(57)【要約】  集光レンズを用いずに、空間光を効率的に受光するために、第１受光面および第１出射端とを少なくとも有し、第１受光面から進入する信号光が第１出射端に指向的に導光される第１導光体と、第２受光面および第２出射端とを少なくとも有し、第１導光体の第１出射端に第２受光面が接続され、第２受光面から進入する信号光が第２出射端に指向的に導光される第２導光体と、第２出射端に接続される受光部を有し、受光部で受光した信号光を電気信号に変換する受光器とを備える受光装置とする。
2019180813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１受光面および第１出射端とを少なくとも有し、前記第１受光面から進入する信号光が前記第１出射端に導光される第１導光体と、
第２受光面および第２出射端とを少なくとも有し、前記第１導光体の前記第１出射端に前記第２受光面が接続され、前記第２受光面から進入する前記信号光が前記第２出射端に導光される第２導光体と、
前記第２出射端に接続される受光部を有し、前記受光部で受光した前記信号光を電気信号に変換する受光器とを備える受光装置。
【請求項２】
前記第２導光体は、
曲線状に形成され、
前記第１導光体は、
前記第２受光面に対して垂直に立てられた線分を前記第２導光体の形状に沿って移動させた際に形成される柱面の形状を有する請求項１に記載の受光装置。
【請求項３】
前記第１導光体は、
前記第１受光面を側面とする筒状に形成され、上面および下面のいずれかに前記第１出射端が形成され、
前記第２導光体は、
筒状に形成された前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する環状に形成される請求項１または２に記載の受光装置。
【請求項４】
前記第１導光体は、
円筒状に形成され、
前記第２導光体は、
円筒状に形成された前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する円環状に形成される請求項３に記載の受光装置。
【請求項５】
前記第１導光体は、
多角筒状に形成され、
前記第２導光体は、
多角筒状に形成された前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する多角環状に形成される請求項３に記載の受光装置。
【請求項６】
前記第１導光体は、
前記第１受光面に対向する第３受光面と、前記第３受光面から進入する信号光が導光される第３出射端とを有し、
前記第２導光体は、
前記第１導光体の前記第１出射端および前記第３出射端に前記第２受光面が接続される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項７】
前記第１導光体の上面の形状に合わせた透明板が前記第１導光体の上面に配置される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項８】
前記第１導光体は、
上面が閉ざされた筒状に形成され、上面と側面とを接続する表面の少なくとも一部に、前記第１導光体の内部に反射面を向けた反射鏡が設置される請求項１に記載の受光装置。
【請求項９】
前記第１導光体は、
前記第１受光面を表面とする球冠状に形成され、底面に前記第１出射端が形成され、
前記第２導光体は、
前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する円環状に形成される請求項１に記載の受光装置。
【請求項１０】
第１受光面および第１出射端とを少なくとも有し、前記第１受光面を側面とする筒状に形成され、前記第１受光面から進入する信号光が、上面および下面のいずれかに形成された前記第１出射端に導光される第１導光体と、
第２受光面および第２出射端とを少なくとも有し、筒状に形成された前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて開放端を有する環状に形成され、前記第１導光体の前記第１出射端に前記第２受光面が接続され、前記第２受光面から進入する前記信号光が前記第２出射端に導光される第２導光体と、
第２導光体の前記第２出射端に接続される受光部を有し、前記受光部で受光した前記信号光を電気信号に変換して出力する受光器と、を有する受光装置と、
前記第１導光体によって形成される筒内に搭載され、前記受光器から受信される電気信号を受信し、受信した電気信号に応じた投射光を投射する送光装置とを備える送受光装置。
【請求項１１】
前記送光装置は、
光源と、前記光源から出射される出射光を変調して反射する表示部を有する空間光変調器と、前記空間光変調器の表示部による反射光を投射する投射光学系とを含む投射装置と、
前記受光器からの電気信号に基づいて、前記光源を制御する光源制御条件と前記空間光変調器を制御する変調素子制御条件とを前記投射装置に出力する制御装置とを有する請求項１０に記載の送受光装置。
【請求項１２】
前記空間光変調器は、位相変調型である請求項１１に記載の送受光装置。
【請求項１３】
前記送光装置は、
前記投射装置の投射範囲を含む範囲を撮像する撮像装置を有し、
前記制御装置は、
前記受光器からの電気信号に基づいて、前記撮像装置を制御する撮像制御条件を前記投射装置に出力する請求項１１または１２に記載の送受光装置。
【請求項１４】
外部機器のポートに接続されるコネクタを備え、
前記制御装置は、
前記コネクタを介して前記外部機器とデータ通信可能に接続される請求項１１または１２に記載の送受光装置。
【請求項１５】
前記コネクタは、
関節機構を介して前記受光装置に接続される請求項１４に記載の送受光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光空間通信に用いられる受光装置および送受光装置に関する。
【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、空間を伝播する空間光を送受光し合う。空間を広がって伝搬する信号光を受光するためには、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。【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、撮像レンズの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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−１４７１０８号公報
【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電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。すなわち、特許文献１の装置には、静電容量の小さな高価なフォトダイオードを用いる必要があるという問題点があった。また、レンズの口径を大きくすれば光電変換装置に受光される光を増やすことができるため、比較的安価なフォトダイオードを用いることができるが、レンズを大きくすることによって装置が大型化するという問題点があった。【０００６】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、集光レンズを用いずに、空間光を効率的に受光できる受光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の受光装置は、第１受光面および第１出射端とを少なくとも有し、第１受光面から進入する信号光が第１出射端に指向的に導光される第１導光体と、第２受光面および第２出射端とを少なくとも有し、第１導光体の第１出射端に第２受光面が接続され、第２受光面から進入する信号光が第２出射端に指向的に導光される第２導光体と、第２出射端に接続される受光部を有し、受光部で受光した信号光を電気信号に変換する受光器とを備える。【０００８】
本発明の一態様の送受光装置は、第１受光面および第１出射端とを少なくとも有し、第１受光面を側面とする筒状に形成され、第１受光面から進入する信号光が、上面および下面のいずれかに形成された第１出射端に指向的に導光される第１導光体と、第２受光面および第２出射端とを少なくとも有し、筒状に形成された第１導光体の第１出射端の形状に合わせて開放端を有する環状に形成され、第１導光体の第１出射端に第２受光面が接続され、第２受光面から進入する信号光が第２出射端に指向的に導光される第２導光体と、第２導光体の第２出射端に接続される受光部を有し、受光部で受光した信号光を電気信号に変換して出力する受光器と、を有する受光装置と、第１導光体によって形成される筒内に搭載され、受光器から受信される電気信号を受信し、受信した電気信号に応じた投射光を投射する送光装置とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、集光レンズを用いずに、空間光を効率的に受光できる受光装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の一例の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の一例の上面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の一例の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の一例の展開図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の第１導光部および第２導光部を実現する指向性導光板の構成の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の第１導光部および第２導光部を実現する指向性導光板の構成の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る受光装置の第１導光部および第２導光部を実現する指向性導光板の構成の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の変形例１に係る受光装置の一例の斜視図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の変形例２に係る受光装置の一例の斜視図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の変形例３に係る受光装置の一例の斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る受光装置の一例の斜視図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る受光装置の一例の上面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る受光装置の一例の断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る受光装置の一例の斜視図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る受光装置の一例の断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態の変形例１に係る受光装置の一例の斜視図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態の変形例２に係る受光装置の一例の斜視図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る送受光装置の一例の斜視図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る送受光装置の送光装置の構成例を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態に係る送受光装置の送光装置に含まれる投射装置の構成例を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態に係る送受光装置の送光装置に含まれる投射装置の光学系の構成例を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第４の実施形態に係る送受光装置の送光装置に含まれる制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２３】本発明の第５の実施形態に係る送受光装置の一例の斜視図である。
