JP7683704B2 - 受信装置、通信装置、および通信システム - Google Patents

Description

本開示は、空間を伝搬する光信号を受信する受信装置等に関する。

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

特許文献１には、球形レンズを用いた撮像装置について開示されている。特許文献１の装置は、球形レンズと撮像手段を有する。撮像手段は、球形レンズによる曲面像面に沿って湾曲した受光面を有する。球形レンズは、撮像手段の受光面に物体像を形成する。

特許文献２には、光信号を電気信号に変換する光受信装置について開示されている。特許文献２の装置は、球レンズ等の集光レンズと、複数の受光面を有する受光素子とによって構成される。受光素子の有する複数の受光面の各々は、集光レンズによって形成される光スポットの大きさに対応して、中心部から周辺部に向けて面積が大きくなるように構成される。

特開昭６３－０９６６１６号公報 特開昭６３－１５１２３２号公報

特許文献１の装置によれば、球形レンズを用いることによって、周辺光量の低下を抑制しつつ、高画角化を実現できる。特許文献１の装置では、受光面が湾曲したＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子を用いる。そのため、特許文献１の装置には、受光面が湾曲した特殊な撮像素子を採用する必要があった。

特許文献２の装置によれば、球レンズ等の広角レンズと、平面上に分割された受光素子とを組み合わせることによって、画角の改善された受光系を実現できる。特許文献２の装置では、光信号の入射角に合わせて受光面の面積を変更する。そのため、特許文献２の装置には、多様な方向から到来する空間光信号を受光する場合、空間光信号の到来方向に応じて、受光強度に差が生じるという問題点があった。

本開示の目的は、簡易な構成でありながら、多様な方向から到来する光信号を均等に受信できる受信装置等を提供することにある。

本開示の一態様の受信装置は、空間を伝搬する光信号を集光するボールレンズと、ボールレンズによって集光される光信号を受光する複数の受光素子によって構成され、複数の受光素子によって受光された光信号に由来する信号を出力する受光素子アレイと、受光素子アレイから出力される信号をデコードする受信回路と、を備える。

本開示によれば、簡易な構成でありながら、多様な方向から到来する光信号を均等に受信できる受信装置等を提供することが可能になる。

第１の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る受信装置のボールレンズによる集光の一例について説明するための概念図である。 第１の実施形態に係る受信装置のボールレンズと受光素子アレイの位置関係の一例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る受信装置のボールレンズによって集光された光信号が、受光素子に受光される様子を示す概念図である。 第１の実施形態に係る受信装置による空間光信号の受信の一例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る受信装置による空間光信号の受信の別の一例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る受信装置の受信回路の構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態の変形例に係る受光器について説明するための概念図である。 第１の実施形態の別の変形例に係る受光器について説明するための概念図である。 第２の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。 第２の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。 第２の実施形態に係る受信装置のボールレンズによって受光可能な空間光信号の受光範囲について説明するための概念図である。 第２の実施形態に係る受信装置のボールレンズと受光素子アレイの位置関係の一例を示す概念図である。 第３の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。 第３の実施形態に係る受信装置の光学素子と受光素子アレイの位置関係の一例を示す概念図である。 第３の実施形態に係る受信装置の光学素子によって導光された光信号が、受光素子に受光される様子を示す概念図である。 第３の実施形態の変形例に係る受信装置の光学素子と受光素子アレイの位置関係の一例を示す概念図である。 第４の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。 第４の実施形態に係る受信装置の光学素子と受光素子アレイの位置関係の一例を示す概念図である。 第４の実施形態に係る受信装置の光学素子によって導光された光信号が、受光素子に受光される様子を示す概念図である。 第４の実施形態の変形例に係る受信装置の光学素子と受光素子アレイの位置関係の一例を示す概念図である。 第５の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。 第５の実施形態に係る受信装置の光学素子と受光素子アレイの位置関係の一例を示す概念図である。 第５の実施形態に係る受信装置の光学素子によって導光された光信号が、受光素子に受光される様子を示す概念図である。 第５の実施形態の変形例に係る受信装置の光学素子と受光素子アレイの位置関係の一例を示す概念図である。 第６の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。 第６の実施形態に係る受信装置の受光素子アレイの構成の一例を示す概念図である。 第６の実施形態に係る受信装置による空間光信号の受信の一例を示す概念図である。 第６の実施形態に係る受信装置による空間光信号の受信の別の一例を示す概念図である。 第７の実施形態に係る通信装置の構成の一例を示すブロック図である。 第７の実施形態に係る通信装置の送信装置の構成の一例を示す概念図である。 第７の実施形態に係る通信装置によって構成される通信システムの一例を示す概念図である。 第７の実施形態に係る通信装置によって構成される通信システムに含まれる受光器の構成の一例を示す概念図である。 第７の実施形態に係る通信装置によって構成される通信システムに含まれる受光器の構成の別の一例を示す概念図である。 第７の実施形態に係る通信装置によって構成される通信システムに含まれる受光器による空間光信号の受信の一例を示す概念図である。 第７の実施形態に係る通信装置によって構成される通信システムに含まれる受光器による空間光信号の受信の別の一例を示す概念図である。 第７の実施形態の適用例１について説明するための概念図である。 第７の実施形態の適用例１における空間光信号の送受信について説明するための概念図である。 第７の実施形態の適用例２について説明するための概念図である。 第８の実施形態に係る受信装置の構成の一例を示す概念図である。 各実施形態に係る制御や処理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。

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。

以下の実施形態の説明に用いる全図において、図面中の矢印の向きは、一例を示すものであり、光や信号の向きを限定するものではない。また、図面中の光の軌跡を示す線は、概念的なものであり、実際の光の進行方向や状態を正確に表すものではない。例えば、図面においては、空気と物質との界面における屈折や反射、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。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る受信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受信装置は、光ファイバなどの媒体を用いずに、空間を伝播する光信号（以下、空間光信号とも呼ぶ）を送受信し合う光空間通信に用いられる。本実施形態の受信装置は、空間を伝搬する光を受光する用途であれば、光空間通信以外の用途に用いられてもよい。本実施形態においては、特に断りがない限り、空間光信号は、十分に離れた位置から到来するために平行光とみなす。

（構成）
図１は、本実施形態の受信装置１の構成の一例を示す概念図である。受信装置１は、ボールレンズ１１、受光素子アレイ１３、および受信回路１５を備える。ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３は、受光器１０を構成する。図１は、受光器１０を上方向から見た平面図である。ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３は、支持体（図示しない）によって、互いの位置関係が固定される。本実施形態においては、ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３を固定する支持体を省略する。

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

図２は、ボールレンズ１１によって集光される光の軌跡の一例を示す概念図である。図２の例では、平行光を出射する光源１１０からボールレンズ１１に向けて照射された光が、ボールレンズ１１によって屈折される様子を示す。ボールレンズ１１に入射した光は、ボールレンズ１１の内部に進入する際に屈折される。また、ボールレンズ１１の内部を進行する光は、ボールレンズ１１の外部に出射する際に、再度屈折される。ボールレンズ１１によって屈折される光の大部分は、集光領域において集光される。その一方で、ボールレンズ１１の周辺から入射した光は、ボールレンズ１１から出射される際に、集光領域から外れた方向に向けて出射される。

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

図３は、ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３によって構成される受光器１０の斜視図である。図３は、入射面側の斜め上方の視座から、受光器１０を見下ろした斜視図である。図４は、ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３によって構成される受光器１０の一部分の断面図である。図４には、円弧状の基板１３０に受光素子１３１が配置される例を示す。図４には、ボールレンズ１１によって集光される光の軌跡を示す。ボールレンズ１１によって、受光素子アレイ１３が配置された集光領域に集光される光信号は、受光素子アレイ１３を構成するいずれかの受光素子１３１によって受光される。なお、受光素子１３１の受光部１３２から外れた光信号は、受光素子１３１によって受光されない。

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

図５は、受信装置１が、一方向から到来した空間光信号を受信する一例を示す概念図である。図６は、受信装置１が、二方向から到来した空間光信号を受信する一例を示す概念図である。ボールレンズ１１が球体であるため、受信装置１は、受光素子アレイ１３によって受光可能な範囲であれば、任意の方向から到来する空間光信号を均等に受信できる。例えば、受光素子アレイ１３の円弧によって形成される平面が水平面に対して平行に設定される場合、受信装置１は、同じくらいの高さから水平方向に到来する空間光信号を受光しやすい。例えば、受光素子アレイ１３の円弧によって形成される平面が水平面に対して垂直に設定される場合、受信装置１は、任意の高さから到来する空間光信号を同様に受光しやすい。

受光素子１３１は、受光対象の空間光信号の波長領域の光を受光する。例えば、受光素子１３１は、可視領域の光に感度を有する。例えば、受光素子１３１は、赤外領域の光に感度を有する。受光素子１３１は、例えば１．５μｍ（マイクロメートル）帯の波長の光に感度を有する。なお、受光素子１３１が感度を有する光の波長帯は、１．５μｍ帯に限定されない。受光素子１３１が受光する光の波長帯は、送信装置（図示しない）から送信される空間光信号の波長に合わせて、任意に設定できる。受光素子１３１が受光する光の波長帯は、例えば０．８μｍ帯や、１．５５μｍ帯、２．２μｍ帯に設定されてもよい。また、受光素子１３１が受光する光の波長帯は、例えば０．８～１μｍ帯であってもよい。波長帯が短い方が、大気中の水分による吸収が小さいので、降雨時における光空間通信には有利である。また、受光素子１３１は、強烈な太陽光で飽和してしまうと、空間光信号に由来する光信号を読み取ることができない。そのため、受光素子１３１よりも前段に、空間光信号の波長帯の光を選択的に通過させる色フィルタが設置されてもよい。

例えば、受光素子１３１は、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの素子によって実現できる。例えば、受光素子１３１は、アバランシェフォトダイオードによって実現される。アバランシェフォトダイオードによって実現された受光素子１３１は、高速通信に対応できる。なお、受光素子１３１は、光信号を電気信号に変換できさえすれば、フォトダイオードやフォトトランジスタ、アバランシェフォトダイオード以外の素子によって実現されてもよい。通信速度を向上させるために、受光素子１３１の受光部１３２は、できるだけ小さい方が好ましい。例えば、受光素子１３１の受光部１３２は、一辺が５ｍｍ（ミリメートル）程度の正方形の受光面を有する。例えば、受光素子１３１の受光部１３２は、直径０．１～０．３ｍｍ程度の円形の受光面を有する。受光素子１３１の受光部１３２の大きさや形状は、空間光信号の波長帯や通信速度などに応じて選定されればよい。

受光素子１３１は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子１３１は、変換後の電気信号を、受信回路１５に出力する。図１には、受光素子アレイ１３と受信回路１５の間に一本の線（経路）しか図示していないが、受光素子アレイ１３と受信回路１５は複数の経路で接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ１３を構成する受光素子１３１の各々が、受信回路１５と個別に接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ１３を構成する受光素子１３１のいくつかをまとめたグループごとに、受信回路１５と接続されるように構成されてもよい。

受信回路１５は、複数の受光素子１３１の各々から出力された信号を取得する。受信回路１５は、複数の受光素子１３１の各々からの信号を増幅する。受信回路１５は、増幅された信号をデコードし、通信対象からの信号を解析する。例えば、受信回路１５は、複数の受光素子１３１ごとの信号をまとめて解析するように構成される。複数の受光素子１３１ごとの信号をまとめて解析する場合は、単一の通信対象と通信するシングルチャンネルの受信装置１を実現できる。例えば、受信回路１５は、複数の受光素子１３１ごとに、個別に信号を解析するように構成される。複数の受光素子１３１ごとに個別に信号を解析する場合、複数の通信対象と同時に通信するマルチチャンネルの受信装置１を実現できる。受信回路１５によってデコードされた信号は、任意の用途に使用される。受信回路１５によってデコードされた信号の使用については、特に限定を加えない。

