の偏光を合わせないと通信ができないため、移動体通信に適用すると送受信器間の相対位置や姿勢が変化すると通信ができなくなる可能性があるという新たな課題が生まれる。【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するための受信装置、通信システム、受信方法、および合成画像生成プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様の受信装置は、送信機から発せられた信号光を受信する受信装置であって、前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成する制御部と、前記合成画像が供給されて、前記信号光を回折して集光する位相変調型空間光変調素子と、前記回折して集光した信号光を受ける検出器とを備える。【００１０】
本発明の第２の態様の通信システムは、第１の態様の受信装置と、前記受信装置に対して信号光を発する少なくとも１つの送信機と、を含む。【００１１】
本発明の第３の態様の受信方法は、送信機から発せられた信号光を受信する受信方法であって、前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成するとともに、前記合成画像を位相変調型空間光変調素子に供給し、前記位相変調型空間光変調素子で前記信号光を回折して集光し、前記回折して集光した信号光を検出器で受ける。【００１２】
本発明の第４の態様の合成画像生成プログラムは、送信機から発せられた信号光を受信する受信装置の、前記信号光を回折し集光する位相変調型空間光変調素子の動作を制御するコンピュータに合成画像を生成させる合成画像生成プログラムであって、前記コンピュータに、前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成する生成処理と、前記合成画像を、前記位相変調型空間光変調素子に供給する供給処理と、を実行させる。【００１３】
本発明の第５の態様の受信装置は、送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信装置であって、前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する偏光素子と、前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成する制御部と、前記合成画像が供給されて、前記直線偏波の信号光を回折して集光する位相変調型空間光変調素子と、前記回折して集光した直線偏波の信号光を受ける検出器とを備え、前記偏光素子は、前記位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致するように前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する。【００１４】
本発明の第６の態様の通信システムは、第５の態様の受信装置と、前記受信装置に対して円偏波の信号光を発する少なくとも１つの送信機と、を含む。【００１５】
本発明の第７の態様の受信方法は、送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信方法であって、前記円偏波の信号光を、位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致する方向の直線偏波の信号光に変換し、前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成するとともに、前記合成画像を前記位相変調型空間光変調素子に供給し、前記位相変調型空間光変調素子で前記直線偏波の信号光を回折して集光し、前記回折して集光した直線偏波の信号光を検出器で受ける。【００１６】
本発明の第８の態様の受信装置は、送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信装置であって、前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する偏光素子と、前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成する制御部と、前記位相画像が供給されて、前記直編偏波の信号光を回折して集光する位相変調型空間光変調素子と、前記回折して集光した直線偏波の信号光を受ける検出器とを備え、前記偏光素子は、前記位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致するように前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する。【００１７】
本発明の第９の態様の通信システムは、第８の態様の受信装置と、前記受信装置に対して円偏波の信号光を発する少なくとも１つの送信機と、を含む。【００１８】