【図２４】本発明の第５の実施形態に係る送受光装置の送光装置の構成例を示すブロック図である。
【図２５】本発明の第５の実施形態に係る送受光装置の送光装置に含まれる撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図２６】本発明の第５の実施形態に係る送受光装置の送光装置に含まれる制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２７】本発明の第６の実施形態に係る送受光装置の一例の斜視図である。
【図２８】本発明の第６の実施形態に係る送受光装置の送光装置に含まれる制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２９】本発明の第６の実施形態に係る送受光装置の使用例を示す模式図である。
【図３０】本発明の第６の実施形態の変形例に係る送受光装置の一例の斜視図である。
【図３１】本発明の第６の実施形態に係る送受光装置を用いた光空間通信の一例について説明するための模式図である。
【図３２】本発明の第６の実施形態に係る送受光装置を用いた光空間通信の一例について説明するための模式図である。
【図３３】本発明の第６の実施形態に係る送受光装置を用いた光空間通信の一例について説明するための模式図である。
【図３４】本発明の第６の実施形態に係る送受光装置を用いた光空間通信の一例について説明するための模式図である。
【図３５】本発明の第６の実施形態に係る送受光装置を用いた移動体間通信の一例について説明するための概念図である。
【図３６】本発明の各実施形態に係る送受光装置の制御装置を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。また、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、以下の実施形態の説明に用いる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。
【００１２】
（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。図１は、本実施形態の受光装置１の斜視図である。図２は、受光装置１の上面図である。図３は、受光装置１の断面図である。図４は、受光装置１の展開図である。
【００１３】
図１のように、受光装置１は、第１導光体１１、第２導光体１２、受光器１３、および底板１４を備える。
【００１４】
図１のように、第１導光体１１は、第２導光体１２の上面に配置される。第１導光体１１は、円筒状の導光体である。図２のように、第１導光体１１は、水平面で切断した際の切断面の断面形状が円である。
【００１５】
図３のように、第１導光体１１は、第１導光部１１１および第１指向性反射部１１２を含む。
【００１６】
第１導光部１１１は、上面が開放された円筒状の導光体である。すなわち、第１導光部１１１は、水平面で切断した際の切断面の断面形状が円の導光体である。図３および図４に示すように、第１導光部１１１の側面が第１導光体１１の第１受光面１１８であり、第１導光体１１の下端が第１出射端１１９である。例えば、第１導光部１１１は、信号光を透過する材質で形成される。例えば、第１導光部１１１は、ガラスやプラスチックなどのように透明な材料で形成できる。なお、第１導光部１１１の材質は、信号光が透過しさえすれば限定を加えない。
【００１７】
第１指向性反射部１１２は、円筒状に形成された第１導光部１１１の内面に沿って形成される。第１指向性反射部１１２の第１導光部１１１側の面には、第１導光体１１の第１受光面１１８から入射した光を第１出射端１１９に向けて全反射条件を満たすように反射する反射面が形成される。例えば、第１指向性反射部１１２の反射面は、金属などの材料で形成できる。なお、第１指向性反射部１１２の反射面の材質は、信号光が反射しさえすれば特に限定されない。
【００１８】
第１出射端１１９は、第１導光部１１１の内部を伝播してきた信号光が出射される端部である。第１出射端１１９から出射される信号光は、第２導光体１２の上面の第２受光面１２８から第２導光体１２の内部に進入する。
【００１９】
第１導光体１１の第１受光面１１８から第１導光部１１１の内部に進入した信号光は、第１出射端１１９に向けて、全反射条件を満たしながら第１導光部１１１の内部を進行する。第１導光部１１１の内部を通過して第１出射端１１９に到達した信号光は、第２導光体１２の上面の第２受光面１２８から第２導光体１２の内部に進入する。
【００２０】
第２導光体１２は、第１導光体１１の下面に配置される。第２導光体１２は、開放端を有する円環状の導光体である。図４のように、第２導光体１２の開放端の一つは第２出射端１２９であり、第２導光体１２の開放端のもう一つは反射端１２４である。第２導光体１２の第２出射端１２９には、受光器１３の受光部が接続される。
【００２１】
図３のように、第２導光体１２は、第２導光部１２１および第２指向性反射部１２２を含む。
【００２２】
第２導光部１２１は、底板１４の側面に沿って円環状に配置される導光体である。図４のように、第２導光部１２１の第２出射端１２９には受光器１３の受光部が接続される。一方、第２導光部１２１の他端に反射端１２４が形成される。第２導光部１２１の上面が第２導光体１２の第２受光面１２８である。例えば、第２導光部１２１は、信号光を透過する材質で形成される。例えば、第２導光部１２１は、ガラスやプラスチックなどのように透明な材料で形成できる。なお、第２導光部１２１の材質は、信号光が透過しさえすれば特に限定されない。第２導光部１２１は、第１導光部１１１と同じ材料で構成してもよいし、第１導光部１１１とは異なる材料で構成してもよい。
【００２３】
図４のように、第２導光部１２１は、全反射条件を満たしながら第１導光部１１１の内部を伝播して第１出射端１１９から出射される信号光を第２受光面１２８で受光し、第２出射端１２９に向けて導光する導光板である。第２導光体１２の第２受光面１２８から進入した信号光は、第２指向性反射部１２２によって反射され、全反射条件を満たしながら第２導光部１２１の周方向に沿って導光される。第２導光体１２の内部を伝播した信号光の少なくとも一部は、第２出射端１２９から出射され、受光器１３によって受光される。
【００２４】
第２指向性反射部１２２は、第２導光部１２１の下面に沿って形成される。第２指向性反射部１２２の反射面には、第２導光体１２の第２受光面１２８から入射した光を第２出射端１２９に向けて全反射条件を満たすように反射する反射面を有する反射構造が形成される。例えば、反射構造は、金属などの材料で形成できる。なお、反射構造の材質は、信号光が反射しさえすれば限定を加えない。なお、第２指向性反射部１２２は、第２導光部１２１の下面のみならず、第２導光部１２１の側面に設けてもよい。
【００２５】
第２出射端１２９は、第２導光部１２１の二つの開放端の一つである。第２出射端１２９には、受光器１３の受光部が接続される。第２出射端１２９に到達した光は、受光器１３に向けて出射される。
【００２６】
反射端１２４は、第２導光部１２１の二つの開放端の一つである。反射端１２４に到達した光は、第２出射端１２９に向けて反射される。反射端１２４については、信号光を反射しさえすれば、特に限定を加えない。また、反射端１２４は省略可能である。
【００２７】
受光器１３は、第２導光体１２の第２出射端１２９に受光部を向けて配置される。受光器１３は、受光部で受光した信号光を電気信号に変換する。受光器１３は、図示しない信号処理装置などに電気信号を出力する。例えば、受光器１３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１３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。本実施形態においては、受光器１３に接続される電線などは省略する。
【００２８】
底板１４は、第２導光体１２が形成する円環の内側に配置される板状部材である。言い換えると、底板１４の側面に沿って、第２導光体１２が配置される。底板１４の材質には特に限定は加えない。また、底板１４の側面に沿って第２導光部１２１を配置し、底板１４の下面を含む範囲に第２指向性反射部１２２を配置してもよい。なお、底板１４は省略可能である。
【００２９】
以上が、本実施形態の受光装置１の構成についての説明である。
【００３０】
〔指向性導光板〕
ここで、第１導光体１１および第２導光体１２を実現する指向性導光板について一例を挙げて説明する。
【００３１】
図５は、指向性導光板１０１の構成の一例を示す断面図である。指向性導光板１０１は、透明導光部１４１および指向性反射部１５１を有する。
【００３２】
透明導光部１４１は、信号光を透過する材質で構成される。透明導光部１４１は、受光装置１の第１導光部１１１および第２導光部１２１に相当する構成である。透明導光部１４１の上面が指向性導光板１０１の受光面１８１である。透明導光部１４１の一端は、透明導光部１４１の内部を進行してきた光が出射される出射端１９１になる。
【００３３】
指向性反射部１５１は、透明導光部１４１の受光面１８１から入射した信号光を出射端１９１に向けて反射させる機構である。指向性反射部１５１は、受光装置１の第１指向性反射部１１２および第２指向性反射部１２２に相当する構成である。
【００３４】
指向性反射部１５１の上面には、受光面１８１から入射した光を出射端１９１に向けて全反射条件を満たすように反射する少なくとも一つの反射面を有する反射構造１６１が形成される。図５には、複数の反射鏡１７１が間隔を開けて配置された反射構造１６１の例を示す。なお、反射構造１６１は、図５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出射端１９１に導くように構成してもよい。
【００３５】
反射構造１６１は、受光面１８１から入射した信号光を出射端１９１に向けて全反射条件を満たすように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１６１は、受光面１８１から入射した光を出射端１９１に向けて全反射条件を満たすように反射する反射面を有する少なくとも一つの反射鏡１７１（反射部とも呼ぶ）によって構成される。反射鏡１７１は、信号光を反射する材質で形成される。例えば、反射構造１６１は、金属などの材料で形成できる。なお、反射構造１６１の材質は、信号光が反射しさえすれば限定を加えない。
【００３６】
指向性導光板１０１を第１導光体１１として用いる場合、指向性導光板１０１は、透明導光部１４１を外側とし、指向性反射部１５１を内側とする円筒状に構成する。円筒状の指向性導光板１０１の側面が受光面１８１になり、下面が出射端１９１になる。
【００３７】
指向性導光板１０１を第２導光体１２として用いる場合、指向性導光板１０１は、開放端を有する円環状に形成された透明導光部１４１の下面に沿って指向性反射部１５１を配置した構成とする。円環状に形成された透明導光部１４１の上面が受光面１８１になり、開放端のいずれかが出射端１９１になる。
【００３８】
図５の構成によれば、指向性導光板１０１の受光面１８１から入射した信号光を出射端１９１に向けて導光することができる。
【００３９】
図６は、指向性導光板１０２の構成の一例を示す断面図である。指向性導光板１０２は、透明導光部１４２および指向性反射部１５２を有する。
【００４０】
透明導光部１４２は、信号光を透過する材質で構成される。透明導光部１４２は、受光装置１の第１導光部１１１および第２導光部１２１に相当する構成である。透明導光部１４２の上面が指向性導光板１０２の受光面１８２である。透明導光部１４２の一端は、透明導光部１４２の内部を進行してきた光が出射される出射端１９２になる。
【００４１】
指向性反射部１５２は、透明導光部１４２の受光面１８２から入射した信号光を出射端１９２に向けて反射させる機構である。指向性反射部１５２は、受光装置１の第１指向性反射部１１２および第２指向性反射部１２２に相当する構成である。
【００４２】
指向性反射部１５２の上面には、少なくとも一つの反射部１７２が突出するように形成された反射構造１６２が形成される。例えば、反射部１７２は、その反射面が指向性反射部１５１の反射鏡１７１の反射面と同様の配置になるように形成される。
【００４３】