〔受信回路〕
次に、受信装置１が備える受信回路１５の詳細構成の一例について図面を参照しながら説明する。図７は、受信回路１５の構成の一例を示すブロック図である。図７の例では、受光素子アレイ１３を構成する受光素子１３１の数をＭ個とする（Ｍは自然数）。なお、図７は、受信回路１５の構成の一例であって、受信回路１５の構成を限定するものではない。

受信回路１５は、複数の第１処理回路１５１－１～Ｍ、制御回路１５２、セレクタ１５３、および複数の第２処理回路１５５－１～Ｎを有する（Ｍ、Ｎは自然数）。第１処理回路１５１は、複数の受光素子１３１－１～Ｍのいずれか一つに対応付けられる。第１処理回路１５１は、複数の受光素子１３１－１～Ｍに含まれる複数の受光素子１３１をまとめたグループごとに構成されてもよい。

例えば、第１処理回路１５１は、ハイパスフィルタ（図示しない）を含む。ハイパスフィルタは、受光素子１３１からの信号を取得する。ハイパスフィルタは、取得した信号のうち、空間光信号の波長帯に相当する高周波成分の信号を選択的に通過させる。ハイパスフィルタは、太陽光などの環境光に由来する信号をカットする。例えば、ハイパスフィルタの代わりに、空間光信号の波長帯の信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタを構成してもよい。受光素子１３１は、強烈な太陽光で飽和してしまうと、光信号は読み取り不能となる。そのため、受光素子１３１の受光部の前段に、空間光信号の波長帯の光を選択的に通過させる色フィルタを設置してもよい。

例えば、第１処理回路１５１は、増幅器（図示しない）を含む。増幅器は、ハイパスフィルタから出力された信号を取得する。増幅器は、取得された信号を増幅する。増幅器による信号の増幅率には、特に限定を加えない。

例えば、第１処理回路１５１は、出力モニタ（図示しない）を含む。出力モニタは、増幅器の出力値をモニタする。出力モニタは、増幅器によって増幅された信号のうち、所定の出力値を超える信号をセレクタ１５３に出力する。セレクタ１５３に出力された信号のうち受信対象の信号は、制御回路１５２の制御に応じて、複数の第２処理回路１５５－１～Ｎのいずれかに割り当てられる。受信対象の信号は、通信対象の通信装置（図示しない）からの空間光信号である。空間光信号の受光に用いられない受光素子１３１からの信号は、第２処理回路１５５に出力されない。

例えば、第１処理回路１５１は、出力モニタ（図示しない）として積分器（図示しない）を含んでもよい。積分器は、ハイパスフィルタから出力された信号を取得する。積分器は、取得された信号を積分する。積分器は、積分された信号を制御回路１５２に出力する。積分器は、受光素子１３１が受光する空間光信号の強度を測定するために配置される。ビーム径が絞られていない状態で受光される空間光信号は、ビーム径が絞られている場合と比べて強度が微弱であるため、増幅器のみで増幅された信号の電圧測定は困難である。積分器を用いれば、例えば、数ミリ秒～数十ミリ秒の期間の信号を積分することによって、電圧測定できるレベルまで信号の電圧を大きくすることができる。

制御回路１５２は、複数の第１処理回路１５１－１～Ｍの各々から出力された信号を取得する。言い換えると、制御回路１５２は、複数の受光素子１３１－１～Ｍの各々が受光した光信号に由来する信号を取得する。例えば、制御回路１５２は、互いに隣接し合う複数の受光素子１３１からの信号の読み取り値を比較する。制御回路１５２は、比較結果に応じて、信号強度が最大の受光素子１３１を選択する。制御回路１５２は、選択された受光素子１３１に由来する信号を、複数の第２処理回路１５５－１～Ｎのいずれかに割り当てるように、セレクタ１５３を制御する。

通信対象の位置が予め特定されている場合は、空間光信号の到来方向を推定する処理を行わず、受光素子１３１－１～Ｍから出力された信号を、予め設定されたいずれかの第２処理回路１５５に出力すればよい。一方、通信対象の位置が予め特定されていない場合は、受光素子１３１－１～Ｍから出力された信号の出力先の第２処理回路１５５を選択すればよい。例えば、制御回路１５２が受光素子１３１を選択することによって、空間光信号の到来方向を推定できる。すなわち、制御回路１５２が受光素子１３１を選択することは、空間光信号の送信元の通信装置を特定することに相当する。また、制御回路１５２によって選択された受光素子１３１からの信号を複数の第２処理回路のいずれかに割り当てることは、特定された通信対象と、その通信対象からの空間光信号を受光する受光素子１３１とを対応付けることに相当する。すなわち、制御回路１５２は、複数の受光素子１３１－１～Ｍによって受光された光信号に基づいて、その光信号（空間光信号）の送信元の通信装置を特定できる。

セレクタ１５３には、複数の第１処理回路１５１－１～Ｍの各々に含まれる増幅器によって増幅された信号が入力される。セレクタ１５３は、制御回路１５２の制御に応じて、入力された信号のうち受信対象の信号を、複数の第２処理回路１５５－１～Ｎのうちいずれかに出力する。受信対象ではない信号は、セレクタ１５３から出力されない。

複数の第２処理回路１５５－１～Ｎには、制御回路１５２によって割り当てられた、複数の受光素子１３１－１～Ｎのいずれかからの信号が入力される。複数の第２処理回路１５５－１～Ｎの各々は、入力された信号をデコードする。複数の第２処理回路１５５－１～Ｎの各々は、デコードされた信号に何らかの信号処理を加えるように構成してもよいし、外部の信号処理装置等（図示しない）に出力するように構成したりしてもよい。

制御回路１５２によって選択された受光素子１３１に由来する信号をセレクタ１５３で選択することにより、１つの通信対象に対して１つの第２処理回路１５５が割り当てられる。すなわち、制御回路１５２は、複数の受光素子１３１－１～Ｍが受光する、複数の通信対象からの空間光信号に由来する信号を、複数の第２処理回路１５５－１～Ｎのいずれかに割り当てる。これにより、受信装置１は、複数の通信対象からの空間光信号に由来する信号を、個別のチャネルで同時に読み取ることが可能になる。例えば、複数の通信対象と同時に通信するために、複数の通信対象からの空間光信号を単一のチャネルにおいて時分割で読み取ってもよい。本実施形態の手法では、複数の通信対象からの空間光信号を、複数のチャネルにおいて同時に読み取るので、単一のチャネルを用いる場合と比べて伝送速度が速い。

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

〔変形例１〕
次に、本実施形態に係る変形例（変形例１）について図面を参照しながら説明する。図８は、本変形例の受光器１０－１の構成の一例を示す概念図である。図８は、受光器１０－１を上方向から見た平面図である。本変形例の受光器１０－１は、ボールレンズ１１と、複数の受光素子アレイ１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）とによって構成される。図８には、受光素子アレイ１３が３個の例を示すが、受光素子アレイ１３の数には特に限定を加えない。

本変形例の受光器１０－１は、空間光信号の到来方向が限られている場合に好適である。空間光信号の到来方向が限られている場合、空間光信号が受光されない領域ができる。本変形例では、空間光信号の到来範囲に合わせて、受光素子アレイ１３を配置する。なお、複数の受光素子アレイ１３用いずに、同一の基板上において、空間光信号の到来範囲に合わせて、複数の受光素子１３１を配置してもよい。

受光素子アレイ１３Ａは、空間光信号Ａの到来範囲に対応付けて配置される。受光素子アレイ１３Ａは、空間光信号Ａの到来範囲から到来する空間光信号を受信する。受光素子アレイ１３Ｂは、空間光信号Ｂの到来範囲に対応付けて配置される。受光素子アレイ１３Ｂは、空間光信号Ｂの到来範囲から到来する空間光信号を受信する。受光素子アレイ１３Ｃは、空間光信号Ｃの到来範囲に対応付けて配置される。受光素子アレイ１３Ｃは、空間光信号Ｃの到来範囲から到来する空間光信号を受信する。

通信対象の方向が特定されている場合、空間光信号が到来しない部分の受光素子１３１を省略した方が、回路規模を小さくできる。また、受光素子１３１の数が減れば、装置のコストダウンを実現できる。すなわち、本変形例によれば、回路規模の縮小と、コストダウンとが実現される。

〔変形例２〕
次に、本実施形態に係る別の変形例（変形例２）について図面を参照しながら説明する。図９は、本変形例の受光器１０－２の構成の一例を示す概念図である。図９は、入射面側の斜め上方の視座から、受光器１０－２を見た斜視図である。本変形例の受光器１０－２は、ボールレンズ１１と受光素子アレイ１３－２によって構成される。受光素子アレイ１３－２は、複数の受光素子アレイ１３を短辺方向に重ねた構造を有する。複数の受光素子アレイ１３の各々は、ボールレンズ１１の集光領域に配置される。すなわち、受光素子アレイ１３－２は、ボールレンズ１１の集光領域に合わせて形成された受光素子アレイ１３－２の曲面上に、二次元アレイ状に配置された受光素子１３１を含む。図９には、３個の受光素子アレイ１３を重ねて受光素子アレイ１３－２を構成する例を示すが、受光素子アレイ１３－２を構成する受光素子アレイ１３の数には特に限定を加えない。

本変形例の受光器１０－２は、空間光信号の到来方向が受光素子アレイ１３－２の短辺方向に多少ずれても、ボールレンズ１１に到来する空間光信号を同様に受光できる。言い換えると、本変形例によれば、受光素子アレイ１３－２の円弧を含む平面に対して、空間光信号の到来方向が垂直方向に変動しても、受光素子アレイ１３－２に含まれる複数の受光素子アレイ１３によって、その空間光信号に由来する信号光を受光できる。

空間光信号の到来方向が同一面内に限定されない場合、ボールレンズ１１に対して三次元的に到来する空間光信号を受光できないと、所望の通信対象と通信できない可能性がある。本変形例では、複数の受光素子１３１が二次元アレイ状に配置された受光素子アレイ１３－２を用いることによって、受光素子アレイ１３と比べて、空間光信号の受光範囲を拡大できる。

以上のように、本実施形態の受信装置は、ボールレンズ、受光素子アレイ、および受信回路を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。受光素子アレイは、ボールレンズの集光領域に、ボールレンズの周方向に沿って円弧状に配列された複数の受光素子によって構成される。受光素子アレイは、複数の受光素子によって受光された光信号に由来する信号を出力する。受信回路は、受光素子アレイから出力される信号をデコードする。

本実施形態の受信装置は、ボールレンズによって集光される光信号を、ボールレンズの集光領域に円弧状に配置された複数の受信素子によって受信する。ボールレンズは、任意の方向から到来する光信号を、周囲の集光領域に集光する。そのため、本実施形態によれば、簡易な構成でありながら、多様な方向から到来する光信号を均等に受信できる。

本実施形態の一態様の受信装置は、空間光信号の到来方向に合わせて配置された少なくとも一つの受光素子アレイを備える。本態様では、光信号が集光される位置に受光素子アレイを配置し、光信号が集光されない位置に受光素子アレイを配置しない。そのため、本態様によれば、不要な受光素子を省略できる。

本実施形態の一態様において、受光素子アレイは、ボールレンズの集光領域に、ボールレンズの周方向に沿って二次元アレイ状に配列された複数の受光素子によって構成される。本態様によれば、複数の受光素子の配列方向に対して垂直な方向に対して、空間光信号の受光角を拡大できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る受信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受信装置は、ボールレンズの周囲が囲まれるように、環状に形成された受信素子アレイを配置する点において、第１の実施形態の受信装置とは異なる。