本発明の第１０の態様の受信方法は、送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信装置の受信方法であって、前記円偏波の信号光を、位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致する方向の直線偏波の信号光に変換し、前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、該位相画像を前記位相変調型空間光変調素子に供給し、前記位相変調型空間光変調素子で前記直線偏波の信号光を回折して集光し、前記回折して集光した直線偏波の信号光を受ける。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、位相変調型空間光変調素子と検出器との間の距離を短くすることのできる受信装置、通信システム、受信方法、および合成画像生成プログラムを提供することができる。【００２０】
また、本発明によれば、送信機と受信装置の相対位置や、送信機または受信装置の姿勢によらず通信が可能な受信装置、通信システム、受信方法、および合成画像生成プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る通信システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る受信装置が備える制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の受信装置が生成する画像であり、（ａ）は位相画像、（ｂ）はバーチャルレンズ画像、（ｃ）は位相画像と、バーチャルレンズ画像との合成画像である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る通信システムの動作の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る受信装置が備える制御部の動作の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る受信装置の変形例の構成を示す模式図である。
【図７】送受信一体型の通信システムの構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る通信システムの構成を示す模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る通信システムの動作の流れを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る通信システムの構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る通信システムの動作の流れを示すフローチャートである。
【図１２】本発明の各実施形態に係る受信装置のハードウエ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】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一の符号を付して適宜説明は省略する。また、各図において示されることのある一方向性の矢印は、信号（データ）の流れの一例を示すものであり、信号（データ）の流れの方向を限定するものではない。
【００２３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、通信システム１０は、受信装置１００と、第１の送信機２００−１と、第２の送信機２００−２とを含む。なお、図１に示す構成は例示であり、本実施形態において、通信システムは、少なくともＮ台（Ｎは１以上の整数）の送信機を含んでいればよい。
【００２４】
受信装置１００は、第１の送信機２００−１と、第２の送信機２００−２とのそれぞれが発した信号光を受信する。
【００２５】
第１の送信機２００−１は第１の信号光１１を受信装置１００に発し、第２の送信機２００−２は、第２の信号光１２を受信装置１００に発する。第１の信号光１１および第２の信号光１２を発する光源としては、例えば、レーザ光を発するレーザ光源や、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることができる。図１において、点線で示す第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２は移動前の送信機を示し、実線で示す第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２は移動後の送信機を示している。すなわち、第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２は移動型の送信機である。なお、第１の送信機２００−１と、第２の送信機２００−２とは位置が固定の送信機であってもよい。
【００２６】
具体的には、受信装置１００は、制御部１１０と、位相変調型空間光変調素子１２０と、検出器１３０とを備える。
【００２７】