反射構造１６２は、指向性反射部１５２の上面を加工することによって形成できる。反射構造１６２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１６２は、指向性反射部１５２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１６２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１５２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６の構成は一例であって、反射部１７２の形状や高さ、数などを限定するものではない。
【００４４】
指向性導光板１０２を第１導光体１１として用いる場合、指向性導光板１０２は、透明導光部１４２を外側とし、指向性反射部１５２を内側とする円筒状に構成する。円筒状の指向性導光板１０２の側面が受光面１８２になり、下面が出射端１９２になる。
【００４５】
指向性導光板１０２を第２導光体１２として用いる場合、指向性導光板１０２は、開放端を有する円環状に形成された透明導光部１４２の下面に沿って指向性反射部１５２を配置した構成とする。円環状に形成された透明導光部１４２の上面が受光面１８２になり、開放端のいずれかが出射端１９２になる。
【００４６】
図６の構成によれば、指向性反射部１５２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５の構成よりも反射面の角度を厳密に形成でき、反射方向の精度が高い反射面を実現できる。
【００４７】
図７は、指向性導光板１０３の構成の一例を示す断面図である。指向性導光板１０３は、透明導光部１４３および指向性反射部１５３を有する。
【００４８】
透明導光部１４３は、信号光を透過する材質で形成される。透明導光部１４３は、受光装置１の第１導光部１１１および第２導光部１２１に相当する構成である。透明導光部１４３の上面が指向性導光板１０３の受光面１８３である。透明導光部１４３の一端は、透明導光部１４３の内部を進行してきた光が出射される出射端１９３になる。
【００４９】
指向性反射部１５３は、透明導光部１４３の受光面１８３から入射した信号光を出射端１９３に向けて反射させる機構である。指向性反射部１５３は、受光装置１の第１指向性反射部１１２および第２指向性反射部１２２に相当する構成である。
【００５０】
指向性反射部１５３の透明導光部１４３側の面上には、回折格子アレイ１７３を配置する。回折格子アレイ１７３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。
【００５１】
回折格子アレイ１７３は、指向性反射部１５３の受光面１８３から透明導光部１４３に入射した光が出射端１９３に向けて進行するように、全反射条件が満たされるように入射光を回折する。例えば、回折格子アレイ１７３は、ブレーズド回折格子やホログラフィック回折格子によって実現できる。例えば、回折格子アレイ１７３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。
【００５２】
指向性導光板１０３を第１導光体１１として用いる場合、指向性導光板１０３は、透明導光部１４３を外側とし、指向性反射部１５３を内側とする円筒状に構成する。円筒状の指向性導光板１０３の側面が受光面１８３になり、下面が出射端１９３になる。
【００５３】
指向性導光板１０３を第２導光体１２として用いる場合、指向性導光板１０３は、開放端を有する円環状に形成された透明導光部１４３の下面に沿って指向性反射部１５３を配置した構成とする。円環状に形成された透明導光部１４３の上面が受光面１８３になり、開放端のいずれかが出射端１９３になる。
【００５４】
図７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５や図６の構成と比べて指向性導光板を薄くすることができる。
【００５５】
以上が、第１導光体１１および第２導光体１２を実現する指向性導光板の一例についての説明である。なお、図５〜図７の例は一例であって、本実施形態の第１導光体１１および第２導光体１２を実現する指向性導光板を限定するものではない。
【００５６】
以上のように、本実施形態の受光装置は、受光面から進入した光を出射端に向けて導光する第１導光体と、第１導光体から出射された光を受光して出射端に向けて導光する第２導光体とを備える。そして、本実施形態の受光装置は、第２導光体から出射された光を受光する受光器を備える。
【００５７】
第１導光体は、第１受光面および第１出射端とを少なくとも有する。第１受光面から進入する信号光は、第１出射端に指向的に導光される。第２導光体は、第２受光面および第２出射端とを少なくとも有し、第１導光体の第１出射端に第２受光面が接続される。第２受光面から進入する信号光は、第２出射端に指向的に導光される。受光器は、第２出射端に接続される受光部を有する。受光器は、受光部で受光した信号光を電気信号に変換する。
【００５８】
第１導光体は、第１受光面を側面とする筒状に形成され、上面および下面のいずれかに第１出射端が形成される。第２導光体は、筒状に形成された第１導光体の第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する環状に形成される。
【００５９】
例えば、第１導光体は、円筒状に形成される。第２導光体は、円筒状に形成された第１導光体の第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する円環状に形成される。
【００６０】
そのため、本実施形態の受光装置によれば、集光レンズを用いずに、空間光を効率的に受光することができる。
【００６１】
（変形例）
ここで、本実施形態の受光装置の変形例について図面を参照しながら説明する。
【００６２】
〔変形例１〕
図８は、変形例１の受光装置１−１の一例を示す斜視図である。図８のように、受光装置１−１は、第１導光体１１−１、第２導光体１２−１、受光器１３、および底板１４−１を備える。受光装置１−１は、第１導光体１１−１、第２導光体１２−１、および底板１４−１の形状が受光装置１とは異なる。受光装置１−１は、第１導光体１１−１、第２導光体１２−１、および底板１４−１の形状以外は受光装置１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６３】
図８のように、第１導光体１１−１は、第２導光体１２−１の上面に配置される。第１導光体１１−１は、水平面で切断した際の切断面の断面形状が六角形の導光体である。第１導光体１１−１は、第１の実施形態の受光装置１の第１導光体１１と同様に、第１導光部と第１指向性反射部とによって構成される。
【００６４】
第１導光体１１−１の外側の側面（第１受光面）から内部に進入した信号光は、第１導光体１１−１の下端（第１出射端）に向けて全反射条件を満たしながら第１導光体１１−１の内部を進行する。第１導光体１１−１の第１出射端から出射された信号光は、第２導光体１２−１の上面（第２受光面）から第２導光体１２−１の内部に進入する。
【００６５】
第２導光体１２−１は、第１導光体１１−１の下面に配置される。第２導光体１２−１は、開放端を有する六角環状の導光体である。第２導光体１２−１は、第１導光体１１−１から出射された信号光を第２受光面で受光し、受光した信号光を第２出射端に向けて導光する導光板である。第２導光体１２−１は、第１の実施形態の受光装置１の第２導光体１２と同様に、第２導光部と第２指向性反射部とによって構成される。
【００６６】
第２導光体１２−１の上面の第２受光面から内部進入した信号光は、第２導光体１２−１の内部を第２出射端に向けて導光される。第２導光体１２−１の内部を伝播した信号光の少なくとも一部は、第２出射端から出射され、受光器１３によって受光される。
【００６７】
底板１４−１は、第２導光体１２−１が形成する六角形の環の内側に配置される板状部材である。言い換えると、底板１４−１の側面に沿って、第２導光体１２−１が配置される。なお、底板１４は省略可能である。
【００６８】
以上のように、本変形例の受光装置の第１導光体は、水平面で切断した際の切断面の断面形状が六角形である。なお、本実施形態の受光装置の第１導光体を水平面で切断した際の切断面の断面形状は、六角形以外の多角形で構成してもよい。すなわち、本実施形態の受光装置の第１導光体を水平面で切断した際の切断面の断面形状は、第１導光体の内部を進行する信号光が第２導光体に導かれさえすれば、円形に限定されず、六角形を含む任意の多角形によって構成できる。また、本実施形態の受光装置の第１導光体を水平面で切断した際の切断面の断面は、第１導光体の内部を進行する信号光が第２導光体に導光できさえすれば、切断位置によって形状や面積が異なっていてもよい。
【００６９】
また、本実施形態の受光装置の第２導光体は、第１導光体の形状に合わせて形成された、開放端を有する多角環状の導光体である。第２導光体の出射端から出射された信号光は、受光器の受光部に受光される。
【００７０】
例えば、第１導光体は、多角筒状に形成される。第２導光体は、多角筒状に形成された第１導光体の第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する多角環状に形成される。
【００７１】
〔変形例２〕
図９は、変形例２の受光装置１−２の一例を示す斜視図である。図９のように、受光装置１−２は、球体を一つの平面で切った立体の表面部分の形状（以下、球冠状と呼ぶ）をした第１導光体１１−２を第２導光体１２の上に配置する点が受光装置１とは異なる。第１導光体１１−２以外の構成は受光装置１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００７２】
第１導光体１１−２は、第２導光体１２の上面に配置される。第１導光体１１−２は、球冠状の導光体である。第１導光体１１−２の表面が第１受光面である。第１導光体１１−２の下面の端部が第１出射端である。第１導光体１１−２は、第１の実施形態の受光装置１の第１導光体１１と同様に、第１導光部と第１指向性反射部とによって構成される。
【００７３】
第１導光体１１−２の第１受光面から第１導光体１１−２の内部に進入した信号光は、第１出射端に向けて第１導光体１１−２の内部を進行する。第１導光体１１−２の内部を通過して第１出射端から出射される信号光は、第２導光体１２の上面（第２受光面）から内部に進入する。
【００７４】
以上のように、本変形例の受光装置は、第１受光面を表面とする球冠状の第１導光体を備える。第２導光体は、第１導光体の底面に位置する第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する円環状に形成される。
【００７５】
そのため、本変形例の受光装置によれば、多様な角度から到来する信号光を受光できる。なお、本変形例の受光装置の第１導光体は、球冠状に限らず、任意の閉曲面を少なくとも一つの平面で切った立体の表面の形状にしてもよい。
【００７６】
〔変形例３〕
図１０は、変形例３の受光装置１−３の一例を示す斜視図である。図１０のように、受光装置１−３は、第１の実施形態の第１導光体１１を母線に対して平行な面で切断した形状を有する第１導光体１１−３の下面に、第１導光体１１−３の切断面の形状に合わせて形成された第２導光体１２−３を配置する点が受光装置１とは異なる。言い換えると、第１導光体１１−３は、ある平面において曲線状に形成させた第２導光体１２−３の第２受光面に対して垂直に立てた線分を、第２導光体１２−３の曲線形状に沿って移動させた際に形成される柱面の形状を有する。なお、図１０の受光装置１−３には、底板を含まない構成を図示しているが、底板を含めた構成としてもよい。
【００７７】
第１導光体１１−３は、第２導光体１２−３の上面に配置される。第１導光体１１−３は、第１の実施形態の第１導光体１１を母線に対して平行な面で切断した形状を有する導光体である。第１導光体１１−３は、第１の実施形態の受光装置１の第１導光体１１と同様に、第１導光部と第１指向性反射部とによって構成される。第１導光体１１−３は、二つの側面のうちいずれを第１受光面とさせてもよい。第１指向性反射部は、第１受光面の対向面に形成させる。
【００７８】
第１導光体１１−３の第１受光面から第１導光体１１−３の内部に進入した信号光は、第１出射端に向けて第１導光体１１−３の内部を進行する。第１導光体１１−３の内部を通過して第１出射端から出射される信号光は、第２導光体１２−３の上面（第２受光面）から内部に進入する。
【００７９】
第２導光体１２−３は、第１導光体１１−３の下面に配置される。第２導光体１２−３は、第１導光体１１−３の下面の形状に合わせた形状を有する。第２導光体１２−３の上面が第２受光面である。第２導光体１２−３は、第２受光面から入射された信号光を第２出射端に向けて指向的に反射する。第２出射端から出射した信号光は、受光器１３の受光部に受光される。
【００８０】