（構成）
図１０は、本実施形態の受信装置２の構成の一例を示す概念図である。受信装置２は、ボールレンズ２１、受光素子アレイ２３、および受信回路２５を備える。ボールレンズ２１と受光素子アレイ２３は、受光器２０を構成する。図１０は、受光器２０を上方向から見た平面図である。図１１は、受光素子アレイ２３の形成する円を含む面に対して垂直な方向の視座から見た、受信装置２の側面図である。受光素子アレイ２３は、ボールレンズ２１を配置する部分が刳り貫かれた基板２００に配置される。基板２００が受光器２０に含まれてもよい。ボールレンズ２１と受光素子アレイ２３は、支持体（図示しない）によって、互いの位置関係が固定される。本実施形態においては、ボールレンズ２１と受光素子アレイ２３を固定する支持体を省略する。ボールレンズ２１と受光素子アレイ２３は、基板２００によって固定されてもよい。

ボールレンズ２１は、第１の実施形態のボールレンズ１１と同様の構成である。ボールレンズ２１は、外部から到来した空間光信号を、ボールレンズ２１の集光領域に集光する。

図１２は、ボールレンズ２１によって受光可能な空間光信号の受光範囲について説明するための概念図である。図１２は、受光器２０を上方向から見た平面図である。ボールレンズ２１に向けて到来する空間光信号は、受光素子アレイ２３と基板２００によって一部の光が遮られるものの、その大部分は、ボールレンズ２１によって集光されて、受光素子アレイ２３に受光される。図１２のように、本実施形態の受信装置２は、受光素子アレイ２３によって形成される円を含む面に平行な面内において、３６０度の方向から到来する空間光信号を受光できる。

図１３は、ボールレンズ２１と受光素子アレイ２３によって構成される受光器２０の斜視図である。図１３は、入射面側の斜め上方の視座から、受光器２０を見た斜視図である。受光素子アレイ２３は、ボールレンズ２１の周方向に沿って、環状に並べられた複数の受光素子２３１を含む。受光素子アレイ２３を構成する複数の受光素子２３１の各々は、第１の実施形態の受光素子１３１と同様の構成である。受光素子アレイ２３を構成する受光素子２３１の数には限定を加えない。受光素子アレイ２３は、ボールレンズ２１の後段に配置される。複数の受光素子２３１は、受光対象の空間光信号に由来する光信号を受光する受光部（図示しない）を含む。複数の受光素子２３１の各々は、受光部がボールレンズ２１の出射面と対面するように配置される。複数の受光素子２３１の各々は、ボールレンズ２１の集光領域に受光部が位置するように配置される。ボールレンズ２１によって集光された光信号は、集光領域に位置する受光素子２３１の受光部で受光される。

受光素子アレイ２３を構成する複数の受光素子２３１の各々は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子アレイ２３を構成する複数の受光素子２３１の各々は、変換後の電気信号を、受信回路２５に出力する。図１０には、受光素子アレイ２３と受信回路２５の間に一本の線（経路）しか図示していないが、受光素子アレイ２３と受信回路２５は複数の経路で接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ２３を構成する受光素子２３１の各々が、受信回路２５と個別に接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ２３を構成する受光素子２３１のいくつかをまとめたグループごとに、受信回路２５と接続されるように構成されてもよい。

受信回路２５は、第１の実施形態の受信回路１５と同様の構成である。受信回路２５は、受光素子アレイ２３を構成する複数の受光素子２３１の各々から出力された信号を取得する。受信回路２５は、複数の受光素子２３１の各々からの信号を増幅する。受信回路２５は、増幅された信号をデコードし、通信対象からの信号を解析する。受信回路２５によってデコードされた信号は、任意の用途に使用される。受信回路２５によってデコードされた信号の使用については、特に限定を加えない。

以上のように、本実施形態の受信装置は、ボールレンズ、受光素子アレイ、および受信回路を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。受光素子アレイは、複数の受光素子によって構成される。複数の受光素子は、ボールレンズの集光領域に、ボールレンズの周囲を取り囲むように環状に配置される。受光素子アレイは、複数の受光素子によって受光された光信号に由来する信号を出力する。受信回路は、受光素子アレイから出力される信号をデコードする。

本実施形態の受信装置は、ボールレンズの集光領域に環状に配置された複数の受信素子によって、ボールレンズによって集光される光信号を受信する。ボールレンズは、複数の受光素子が形成する環を含む平面に略平行な任意の方向から到来する光信号を、集光領域に集光する。複数の受信素子は、ボールレンズの集光領域に環状に配置されるため、受光素子アレイが形成する環の面に沿って任意の方向から到来する空間光信号を受信できる。すなわち、本実施形態によれば、３６０度の方向から到来する空間光信号を受信できる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る受信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受信装置は、ボールレンズによって集光された信号光を、その信号光が屈折された方向に対して略垂直な方向に屈折するシリンドリカルレンズを含む点において、第１の実施形態の受信装置とは異なる。本実施形態の受信装置は、第２の実施形態の構成と組み合わせてもよい。

（構成）
図１４は、本実施形態の受信装置３の構成の一例を示す概念図である。受信装置３は、ボールレンズ３１、受光素子アレイ３３、受信回路３５、および光学素子３７を備える。ボールレンズ３１、受光素子アレイ３３、および光学素子３７は、受光器３０を構成する。図１４は、受光器３０を上方向から見た平面図である。

ボールレンズ３１は、第１の実施形態のボールレンズ１１と同様の構成である。ボールレンズ３１は、外部から到来した空間光信号を、ボールレンズ３１の集光領域に集光する。

図１５は、受光素子アレイ３３と光学素子３７の位置関係の一例を示す斜視図である。図１５は、光学素子３７の入射面側の斜め上方の視座から見た斜視図である。受光素子アレイ３３と光学素子３７は、ボールレンズ３１の中心に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。

光学素子３７は、円弧状に曲げられたシリンドリカルレンズである。光学素子３７は、シリンドリカルレンズの曲面（第１面）を内側に向け、平面（第２面）を外側に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。光学素子３７は、ボールレンズ３１の周囲に形成される集光領域に合わせた曲率で形成される。光学素子３７は、ボールレンズ３１と受光素子アレイ３３の間に配置される。光学素子３７の第１面は、ボールレンズ３１の出射面に向けられる。光学素子３７の第２面は、受光素子アレイ３３の受光面に向けられる。光学素子３７は、ボールレンズ３１によって集光された光信号を、受光素子アレイ３３を構成する受光素子３３１に向けて集光する。

図１６は、ボールレンズ３１、受光素子アレイ３３、および光学素子３７によって構成される受光器３０の一部分の断面図である。図１６には、円弧状の基板３３０に受光素子３３１が配置される例を示す。図１６には、ボールレンズ３１によって集光される光の軌跡を示す。ボールレンズ３１によって、ボールレンズ３１の集光領域に集光される光信号は、光学素子３７によって集光される。光学素子３７によって集光された光信号は、光学素子３７の集光領域に配置された受光素子アレイ３３を構成するいずれかの受光素子３３１によって受光される。

受光素子アレイ３３は、第１の実施形態の受光素子アレイ１３と同様の構成である。受光素子アレイ３３は、光学素子３７の後段に配置される。受光素子アレイ３３に含まれる複数の受光素子３３１は、受光対象の空間光信号に由来する光信号を受光する受光部３３２を含む。複数の受光素子３３１の各々は、受光部３３２が光学素子３７の出射面と対面するように配置される。複数の受光素子３３１の各々は、光学素子３７の集光領域に受光部３３２が位置するように配置される。ボールレンズ３１によって集光された光信号は、光学素子３７によって集光されて、受光素子３３１の受光部３３２で受光される。

第１の実施形態の構成では、水平面に対して平行な方向に広がりのある空間光信号を受光する場合、受光素子アレイ１３によって形成される円弧が水平面に対して略平行になるように配置される。そのように配置されれば、複数の受光素子１３１の各々に、多様な方向から到来する空間光信号の受光を分担させることができる。しかし、そのような配置では、水平面に対して垂直な方向に広がりのある空間光信号は、受光素子アレイ１３の短辺方向にずれて入射されるため、効率的に受光することは難しい。それに対し、本実施形態の構成では、受光素子アレイ３３の短辺方向にずれて入射した光信号を、光学素子３７によって短辺方向に沿って集光する。そのため、本実施形態の構成によれば、第１の実施形態の構成と比べて、垂直方向に拡がりのある空間光信号を受光しやすくなる。

受光素子アレイ３３を構成する複数の受光素子３３１の各々は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子アレイ３３を構成する複数の受光素子３３１の各々は、変換後の電気信号を、受信回路３５に出力する。図１４には、受光素子アレイ３３と受信回路３５の間に一本の線（経路）しか図示していないが、受光素子アレイ３３と受信回路３５は複数の経路で接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ３３を構成する複数の受光素子３３１の各々が、受信回路３５と個別に接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ３３を構成する複数の受光素子３３１のいくつかをまとめたグループごとに、受信回路３５と接続されるように構成されてもよい。

受信回路３５は、第１の実施形態の受信回路１５と同様の構成である。受信回路３５は、受光素子アレイ３３を構成する複数の受光素子３３１の各々から出力された信号を取得する。受信回路３５は、複数の受光素子３３１の各々からの信号を増幅する。受信回路３５は、増幅された信号をデコードし、通信対象からの信号を解析する。受信回路３５によってデコードされた信号は、任意の用途に使用される。受信回路３５によってデコードされた信号の使用については、特に限定を加えない。

〔変形例３〕
次に、本実施形態の変形例（変形例３）について、図面を参照しながら説明する。図１７は、本変形例の受信装置３－３の構成の一例を示す概念図である。受信装置３－３は、ボールレンズ３１、受光素子アレイ３３、受信回路３５、および光学素子３７－３を備える。ボールレンズ３１、受光素子アレイ３３、および光学素子３７－３は、受光器３０－３を構成する。図１７は、受光器３０－３を上方向から見た平面図である。本変形例の受信装置は、複数のシリンドリカルレンズを組み合わせた光学素子３７－３を含む。図１７は、受光素子アレイ３３と光学素子３７－３の位置関係の一例を示す斜視図である。図１７は、光学素子３７－３の入射面側の斜め上方の視座から見た斜視図である。受光素子アレイ３３と光学素子３７－３は、ボールレンズ３１の中心に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。

光学素子３７－３は、複数の部分光学素子３７０を組み合わせた構造を有する。複数の部分光学素子３７０の各々は、複数の受光素子３３１の各々に対応付けられる。例えば、部分光学素子３７０は、シリンドリカルレンズである。部分光学素子３７０は、シリンドリカルレンズの曲面（第１面）をボールレンズ３１の側に向け、平面（第２面）を受光素子３３１の側に向けて、円弧状に配置される。部分光学素子３７０は、ボールレンズ３１の周囲に形成される集光領域に合わせた曲率で配置される。部分光学素子３７０は、ボールレンズ３１と受光素子アレイ３３の間に配置される。部分光学素子３７０の第１面は、ボールレンズ３１の出射面に向けられる。部分光学素子３７０の第２面は、受光素子３３１の受光面に向けられる。部分光学素子３７０は、ボールレンズ３１によって集光された光信号を、対応付けられた受光素子３３１に向けて集光する。部分光学素子３７０は、受光素子アレイ３３の短辺方向に沿って光信号を集光するとともに、受光素子アレイ３３の長辺方向に沿って集光する。すなわち、部分光学素子３７０は、ボールレンズ３１によって集光された光信号を、対応付けられた受光素子３３１に向けて集光する。

ボールレンズ３１によって、光学素子３７－３が配置された集光領域に集光される光信号は、光学素子３７－３を構成するいずれかの部分光学素子３７０によって集光される。部分光学素子３７０によって集光された光信号は、部分光学素子３７０の集光領域に配置された受光素子３３１によって受光される。