制御部１１０は、第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成する。また、制御部１１０は、位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成する。ここで、本明細書中において、「バーチャルレンズ画像」とは、位相変調型空間光変調素子１２０による回折光の焦点距離が短くなるように、位相変調型空間変調光素子１２０の回折パターンを制御する画像のことを意味する。具体的には、位相画像にバーチャルレンズ画像を合成し、位相変調型空間光変調素子１２０を制御することで、送信機の位置情報に基づいた指向制御と位相変調型空間光変調素子１２０の回折光の焦点距離を短くすることを同時に実現できる。すなわち、位相画像に合成することにより位相変調型空間光変調素子１２０による回折光の焦点距離を短くする事のできるバーチャルレンズ画像は、位相変調型空間光変調素子１２０と検出器１３０との間に設けた仮想的なレンズ（バーチャルレンズ）の働きをする。そのため、本実施形態においては位相画像に合成することにより位相変調型空間光変調素子１２０による回折光の焦点距離を短くする事のできる画像のことを「バーチャルレンズ画像」と称している。なお、特許文献２では、フーリエ変換レンズが設けられているが、本実施形態では、そのようなフーリエ変換レンズのような光学系は不要である。さらに、制御部１１０は、生成した合成画像を位相変調型空間光変調素子１２０に供給する。このような制御部１１０は、電子的な回路などで構成することができる。なお、制御部１１０の具体的な構成については後述する。
【００２８】
位相変調型空間光変調素子１２０は、制御部１１０から合成画像を受ける。また、位相変調型空間光変調素子１２０は、第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２が発した第１の信号光１１および第２の信号光１２を検出器１３０へ向けて回折して集光する。具体的には、位相変調型空間光変調素子１２０は、制御部１１０の制御に従って、第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２のうち、通信したい相手側が発した信号光を選択的に回折して集光する。なお、時分割多元接続（TDMA：Time Division Multiple Access）等のマルチアクセス通信方式と組み合わせて第１の信号光１１および第２の信号光１２を同時に集光するように構成してもよい。これにより、検出器１３０は、この回折して集光された回折光１３を検出することが可能となる。バーチャルレンズ画像が供給されない場合（換言すれば、位相画像のみが供給された場合）、位相変調型空間光変調素子１２０によって回折された信号光は、集光されることなく、フラウンホーファー領域に結像される。そのため、位相変調型空間光変調素子１２０と検出器１３０との間の距離Ｌは無限遠となる。しかしながら、本実施形態では、位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して得られた合成画像が供給されているので、位相変調型空間光変調素子１２０と検出器１３０との間の距離Ｌを、例えば、ｃｍオーダー以下の短い距離とすることができる。
【００２９】
位相変調型空間光変調素子１２０は、例えば、強誘電性液晶、ホモジーニアス液晶、および垂直配向液晶を用いた素子によって実現することができる。具体的には、位相変調型空間光変調素子１２０は、ＬＣＯＳによって実現することができる。また、位相変調型空間光変調素子１２０は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）によって実現してもよい。
【００３０】
次に、図２を参照して、本実施形態に係る受信装置１００が備える制御部１１０の構成について説明する。図２は、制御部１１０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御部１１０は、位相画像生成部１１１と、記憶部１１２と、バーチャルレンズ画像取得部１１３と、合成画像生成部１１４とを備える。
【００３１】
位相画像生成部１１１は、送信機の位置情報に基づいて、元画像から位相画像を生成する。この時、送信機の位置情報を取得する方法に制限はないが、例えば、受信装置１００が図示しない位置情報取得部を備えており、位置情報取得部が送信機の位置情報を取得すればよい。この場合、位置情報取得部は、例えば、周知の技術を用いて各送信機の位置情報を取得する。具体的には、位置情報取得部は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）やナビゲーションシステムから各送信機の位置情報を取得すればよい。
【００３２】
記憶部１１２は、位相画像に合成するためのバーチャルレンズ画像を保持している。記憶部１１２は制御部１１０の内部に設けられているが、受信装置１００の内部において、制御部１１０とは別体に独立して設けられていてもよい。また、記憶部１１２は、受信装置１００の外部に設けられていてもよい。このような記憶部１１２は、バッファや、記憶メモリなどから構成することができる。
【００３３】
バーチャルレンズ画像取得部１１３は、位相画像に合成するためのバーチャルレンズ画像を記憶部１１２から取得する。
【００３４】
合成画像生成部１１４は、バーチャルレンズ画像取得部１１３が取得したバーチャルレンズ画像を位相画像に合成することによって合成画像を生成する。また、合成画像生成部１１４は、生成した合成画像を位相変調型空間光変調素子１２０に供給する。
【００３５】
図３を参照して、合成画像の一例について説明する。図３（ａ）は位相画像生成部１１１が生成する位相画像の一例である。図３（ｂ）は記憶部１１２が保持するバーチャルレンズ画像の一例である。図３（ｃ）は合成画像生成部１１４が生成する合成画像の一例である。
【００３６】