以上のように、本変形例の受光装置は、円柱を母線に対して平行な面で切断して形成させた柱体の二つの側面のうち少なくとも一方の面を第１受光面とする第１導光体を備える。第２導光体は、第１導光体の形状に合わせて形成される。本変形例の受光装置によれば、集光レンズを用いずに、空間光を効率的に受光できる。また、変形例３のように、第１導光体の両面で信号光を受光できる構成とすれば、より効率的に空間光を受光できる。
【００８１】
本変形例の第１導光体は、ある平面において曲線状に形成させた第２導光体の第２受光面に対して垂直に立てた線分を、第２導光体の曲線形状に沿って移動させた際に形成される柱面の形状を有する。第１の実施形態の第１導光体は、第２導光体を円環状に形成した場合の柱面形状である。変形例１の第１導光体は、第２導光体を六角環状に形成した場合の柱面形状である。
【００８２】
すなわち、第２導光体は、曲線状に形成される。第１導光体は、第２受光面に対して垂直に立てられた線分を第２導光体の形状に沿って移動させた際に形成される柱面の形状を有する。
【００８３】
（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。図１１は、本実施形態の受光装置２の斜視図である。図１２は、受光装置２の上面図である。図１３は、受光装置２の断面図である。以下においては、第１の実施形態と同様の箇所については説明を省略する場合がある。
【００８４】
図１１のように、受光装置２は、第１導光体２１、第２導光体２２、受光器２３、底板２４、および反射鏡２５を備える。
【００８５】
図１１のように、第１導光体２１は、第２導光体２２の上面に配置される。図１１〜図１３のように、第１導光体２１は、水平面で切断した際の切断面の断面形状が円であり、上面が閉ざされた円筒状の導光体である。
【００８６】
図１３のように、第１導光体２１は、第１導光部２１１および第１指向性反射部２１２を含む。
【００８７】
第１導光部２１１は、上面が閉ざされた円筒状の導光体である。すなわち、第１導光部２１１は、水平面で切断した際の切断面の断面形状が円であり、上面が閉ざされた導光体である。第１導光部２１１の表面が、第１導光体２１の受光面である。図１３に示すように、第１導光体２１の下端が出射端２１３である。例えば、第１導光部２１１は、信号光を透過する材質で形成される。例えば、第１導光部２１１は、ガラスやプラスチックなどのように透明な材料で形成できる。なお、第１導光部２１１の材質は、信号光が透過しさえすれば限定を加えない。
【００８８】
第１指向性反射部２１２は、円筒状に形成された第１導光部２１１の内面に沿って形成される。第１指向性反射部２１２の第１導光部２１１側の面には、第１導光体２１の受光面から入射した光を出射端２１３に向けて全反射条件を満たすように反射する反射面が形成される。例えば、第１指向性反射部２１２の反射面は、金属などの材料で形成できる。なお、第１指向性反射部２１２の反射面の材質は、信号光が反射しさえすれば限定を加えない。
【００８９】
出射端２１３は、第１導光部２１１の内部を伝播してきた信号光が出射される端部である。出射端２１３から出射される信号光は、第２導光体２２の上面の受光面から第２導光体２２の内部に進入する。
【００９０】
図１３のように、第１導光体２１の上面から第１導光部２１１の内部に進入した信号光は、第１導光体２１の内部を水平方向に全反射条件を満たしながら反射され、第１導光体２１の側部に向けて進行する。第１導光体２１の上部と側部とをつなぐ曲面部分に到達した信号光は、曲面の外側面に沿って設置された反射鏡２５によって進行方向が変更される。反射鏡２５によって進行方向が変更された信号光は、出射端２１３に向けて全反射条件を満たしながら第１導光部２１１の内部を進行する。第１導光部２１１の内部を通過して出射端２１３から出射される信号光は、第２導光体２２の上面の受光面から内部に進入する。
【００９１】
第２導光体２２は、第１導光体２１の下面に配置される。第２導光体２２は、開放端を有する円環状の導光体である。第１の実施形態の第２導光体１２と同様に、第２導光体２２は、第１導光体２１から出射された信号光を受光面で受光し、受光した信号光を出射端に向けて導光する導光板である。第２導光体２２の受光面から進入した信号光は、出射端に向けて導光される。第２導光体２２の内部を通過して出射端から出射される信号光は、受光器２３によって受光される。
【００９２】
反射鏡２５は、第１導光体２１の上部と側部との間の曲面の外側面に沿って配置される。反射鏡２５は、第１導光体２１に反射面を向けて配置される。反射鏡２５は、第１導光体２１の上部の導光部の内部を進行し、上部と側部とをつなぐ曲面に到達した信号光を出射端２１３に向けて反射する。
【００９３】
以上が、本実施形態の受光装置２の構成についての説明である。
【００９４】
以上のように、本実施形態においては、第１導光体は、上面が閉ざされた筒状に形成され、上面と側面とを接続する表面の少なくとも一部に、第１導光体の内部に反射面を向けた反射鏡が設置される。そのため、本実施形態の受光装置によれば、第１導光体の上面から進入した信号光を指向的に導光できる。本実施形態の受光装置によれば、第１導光体の内部に不透明な物を入れた状態でも信号光を効率的に受光できる。
【００９５】
（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。図１４は、本実施形態の受光装置３の斜視図である。図１５は、受光装置３の断面図である。以下においては、第１の実施形態と同様の箇所については説明を省略する場合がある。
【００９６】
図１４は、本実施形態の受光装置３の一例を示す斜視図である。図１５は、受光装置３の断面図である。図１４のように、受光装置３は、第１導光体３１、第２導光体３２、受光器３３、および底板３４を備える。受光装置３は、第１導光体３１の構造が受光装置１とは異なる。受光装置３は、第１導光体３１の構造以外は受光装置１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００９７】
図１４のように、第１導光体３１は、第２導光体３２の上面に配置される。図１５のように、第１導光体３１は、第１導光部３１１、第１指向性反射部３１２、および第３導光部３１３を含む。第１導光体３１は、両面に指向性のある反射構造が形成された第１指向性反射部３１２を二つの指向性導光部で挟んだ構造を有する。
【００９８】
第１導光部３１１は、上面が開放された円筒状の導光体である。すなわち第１導光部３１１は、水平面で切断した際の切断面の断面形状が円の導光体である。図１５のように、第１導光部３１１の側面が第１導光体３１の第１受光面３１８であり、第１導光部３１１の下端が第１出射端３１９である。
【００９９】
第１指向性反射部３１２は、円筒状に形成された第１導光部３１１の内面に沿って形成される。第１指向性反射部３１２の第１導光部３１１側の面には、第１受光面３１８から入射した信号光を第１出射端３１９に向けて全反射条件を満たすように反射する反射面が形成される。
【０１００】
また、円筒状に形成された第１導光体３１の内面側には、第３導光部３１３が形成される。第１指向性反射部３１２の第３導光部３１３側の面には、円筒状に形成された第３導光部３１３の内面（第３受光面３３８）から入射した光を下端（第３出射端３３９）に向けて全反射条件を満たすように反射する反射面が形成される。
【０１０１】
第３導光部３１３は、上面が開放された円筒状の導光体である。すなわち、第３導光部３１３は、水平面で切断した際の切断面の断面形状が円の導光体である。第３導光部３１３の内面が第１導光体３１の第３受光面３３８であり、第１導光体３１の下端が第３出射端３３９である。第３導光部３１３の材質は、第１導光部３１１と同様である。
【０１０２】
第１導光体３１の第１受光面３１８から第１導光部３１１の内部に進入した信号光は、第１出射端３１９に向けて全反射条件を満たしながら第１導光部３１１の内部を進行する。第１導光部３１１の内部を通過して第１出射端３１９から出射された信号光は、第２導光体３２の上面の第２受光面３２８から内部に進入する。
【０１０３】
第１導光体３１の第３受光面３３８から第３導光部３１３の内部に進入した信号光は、第３出射端３３９に向けて全反射条件を満たしながら第３導光部３１３の内部を進行する。第３導光部３１３の内部を通過して第３出射端３３９から出射された信号光は、第２導光体３２の上面の第２受光面３２８から内部に進入する。
【０１０４】
第２導光体３２の第２受光面３２８は、第１導光体３１の第１出射端３１９および第３出射端３３９に接続される。第２導光体３２の第２受光面３２８には、第１導光体３１の第１出射端３１９および第３出射端３３９から出射された信号光が入射される。
【０１０５】
以上のように、本実施形態の受光装置の第１導光体は、側面から信号光が進入する第１導光部と、内面から信号光が進入する第３導光部とを含む。すなわち、第１導光体は、第１受光面に対向する第３受光面と、第３受光面から進入する信号光が導光される第３出射端とを有する第３導光部を含む。第２導光体は、第１導光体の第１出射端および第３出射端に第２受光面が接続される。
【０１０６】
そのため、本実施形態によれば、第１導光体の両面で信号光を受光でき、信号光の受光面積を増やすことができる。
【０１０７】
（変形例）
ここで、本実施形態の受光装置の変形例について図面を参照しながら説明する。
【０１０８】
〔変形例１〕
図１６は、本実施形態の変形例１の受光装置３−１の一例を示す斜視図である。図１６のように、受光装置３−１は、第１導光体３１の上面に天板３５を配置する点が第３の実施形態の受光装置３とは異なる。受光装置３−１の天板３５以外の構成は受光装置３と同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、天板は、第１の実施形態の受光装置１の上面に配置してもよい。
【０１０９】
天板３５（透明板とも呼ぶ）は、第１導光体３１の上面に配置される。天板３５は、第１導光体３１の上面に接合されてもよいし、第１導光体３１の上面に載置されてもよい。天板３５は、導光性を持たない透明な円板である。天板３５を通過した信号光は、第１導光体３１の内面（第２受光面）から第１導光体３１の内部に進入する。なお、天板３５は、第１導光体３１の上方の内面にはめ込むように構成してもよい。
【０１１０】
例えば、天板３５は、信号光を透過する材質で形成される。例えば、天板３５は、ガラスやプラスチックなどのように透明な材料で形成できる。なお、天板３５の材質は、信号光が透過しさえすれば限定を加えない。
【０１１１】
以上のように、本変形例の受光装置は、信号光を透過する天板を第１導光部の上面に備える。本変形例は、受光装置の内部に何らかの装置を搭載する場合や、受光装置の内部の気密性を確保する場合などに好適である。
【０１１２】
〔変形例２〕
図１７は、変形例２の受光装置３−２の一例を示す斜視図である。図１７のように、受光装置３−２は、第３の実施形態の第１導光体３１を母線に対して平行な面で切断した形状を有する第１導光体３１−２の下面に、第１導光体３１−２の切断面の形状に合わせて形成された第２導光体３２−２を配置する点が受光装置３とは異なる。言い換えると、第１導光体３１−２は、ある平面において曲線状に形成させた第２導光体３２−２の上面に対して垂直に立てた線分を、第２導光体３２−２の曲線形状に沿って移動させた際に形成される柱面の形状を有する。なお、図１７の受光装置３−２には、底板を含まない構成を図示しているが、底板を含めた構成としてもよい。
【０１１３】
第１導光体３１−２は、第２導光体３２−２の上面に配置される。第１導光体３１−２は、第３の実施形態の第１導光体３１を母線に対して平行な面で切断した形状を有する導光体である。第１導光体３１−２は、第３の実施形態の受光装置３の第１導光体３１と同様に、第１導光部、第１指向性反射部、および第３導光部によって構成される。第１指向性反射部は、第１導光部と第３導光部との間に形成させる。第１導光体３１−２は、第１導光部側の第１受光面と、第２導光部側の第３受光面とを有する。また、第１導光体３１−２は、第１導光部側の第１出射端と、第２導光部側の第３出射端とを有する。
【０１１４】
第１導光体３１−２の第１受光面から第１導光体３１−２の内部に進入した信号光は、第１出射端に向けて第１導光体３１−２の内部を進行する。第１導光体３１−２の内部を通過して第１出射端から出射される信号光は、第２導光体３２−２の上面の第２受光面から内部に進入する。
【０１１５】
第１導光体３１−２の第３受光面から第１導光体３１−２の内部に進入した信号光は、第３出射端に向けて第１導光体３１−２の内部を進行する。第１導光体３１−２の内部を通過して第３出射端から出射される信号光は、第２導光体３２−２の上面の第２受光面から内部に進入する。