本変形例の光学素子３７－３を用いれば、受光素子アレイ３３の短辺方向と同様に、長辺方向に関しても、受光素子３３１に向けて光信号を導光できる。光学素子３７を用いた場合では、受光素子アレイ３３に集光されながら、受光素子３３１から外れた不感領域に集光されていた光を受光できなかった。本変形例の光学素子３７－３を用いれば、受光素子３３１から外れた不感領域に集光されていた光を、受光素子３３１に導光するように構成できる。すなわち、本変形例の光学素子３７－３を用いれば、光学素子３７を用いる場合と比較して、光信号の受光効率を向上できる。

以上のように、本実施形態の受信装置は、ボールレンズ、受光素子アレイ、光学素子、および受信回路を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。受光素子アレイは、ボールレンズによって集光される光信号を受光する複数の受光素子によって構成される。光学素子は、ボールレンズと受光素子アレイの間に配置される。光学素子は、ボールレンズによって集光された光信号を、受光素子アレイを構成するいずれかの受光素子の受光部に向けて導光する。例えば、光学素子は、ボールレンズの周方向に沿って、平面側を外側に向けて円弧状に曲げられたシリンドリカルレンズである。光学素子は、ボールレンズによって集光された光信号を、受光素子アレイの配列方向と直交する方向に向けて集光し、受光素子アレイを構成するいずれかの受光素子の受光部に導光する。受光素子アレイは、複数の受光素子によって受光された光信号に由来する信号を出力する。受信回路は、受光素子アレイから出力される信号をデコードする。

本実施形態の受信装置は、ボールレンズの周方向に沿って、平面側を外側に向けて円弧状に曲げられたシリンドリカルレンズによって、複数の受光素子の配列方向とは垂直な方向に光信号を集光する。本実施形態によれば、複数の受光素子の配列方向に対して垂直な方向に外れる光信号を、光学素子によって受光素子の受光部の方向に向けて導光するため、光信号の受光効率を向上できる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る受信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受信装置は、ボールレンズによって集光された信号光を、その信号光が屈折された方向に対して略垂直な方向に屈折する回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）を含む点において、第１の実施形態の受信装置とは異なる。本実施形態の受信装置は、第２の実施形態の構成と組み合わせてもよい。

（構成）
図１８は、本実施形態の受信装置４の構成の一例を示す概念図である。受信装置４は、ボールレンズ４１、受光素子アレイ４３、受信回路４５、および光学素子４７を備える。ボールレンズ４１、受光素子アレイ４３、および光学素子４７は、受光器４０を構成する。図１８は、受光器４０を上方向から見た平面図である。

ボールレンズ４１は、第１の実施形態のボールレンズ１１と同様の構成である。ボールレンズ４１は、外部から到来した空間光信号を、ボールレンズ４１の集光領域に集光する。

図１９は、受光素子アレイ４３と光学素子４７の位置関係の一例を示す斜視図である。図１９は、光学素子４７の入射面側の斜め上方の視座から見下ろした斜視図である。受光素子アレイ４３と光学素子４７は、ボールレンズ４１の中心に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。

光学素子４７（回折光学素子とも呼ぶ）は、第１回折部４７１、第２回折部４７２、および透明部４７５を含む。第１回折部４７１、第２回折部４７２、および透明部４７５は、ボールレンズ４１の中心に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。第１回折部４７１および第２回折部４７２は、透明部４７５を挟みこむように構成される。例えば、第１回折部４７１および第２回折部４７２は、ボールレンズ４１によって集光された光信号を、集光領域に向けて回折するニアフィールド回折光学素子である。透明部４７５は、光信号の波長領域の光を透過する材質である。透明部４７５は、光信号の波長領域の光を受光素子４３１に向けて集光する光学部材で構成されてもよいし、開口されていてもよい。

光学素子４７は、第１面を内側に向け、第１面に対向する第２面を外側に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。光学素子４７は、ボールレンズ４１の周囲に形成される集光領域に合わせた曲率で形成される。光学素子４７は、ボールレンズ４１と受光素子アレイ４３の間に配置される。光学素子４７の第１面は、受光面である。光学素子４７の第１面は、ボールレンズ４１の出射面に向けられる。光学素子４７の第２面は、出射面である。光学素子４７の第２面は、受光素子アレイ４３の受光面に向けられる。光学素子４７は、ボールレンズ４１によって集光された光信号を、受光素子アレイ４３を構成する受光素子４３１に向けて回折する。

図２０は、ボールレンズ４１、受光素子アレイ４３、および光学素子４７によって構成される受光器４０の一部分の断面図である。図２０には、円弧状の基板４３０に受光素子４３１が配置される例を示す。図２０には、ボールレンズ４１によって回折される光の軌跡を示す。ボールレンズ４１によって、光学素子４７が配置された集光領域に集光される光信号は、光学素子４７によって回折される。第１回折部４７１は、光学素子４７の受光面に対して斜め上方から入射する光信号を、受光素子アレイ４３を構成するいずれかの受光素子４３１に向けて回折する。第２回折部４７２は、光学素子４７の受光面に対して斜め下方から入射する光信号を、受光素子アレイ４３を構成するいずれかの受光素子４３１に向けて回折する。透明部４７５を通過した光信号は、受光素子アレイ４３を構成するいずれかの受光素子４３１に向けて進行する。光学素子４７によって回折された光信号は、光学素子４７の後段に配置された受光素子アレイ４３を構成するいずれかの受光素子４３１によって受光される。

例えば、受光素子アレイ４３の形成する面に対して空間光信号が到来する方向が一方向に限定される場合、光学素子４７は、第１回折部４７１および第２回折部４７２のうちいずれか一方のみで構成されてもよい。例えば、受光素子アレイ４３の形成する面に対して上方のみから空間光信号が到来する場合、下方からは空間光信号が到来しないので、第１回折部４７１のみで光学素子４７が構成されてもよい。例えば、受光素子アレイ４３の形成する面に対して下方のみから空間光信号が到来する場合、上方からは空間光信号が到来しないので、第２回折部４７２のみで光学素子４７が構成されてもよい。

受光素子アレイ４３は、第１の実施形態の受光素子アレイ１３と同様の構成である。受光素子アレイ４３は、光学素子４７の後段に配置される。受光素子アレイ４３に含まれる複数の受光素子４３１は、受光対象の空間光信号に由来する光信号を受光する受光部４３２を含む。複数の受光素子４３１の各々は、受光部４３２が光学素子４７の出射面と対面するように配置される。複数の受光素子４３１の各々は、光学素子４７によって回折される光信号を受光しやすい位置に受光部４３２が位置するように配置される。ボールレンズ４１によって集光された光信号は、光学素子４７によって回折されて、受光素子４３１の受光部４３２で受光される。

第１の実施形態の構成では、水平面に対して平行な方向に広がりのある空間光信号を受光する場合、受光素子アレイ１３によって形成される円弧が水平面に対して略平行になるように配置される。そのように配置されれば、複数の受光素子１３１の各々に、多様な方向から到来する空間光信号の受光を分担させることができる。しかし、そのような配置では、水平面に対して垂直な方向に広がりのある空間光信号は、受光素子アレイ１３の短辺方向にずれて入射されるため、効率的に受光することは難しい。それに対し、本実施形態の構成では、受光素子アレイ４３の短辺方向にずれて入射した光信号を、光学素子４７によって短辺方向に沿って回折する。そのため、本実施形態の構成によれば、第１の実施形態の構成と比べて、垂直方向に拡がりのある空間光信号を受光しやすくなる。

受光素子アレイ４３を構成する複数の受光素子４３１の各々は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子アレイ４３を構成する複数の受光素子４３１の各々は、変換後の電気信号を、受信回路４５に出力する。図１８には、受光素子アレイ４３と受信回路４５の間に一本の線（経路）しか図示していないが、受光素子アレイ４３と受信回路４５は複数の経路で接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ４３を構成する複数の受光素子４３１の各々が、受信回路４５と個別に接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ４３を構成する複数の受光素子４３１のいくつかをまとめたグループごとに、受信回路４５と接続されるように構成されてもよい。

受信回路４５は、第１の実施形態の受信回路１５と同様の構成である。受信回路４５は、受光素子アレイ４３を構成する複数の受光素子４３１の各々から出力された信号を取得する。受信回路４５は、複数の受光素子４３１の各々からの信号を増幅する。受信回路４５は、増幅された信号をデコードし、通信対象からの信号を解析する。受信回路４５によってデコードされた信号は、任意の用途に使用される。受信回路４５によってデコードされた信号の使用については、特に限定を加えない。

〔変形例４〕
次に、本実施形態の変形例（変形例４）について、図面を参照しながら説明する。図２１は、本変形例について説明するための概念図である。図２１においては、ボールレンズ４１を省略する。本変形例の受信装置は、隣接し合う二つの受光素子４３１の受光部４３２の間に回折される光信号を、それらの受光素子４３１のいずれかの受光部４３２に向けて回折する回折部を有する光学素子４７－４を含む。図２１は、受光素子アレイ４３と光学素子４７－４の位置関係の一例を示す斜視図である。図２１は、光学素子４７－４の入射面側の斜め上方の視座から見下ろした斜視図である。受光素子アレイ４３と光学素子４７－４は、ボールレンズ４１の中心に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。

光学素子４７－４（回折光学素子とも呼ぶ）は、第１回折部４７１、第２回折部４７２、第３回折部４７３、第４回折部４７４、および透明部４７５を含む。第１回折部４７１、第２回折部４７２、および透明部４７５は、ボールレンズ４１の中心に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。第１回折部４７１および第２回折部４７２は、透明部４７５を上下から挟みこむように構成される。透明部４７５には、複数の受光素子４３１の各々に対応付けて、複数の第３回折部４７３と複数の第４回折部４７４が配置される。

光学素子４７－４は、ボールレンズ４１と受光素子アレイ４３の間に配置される。光学素子４７－４の第１面（受光面）は、ボールレンズ４１の出射面に向けられる。光学素子４７－４の第２面（出射面）は、受光素子アレイ４３の受光面に向けられる。光学素子４７－４は、ボールレンズ４１によって集光された光信号を、対応付けられた受光素子４３１に向けて回折する。

第１回折部４７１は、光学素子４７－４の受光面に対して斜め上方から入射する光信号を、対応付けられた受光素子４３１に向けて回折する。第２回折部４７２は、光学素子４７－４の受光面に対して斜め下方から入射する光信号を、対応付けられた受光素子４３１に向けて回折する。複数の第３回折部４７３の各々は、複数の受光素子４３１の各々に対応付けられる。複数の第３回折部４７３の各々は、光学素子４７－４の受光面に対して、対応付けられた受光素子４３１の左方に配置される。第３回折部４７３は、光学素子４７－４の受光面に対して斜め左方から入射する光信号を、対応付けられた受光素子４３１に向けて回折する。複数の第４回折部４７４の各々は、複数の受光素子４３１の各々に対応付けられる。複数の第４回折部４７４の各々は、光学素子４７－４の受光面に対して、対応付けられた受光素子４３１の右方に配置される。第４回折部４７４は、光学素子４７－４の受光面に対して斜め右方から入射する光信号を、対応付けられた受光素子４３１に向けて回折する。透明部４７５は、複数の第３回折部４７３および複数の第４回折部４７４によって区切られて、複数の受光素子４３１の各々に対応付けられる。透明部４７５を通過した光信号は、対応付けられた受光素子４３１に向けて進行する。光学素子４７－４によって集光された光信号は、光学素子４７－４の後段に配置された受光素子アレイ４３を構成するいずれかの受光素子４３１によって受光される。