位相画像生成部１１１は、生成した位相画像３１０を合成画像生成部に供給する。バーチャルレンズ画像取得部１１３は、位相画像３１０に合成するためのバーチャルレンズ画像３２０を記憶部１１２から取得し、取得したバーチャルレンズ画像３２０を合成画像生成部１１４に供給する。そして、合成画像生成部１１４は、バーチャルレンズ画像３２０を位相画像３１０に合成することよって合成画像３３０を生成する。このような、合成画像３３０が供給された位相変調型空間光変調素子１２０は、それに入射された第１の信号光１１および第２の信号光１２を選択的に回折し集光することによって、位相変調型空間光変調素子１２０からｃｍオーダー以下の短い距離に回折光１３を結像することができる。
【００３７】
［第１の実施形態に係る通信システムの動作］
図４は、本発明の第１の実施形態に係る通信システムの動作の流れを示すフローチャートである。以下、図１および図４を参照しつつ、通信システムの動作の流れについて説明する。
【００３８】
まず、制御部１１０は、第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２の位置情報に基づいて、位相画像を生成する（ステップＳ１０１）。
【００３９】
次いで、制御部１１０は、位相画像に合成するためのバーチャルレンズ画像を取得する（ステップＳ１０２）。次いで、制御部１１０は、バーチャルレンズ画像を位相画像に合成することよって合成画像を生成する（ステップＳ１０３）。また、制御部１１０は、生成した合成画像を位相変調型空間光変調素子１２０に供給する（ステップＳ１０４）。
【００４０】
次いで、位相変調型空間光変調素子１２０は、第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２が発した第１の信号光１１および第２の信号光１２を受ける（ステップＳ１０５）。そして、位相変調型空間光変調素子１２０は、検出器１３０に向かって、第１の信号光１１および第２の信号光１２を選択的に回折して集光する（ステップＳ１０６）。
【００４１】
［制御部の動作］
図５は、制御部が合成画像を生成する動作の流れを示すフローチャートである。以下、図１、図２、図５を参照して、制御部が合成画像を生成する動作の流れについて説明する。
【００４２】
まず、位相画像生成部１１１は、信号光を発する第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２の位置情報に基づいて、位相画像を生成する（ステップＳ２０１）。次いで、バーチャルレンズ画像取得部１１３は、位相画像生成部１１１が生成した位相画像に合成するためのバーチャルレンズ画像を記憶部１１２から取得する（ステップＳ２０２）。次いで、合成画像生成部１１４は、位相画像生成部１１２が生成した位相画像に、バーチャルレンズ画像取得部１１３が取得したバーチャルレンズ画像を生成し合成画像を生成する（ステップＳ２０３）。
【００４３】
上述にとおり、第１の実施形態に係る受信装置１００は、位相画像にバーチャルレンズ画像を合成する構成とすることにより、位相変調型空間光変調素子１２０と検出器１３０との間に光学系を備えていない小型の受信装置とすることができる。また、第１の実施形態に係る受信装置１００において、位相変調型空間光変調素子１２０は反射型であるとして説明したが、位相変調型空間光変調素子１２０は透過型であってもよい。この場合、透過型位相変調型空間光変調素子１２０は、第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２が発した第１の信号光１１および第２の信号光１２を選択的に透過させて回折し集光することになる。
【００４４】
［通信システムの変形例］
図６は、第１の実施形態の通信システム１０Ａの変形例の模式図である。通信システム１０Ａにおいて、受信装置１００Ａは、制御部１１０と、位相変調型空間光変調素子１２０と、検出器１３０Ａとを備える。
【００４５】
検出器１３０Ａは、第１の検出部１３１と、第２の検出部１３２とを備える。第１の検出部１３１と、第２の検出部１３２とは、それぞれ、異なる波長領域の信号光を受ける。すなわち、第１の実施形態の変形例に係る受信装置１００Ａは、第１の信号光１１Ａと、第２の信号光１２Ａとの波長が異なる場合、それぞれ別の検出器に受光させるように構成することができる。この場合、位相変調型空間光変調素子１２０は、第１の信号光１１Ａを回折した第１の回折光１３Ａを第１の検出部１３１に集光し、第２の信号光１２Ａを回折した第２の回折光１３Ｂを第２の検出部１３２に集光する。
【００４６】
［受信装置の変形例］
図７は、第１の実施形態の受信装置１００の変形例に係る模式図である。受信装置１００の変形例は、受信装置１００に送信機能をもたせた送受信装置４００である。送受信装置４００は、制御部１１０と、位相変調型空間光変調素子１２０と、検出器１３０と、レーザ光源１４０と、コリメートレンズ１５０と、フーリエ変換レンズ１６０と、アパーチャ１７０と、投射レンズ１８０とを備える。
【００４７】
レーザ光源１４０は、レーザ光を位相変調型空間光変調素子１２０に向かって発する。レーザ光源１４０は、例えば、レーザダイオードから構成することができる。
【００４８】
コリメートレンズ１５０は、レーザ光源１４０から発せられたレーザ光を平行光に変換し、位相変調型空間光変調素子１２０に照射する。位相変調型空間光変調素子１２０は、平行光に位相変調を施して、フーリエ変換した光を送出する。
【００４９】
フーリエ変換レンズ１６０は、フーリエ変換された光をアパーチャ１７０に集光させる。投射レンズ１８０は、フーリエ変換レンズ１６０によって集光された光を投射光１９０として外部に照射する。
【００５０】