【０１１６】
第２導光体３２−２は、第１導光体３１−２の下面に配置される。第２導光体３２−２は、第１導光体３１−２の下面の形状に合わせた形状を有する。第２導光体３２−２の上面が第２受光面である。第２導光体３２−２は、第２受光面から入射された信号光を第２出射端に向けて指向的に反射する。第２出射端から出射した信号光は、受光器３３の受光部に受光される。
【０１１７】
以上のように、本変形例の受光装置は、側面が開放された柱面の両面を受光面とする第１導光体を備える。第２導光体は、第１導光体の形状に合わせて形成される。本変形例の受光装置によれば、第１導光体の両面で信号光を受光できるため、より効率的に空間光を受光できる。
【０１１８】
本変形例の第１導光体は、ある平面において曲線状に形成させた第２導光体の上面に対して垂直に立てた線分を、第２導光体の曲線形状に沿って移動させた際に形成される柱面の形状を有する。第３の実施形態の第１導光体は、第２導光体を円環状に形成した場合の柱面形状である。すなわち、本実施形態の第１導光体は、柱面の形状を有することになる。
【０１１９】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る送受光装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の送受光装置は、第１の実施形態の受光装置に送光装置を組み込んだ構成を有する。以下においては、第１の実施形態と同様の箇所については説明を省略する場合がある。図１８は、本実施形態の送受光装置４の斜視図である。
【０１２０】
図１８のように、送受光装置４は、送光装置４０、第１導光体４１、第２導光体４２、受光器４３、および底板４４を備える。第１導光体４１、第２導光体４２、受光器４３、および底板４４の構成は、第１の実施形態の受光装置１と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１２１】
送光装置４０は、第１導光体４１が形成する円筒の内部に入れられ、底板４４の上面に配置される。送光装置４０は、投射窓４０１を介して投射光を投光する投射装置である。送光装置４０は、投射窓４０１を上方に向けて配置される。投射窓４０１を下方に向けて配置する場合は、第１の実施形態の変形例２や第２の実施形態のように第１導光体４１の開放面を塞いだり、送光装置４０を底板４４に固定したりすればよい。
【０１２２】
図１９は、送光装置４０の構成を示すブロック図である。図１９のように、送光装置４０は、制御装置４１０および投射装置４２０を有する。送光装置４０は、受光装置４００に接続される。
【０１２３】
受光装置４００は、第１導光体４１、第２導光体４２、受光器４３、および底板４４によって構成される。第１導光体４１、第２導光体４２、受光器４３、および底板４４のそれぞれは、第１の実施形態の第１導光体１１、第２導光体１２、受光器１３、および底板１４のそれぞれと同様の構成である。受光装置４００は、受光器４３によって受光した信号光を電気信号に変換し、電気信号を制御装置４１０に出力する。なお、受光装置４００は、外部の別のシステムに電気信号を出力するように構成してもよい。
【０１２４】
制御装置４１０は、受光装置４００から電気信号を受信し、受信した電気信号に応じて投射装置４２０を制御する。
【０１２５】
投射装置４２０は、制御装置４１０の制御に応じて、投射窓４０１を介して投射光を投射する。
【０１２６】
以上が、送光装置４０の構成の概略についての説明である。続いて、投射装置４２０の構成の詳細について説明する。
【０１２７】
〔投射装置〕
図２０は、投射装置４２０の構成を示すブロック図である。図２０のように、投射装置４２０は、光源４２１、空間光変調器４２５、および投射光学系４２７を有する。なお、図２０は概念的なものであり、各構成要素間の位置関係や、光の照射方向などを正確に表したものではない。
【０１２８】
光源４２１は、特定波長の平行光４６０を出射する。例えば、光源４２１には、レーザ光源を用いることができる。通常、光源４２１は、可視領域の光を出射するように構成する。なお、光源４２１は、赤外領域や紫外領域などの可視領域以外の光を出射するように構成してもよい。また、光源４２１は、発光ダイオードや白熱電球、放電管などのレーザ光以外の光を出射するものであってもよい。
【０１２９】
例えば、複数の波長の光を出射するように光源４２１を構成すれば、光源４２１から出射する光の波長を変えることによって、投射光の色を変更することができる。また、異なる波長の光を同時に出射するように光源４２１を構成すれば、複数の色からなる画像を表示させることができる。
【０１３０】
図２１は、投射装置４２０の光学系について説明するための模式図である。
【０１３１】
図２１のように、光源４２１は、特定波長のレーザ光４５０を出射する出射部４２２と、出射部４２２から出射されたレーザ光４５０を平行光４６０に変換するコリメータ４２３とを有する。出射部４２２から出射されたレーザ光４５０は、コリメータ４２３によって平行光４６０に変換されて、空間光変調器４２５の表示部の面内に入射される。
【０１３２】
図２１のように、本実施形態においては、空間光変調器４２５の表示部に対して平行光４６０の入射角を非垂直にする。すなわち、本実施形態においては、光源４２１から出射される平行光４６０の出射軸を空間光変調器４２５の表示部に対して斜めにする。空間光変調器４２５の表示部に対して平行光４６０の出射軸を斜めに設定すれば、ビームスプリッタを用いなくても空間光変調器４２５の表示部に平行光４６０を入射できるため、効率を向上させることができる。
【０１３３】
空間光変調器４２５は、制御装置４１０によって制御され、被投射面に所望の画像を表示させるためのパターンを自身の表示部に表示する。本実施形態においては、所望の画像を表示させるためのパターンが空間光変調器４２５の表示部に表示された状態で、その表示部に平行光４６０が照射される。空間光変調器４２５の表示部に照射された平行光４６０の反射光（変調光４７０）は、投射光学系４２７に向けて進行する。
【０１３４】
空間光変調器４２５の表示部には、屈折率などの光学的特性を変更可能な複数の反射領域（画素に対応）がアレイ状に配列される。空間光変調器４２５は、表示部の各画素の光学的特性を制御することによって、所望のパターンを表示部に表示できる。空間光変調器４２５の表示部にパターンを表示させた状態で光を照射すると、反射部の光学的特性に応じて空間分布が変調された変調光が出射される。例えば、空間光変調器４２５には、光の位相や振幅、強度、偏波状態、伝搬方向などといった空間分布を変調する変調器を用いることができる。
【０１３５】
例えば、空間光変調器４２５は、入射された平行光４６０の位相を変調する位相変調型の空間光変調素子によって実現できる。位相変調型の空間光変調器４２５は、フォーカスフリーであるため、複数の投射距離に設定された表示領域に光を投射することになっても距離ごとに焦点を変える必要がない。以下において、位相変調型の空間光変調器４２５を用いる例について説明する。
【０１３６】
位相変調型の空間光変調器４２５の表示部には、被投射面に表示させる画像も対応する位相画像が表示される。位相画像は、被投射面に表示させる画像に対応する位相分布をタイル状に配置したパターンである。この場合、空間光変調器４２５の表示領域で反射された変調光４７０は、一種の回折格子が集合体を形成したような画像になり、回折格子で回折された光が集まるように画像が形成される。
【０１３７】
例えば、空間光変調器４２５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素子によって実現される。具体的には、空間光変調器４２５は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）によって実現できる。また、空間光変調器４２５は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）によって実現してもよい。
【０１３８】
位相変調型の空間光変調器４２５を用いれば、投射光を投射する領域を順次切り替えることによって、画像を構成する線の部分にエネルギーを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４２５によれば、光源の出力が同じであれば、表示領域全面に光を投射する方式のものよりも画像を明るく表示させることができる。
【０１３９】
投射光学系４２７は、空間光変調器４２５で変調された変調光４７０を投射光４８０として投射する光学系である。空間光変調器４２５から出射される変調光４７０は、投射光学系４２７によって投射光４８０として投射される。
【０１４０】
図２１のように、投射光学系４２７は、フーリエ変換レンズ４７１、アパーチャ４７２、および投射レンズ４７３を有する。なお、投射範囲において画像を表示させることができれば、投射光学系４２７の構成要素のうちいずれかを省略してもよい。
【０１４１】
フーリエ変換レンズ４７１は、空間光変調器４２５の表示部の反射光（変調光４７０）を無限遠に投射した際に形成される像を、近傍の焦点位置に結像させる光学レンズである。図２１の例では、アパーチャ４７２の位置に焦点が形成される。
【０１４２】
アパーチャ４７２は、フーリエ変換レンズ４７１によって集束された光に含まれる高次光を遮蔽し、表示領域を特定する機能を有する。アパーチャ４７２の開口部は、アパーチャ４７２の位置における表示領域の外周よりも小さく開口され、アパーチャ４７２の位置における画像の周辺領域を遮るように設置される。例えば、アパーチャ４７２の開口部は、矩形状や円形状に形成される。アパーチャ４７２は、フーリエ変換レンズ４７１の焦点位置に設置されることが好ましいが、高次光を消去する機能を発揮できれば焦点位置からずれていても構わない。
【０１４３】
投射レンズ４７３は、フーリエ変換レンズ４７１によって集束された光を拡大して投射する光学レンズである。投射レンズ４７３は、空間光変調器４２５の表示部に表示された位相分布に対応する画像が被投射面において形成されるように投射光４８０を投射する。
【０１４４】
以上が、投射装置４２０の構成についての説明である。続いて、制御装置４１０の構成の詳細について説明する。
【０１４５】
〔制御装置〕
図２２は、制御装置４１０の構成を示すブロック図である。図２２のように、制御装置４１０は、受信回路４１１、制御条件生成回路４１２、記憶回路４１３、および投射制御回路４１５を有する。
【０１４６】
受信回路４１１は、受光装置４００から電気信号を受信する。受信回路４１１は、受信した電気信号を制御条件生成回路４１２に出力する。
【０１４７】
制御条件生成回路４１２は、受信回路４１１から取得した電気信号に基づいて、被投射面に表示させる画像に対応するパターンを記憶回路４１３から取得する。空間光変調器４２５を位相変調型素子で構成する場合、空間光変調器４２５の表示部に表示させるパターンは、被投射面に表示させる画像に対応する位相分布である。
【０１４８】
制御条件生成回路４１２は、所望の画像を適切なタイミングで投射するための制御条件を生成する。制御条件は、所望の画像に対応するパターンを空間光変調器４２５の表示部に表示させるための変調素子制御条件と、適切なタイミングで投射光を投射するための光源制御条件とを含む。制御条件生成回路４１２は、変調素子制御条件および光源制御条件を含む制御条件を投射制御回路４１５に出力する。
【０１４９】
記憶回路４１３には、所望の画像に対応するパターンを記憶させておく。記憶回路４１３に記憶されたパターンを空間光変調器４２５の表示部に表示させた状態で、その表示部に平行光４６０を照射すれば、そのパターンに対応する画像を形成するための変調光４７０が出射される。
【０１５０】
投射制御回路４１５は、変調素子制御条件および光源制御条件を含む制御条件を制御条件生成回路４１２から取得する。
【０１５１】
投射制御回路４１５は、制御条件に含まれる光源制御条件に基づいて、出射部４２２の電源のＯＮ／ＯＦＦや、駆動電圧を制御する。出射部４２２の電源が投射制御回路４１５の制御に応じてＯＮ／ＯＦＦすることによって、適切なタイミングで所望の画像を被投射面に表示させることができる。
【０１５２】
投射制御回路４１５は、制御条件に含まれる変調素子制御条件に基づいて、被投射面に表示される画像に対応するパターンを空間光変調器４２５の表示部に表示させる。例えば空間光変調器４２５が位相変調型の場合、投射制御回路４１５は、空間光変調器４２５の表示部に照射される平行光４６０の位相と、表示部で反射される変調光４７０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４２５を駆動する。