ボールレンズ４１によって、光学素子４７－４が配置された集光領域に集光される光信号は、第１回折部４７１、第２回折部４７２、第３回折部４７３、および第４回折部４７４によって回折されるか、透明部４７５を透過する。光学素子４７－４によって導光された光信号は、光学素子４７－４の後段に配置された受光素子４３１によって受光される。

本変形例の光学素子４７－４を用いれば、受光素子アレイ４３の短辺方向と同様に、長辺方向に関しても、受光素子４３１に向けて光信号を導光できる。光学素子４７を用いた場合では、受光素子アレイ４３に向けて回折されながら、受光素子４３１から外れた不感領域に入射した光信号を受光できなかった。本変形例の光学素子４７－４を用いれば、受光素子４３１から外れた不感領域に集光されていた光を、受光素子４３１に導光するように構成できる。すなわち、本変形例の光学素子４７－４を用いれば、光学素子４７を用いる場合と比較して、光信号の受光効率を向上できる。

以上のように、本実施形態の受信装置は、ボールレンズ、受光素子アレイ、光学素子、および受信回路を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。受光素子アレイは、ボールレンズによって集光される光信号を受光する複数の受光素子によって構成される。光学素子は、ボールレンズと受光素子アレイの間に配置される。光学素子は、ボールレンズによって集光された光信号を、受光素子アレイを構成するいずれかの受光素子の受光部に向けて導光する。例えば、光学素子は、ボールレンズの周方向に沿って円弧状に曲げられた回折光学素子を含む。光学素子は、ボールレンズによって集光された光信号を、受光素子アレイの配列方向と直交する方向に向けて回折し、受光素子アレイを構成するいずれかの受光素子の受光部に導光する。受光素子アレイは、複数の受光素子によって受光された光信号に由来する信号を出力する。受信回路は、受光素子アレイから出力される信号をデコードする。

本実施形態の受信装置は、ボールレンズの周方向に沿って、平面側を外側に向けて円弧状に曲げられた回折光学素子によって、複数の受光素子の配列方向とは垂直な方向に光信号を回折する。本実施形態によれば、複数の受光素子の配列方向に対して垂直な方向に外れる光信号を、光学素子によって受光素子の受光部の方向に向けて導光するため、光信号の受光効率を向上できる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る受信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受信装置は、ボールレンズによって集光された信号光を、その信号光が屈折された方向に対して略垂直な方向に拡散する拡散板を含む点において、第１の実施形態の受信装置とは異なる。本実施形態の受信装置は、第２の実施形態の構成と組み合わせてもよい。

（構成）
図２２は、本実施形態の受信装置５の構成の一例を示す概念図である。受信装置５は、ボールレンズ５１、受光素子アレイ５３、受信回路５５、および光学素子５７を備える。ボールレンズ５１、受光素子アレイ５３、および光学素子５７は、受光器５０を構成する。図２２は、受光器５０を上方向から見た平面図である。

ボールレンズ５１は、第１の実施形態のボールレンズ１１と同様の構成である。ボールレンズ５１は、外部から到来した空間光信号を、ボールレンズ５１の集光領域に集光する。

図２３は、受光素子アレイ５３と光学素子５７の位置関係の一例を示す斜視図である。図２３は、光学素子５７の入射面側の斜め上方の視座から見下ろした斜視図である。受光素子アレイ５３と光学素子５７は、ボールレンズ５１の中心に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。

光学素子５７（拡散板とも呼ぶ）は、第１拡散部５７１、第２拡散部５７２、および透明部５７５を含む。第１拡散部５７１、第２拡散部５７２、および透明部５７５は、ボールレンズ５１の中心に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。第１拡散部５７１および第２拡散部５７２は、透明部５７５を上下から挟みこむように構成される。例えば、第１拡散部５７１および第２拡散部５７２は、ボールレンズ５１によって集光された光信号を拡散する拡散板である。透明部５７５は、光信号の波長領域の光を透過する材質である。透明部５７５は、光信号の波長領域の光を受光素子５３１に向けて集光する光学部材で構成されてもよいし、開口されていてもよい。

光学素子５７は、第１面を内側に向け、第１面に対向する第２面を外側に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。光学素子５７は、ボールレンズ５１の周囲に形成される集光領域に合わせた曲率で形成される。光学素子５７は、ボールレンズ５１と受光素子アレイ５３の間に配置される。光学素子５７の第１面は、受光面である。光学素子５７の第１面は、ボールレンズ５１の出射面に向けられる。光学素子５７の第２面は、出射面である。光学素子５７の第２面は、受光素子アレイ５３の受光面に向けられる。光学素子５７は、ボールレンズ５１によって集光された光信号を、受光素子アレイ５３を構成する受光素子５３１を含む範囲に向けて拡散する。

図２４は、ボールレンズ５１、受光素子アレイ５３、および光学素子５７によって構成される受光器５０の一部分の断面図である。図２４には、円弧状の基板５３０に受光素子５３１が配置される例を示す。図２４には、ボールレンズ５１によって拡散される光の軌跡を示す。ボールレンズ５１によって、光学素子５７が配置された集光領域に集光される光信号は、光学素子５７によって拡散される。第１拡散部５７１は、光学素子５７の受光面に対して斜め上方から入射する光信号を、受光素子アレイ５３を構成するいずれかの受光素子５３１を含む範囲に向けて拡散する。第２拡散部５７２は、光学素子５７の受光面に対して斜め下方から入射する光信号を、受光素子アレイ５３を構成するいずれかの受光素子５３１を含む範囲に向けて拡散する。透明部５７５を通過した光信号は、受光素子アレイ５３を構成するいずれかの受光素子５３１に向けて進行する。光学素子５７によって拡散された光信号は、光学素子５７の後段に配置された受光素子アレイ５３を構成するいずれかの受光素子５３１によって受光される。

例えば、受光素子アレイ５３の形成する面に対して空間光信号が到来する方向が一方向に限定される場合、光学素子５７は、第１拡散部５７１および第２拡散部５７２のうちいずれか一方のみで構成されてもよい。例えば、受光素子アレイ５３の形成する面に対して上方のみから空間光信号が到来する場合、下方からは空間光信号が到来しないので、第１拡散部５７１のみで光学素子５７が構成されてもよい。例えば、受光素子アレイ５３の形成する面に対して下方のみから空間光信号が到来する場合、上方からは空間光信号が到来しないので、第２拡散部５７２のみで光学素子５７が構成されてもよい。

受光素子アレイ５３は、第１の実施形態の受光素子アレイ１３と同様の構成である。受光素子アレイ５３は、光学素子５７の後段に配置される。受光素子アレイ５３に含まれる複数の受光素子５３１は、受光対象の空間光信号に由来する光信号を受光する受光部５３２を含む。複数の受光素子５３１の各々は、受光部５３２が光学素子５７の出射面と対面するように配置される。複数の受光素子５３１の各々は、光学素子５７によって拡散される光信号を受光しやすい位置に受光部５３２が位置するように配置される。ボールレンズ５１によって集光された光信号は、光学素子５７によって拡散されて、受光素子５３１の受光部５３２で受光される。

第１の実施形態の構成では、水平面に対して平行な方向に広がりのある空間光信号を受光する場合、受光素子アレイ１３によって形成される円弧が水平面に対して略平行になるように配置される。そのように配置されれば、複数の受光素子１３１の各々に、多様な方向から到来する空間光信号の受光を分担させることができる。しかし、そのような配置では、水平面に対して垂直な方向に広がりのある空間光信号は、受光素子アレイ１３の短辺方向にずれて入射されるため、効率的に受光することは難しい。それに対し、本実施形態の構成では、受光素子アレイ５３の短辺方向にずれて入射した光信号を、光学素子５７によって短辺方向に沿って拡散する。そのため、本実施形態の構成によれば、第１の実施形態の構成と比べて、垂直方向に拡がりのある空間光信号を受光しやすくなる。本実施形態の構成は、簡易な構成でありながら、第１の実施形態の構成に比べて受光効率を向上できる。

受光素子アレイ５３を構成する複数の受光素子５３１の各々は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子アレイ５３を構成する複数の受光素子５３１の各々は、変換後の電気信号を、受信回路５５に出力する。図２２には、受光素子アレイ５３と受信回路５５の間に一本の線（経路）しか図示していないが、受光素子アレイ５３と受信回路５５は複数の経路で接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ５３を構成する複数の受光素子５３１の各々が、受信回路５５と個別に接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ５３を構成する複数の受光素子５３１のいくつかをまとめたグループごとに、受信回路５５と接続されるように構成されてもよい。

受信回路５５は、第１の実施形態の受信回路１５と同様の構成である。受信回路５５は、受光素子アレイ５３を構成する複数の受光素子５３１の各々から出力された信号を取得する。受信回路５５は、複数の受光素子５３１の各々からの信号を増幅する。受信回路５５は、増幅された信号をデコードし、通信対象からの信号を解析する。受信回路５５によってデコードされた信号は、任意の用途に使用される。受信回路５５によってデコードされた信号の使用については、特に限定を加えない。

〔変形例５〕
次に、本実施形態の変形例（変形例５）について、図面を参照しながら説明する。図２５は、本変形例について説明するための概念図である。図２５においては、ボールレンズ５１を省略する。本変形例の受信装置は、隣接し合う二つの受光素子５３１の受光部５３２の間に拡散される光信号を、それらの受光素子５３１のいずれかの受光部５３２に向けて拡散する光学素子５７－５を含む。図２５は、受光素子アレイ５３と光学素子５７－５の位置関係の一例を示す斜視図である。図２５は、光学素子５７－５の入射面側の斜め上方の視座から見下ろした斜視図である。受光素子アレイ５３と光学素子５７－５は、ボールレンズ５１の中心に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。

光学素子５７－５（拡散板とも呼ぶ）は、拡散部５７３と透明部５７６を含む。拡散部５７３は、ボールレンズ５１の中心に向けて、円弧状に曲げられた形状を有する。透明部５７６は、複数の受光素子５３１の各々に対応付けて、拡散部５７３に設置される。

光学素子５７－５は、ボールレンズ５１と受光素子アレイ５３の間に配置される。光学素子５７－５の第１面（受光面）は、ボールレンズ５１の出射面に向けられる。光学素子５７－５の第２面（出射面）は、受光素子アレイ５３の受光面に向けられる。光学素子５７－５は、ボールレンズ５１によって集光された光信号を、受光素子５３１を含む範囲に向けて拡散する。

拡散部５７３は、光学素子５７－５の受光面に対して入射する光信号を、受光素子アレイ５３を含む範囲に向けて拡散する。透明部５７６を通過した光信号は、対応付けられた受光素子５３１に向けて進行する。光学素子５７－５によって集光された光信号は、光学素子５７－５の後段に配置された受光素子アレイ５３を構成するいずれかの受光素子５３１によって受光される。

ボールレンズ５１によって、光学素子５７－５が配置された集光領域に集光される光信号は、拡散部５７３によって拡散されるか、透明部５７５を透過する。光学素子５７－５によって導光された光信号は、光学素子５７－５の後段に配置された受光素子５３１によって受光される。

本変形例の光学素子５７－５を用いれば、隣接し合う受光素子５３１の間の不感領域に拡散される光信号に関しても、受光素子５３１に向けて光信号を導光できる。光学素子５７を用いた場合では、受光素子アレイ５３の範囲に拡散されながら、受光素子５３１から外れた不感領域に入射した光信号を受光できなかった。本変形例の光学素子５７－５を用いれば、受光素子５３１から外れた不感領域に集光されていた光の一部を、受光素子５３１に導光するように構成できる。すなわち、本変形例の光学素子５７－５を用いれば、光学素子５７を用いる場合と比較して、光信号の受光効率を向上できる。