上述のとおり、受信装置１００の構造を利用することによって、第１の実施形態の受信装置１００の構成を備えた送受信装置４００を構成することができる。
【００５１】
［第２の実施形態］
図８は、本発明の第２の実施形態に係る通信システムの構成を示す模式図である。通信システム１０Ｂは、受信装置１００Ｂと、第１の送信機２００−１と、第２の送信機２００−２と、第１の送信側偏光素子６００−１と、第２の送信側偏光素子６００−２とを備える。受信装置１００Ｂは、制御部１１０と、位相空間型変調素子１２０と、検出器１３０と、受信側偏光素子５００とを備える。受信装置１００Ｂは、第１の実施形態に係る受信装置１００と比べて、より送信機と受信装置の相対位置や、送信機または受信装置の姿勢によらず通信が可能な受信装置である。以下、本発明の第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００５２】
第１の送信側偏光素子６００−１および第２の送信側偏光素子６００−２は、それぞれ、第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２に設けられている。
【００５３】
第１の送信側偏光素子６００−１は、直線偏波の第１の信号光１１を第１の円偏波の信号光１４に変換する。また、第１の送信側偏光素子６００−１は、第１の円偏波の信号光１４を受信装置１００Ｂに向かって送信する。第２の送信側偏光素子６００−２は、直線偏波の第２の信号光１２を第２の円偏波の信号光１５に変換する。また、第２の送信側偏光素子６００−２は、第２の円偏波の信号光１５を受信装置１００Ｂに向かって送信する。第１の送信側偏光素子６００−１および第２の送信側偏光素子６００−２として、光学軸を信号の直線偏光方向に合わせた１／４波長板を用いることができる。このような１／４波長板を用いることにより、直線偏波の信号光を円偏波の信号光に変換することができる。
【００５４】
受信側偏光素子５００は、受信装置１００Ｂにおいて、第１の円偏波の信号光１４および第２の円偏波の信号光１５を受け、それぞれ、第１の直線偏波の信号光１６および第２の直線偏波の信号光１７に変換する。具体的には、受信側偏光素子５００として、光学軸を位相変調型空間光変調素子１２０の直線偏光の方向に合わせた１／４波長板を用いることができる。このような１／４波長板を設けることにより、位相変調型空間光変調素子１２０は、送信機の位置によらず常に所望の偏光方向の信号光を常に受けることができる。これにより、位相変調型空間光変調素子１２０は、受けた信号光を回折できないなどの理由に起因する信号の減衰を抑制することができる。また、本実施形態において、位相変調型空間光変調素子１２０は、受信側偏光素子５００によって変換された直線偏波の第１の直線偏波の信号光１６および第２の直線偏波の信号光１７を検出器１３０に向かって選択的に回折して集光する。
【００５５】
［第２の実施形態に係る通信システムの動作］
図９は、本発明の第２の実施形態に係る通信システムの動作の流れを示すフローチャートである。以下、図８および図９を参照しつつ、通信システムの動作の流れについて説明する。
【００５６】
なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０４は、それぞれ、図４に図示のステップＳ１０１〜ステップＳ１０４に対応するため説明は省略する。
【００５７】
次いで、第１の送信側偏光素子６００−１および第２の送信側偏光素子６００−２は、それぞれ、第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２が発した直線偏波の第１の信号光１１および第２の信号光１２を円偏波の第１の円偏波の信号光１４および第２の円偏波の信号光１５に変換する（ステップＳ３０５）。
【００５８】
次いで、受信側偏光素子５００は、第１の円偏波の信号光１４および第２の円偏波の信号光１５を受ける（ステップＳ３０６）。次いで、受信側偏光素子５００は、第１の円偏波の信号光１４および第２の円偏波の信号光１５を、それぞれ、位相変調型空間光変調素子１２０の偏光方向に合致する直線偏波の第１の直線偏波の信号光１６および第２の直線偏波の信号光１７に変換する（ステップＳ３０７）。
【００５９】
次いで、位相変調型空間光変調素子１２０は、第１の直線偏波の信号光１６および第２の直線偏波の信号光１７を受ける（ステップＳ３０８）。そして、位相変調型空間光変調素子１２０は、検出器１３０に向かって、第１の直線偏波の信号光１６および第２の直線偏波の信号光１７を選択的に回折して集光する（ステップＳ３０９）。
【００６０】
上述のとおり、受信装置１００Ｂは、常に所望の直線変更の信号光を受けることができるので、送信機と受信装置の相対位置や、送信機または受信装置の姿勢によらず通信が可能な、送信機が発した信号光を受信することができる。
【００６１】
［第３の実施形態］
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る通信システムの構成を示す模式図である。通信システム１０Ｃは、受信装置１００Ｃと、第１の送信機２００−１と、第２の送信機２００−２と、第１の送信側偏光素子６００−１と、第２の送信側偏光素子６００−２とを備える。受信装置１００Ｃは、制御部１１０Ａと、位相空間型変調素子１２０と、検出器１３０と、受信側偏光素子５００とを備える。第２の実施形態に係る受信装置１００Ｂと、受信装置１００Ｃとを比較すると、制御部の構造のみが異なっている。