【０１５３】
位相変調型の空間光変調器４２５の表示部に照射される平行光４６０の位相と、表示部で反射される変調光４７０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、投射制御回路４１５は、空間光変調器４２５の表示部に印加する電圧を変化させることによって、表示部の屈折率を変化させる。その結果、表示部に照射された平行光４６０は、表示部の屈折率に基づいて適宜回折される。すなわち、位相変調型の空間光変調器４２５に照射された平行光４６０の位相分布は、表示部の光学的特性に応じて変調される。なお、投射制御回路４１５による空間光変調器４２５の駆動方法はここで挙げた限りではない。
【０１５４】
以上が、制御装置４１０の構成についての説明である。
【０１５５】
以上のように、本実施形態においては、第１の実施形態の受光装置に送光装置を組み込んだ構成を有する。本実施形態の送光装置は、第１導光体によって形成される筒内に搭載される。本実施形態の送光装置は、受光器から受信される電気信号を受信し、受信した電気信号に応じた投射光を投射する。
【０１５６】
送光装置は、投射装置と制御装置とを有する。投射装置は、光源と、光源から出射される出射光を変調して反射する表示部を有する空間光変調器と、空間光変調器の表示部による反射光を投射する投射光学系とを含む。制御装置は、受光器からの電気信号に基づいて、光源を制御する光源制御条件と空間光変調器を制御する変調素子制御条件とを投射装置に出力する。例えば、空間光変調器は、位相変調型である。
【０１５７】
本実施形態によれば、受光装置によって受光された光信号に応じた画像を形成する投射光を送光装置から投射することによって、所望の画像を被投射面に表示させることができる。
【０１５８】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る送受光装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の送受光装置は、第４の実施形態の送光装置に撮像装置（カメラ）を組み込んだ構成を有する。以下においては、第４の実施形態と同様の箇所については説明を省略する場合がある。図２３は、本実施形態の送受光装置５の斜視図である。
【０１５９】
図２３のように、送受光装置５は、送光装置５０、第１導光体５１、第２導光体５２、受光器５３、および底板５４を備える。第１導光体５１、第２導光体５２、受光器５３、および底板５４の構成は、第１の実施形態の受光装置１と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１６０】
送光装置５０は、第１導光体５１が形成する円筒の内部に入れられ、底板５４の上面に載置される。送光装置５０は、投射窓５０１を介して投射光を投光するとともに、撮影窓５０２を介して撮像できるカメラ付き送光装置である。送光装置５０は、投射窓５０１および撮影窓５０２を上方に向けて配置される。投射窓５０１を下方に向けて配置する場合は、第１の実施形態の変形例２や第２の実施形態のように第１導光体５１の開放面を塞いだり、送光装置５０を底板５４に固定したりすればよい。
【０１６１】
図２４は、送光装置５０の構成を示すブロック図である。図２４のように、送光装置５０は、制御装置５１０、投射装置５２０、および撮像装置５３０を有する。送光装置５０は、受光装置５００に接続される。
【０１６２】
受光装置５００は、第１導光体５１、第２導光体５２、受光器５３、および底板５４によって構成される。第１導光体５１、第２導光体５２、受光器５３、および底板５４のそれぞれは、第１の実施形態の第１導光体１１、第２導光体１２、受光器１３、および底板１４のそれぞれと同様の構成である。受光装置５００は、受光器５３によって受光した信号光を電気信号に変換し、電気信号を制御装置５１０に出力する。なお、受光装置５００は、外部の別のシステムに電気信号を出力するように構成してもよい。
【０１６３】
制御装置５１０は、受光装置５００から電気信号を受信し、受信した電気信号に応じて投射装置５２０を制御する。
【０１６４】
投射装置５２０は、制御装置５１０の制御に応じて、投射窓５０１を介して投射光を投射する。投射装置５２０は、第４の実施形態の投射装置４２０と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。また、以下において、投射装置５２０の構成要素について説明する際には、投射装置４２０の構成要素の名称や符号を用いる場合がある。
【０１６５】
撮像装置５３０は、制御装置５１０の制御に応じて、撮像領域を撮像する。撮像装置５３０が撮像する撮像領域は、被投射面を含むことが好ましいが、被投射面を含まなくてもよい。
【０１６６】
例えば、撮像領域に被投射面を含める場合は、被投射面に表示させた画像に対する操作内容を撮像し、その操作内容に応じて画像を切り替える制御を実現できる。例えば、送光装置５０からの投射光によってユーザインターフェースを含む画像を被投射面に表示できれば、そのユーザインターフェースに対するユーザの操作内容を撮像し、その操作内容に応じた処理を実行するインターフェース装置を実現できる。
【０１６７】
以上が、送光装置５０の構成の概略についての説明である。続いて、撮像装置５３０の構成の詳細について説明する。
【０１６８】
〔撮像装置〕
図２５は、撮像装置５３０の構成を示すブロック図である。撮像装置５３０は、撮像素子５３１、画像処理プロセッサ５３３、内部メモリ５３５、およびデータ出力回路５３７を有する。例えば、撮像装置は、一般的なデジタルカメラの撮像機能を有する。
【０１６９】
撮像素子５３１は、撮像領域を撮像し、その撮像領域の撮像データを取得するための素子である。撮像素子５３１は、半導体集積回路を含む光電変換素子である。撮像素子５３１は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）などの固体撮像素子によって実現できる。通常、撮像素子５３１は、可視領域の光を撮像する素子によって実現するが、赤外線や紫外線、Ｘ線、ガンマ線、電波、マイクロ波などの電磁波を撮像・検波できる素子によって実現してもよい。
【０１７０】
画像処理プロセッサ５３３は、撮像素子５３１によって撮像された撮像データに対して、暗電流補正や補間演算、色空間変換、ガンマ補正、収差の補正、ノイズリダクション、画像圧縮などの画像処理を施した画像データを生成する集積回路である。
【０１７１】
内部メモリ５３５は、画像処理プロセッサ５３３が画像処理を行う際に処理しきれない画像情報や、処理済みの画像情報を一時的に保持する記憶素子である。なお、撮像素子５３１によって撮像された画像情報を内部メモリ５３５に一時的に記憶するように構成してもよい。内部メモリ５３５は、一般的なメモリによって構成すればよい。
【０１７２】
データ出力回路５３７は、画像処理プロセッサ５３３によって処理された画像データを制御装置５１０に出力する。
【０１７３】
以上が、撮像装置５３０の構成についての説明である。続いて、制御装置５１０の構成の詳細について説明する。
【０１７４】
〔制御装置〕
図２６は、制御装置５１０の構成を示すブロック図である。図２６のように、制御装置５１０は、受信回路５１１、制御条件生成回路５１２、記憶回路５１３、投射制御回路５１５、および撮像制御回路５１６を有する。受信回路５１１は、受光装置５００に接続される。投射制御回路５１５は、投射装置５２０に接続される。撮像制御回路５１６は、撮像装置５３０に接続される。
【０１７５】
受信回路５１１は、受光装置５００から電気信号を受信する。受信回路５１１は、受信した電気信号を制御条件生成回路５１２に出力する。
【０１７６】
制御条件生成回路５１２は、受信回路５１１から取得した電気信号に基づいて、被投射面に表示させる画像に対応するパターンを記憶回路５１３から取得する。
【０１７７】
制御条件生成回路５１２は、所望の画像を適切なタイミングで投射するための制御条件を生成する。制御条件は、所望の画像に対応するパターンを空間光変調器４２５の表示部に表示させるための変調素子制御条件と、適切なタイミングで投射光を投射するための光源制御条件とを含む。制御条件生成回路５１２は、変調素子制御条件および光源制御条件を含む制御条件を投射制御回路５１５に出力する。
【０１７８】
また、制御条件生成回路５１２は、受信回路５１１から取得した電気信号に基づいて、撮像装置５３０に撮像領域を撮像させるための撮像制御条件を生成する。制御条件生成回路５１２は、生成した撮像制御条件を撮像制御回路５１６に出力する。
【０１７９】
記憶回路５１３には、所望の画像に対応するパターンを記憶させておく。
【０１８０】
投射制御回路５１５は、変調素子制御条件および光源制御条件を含む制御条件を制御条件生成回路５１２から取得する。投射制御回路５１５は、制御条件に含まれる光源制御条件に基づいて、出射部４２２の電源のＯＮ／ＯＦＦや、駆動電圧を制御する。また、投射制御回路５１５は、制御条件に含まれる変調素子制御条件に基づいて、被投射面に表示される画像に対応するパターンを空間光変調器４２５の表示部に表示させる。
【０１８１】
撮像制御回路５１６は、制御条件生成回路５１２から撮像制御条件を取得する。撮像制御回路５１６は、撮像制御条件に基づいて、撮像装置５３０に撮像領域を撮像させ、撮像装置５３０が撮像した撮像データを取得する。撮像制御回路５１６は、取得した撮像データを制御条件生成回路５１２に出力する。
【０１８２】
以上が、制御装置５１０の構成の詳細についての説明である。
【０１８３】
以上のように、本実施形態の送受光装置においては、第３の実施形態の送受光装置に撮像機能を組み込む。撮像装置は、投射装置の投射範囲を含む範囲を撮像する。制御装置は、受光器からの電気信号に基づいて、撮像装置を制御する撮像制御条件を投射装置に出力する。
【０１８４】
そのため、本実施形態の送受光装置によれば、受光装置で受光した信号光に基づいて投射光を投射するとともに、撮像装置の撮像領域を撮像することができる。
【０１８５】
ここで、送受光装置５をインターフェース装置として用いる例について説明する。なお、以下においては、送受光装置５を動作の主体として説明する。
【０１８６】
例えば、送受光装置５は、表示画像としてユーザインターフェースを被投射面に表示させる。送受光装置５は、表示画像として表示されるユーザインターフェースを撮像する。送受光装置５は、撮像領域内に物体を検出すると、その物体の位置を特定する。送受光装置５は、特定した物体の位置と、ユーザインターフェース上の位置とを対応付け、物体がユーザインターフェース上のどこを指示しているのかを特定する。
【０１８７】
例えば、送受光装置５は、ユーザインターフェースにおける位置と、その位置に対応する操作内容と、その操作内容に対応する表示画像の位相分布とを関連付けるテーブルを保持する。送受光装置５は、そのテーブルを参照し、物体の位置に関連付けられた操作内容を識別する。送受光装置５は、操作内容を識別すると、その操作内容に対応させて、空間光変調器４２５の表示部に表示させるパターンを切り替える。
【０１８８】
以上のように、本実施形態の送受光装置によれば、投射装置から投射したユーザインターフェースに対する操作内容を撮像装置によって撮像し、その際に撮像された撮像データを解析することによってインタラクティブな操作を実現する。
【０１８９】
（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。本実施形態の送受光装置は、第５の実施形態の送受光装置に入出力部を設けた構成を有する。特に、本実施形態においては、入出力部としてＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタを適用する例について説明する。以下においては、第５の実施形態と同様の箇所については説明を省略する場合がある。図２７は、本実施形態の送受光装置６の一例を示す斜視図である。
【０１９０】
図２７のように、送受光装置６は、送光装置６０、第１導光体６１、第２導光体６２、受光器６３、底板６４、コネクタ６６、および支持部６７を備える。第１導光体６１、第２導光体６２、受光器６３、および底板６４の構成は、第１の実施形態の受光装置１と同様であるので、詳細な説明は省略する。また、送光装置６０は、投光窓６０１を介して投射光を投光するとともに、撮影窓６０２を介して撮像できるカメラ付き送光装置である。なお、送光装置６０の構成は、第５の実施形態の送光装置５０と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１９１】