以上のように、本実施形態の受信装置は、ボールレンズ、受光素子アレイ、光学素子、および受信回路を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。受光素子アレイは、ボールレンズによって集光される光信号を受光する複数の受光素子によって構成される。光学素子は、ボールレンズと受光素子アレイの間に配置される。光学素子は、ボールレンズによって集光された光信号を、受光素子アレイを構成するいずれかの受光素子の受光部に向けて導光する。例えば、光学素子は、ボールレンズの周方向に沿って円弧状に曲げられた拡散板を含む。光学素子は、ボールレンズによって集光された光信号を拡散し、受光素子アレイを構成するいずれかの受光素子の受光部に導光する。受光素子アレイは、複数の受光素子によって受光された光信号に由来する信号を出力する。受信回路は、受光素子アレイから出力される信号をデコードする。

本実施形態の受信装置は、ボールレンズの周方向に沿って円弧状に曲げられた拡散板によって、光信号を拡散する。本実施形態によれば、複数の受光素子の配列方向に対して垂直な方向に外れる光信号を、光学素子によって受光素子の受光部の方向に向けて導光するため、光信号の受光効率を向上できる。

第３～第５の実施形態の光学素子は、任意に組み合わせられてもよい。例えば、第４～第５の実施形態の光学素子の透明部に、第１の実施形態の光学素子が配置されてもよい。例えば、受光素子アレイの形成する面に対して、上方から到来する空間光信号には第４の実施形態の光学素子を用い、下方から到来する空間光信号には第５の実施形態の光学素子を用いるように組み合わせてもよい。例えば、第３～第５の実施形態の光学素子を、任意の順番で短軸方向に積み上げるようにして、光学素子を構成してもよい。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る受信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受信装置は、受光素子の受光部から外れた位置に集光される光信号を、受光部に向けて反射する反射構造を含む点において、第１の実施形態の受信装置とは異なる。本実施形態の受信装置は、第２～第５の実施形態の構成と組み合わせてもよい。

（構成）
図２６は、本実施形態の受信装置６の構成の一例を示す概念図である。受信装置６は、ボールレンズ６１、受光素子アレイ６３、および受信回路６５を備える。ボールレンズ６１と受光素子アレイ６３は、受光器６０を構成する。図２６は、受光器６０を上方向から見た平面図である。

ボールレンズ６１は、第１の実施形態のボールレンズ１１と同様の構成である。ボールレンズ６１は、外部から到来した空間光信号を、ボールレンズ６１の集光領域に集光する。

受光素子アレイ６３は、ボールレンズ６１の周方向に沿って、円弧状に並べられた複数の受光素子６３１を含む。受光素子アレイ６３を構成する複数の受光素子６３１の各々は、第１の実施形態の受光素子１３１と同様の構成である。受光素子アレイ６３を構成する受光素子の数には限定を加えない。受光素子アレイ６３は、反射構造６３６を含む。反射構造６３６は、複数の受光素子６３１の各々に対応付けられて設置される。

反射構造６３６は、受光素子６３１の受光面の不感領域に配置される。不感領域は、受光素子６３１の受光面のうち、受光部６３２が露出していない部分である。図２７は、反射構造６３６の設置例を示す概念図である。図２７は、受光素子アレイ６３の入射面側の斜め上方の視座から見下ろした斜視図である。図２７の例では、隣接する二つの受光素子６３１の受光部６３２の間の不感領域に、共通の反射構造６３６が設置される。また、受光素子アレイ６３の両端部の受光素子６３１には、専用の反射構造６３６が設置される。複数の反射構造６３６は、同一の形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。反射構造６３６は、受光素子６３１の上下の不感領域に設置されてもよい。

例えば、反射構造６３６は、プラスチックやガラス、シリコン、金属などを基材とする。例えば、反射構造６３６の反射面は、めっきや蒸着、研磨などによって形成される。例えば、反射構造６３６は、ガラスにアルミニウムを蒸着することによって形成できる。例えば、反射構造６３６は、アルミニウムなどの金属の枠に接着させて、受光素子６３１の受光部６３２の周辺の不感領域に固着させてもよい。なお、反射構造６３６の材質や、反射面の性状については、入射した光信号を受光部６３２に反射できさえすれば、特に限定を加えない。

受光素子アレイ６３は、ボールレンズ６１の後段に配置される。複数の受光素子６３１は、受光対象の空間光信号に由来する光信号を受光する受光部６３２を含む。複数の受光素子６３１の各々は、受光部６３２がボールレンズ６１の出射面と対面するように配置される。複数の受光素子６３１の各々は、ボールレンズ６１の集光領域に受光部６３２が位置するように配置される。ボールレンズ６１によって集光された光信号は、集光領域に位置する受光素子６３１の受光部６３２で受光される。ボールレンズ６１によって集光された光信号のうち、受光素子６３１の受光部６３２に入射した成分は、そのまま受光部６３２で受光される。ボールレンズ６１によって集光された光信号のうち、受光素子６３１の不感領域に入射した成分は、反射構造６３６の反射面で反射されて受光部６３２に導光されて、受光部６３２で受光される。

図２８は、受光器６０に入射する空間光信号の軌跡の一例について説明するための概念図である。図２８には、ボールレンズ６１によって集光される光の軌跡を示す。図２８の例では、ボールレンズ６１によって、受光素子アレイ６３が配置された集光領域に集光される光信号は、単一の受光素子６３１の受光部６３２に入射する。図２８の例の場合、受光素子アレイ６３が配置された集光領域に集光された光信号は、単一の受光素子６３１によって受光される。

図２９は、受光器６０に入射する空間光信号の軌跡の別の一例について説明するための概念図である。図２９には、ボールレンズ６１によって集光される光の軌跡を示す。図２９の例では、ボールレンズ６１によって、受光素子アレイ６３が配置された集光領域に集光される光信号は、隣接し合う二つの受光素子６３１の受光部６３２に入射する。ボールレンズ６１によって集光された光信号のうち、受光素子６３１の受光部６３２に入射した成分は、そのまま受光部６３２で受光される。ボールレンズ６１によって集光された光信号のうち、受光素子６３１の不感領域に入射した成分は、反射構造６３６の反射面で反射されて受光部６３２に導光されて、受光部６３２で受光される。図２９の例の場合、受光素子アレイ６３が配置された集光領域に集光された光信号は、隣接し合う二つの受光素子６３１によって受光される。

受光素子アレイ６３を構成する複数の受光素子の各々は、受光された光信号を電気信号に変換する。受光素子アレイ６３を構成する複数の受光素子の各々は、変換後の電気信号を、受信回路６５に出力する。図２６には、受光素子アレイ６３と受信回路６５の間に一本の線（経路）しか図示していないが、受光素子アレイ６３と受信回路６５は複数の経路で接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ６３を構成する受光素子６３１の各々が、受信回路６５と個別に接続されてもよい。例えば、受光素子アレイ６３を構成する受光素子６３１のいくつかをまとめたグループごとに、受信回路６５と接続されるように構成されてもよい。

第１の実施形態の構成では、受光素子１３１の受光面の不感領域に集光された光信号は、受光されなかった。それに対し、本実施形態の構成では、受光素子６３１の受光面の不感領域に集光された光信号を、反射構造６３６の反射面で反射させて、受光部６３２に導光する。そのため、本実施形態の構成によれば、第１の実施形態の構成と比べて、空間光信号の受光強度が増大する。

受信回路６５は、第１の実施形態の受信回路１５と同様の構成である。受信回路６５は、受光素子アレイ６３を構成する複数の受光素子６３１の各々から出力された信号を取得する。受信回路６５は、複数の受光素子６３１の各々からの信号を増幅する。受信回路６５は、増幅された信号をデコードし、通信対象からの信号を解析する。受信回路６５によってデコードされた信号は、任意の用途に使用される。受信回路６５によってデコードされた信号の使用については、特に限定を加えない。

以上のように、本実施形態の受信装置は、ボールレンズ、受光素子アレイ、反射構造、および受信回路を備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。受光素子アレイは、ボールレンズによって集光される光信号を受光する複数の受光素子によって構成される。光学素子は、ボールレンズと受光素子アレイの間に配置される。反射構造は、複数の受光素子の不感領域に配置される。反射構造は、ボールレンズから出射された光信号を、受光素子の受光部に向けて反射する。受光素子アレイは、複数の受光素子によって受光された光信号に由来する信号を出力する。受信回路は、受光素子アレイから出力される信号をデコードする。

本実施形態の受信装置は、受光素子の不感領域に外れる光信号を、反射構造で受光部に向けて反射する。本実施形態によれば、受光素子の不感領域に外れる光信号を、反射構造によって受光素子の受光部の方向に向けて反射するため、光信号の受光効率を向上できる。

（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態に係る通信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の通信装置は、第１～第６の実施形態のいずれかの受信装置と、受光された空間光信号に応じた空間光信号を送信する送信装置とを備える。以下においては、位相変調型の空間光変調器を含む送信装置を備える通信装置の例について説明する。なお、本実施形態の通信装置は、位相変調型の空間光変調器ではない送光機能を含む送信装置を備えてもよい。

（構成）
図３０は、本実施形態の通信装置７００の構成の一例を示す概念図である。通信装置７００は、受信装置７１０、制御装置７５０、および送信装置７７０を備える。受信装置７１０および送信装置７７０は、外部の通信対象と空間光信号を送受信し合う。そのため、通信装置７００には、空間光信号を送受信するための開口や窓が形成される。

受信装置７１０は、第１～第６の実施形態のいずれかの受信装置である。受信装置７１０は、第１～第６の実施形態を組み合わせた構成の受信装置であってもよい。受信装置７１０は、通信対象（図示しない）から送信された空間光信号を受光する。受信装置７１０は、受光した空間光信号を電気信号に変換する。受信装置７１０は、変換後の電気信号を制御装置７５０に出力する。

制御装置７５０は、受信装置７１０から出力された信号を取得する。制御装置７５０は、取得した信号に応じた処理を実行する。制御装置７５０が実行する処理については、特に限定を加えない。制御装置７５０は、実行した処理に応じた光信号を送信するための制御信号を、送信装置７７０に出力する。

送信装置７７０は、制御装置７５０から制御信号を取得する。送信装置７７０は、制御信号に応じた空間光信号を投射する。送信装置７７０から投射された空間光信号は、通信対象（図示しない）によって受光される。例えば、送信装置７７０は、位相変調型の空間光変調器を備える。また、送信装置７７０は、位相変調型の空間光変調器ではない送光機能を含んでいてもよい。

〔送信装置〕
図３１は、送信装置７７０の構成の一例を示す概念図である。送信装置７７０は、光源７７１、空間光変調器７７３、曲面ミラー７７５、および制御部７７７を有する。光源７７１、空間光変調器７７３、および曲面ミラー７７５は、送信部を構成する。図３１は、送信装置７７０の内部構成を横方向から見た側面図である。図３１は、概念的なものであり、各構成要素間の位置関係や、光の進行方向などを正確に表したものではない。

光源７７１は、制御部７７７の制御に応じて、所定の波長帯のレーザ光を出射する。光源７７１から出射されるレーザ光の波長は、特に限定されず、用途に応じて選定されればよい。例えば、光源７７１は、可視や赤外の波長帯のレーザ光を出射する。例えば、８００～９００ナノメートル（ｎｍ）の近赤外線であれば、レーザクラスを上げられるので、他の波長帯よりも１桁くらい感度を向上できる。例えば、１．５５マイクロメートル（μｍ）の波長帯の赤外線ならば、高出力のレーザ光源を用いることができる。１．５５μｍの波長帯の赤外線のレーザ光源としては、アルミニウムガリウムヒ素リン（ＡｌＧａＡｓＰ）系レーザ光源や、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）系レーザ光源などを用いることができる。レーザ光の波長が長い方が、回折角を大きくでき、高いエネルギーに設定できる。光源７７１は、空間光変調器７７３の変調部７７３０の大きさに合わせて、レーザ光を拡大するレンズを含む。光源７７１は、レンズによって拡大される光７０２を出射する。光源７７１から出射された光７０２は、空間光変調器７７３の変調部７７３０に向けて進行する。