【００６２】
具体的には、制御部１１０Ａは、バーチャルレンズ画像を保持する記憶部と、位相画像と、バーチャルレンズ画像とを合成する合成画像生成部とを備えていない点で、受信装置１００および受信装置１００Ａにおける制御部１１０と異なっている。
【００６３】
［第３の実施形態に係る通信システムの動作］
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る通信システム１０Ｃの動作の流れを示すフローチャートである。以下、図９および図１１を参照しつつ、通信システム１０Ｃの動作の流れについて説明する。
【００６４】
まず、制御部１１０Ａは、第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２の位置情報に基づいて、位相画像を生成する（ステップＳ４０１）。次いで、制御部１１０Ａは、生成した位相画像を位相変調型空間光変調素子１２０に供給する（ステップＳ４０２）。
【００６５】
次いで、第１の送信側偏光素子６００−１および第２の送信側偏光素子６００−２は、それぞれ、第１の送信機２００−１および第２の送信機２００−２が発した直線偏波の直線偏波の第１の信号光１１および第２の信号光１２をそれぞれ円偏波の第１の円偏波の信号光１４および第２の円偏波の信号光１５に変換する（ステップＳ４０３）。
【００６６】
次いで、受信側偏光素子５００は、第１の円偏波の信号光１４および第２の円偏波の信号光１５を受ける（ステップＳ４０４）。次いで、受信側偏光素子５００は、第１の円偏波の信号光１４および第２の円偏波の信号光１５を、それぞれ、位相変調型空間光変調素子１２０の偏光方向に合致する直線偏波の第１の直線偏波の信号光１６および第２の直線偏波の信号光１７に変換する（ステップＳ４０５）。
【００６７】
次いで、位相変調型空間光変調素子１２０は、第１の直線偏波の信号光１６および第２の直線偏波の信号光１７を受ける（ステップＳ４０６）。そして、位相変調型空間光変調素子１２０は、検出器１３０に向かって、第１の直線偏波の信号光１６および第２の直線偏波の信号光１７を選択的に回折して集光する（ステップＳ４０７）。
【００６８】
［ハードウエア構成］
本発明の実施形態に係る受信装置は、ハードウエアによって実現してもよいし、ソフトウエアによって実現してもよい。また、受信装置は、ハードウエアとソフトウエアの組み合わせによって実現してもよい。
【００６９】
図１２は、受信装置を構成する情報処理装置（コンピュータ）の一例を示すブロック図である。
【００７０】
図１２に示すように、情報処理装置７００は、制御部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）７１０と、記憶部７２０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）７３０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）７４０と、通信インターフェース７５０と、ユーザインターフェース７６０とを備えている。
【００７１】
制御部（ＣＰＵ）７１０は、記憶部７２０またはＲＯＭ７３０に格納されたプログラムをＲＡＭ７４０に展開して実行することで、受信装置の各種の機能を実現することができる。また、制御部（ＣＰＵ）７１０は、データ等を一時的に格納できる内部バッファを備えていてもよい。
【００７２】
記憶部７２０は、各種のデータを保持できる大容量の記憶媒体であって、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、およびＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶媒体で実現することができる。また、記憶部７２０は、情報処理装置７００が通信インターフェース７５０を介して通信ネットワークと接続されている場合には、通信ネットワーク上に存在するクラウドストレージであってもよい。また、記憶部７２０は、制御部（ＣＰＵ）７１０が読み取り可能なプログラムを保持していてもよい。
【００７３】
ＲＯＭ７３０は、記憶部７２０と比べると小容量なフラッシュメモリ等で構成できる不揮発性の記憶装置である。また、ＲＯＭ７３０は、制御部（ＣＰＵ）７１０が読み取り可能なプログラムを保持していてもよい。なお、制御部（ＣＰＵ）７１０が読み取り可能なプログラムは、記憶部７２０およびＲＯＭ７３０の少なくとも一方が保持していればよい。
【００７４】
なお、制御部（ＣＰＵ）７１０が読み取り可能なプログラムは、コンピュータが読み取り可能な様々な記憶媒体に非一時的に格納した状態で、情報処理装置７００に供給してもよい。このような記憶媒体は、例えば、磁気テープ、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリである。
【００７５】
ＲＡＭ７４０は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）およびＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等の半導体メモリであり、データ等を一時的に格納する内部バッファとして用いることができる。
【００７６】
通信インターフェース７５０は、有線または無線を介して、情報処理装置７００と、通信ネットワークとを接続するインターフェースである。