コネクタ６６は、コンピュータなどの情報処理装置の入出力ポートに接続される端子である。例えば、コネクタ６６は、支持部６７の側面に接続される。コネクタ６６は、支持部６７を介して送光装置６０の制御装置に接続される。図２７の例では、コネクタ６６をＵＳＢコネクタによって実現する例を示す。例えば、コネクタ６６は、ＵＳＢポートのような入出力ポートに接続される。
【０１９２】
支持部６７は、底板６４の下面に配置され、送光装置６０、第１導光体６１、第２導光体６２、および底板６４を支える土台である。支持部６７の側面にはコネクタ６６が接続される。
【０１９３】
以上が、送受光装置６の構成の概略についての説明である。続いて、制御装置６１０の構成の詳細について説明する。
【０１９４】
〔制御装置〕
図２８は、制御装置６１０の構成を示すブロック図である。図２８のように、制御装置６１０は、受信回路６１１、制御条件生成回路６１２、記憶回路６１３、入出力回路６１４、投射制御回路６１５、および撮像制御回路６１６を有する。受信回路６１１は、受光装置６００に接続される。入出力回路６１４は、コネクタ６６に接続される。投射制御回路６１５は、投射装置６２０に接続される。撮像制御回路６１６は、撮像装置６３０に接続される。なお、入出力回路６１４以外の構成は、第５の実施形態の制御装置５１０の対応する構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１９５】
入出力回路６１４は、制御条件生成回路６１２に接続される。入出力回路６１４は、送光装置６０とコネクタ６６との接続を仲介するインターフェースである。
【０１９６】
図２９は、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、端末６５０）に送受光装置６を接続させた使用例である。送受光装置６は、コネクタ６６を端末６５０のポートに接続させることによって、端末６５０に接続される。送受光装置６を端末６５０に接続させることによって、送受光装置６が受光した信号光に基づいた電気信号や、送受光装置６が撮像した撮像データを端末６５０側で受信することできる。また、コネクタ６６を介して、端末６５０から送受光装置６に送電できるように構成してもよい。
【０１９７】
また、端末６５０によって送受光装置６を制御するように構成してもよい。そのように構成すれば、光空間通信において信号光を送受光させるアンテナとして送受光装置６を機能させることができる。
【０１９８】
以上のように、本実施形態の受光装置は、外部機器のポートに接続されるコネクタを備える。制御装置は、コネクタを介して外部機器とデータ通信可能に接続される。
【０１９９】
〔変形例〕
ここで、本実施形態の変形例の送受光装置６−１について図面を参照しながら説明する。図３０は、本変形例の送受光装置６−１の一例を示す斜視図である。図３０のように、送受光装置６−１は、送光装置６０、第１導光体６１、第２導光体６２、受光器６３、底板６４、コネクタ６６、および支持部６７に加えて、関節機構６８を備える。なお、送受光装置６−１の関節機構６８以外の構成は、送受光装置６と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０２００】
関節機構６８は、コネクタ６６と支持部６７とを折り曲げ可能に接続する。図３０の例では、関節機構６８は、コネクタ６６と支持部６７との接続方向に対して垂直な方向の一軸を中心として回転可能である。なお、関節機構６８は、二軸以上の多軸を中心として回転可能に構成されてもよい。
【０２０１】
以上のように、本変形例の送受光装置のコネクタは、関節機構を介して受光装置に接続される。本変形例においては、関節機構を回転させることによって、送受光装置の傾きを変更できる。そのため、本変形例によれば、信号光を送受光しやすい角度に送受光装置の傾きを調整できる。
【０２０２】
〔光空間通信〕
ここで、送受光装置６を用いた光空間通信の適用例について図面を参照しながら説明する。図３１〜図３４は、送受光装置６を接続させた複数の端末６５０を並べ、一つの送受光装置６を上方に配置させて光空間通信を行う例である。
【０２０３】
上方の送受光装置６は、第１導光体６１の投光窓６０１および撮影窓６０２を下向きした状態で配置される。下方に配置された複数の端末６５０は、上方の送受光装置６の撮像領域６６０の範囲内に配置される。なお、上方の送受光装置６は、図示しない上位システムに接続され、その上位システムからの制御を受けて動作するものとする。また、上方の送受光装置６は、インターネットやイントラネットなどの通信回線に接続させてもよく、ルータとして機能させることができる。
【０２０４】
図３１および図３２は、下方に配置された端末６５０に接続された送受光装置６に向けて、上方の送受光装置６から信号光を送光する様子である。図３１は、下方に配置された複数の端末６５０のそれぞれに向けて、上方の送受光装置６から信号光を送光する様子である。図３２は、下方に配置された複数の端末６５０のうちの一つに向けて、上方の送受光装置６から信号光を送光する様子である。
【０２０５】
例えば、上方に配置された送受光装置６は、撮像領域６６０を撮像し、撮像領域６６０の内部に位置する送受光装置６に向けて信号光を送光する。例えば、上方の送受光装置６は、撮像領域６６０において目印の光を発光させている送受光装置６に向けて信号光を送光する。また、例えば、上方の送受光装置６は、撮像領域６６０において特定の識別子が記された送受光装置６に向けて信号光を送光する。
【０２０６】
下方に配置された複数の端末６５０は、自装置に接続された送受光装置６を介して、上方の送受光装置６から送光された信号光に基づいて生成される電気信号を受信する。複数の端末６５０は、受信した電気信号に含まれる上位システムからの指示に応じた処理を実行する。
【０２０７】
図３３および図３４は、下方に配置された端末６５０に接続された送受光装置６から、上方の送受光装置６に向けて信号光を送光する様子である。図３３は、下方に配置された複数の端末６５０のそれぞれから、上方の送受光装置６に向けて信号光を送光する様子である。図３４は、下方に配置された複数の端末６５０の一つから、上方の送受光装置６に向けて信号光を送光する様子である。
【０２０８】
例えば、下方に配置された複数の端末６５０は、上位システムからの指示に応じた電気信号を送受光装置６に送信する。端末６５０から電気信号を受信した送受光装置６は、その電気信号を信号光に変換して、上方の送受光装置６に向けてその信号光を送光する。上方の送受光装置６は、下方に配置された複数の端末６５０に接続された送受光装置６からの信号光を受光し、受光した信号光を電気信号に変換して上位システムに送信する。
【０２０９】
以上のように、本実施形態によれば、複数の送受光装置を用いた光空間通信システムを構築できる。
【０２１０】
〔移動体間通信〕
ここで、送受光装置６を用いた移動体間通信の適用例について図面を参照しながら説明する。図３５は、移動体（以下、ドローン６７０）に送受光装置６を搭載させて移動体間通信を行う例である。なお、ドローン６７０には、第４の実施形態の送受光装置４や、第５の実施形態の送受光装置５を搭載してもよい。
【０２１１】
図３５の例では、ドローン６７０の上部と下部に送受光装置６を搭載する。ドローン６７０の上部には、第１導光体６１の上端を上向きにした状態で送受光装置６が搭載される。一方、ドローン６７０の下部には、第１導光体６１の上端を下向きにした状態で送受光装置６が搭載される。なお、送受光装置６は、一例であって、ドローン６７０の上部および下部以外の位置に搭載されてもよい。
【０２１２】
また、図３５の例では、ドローン６７０と光空間通信を行う地上局６８０を設置する。地上局６８０にも、空中のドローン６７０と光空間通信を行うことが可能な位置に、少なくとも一つの送受光装置６を設置する。
【０２１３】
例えば、ドローン６７０は、自機の下部に搭載された送受光装置６を用いて地上局６８０からの信号光を受光する。地上局６８０からの信号光を受光したドローン６７０は、受光した信号光に応じた位置に自機を移動させる。
【０２１４】
例えば、ドローン６７０は、自機に搭載されたいずれかの送受光装置６を用いて、他機からの信号光を受光する。ドローン６７０は、他機からの信号光を受光すると、他機との距離関係を調整するように自機を自律制御する。
【０２１５】
以上のように、本実施形態によれば、複数の送受光装置を用いた移動体間通信ネットワークを構築できる。なお、本実施形態の送受光装置は、ドローンに限らず、任意の移動体に搭載可能である。
【０２１６】
（ハードウェア）
ここで、第４〜第６の実施形態に係る制御装置を実現するハードウェア構成について、図３６のコンピュータ９０を一例として挙げて説明する。なお、図３６のコンピュータ９０は、各実施形態の制御装置の処理を実行するための構成例であって、本発明の範囲を限定するものではない。
【０２１７】
図３６のように、コンピュータ９０は、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を備える。図３６においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略して表記する。プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、および入出力インターフェース９５は、バス９９を介して互いにデータ通信可能に接続される。
【０２１８】
プロセッサ９１は、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムを主記憶装置９２に展開し、展開されたプログラムを実行する。本実施形態においては、コンピュータ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装置による処理を実行する。
【０２１９】
主記憶装置９２は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置９２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリとすればよい。また、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリを主記憶装置９２として構成・追加してもよい。
【０２２０】
補助記憶装置９３は、種々のデータを記憶する。補助記憶装置９３は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクによって構成される。なお、種々のデータを主記憶装置９２に記憶させる構成とし、補助記憶装置９３を省略することも可能である。
【０２２１】
入出力インターフェース９５は、コンピュータ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。
【０２２２】
以上が、各実施形態に係る制御装置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３６のハードウェア構成は、各実施形態に係る制御装置を実現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装置に関する処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、各実施形態に係るプログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。
【０２２３】
各実施形態の制御装置の構成要素は、任意に組み合わせることができる。また、各実施形態の制御装置の構成要素は、ソフトウェアによって実現してもよいし、回路によって実現してもよい。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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）
第１受光面および第１出射端とを少なくとも有し、前記第１受光面から進入する信号光が前記第１出射端に導光される第１導光体と、
第２受光面および第２出射端とを少なくとも有し、前記第１導光体の前記第１出射端に前記第２受光面が接続され、前記第２受光面から進入する前記信号光が前記第２出射端に導光される第２導光体と、
前記第２出射端に接続される受光部を有し、前記受光部で受光した前記信号光を電気信号に変換する受光器とを備える受光装置。
（付記２）
前記第２導光体は、
曲線状に形成され、
前記第１導光体は、