空間光変調器７７３は、光７０２が照射される変調部７７３０を有する。空間光変調器７７３の変調部７７３０には、光源７７１から出射された光７０２が照射される。空間光変調器７７３の変調部７７３０には、制御部７７７の制御に応じて、投射光７０５によって表示される画像に応じたパターン（位相画像とも呼ぶ）が設定される。空間光変調器７７３の変調部７７３０に入射した光７０２は、空間光変調器７７３の変調部７７３０に設定されたパターンに応じて変調される。空間光変調器７７３の変調部７７３０で変調された変調光７０３は、曲面ミラー７７５の反射面７７５０に向けて進行する。

例えば、空間光変調器７７３は、強誘電性液晶やホモジーニアス液晶、垂直配向液晶などを用いた空間光変調器によって実現される。例えば、空間光変調器７７３は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）によって実現できる。また、空間光変調器７７３は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）によって実現されてもよい。位相変調型の空間光変調器７７３では、投射光７０５を投射する箇所を順次切り替えるように動作させることによって、エネルギーを像の部分に集中することができる。そのため、位相変調型の空間光変調器７７３を用いる場合、光源７７１の出力が同じであれば、その他の方式と比べて画像を明るく表示させることができる。

空間光変調器７７３の変調部７７３０は、複数の領域に分割される（タイリングとも呼ぶ）。例えば、変調部７７３０は、所望のアスペクト比の四角形の領域（タイルとも呼ぶ）に分割される。変調部７７３０に設定された複数のタイルの各々には、位相画像が割り当てられる。複数のタイルの各々は、複数の画素によって構成される。複数のタイルの各々には、投射される画像に対応する位相画像が設定される。複数のタイルの各々に設定される位相画像は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

変調部７７３０に割り当てられた複数のタイルの各々には、位相画像がタイリングされる。例えば、複数のタイルの各々には、予め生成された位相画像が設定される。複数のタイルに位相画像が設定された状態で、変調部７７３０に光７０２が照射されると、各タイルの位相画像に対応する画像を形成する変調光７０３が出射される。変調部７７３０に設定されるタイルが多いほど、鮮明な画像を表示させることができるが、各タイルの画素数が低下すると解像度が低下する。そのため、変調部７７３０に設定されるタイルの大きさや数は、用途に応じて設定される。

曲面ミラー７７５は、曲面状の反射面７７５０を有する反射鏡である。曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、投射光７０５の投射角に応じた曲率を有する。曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、曲面であればよい。図３１の例の場合、曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、円柱の側面の形状を有する。例えば、曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、球面でもよい。例えば、曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、自由曲面であってもよい。例えば、曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、単一の曲面ではなく、複数の曲面を組み合わせた形状であってもよい。例えば、曲面ミラー７７５の反射面７７５０は、曲面と平面を組み合わせた形状であってもよい。

曲面ミラー７７５は、空間光変調器７７３の変調部７７３０に反射面７７５０を向けて、変調光７０３の光路上に配置される。曲面ミラー７７５の反射面７７５０には、空間光変調器７７３の変調部７７３０で変調された変調光７０３が照射される。曲面ミラー７７５の反射面７７５０で反射された光（投射光７０５）は、反射面７７５０の曲率に応じた拡大率で拡大されて、投射される。図３１の例の場合、投射光７０５は、曲面ミラー７７５の反射面７７５０における変調光７０３の照射範囲の曲率に応じて、水平方向（図３１の紙面に対して垂直な方向）に沿って拡大される。

例えば、空間光変調器７７３と曲面ミラー７７５の間に、遮蔽器（図示しない）が配置されてもよい。言い換えると、空間光変調器７７３の変調部７７３０によって変調された変調光７０３の光路上に、遮蔽器が配置されてもよい。遮蔽器は、変調光７０３に含まれる不要な光成分を遮蔽し、投射光７０５の表示領域の外縁を規定する枠体である。例えば、遮蔽器は、所望の画像を形成する光を通過させる部分にスリット状の開口が形成されたアパーチャである。遮蔽器は、所望の画像を形成する光を通過させ、不要な光成分を遮蔽する。例えば、遮蔽器は、変調光７０３に含まれる０次光やゴースト像を遮蔽する。遮蔽器の詳細については、説明を省略する。

制御部７７７は、光源７７１および空間光変調器７７３を制御する。例えば、制御部７７７は、プロセッサとメモリを含むマイクロコンピュータによって実現される。制御部７７７は、空間光変調器７７３の変調部７７３０に設定されたタイリングのアスペクト比に合わせて、投射される画像に対応する位相画像を変調部７７３０に設定する。例えば、制御部７７７は、画像表示や通信、測距など、用途に応じた画像に対応する位相画像を変調部７７３０に設定する。投射される画像の位相画像は、記憶部（図示しない）に予め記憶させておけばよい。投射される画像の形状や大きさには、特に限定を加えない。

制御部７７７は、空間光変調器７７３の変調部７７３０に照射される光７０２の位相と、変調部７７３０で反射される変調光７０３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７７３を駆動する。空間光変調器７７３の変調部７７３０に照射される光７０２の位相と、変調部７７３０で反射される変調光７０３の位相との差分を決定づけるパラメータは、例えば、屈折率や光路長などの光学的特性に関するパラメータである。例えば、制御部７７７は、空間光変調器７７３の変調部７７３０に印可する電圧を変化させることによって、変調部７７３０の屈折率を調節する。位相変調型の空間光変調器７７３の変調部７７３０に照射された光７０２の位相分布は、変調部７７３０の光学的特性に応じて変調される。なお、制御部７７７による空間光変調器７７３の駆動方法は、空間光変調器７７３の変調方式に応じて決定される。

制御部７７７は、表示される画像に対応する位相画像が変調部７７３０に設定された状態で、光源７７１を駆動させる。その結果、空間光変調器７７３の変調部７７３０に位相画像が設定されたタイミングに合わせて、光源７７１から出射された光７０２が空間光変調器７７３の変調部７７３０に照射される。空間光変調器７７３の変調部７７３０に照射された光７０２は、空間光変調器７７３の変調部７７３０において変調される。空間光変調器７７３の変調部７７３０において変調された変調光７０３は、曲面ミラー７７５の反射面７７５０に向けて出射される。

例えば、送信装置７７０に含まれる曲面ミラー７７５の反射面７７５０の曲率と、空間光変調器７７３と曲面ミラー７７５の距離とを調整し、投射光７０５の投射角を１８０度に設定する。そのように構成された送信装置７７０を二つ用いれば、投射光７０５の投射角を３６０度に設定できる。また、送信装置７７０の内部で変調光７０３の一部を平面鏡等で折り返し、投射光７０５を２方向に投射するように構成すれば、投射光７０５の投射角を３６０度に設定できる。例えば、３６０度の向きに投射光を投射するように構成された送信装置７７０と、第２の実施形態の受信装置２とを組み合わせた構成とする。このような構成とすれば、３６０度の向きに空間光信号を送信し、３６０度の方向から到来する空間光信号を受光する通信装置を実現できる。

〔通信システム〕
次に、本実施形態の通信装置を用いた通信システムについて図面を参照しながら説明する。図３２は、通信装置７００を用いた通信システムの構成の一例を示す概念図である。通信装置７００は、通信装置７００と同様の構成を有する。図３２は、水平面に対して平行な平面上にメッシュ状に配置された複数の通信装置７００の間で、空間光信号を送受信し合う例である。図３２の構成の場合、通信ネットワークを形成する長方形の角に配置される通信装置７００と、その長方形の辺に配置される通信装置７００とがある。

図３３は、通信ネットワークを形成する長方形の角に配置される通信装置７００の受光器７０－１の構成の一例を示す概念図である。受光器７０－１は、複数の受光ユニット７４を含む。受光ユニット７４は、各実施形態の受光素子アレイと受信回路を組み合わせた構成である。複数の受光ユニット７４は、ボールレンズ７１が配置される部分が刳り貫かれた基板７４０の一方の面上に配置される。複数の受光ユニット７４は、受光面をボールレンズ７１に向けて配置される。例えば、複数の受光ユニット７４の各々は、ネジ止め等の手法で基板７４０に固定される。受光ユニット７４は、基板７４０から取り外すことができ、基板７４０のユニット配置領域７４５の範囲内の任意の位置に固定できる。

通信ネットワークを形成する長方形の角に配置される通信装置７００は、複数の通信装置７００が形成する平面上において、９０度の方向から到来する空間光信号を受信する。そのため、受光器７０－１の受光ユニット７４は、通信対象の通信装置７００に受光面が向くように、９０度の範囲内に集中して配置される。複数の受光ユニット７４は、空間光信号の到来方向に合わせて配置されればよい。

図３４は、通信ネットワークを形成する長方形の辺上に配置される通信装置７００の受光器７０－２の構成の一例を示す概念図である。受光器７０－２は、複数の受光ユニット７４を含む。受光ユニット７４は、各実施形態の受光素子アレイと受信回路を組み合わせた構成である。複数の受光ユニット７４は、ボールレンズ７１が配置される部分が刳り貫かれた基板７４０の一方の面上に配置される。複数の受光ユニット７４は、受光面をボールレンズ７１に向けて配置される。例えば、複数の受光ユニット７４の各々は、ネジ止め等の手法で基板７４０に固定される。そのように構成すれば、通信ネットワークを形成する長方形の辺と角に配置される通信装置７００を、同じスペックで実現できる。

通信ネットワークを形成する長方形の辺上に配置される通信装置７００は、複数の通信装置７００が形成する平面上において、１８０度の方向から到来する空間光信号を受信する。そのため、受光器７０－２の受光ユニット７４は、通信対象の通信装置７００に受光面が向くように、１８０度の範囲内に分散して配置される。複数の受光ユニット７４は、空間光信号の到来方向に合わせて配置されればよい。

図３５および図３６は、通信装置７００の受光器７０－２に空間光信号が入射する様子を示す概念図である。図３５は、受光器７０－２に対して上方の視座から、受光器７０－２を見下ろした図である。図３６は、空間光信号の到来方向の反対側の視座から、受光器７０－２を見た図である。通信装置７００を構成する複数の受光ユニット７４は、分散して配置される。空間光信号は、受光ユニット７４の幅よりも大きな照射範囲で到来する。そのため、図３５の下側に配置された受光ユニット７４は、対向して配置された受光ユニット７４によって空間光信号の到来が妨げられるものの、ボールレンズ７１によって集光された空間光信号を受光できる。

〔適用例１〕
次に、本実施形態の通信装置の適用例１について図面を参照しながら説明する。図３７は、本適用例について説明するための概念図である。本適用例では、電柱や街灯などの柱の上部に、複数の通信装置７００－１が配置された通信ネットワークを構成する。通信装置７００－１は、通信装置７００と同様の構成を有する。