【００７７】
ユーザインターフェース７６０は、例えば、ディスプレイ等の表示部、およびキーボード、マウス、タッチパネル等の入力部である。
【００７８】
上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが以下には限られない。
【００７９】
［付記１］
送信機から発せられた信号光を受信する受信装置であって、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成する制御部と、
前記合成画像が供給されて、前記信号光を回折して集光する位相変調型空間光変調素子と、
前記回折して集光した信号光を受ける検出器とを備える、受信装置。
【００８０】
［付記２］
前記制御部は、
前記位置情報に基づいて前記位相画像を生成する位相画像生成部と、
前記バーチャルレンズ画像を保持する記憶部と、
前記記憶部から前記バーチャルレンズ画像を取得するバーチャルレンズ画像取得部と、
前記位相画像と前記バーチャルレンズ画像とを合成して前記合成画像を生成する合成画像生成部とを備える、付記１に記載の受信装置。
【００８１】
［付記３］
前記検出器は、少なくとも２つの検出部を有し、
前記少なくとも２つの検出部は、互いに異なる波長帯域の信号光を受ける、付記１または２に記載の受信装置。
【００８２】
［付記４］
付記１〜３のいずれか１つに記載の受信装置と、
前記受信装置に対して信号光を発する少なくとも１つの送信機と、
を含む、通信システム。
【００８３】
［付記５］
送信機から発せられた信号光を受信する受信方法であって、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成するとともに、前記合成画像を位相変調型空間光変調素子に供給し、
前記位相変調型空間光変調素子で前記信号光を回折して集光し、
前記回折して集光した信号光を検出器で受ける、受信方法。
【００８４】
［付記６］
前記合成画像を生成することは、
前記位置情報に基づいて前記位相画像を生成し、
前記バーチャルレンズ画像を保持し、
前記記憶部から前記バーチャルレンズ画像を取得し、
前記位相画像と前記バーチャルレンズ画像とを合成して前記合成画像を生成する、ことを含む、付記５に記載の受信方法。
【００８５】
［付記７］
前記検出器は、少なくとも２つの検出部を有し、
前記信号光を受けることは、
波長領域の異なる少なくとも２つの信号光を前記少なくとも２つの検出部で受けることを含む、付記５または６に記載の受信方法。
【００８６】
［付記８］
送信機から発せられた信号光を受信する受信装置の、前記信号光を回折し集光する位相変調型空間光変調素子の動作を制御するコンピュータに合成画像を生成させる合成画像生成プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成する生成処理と、
前記合成画像を、前記位相変調型空間光変調素子に供給する供給処理と、
を実行させる、合成画像生成プログラム。
【００８７】
［付記９］
前記生成処理は、前記コンピュータに、
前記位置情報に基づいて前記位相画像を生成する処理と、
前記バーチャルレンズ画像を記憶部に保持する処理と、
前記記憶部から前記バーチャルレンズ画像を取得する処理と、
前記位相画像と前記バーチャルレンズ画像とを合成して前記合成画像を生成する処理と、
を実行させる、付記８に記載の合成画像生成プログラム。
【００８８】
［付記１０］
送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信装置であって、
前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する偏光素子と、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成する制御部と、
前記合成画像が供給されて、前記直線偏波の信号光を回折して集光する位相変調型空間光変調素子と、
前記回折して集光した直線偏波の信号光を受ける検出器とを備え、
前記偏光素子は、前記位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致するように前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する、受信装置。
【００８９】
［付記１１］
前記制御部は、
前記位置情報に基づいて前記位相画像を生成する位相画像生成部と、
前記バーチャルレンズ画像を保持する記憶部と、
前記記憶部から前記バーチャルレンズ画像を取得するバーチャルレンズ画像取得部と、
前記位相画像と前記バーチャルレンズ画像とを合成して前記合成画像を生成する合成画像生成部とを備える、付記１０に記載の受信装置。
【００９０】
［付記１２］
前記検出器は、少なくとも２つの検出部を有し、
前記少なくとも２つの検出部は、互いに異なる波長帯域の信号光を受ける、付記１０または１１に記載の受信装置。
【００９１】
［付記１３］
付記１０〜１２のいずれか１つに記載の受信装置と、
前記受信装置に対して円偏波の信号光を発する少なくとも１つの送信機と、
を含む、通信システム。
【００９２】
［付記１４］
送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信方法であって、