前記第２受光面に対して垂直に立てられた線分を前記第２導光体の形状に沿って移動させた際に形成される柱面の形状を有する付記１に記載の受光装置。
（付記３）
前記第１導光体は、
前記第１受光面を側面とする筒状に形成され、上面および下面のいずれかに前記第１出射端が形成され、
前記第２導光体は、
筒状に形成された前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する環状に形成される付記１または２に記載の受光装置。
（付記４）
前記第１導光体は、
円筒状に形成され、
前記第２導光体は、
円筒状に形成された前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する円環状に形成される付記３に記載の受光装置。
（付記５）
前記第１導光体は、
多角筒状に形成され、
前記第２導光体は、
多角筒状に形成された前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する多角環状に形成される付記３に記載の受光装置。
（付記６）
前記第１導光体は、
前記第１受光面に対向する第３受光面と、前記第３受光面から進入する信号光が導光される第３出射端とを有し、
前記第２導光体は、
前記第１導光体の前記第１出射端および前記第３出射端に前記第２受光面が接続される付記１乃至５のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記７）
前記第１導光体の上面の形状に合わせた透明板が前記第１導光体の上面に配置される付記１乃至６のいずれか一項に記載の受光装置。
（付記８）
前記第１導光体は、
上面が閉ざされた筒状に形成され、上面と側面とを接続する表面の少なくとも一部に、前記第１導光体の内部に反射面を向けた反射鏡が設置される付記１に記載の受光装置。
（付記９）
前記第１導光体は、
前記第１受光面を表面とする球冠状に形成され、底面に前記第１出射端が形成され、
前記第２導光体は、
前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する円環状に形成される付記１に記載の受光装置。
（付記１０）
第１受光面および第１出射端とを少なくとも有し、前記第１受光面を側面とする筒状に形成され、前記第１受光面から進入する信号光が、上面および下面のいずれかに形成された前記第１出射端に導光される第１導光体と、
第２受光面および第２出射端とを少なくとも有し、筒状に形成された前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて開放端を有する環状に形成され、前記第１導光体の前記第１出射端に前記第２受光面が接続され、前記第２受光面から進入する前記信号光が前記第２出射端に導光される第２導光体と、
第２導光体の前記第２出射端に接続される受光部を有し、前記受光部で受光した前記信号光を電気信号に変換して出力する受光器と、を有する受光装置と、
前記第１導光体によって形成される筒内に搭載され、前記受光器から受信される電気信号を受信し、受信した電気信号に応じた投射光を投射する送光装置とを備える送受光装置。
（付記１１）
前記送光装置は、
光源と、前記光源から出射される出射光を変調して反射する表示部を有する空間光変調器と、前記空間光変調器の表示部による反射光を投射する投射光学系とを含む投射装置と、
前記受光器からの電気信号に基づいて、前記光源を制御する光源制御条件と前記空間光変調器を制御する変調素子制御条件とを前記投射装置に出力する制御装置とを有する付記１０に記載の送受光装置。
（付記１２）
前記空間光変調器は、位相変調型である付記１１に記載の送受光装置。
（付記１３）
前記送光装置は、
前記投射装置の投射範囲を含む範囲を撮像する撮像装置を有し、
前記制御装置は、
前記受光器からの電気信号に基づいて、前記撮像装置を制御する撮像制御条件を前記投射装置に出力する付記１１または１２に記載の送受光装置。
（付記１４）
外部機器のポートに接続されるコネクタを備え、
前記制御装置は、
前記コネクタを介して前記外部機器とデータ通信可能に接続される付記１１または１２に記載の送受光装置。
（付記１５）
前記コネクタは、
関節機構を介して前記受光装置に接続される付記１４に記載の送受光装置。
【符号の説明】
【０２２６】
１、２、３    受光装置
４、５、６    送受光装置
１１、２１、３１、４１、５１、６１    第１導光体
１２、２２、３２、４２、５２、６２    第２導光体
１３、２３、３３、４３、５３、６３    受光器
１４、２４、３４、４４、５４、６４    底板
２５    反射鏡
３５    天板
４０、５０、６０    送光装置
６６    コネクタ
６７    支持部
６８    関節機構
１０１、１０２、１０３    指向性導光板
１１１、２１１    第１導光部
１１２、２１２    第１指向性反射部
１２１    第２導光部
１２２    第２指向性反射部
１４１、１４２、１４３    透明導光部
１５１、１５２、１５３    指向性反射部
１６１、１６２    反射構造
１７１    反射鏡
１７２    反射部
１７３    回折格子アレイ
４００、５００    受光装置
４１０、５１０、６１０    制御装置
４１１、５１１、６１１    受信回路
４１２、５１２、６１２    制御条件生成回路
４１３、５１３、６１３    記憶回路
４１５、５１５、６１５    投射制御回路
４２０、５２０、６２０    投射装置
４２１    光源
４２２    出射部
４２３    コリメータ
４２５    空間光変調器
４２７    投射光学系
４７１    フーリエ変換レンズ
４７２    アパーチャ
４７３    投射レンズ
５１６、６１６    撮像制御回路
６３０、６３０    撮像装置
５３１    撮像素子
５３３    画像処理プロセッサ
５３５    内部メモリ
５３７    データ出力回路
６１４    入出力回路
６５０    端末
６７０    ドローン
６８０    地上局
【図１】
2019180813.tif 000003
【図２】
2019180813.tif 000004
【図３】
2019180813.tif 000005
【図４】
2019180813.tif 000006
【図５】
2019180813.tif 000007
【図６】
2019180813.tif 000008
【図７】
2019180813.tif 000009
【図８】
2019180813.tif 000010
【図９】
2019180813.tif 000011
【図１０】
2019180813.tif 000012
【図１１】
2019180813.tif 000013
【図１２】
2019180813.tif 000014
【図１３】
2019180813.tif 000015
【図１４】
2019180813.tif 000016
【図１５】
2019180813.tif 000017
【図１６】
2019180813.tif 000018
【図１７】
2019180813.tif 000019
【図１８】
2019180813.tif 000020
【図１９】
2019180813.tif 000021
【図２０】
2019180813.tif 000022
【図２１】
2019180813.tif 000023
【図２２】
2019180813.tif 000024
【図２３】
2019180813.tif 000025
【図２４】
2019180813.tif 000026
【図２５】
2019180813.tif 000027
【図２６】
2019180813.tif 000028
【図２７】
2019180813.tif 000029
【図２８】
2019180813.tif 000030
【図２９】
2019180813.tif 000031
【図３０】
2019180813.tif 000032
【図３１】
2019180813.tif 000033
【図３２】
2019180813.tif 000034
【図３３】
2019180813.tif 000035
【図３４】
2019180813.tif 000036
【図３５】
2019180813.tif 000037
【図３６】
2019180813.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月18日(2020.8.18)
【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】
第１受光面および第１出射端とを少なくとも有し、前記第１受光面から進入する信号光を前記第１出射端に導光する第１導光体と、
第２受光面および第２出射端とを少なくとも有し、前記第１導光体の前記第１出射端に前記第２受光面が接続され、前記第２受光面から進入する前記信号光を前記第２出射端に導光する第２導光体と、
前記第２出射端に接続される受光部を有し、前記受光部で受光した前記信号光を電気信号に変換する受光器とを備える受光装置。
【請求項２】
前記第２導光体は、
曲線状に形成され、
前記第１導光体は、
前記第２受光面に対して垂直に立てられた線分を前記第２導光体の形状に沿って移動させた際に形成される柱面の形状を有する請求項１に記載の受光装置。
【請求項３】
前記第１導光体は、
前記第１受光面を側面とする筒状に形成され、上面および下面のいずれかに前記第１出射端が形成され、
前記第２導光体は、
筒状に形成された前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する環状に形成される請求項１または２に記載の受光装置。
【請求項４】
前記第１導光体は、
前記第１受光面に対向する第３受光面と、前記第３受光面から進入する信号光が導光される第３出射端とを有し、
前記第２導光体は、
前記第１導光体の前記第１出射端および前記第３出射端に前記第２受光面が接続される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項５】
前記第１導光体の上面の形状に合わせた透明板が前記第１導光体の上面に配置される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の受光装置。
【請求項６】
前記第１導光体は、
上面が閉ざされた筒状に形成され、上面と側面とを接続する表面の少なくとも一部に、前記第１導光体の内部に反射面を向けた反射鏡が設置される請求項１に記載の受光装置。
【請求項７】
前記第１導光体は、
前記第１受光面を表面とする球冠状に形成され、底面に前記第１出射端が形成され、
前記第２導光体は、
前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて、開放端を有する円環状に形成される請求項１に記載の受光装置。
【請求項８】
第１受光面および第１出射端とを少なくとも有し、前記第１受光面を側面とする筒状に形成され、前記第１受光面から進入する信号光が、上面および下面のいずれかに形成された前記第１出射端に導光される第１導光体と、
第２受光面および第２出射端とを少なくとも有し、筒状に形成された前記第１導光体の前記第１出射端の形状に合わせて開放端を有する環状に形成され、前記第１導光体の前記第１出射端に前記第２受光面が接続され、前記第２受光面から進入する前記信号光を前記第２出射端に導光する第２導光体と、
第２導光体の前記第２出射端に接続される受光部を有し、前記受光部で受光した前記信号光を電気信号に変換して出力する受光器と、を有する受光装置と、
前記第１導光体によって形成される筒内に搭載され、前記受光器から受信される電気信号を受信し、受信した電気信号に応じた投射光を投射する送光装置とを備える送受光装置。
【請求項９】
前記送光装置は、
光源と、前記光源から出射される出射光を変調して反射する表示部を有する空間光変調器と、前記空間光変調器の表示部による反射光を投射する投射光学系とを含む投射装置と、
前記受光器からの電気信号に基づいて、前記光源を制御する光源制御条件と前記空間光変調器を制御する変調素子制御条件とを前記投射装置に出力する制御装置とを有する請求項８に記載の送受光装置。
【請求項１０】
前記送光装置は、
前記投射装置の投射範囲を含む範囲を撮像する撮像装置を有し、
前記制御装置は、
前記受光器からの電気信号に基づいて、前記撮像装置を制御する撮像制御条件を前記投射装置に出力する請求項９に記載の送受光装置。
【国際調査報告】
2019180813.tif 000039
2019180813.tif 000040
2019180813.tif 000041
2019180813.tif 000042