前記円偏波の信号光を、位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致する方向の直線偏波の信号光に変換し、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、前記位相画像にバーチャルレンズ画像を合成して合成画像を生成するとともに、前記合成画像を前記位相変調型空間光変調素子に供給し、
前記位相変調型空間光変調素子で前記直線偏波の信号光を回折して集光し、
前記回折して集光した直線偏波の信号光を検出器で受ける、受信方法。
【００９３】
［付記１５］
前記合成画像を生成することは、
前記位置情報に基づいて前記位相画像を生成し、
前記バーチャルレンズ画像を記憶部に保持し、
前記記憶部から前記バーチャルレンズ画像を取得し、
前記位相画像と前記バーチャルレンズ画像とを合成して前記合成画像を生成する、ことを含む、付記１４に記載の受信方法。
【００９４】
［付記１６］
前記検出器は、少なくとも２つの検出部を有し、
前記信号光を受けることは、
波長領域の異なる少なくとも２つの信号光を前記少なくとも２つの検出部で受けることを含む、付記１４または１５に記載の受信方法。
【００９５】
［付記１７］
送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信装置であって、
前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する偏光素子と、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成する制御部と、
前記位相画像が供給されて、前記直編偏波の信号光を回折して集光する位相変調型空間光変調素子と、
前記回折して集光した直線偏波の信号光を受ける検出器とを備え、
前記偏光素子は、前記位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致するように前記円偏波の信号光を直線偏波の信号光に変換する、受信装置。
【００９６】
［付記１８］
付記１７に記載の受信装置と、
前記受信装置に対して円偏波の信号光を発する少なくとも１つの送信機と、
を含む、通信システム。
【００９７】
［付記１９］
送信機から発せられた円偏波の信号光を受ける受信装置の受信方法であって、
前記円偏波の信号光を、位相変調型空間光変調素子の偏光方向に合致する方向の直線偏波の信号光に変換し、
前記送信機の位置を示す位置情報に基づいて位相画像を生成し、該位相画像を前記位相変調型空間光変調素子に供給し、
前記位相変調型空間光変調素子で前記直線偏波の信号光を回折して集光し、
前記回折して集光した直線偏波の信号光を受ける、受信方法。
【符号の説明】
【００９８】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ・・・通信システム
１１，１１Ａ・・・第１の信号光
１２，１２Ａ・・・第２の信号光
１３，１３Ｃ・・・回折光
１３Ａ・・・第１の回折光
１３Ｂ・・・第２の回折光
１４・・・第１の円偏波の信号光
１５・・・第２の円偏波の信号光
１６・・・第１の直線偏波の信号光
１７・・・第２の直線偏波の信号光
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ・・・受信装置
１１０，１１０Ａ・・・制御部
１１１・・・位相画像生成部
１１２・・・記憶部
１１３・・・バーチャルレンズ画像取得部
１１４・・・合成画像生成部
１２０・・・位相変調型空間光変調素子
１３０，１３０Ａ・・・検出器
１３１・・・第１の検出部
１３２・・・第２の検出部
１４０・・・レーザ光源
１５０・・・コリメートレンズ
１６０・・・フーリエ変換レンズ
１７０・・・アパーチャ
１８０・・・投射レンズ
１９０・・・投射光
２００，２００Ａ・・・送信機
２００−１・・・第１の送信機
２００−２・・・第２の送信機
３１０・・・位相画像
３２０・・・バーチャルレンズ画像
３３０・・・合成画像
４００・・・送受信装置
５００・・・受信側偏光素子
６００−１・・・第１の送信側偏光素子
６００−２・・・第２の送信側偏光素子
７００・・・情報処理装置
７１０・・・制御部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）
７２０・・・記憶部
７３０・・・ＲＯＭ（Read Only Memory）
７４０・・・ＲＡＭ（Random Access Memory）
７５０・・・通信インターフェース
７６０・・・ユーザインターフェース
【図１】
2019026175.tif 000003
【図２】
2019026175.tif 000004
【図３】
2019026175.tif 000005
【図４】
2019026175.tif 000006
【図５】
2019026175.tif 000007
【図６】
2019026175.tif 000008
【図７】
2019026175.tif 000009
【図８】
2019026175.tif 000010
【図９】
2019026175.tif 000011
【図１０】
2019026175.tif 000012
【図１１】
2019026175.tif 000013
【図１２】
2019026175.tif 000014
【国際調査報告】
2019026175.tif 000015
2019026175.tif 000016