図３８は、通信装置７００－１の構成の一例を示す概念図である。通信装置７００－１は、受光器７１０１、送信器７７０１、および制御装置（図示しない）を備える。図３８では、受光回路や制御装置は省略する。通信装置７００－１は、円筒状の外形を有する。受光器７１０１は、ボールレンズ７１、受光ユニット７４－１、基板７４０－１、板状部材７８０、およびカラーフィルタ７９０－１を含む。ボールレンズ７１は、上下に配置された一対の板状部材７８０によって挟持される。ボールレンズ７１の上下は、空間光信号の送受光に用いられないため、板状部材７８０で挟持されやすいように、平面状に形成されてもよい。受光ユニット７４－１は、受信対象の空間光信号を受信できるように、ボールレンズ７１の集光領域に合わせて、環状に配置される。受光ユニット７４－１は、基板７４０－１に形成される。受光ユニット７４－１は、導線７８によって、制御装置（図示しない）や送信器７７０１に接続される。円筒状の受光器７１０１の側面には、カラーフィルタ７９０－１が配置される。カラーフィルタ７９０－１は、不要な光を除去し、通信に用いられる空間光信号を選択的に透過する。円筒状の受光器７１０１の上下面には、一対の板状部材７８０が配置される。一対の板状部材は、ボールレンズ７１の上下を挟持する。ボールレンズ７１の出射側には、環状に形成された受光ユニット７４－１が配置される。カラーフィルタ７９０－１を介してボールレンズ７１に入射した空間光信号は、ボールレンズ７１によって、受光ユニット７４－１に集光される。制御装置（図示しない）は、受光ユニット７４－１によって受光された光信号に応じて、送信器７７０１から空間光信号を送信させる。送信器７７０１は、図３１の構成によって実現できる。送信器７７０１には、３６０度の方向に向けて空間光信号を投光可能に形成された、スリットが形成される。

電柱や街灯などの柱の上部には障害物が少ない。そのため、電柱や街灯などの柱の上部は、通信装置７００－１を設置するのに適している。また、柱の上部の同じ高さに通信装置７００－１を設置すれば、空間光信号の到来方向が水平方向に限定されるので、受光器７１０１を構成する受光ユニット７４－１の受光面積を小さくし、装置を簡略化できる。通信をやり取りする通信装置７００－１のペアは、少なくとも一方の通信装置７００－１が、他方の通信装置７００－１から送信された空間光信号を受光するように配置される。通信装置７００－１のペアは、空間光信号を互いに送受信するように配置されてもよい。複数の通信装置７００－１で空間光信号の通信ネットワークが構成される場合、中間に位置する通信装置７００－１は、他の通信装置７００－１から送信された空間光信号を、別の通信装置７００－１に中継するように配置されればよい。

本適用例によれば、異なる柱に設置された複数の通信装置７００－１の間で、空間光信号を用いた通信が可能になる。例えば、異なる柱に設置された通信装置７００－１の間における通信に応じて、自動車や家屋などに設置された無線装置や基地局と通信装置７００－１との間で、無線通信による通信を行うように構成してもよい。例えば、柱に設置された通信ケーブル等を介して、通信装置７００－１がインターネットに接続されるように構成してもよい。

〔適用例２〕
次に、本実施形態の通信装置の適用例２について図面を参照しながら説明する。図３９は、本適用例について説明するための概念図である。本適用例の通信装置は、上空を飛翔するドローン７３０との間で、空間光信号を送受信する。図３９には、上空を飛翔するドローン７３０から、地上に設置された通信装置（受光器７１０２）に向けて空間光信号を送信する。以下において、ドローン７３０は、空間光信号を送受光できるものとする。ドローン７３０は、上空の任意の位置を飛翔できる。そのため、受光器７１０２は、上空の全ての方向から到来する空間光信号を受信できるように構成される。図３９の例では、送信装置（送信器）や受信回路、制御装置等の構成は省略する。

受光器７１０２は、ボールレンズ７１、受光ユニット７４－２、およびカラーフィルタ７９０－２を含む。受光ユニット７４－２は、ドローン７３０から送信された空間光信号を受信できるように、ボールレンズ７１の集光領域に合わせて、上空に受光面を向けて、環状に配置される。ボールレンズ７１の上方（入射面側）は、球面状のカラーフィルタ７９０－２によって被覆される。カラーフィルタ７９０－２は、不要な光を除去し、通信に用いられる空間光信号を選択的に透過する。ボールレンズ７１の下方（出射側）には、球面に沿って形成された受光ユニット７４－２が配置される。カラーフィルタ７９０－２を介してボールレンズ７１に入射した空間光信号は、ボールレンズ７１によって、受光ユニット７４－２に集光される。例えば、制御装置（図示しない）は、受光ユニット７４－２によって受光された光信号に応じて、送信装置(図示しない)から、ドローン７３０に向けて空間光信号を送信させてもよい。

本適用例によれば、上空の任意の位置を飛翔するドローン７３０と地上に設置された通信装置との間で、空間光信号を用いた通信が可能になる。例えば、通信装置をインターネットに接続すれば、ドローン７３０によって取得された情報をリアルタイムで活用するシステムを構成できる。

以上のように、本実施形態の通信装置は、第１～第６の実施形態のいずれかの受信装置、送信装置、および制御装置を備える。送信装置は、制御装置の制御に応じて、空間光信号を送信する。制御装置は、受信装置によって受信された他の通信装置からの光信号に基づく信号を受信する。制御装置は、受信した信号に応じた処理を実行する。制御装置は、実行した処理に応じた光信号を送信装置に送信させる。本実施形態によれば、光信号を送受信する通信装置を実現できる。

本実施形態の一態様の通信システムは、互いに光信号を送受信し合うように配置された複数の通信装置を備える。本態様によれば、光信号を送受信する通信ネットワークを実現できる。

本実施形態の一態様の受信装置は、ボールレンズと複数の受光ユニットを備える。ボールレンズは、空間を伝搬する光信号を集光する。複数の受光ユニットは、受光素子アレイと受信回路を有する。受光素子アレイは、ボールレンズによって集光される光信号を受光する複数の受光素子によって構成される。受光素子アレイは、複数の前記受光素子によって受光された前記光信号に由来する信号を出力する。受信回路は、受光素子アレイから出力される信号をデコードする。複数の受光ユニットは、ボールレンズに受光面を向けて、ボールレンズの集光領域に配置される。例えば、複数の受光ユニットは、光信号の到来方向に合わせて配置される。本態様の受信装置は、単一のボールレンズに、複数の受光ユニットが対応付けられた構成を有する。本態様によれば、光信号の到来方向に応じて受光ユニットの受光部の向きを変えることによって、フレキシブルに通信装置を配置できる通信システムを構築できる。

（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態に係る受信装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の受信装置は、第１～第７の実施形態の受信装置を簡略化した構成である。図４０は、本実施形態の受信装置８０の構成の一例を示す概念図である。受信装置８０は、ボールレンズ８１、受光素子アレイ８３、および受信回路８５を備える。

ボールレンズ８１は、空間を伝搬する光信号を集光する。受光素子アレイ８３は、ボールレンズ８１によって集光される光信号を受光する複数の受光素子（図示しない）によって構成される。受光素子アレイ８３は、複数の受光素子によって受光された前記光信号に由来する信号を出力する。受信回路８５は、受光素子アレイから出力される信号をデコードする。

本実施形態の受信装置は、ボールレンズによって集光される光信号を、複数の受信素子によって受信する。ボールレンズは、任意の方向から到来する空間光信号を、周囲の集光領域に均等に集光する。そのため、本実施形態によれば、簡易な構成でありながら、多様な方向から到来する光信号を均等に受信できる。

（ハードウェア）
ここで、本開示の各実施形態に係る制御や処理を実行するハードウェア構成について、図４１の情報処理装置９０を一例として挙げて説明する。なお、図４１の情報処理装置９０は、各実施形態の制御や処理を実行するための構成例であって、本開示の範囲を限定するものではない。

図４１のように、情報処理装置９０は、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５、および通信インターフェース９６を備える。図４１においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略記する。プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５、および通信インターフェース９６は、バス９８を介して、互いにデータ通信可能に接続される。また、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、および入出力インターフェース９５は、通信インターフェース９６を介して、インターネットやイントラネットなどのネットワークに接続される。

プロセッサ９１は、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムを、主記憶装置９２に展開する。プロセッサ９１は、主記憶装置９２に展開されたプログラムを実行する。本実施形態においては、情報処理装置９０にインストールされたソフトウェアプログラムを用いる構成とすればよい。プロセッサ９１は、各実施形態に係る制御や処理を実行する。

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

補助記憶装置９３は、プログラムなどの種々のデータを記憶する。補助記憶装置９３は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクによって実現される。なお、種々のデータを主記憶装置９２に記憶させる構成とし、補助記憶装置９３を省略することも可能である。

入出力インターフェース９５は、規格や仕様に基づいて、情報処理装置９０と周辺機器とを接続するためのインターフェースである。通信インターフェース９６は、規格や仕様に基づいて、インターネットやイントラネットなどのネットワークを通じて、外部のシステムや装置に接続するためのインターフェースである。入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、外部機器と接続するインターフェースとして共通化してもよい。

情報処理装置９０には、必要に応じて、キーボードやマウス、タッチパネルなどの入力機器が接続されてもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示画面が入力機器のインターフェースを兼ねる構成としてもよい。プロセッサ９１と入力機器との間のデータ通信は、入出力インターフェース９５に仲介させればよい。

また、情報処理装置９０には、情報を表示するための表示機器を備え付けてもよい。表示機器を備え付ける場合、情報処理装置９０には、表示機器の表示を制御するための表示制御装置（図示しない）が備えられていることが好ましい。表示機器は、入出力インターフェース９５を介して情報処理装置９０に接続すればよい。

また、情報処理装置９０には、ドライブ装置が備え付けられてもよい。ドライブ装置は、プロセッサ９１と記録媒体（プログラム記録媒体）との間で、記録媒体からのデータやプログラムの読み込み、情報処理装置９０の処理結果の記録媒体への書き込みなどを仲介する。ドライブ装置は、入出力インターフェース９５を介して情報処理装置９０に接続すればよい。

以上が、本発明の各実施形態に係る制御や処理を可能とするためのハードウェア構成の一例である。なお、図４１のハードウェア構成は、各実施形態に係る制御や処理を実行するためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、各実施形態に係る制御や処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、各実施形態に係るプログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。記録媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体で実現できる。記録媒体は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＳＤ（Secure Digital）カードなどの半導体記録媒体によって実現されてもよい。また、記録媒体は、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、その他の記録媒体によって実現されてもよい。プロセッサが実行するプログラムが記録媒体に記録されている場合、その記録媒体はプログラム記録媒体に相当する。

各実施形態の構成要素は、任意に組み合わせてもよい。また、各実施形態の構成要素は、ソフトウェアによって実現されてもよいし、回路によって実現されてもよい。

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。

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）
空間を伝搬する光信号を集光するボールレンズと、
前記ボールレンズによって集光される前記光信号を受光する複数の受光素子によって構成され、複数の前記受光素子によって受光された前記光信号に由来する信号を出力する受光素子アレイと、
前記受光素子アレイから出力される前記信号をデコードする受信回路と、を備える受信装置。
（付記２）
前記受光素子アレイは、
前記ボールレンズの集光領域に、前記ボールレンズの周方向に沿って円弧状に配列された複数の前記受光素子によって構成される付記１に記載の受信装置。
（付記３）
前記光信号の到来方向に合わせて配置された少なくとも一つの前記受光素子アレイを備える付記１または２に記載の受信装置。
（付記４）
前記受光素子アレイは、
前記ボールレンズの集光領域に、前記ボールレンズの周方向に沿って二次元アレイ状に配列された複数の前記受光素子によって構成される付記１乃至３のいずれか一つに記載の受信装置。
（付記５）
前記受光素子アレイは、
前記ボールレンズの集光領域に、前記ボールレンズの周囲を取り囲むように環状に配置された複数の前記受光素子によって構成される付記１乃至４のいずれか一つに記載の受信装置。
（付記６）
前記ボールレンズと前記受光素子アレイの間に配置され、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を、前記受光素子アレイを構成するいずれかの前記受光素子の受光部に向けて導光する光学素子を備える付記１乃至５のいずれか一つに記載の受信装置。
（付記７）
前記光学素子は、
前記ボールレンズの周方向に沿って、平面側を外側に向けて円弧状に曲げられたシリンドリカルレンズであり、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を、前記受光素子アレイの配列方向と直交する方向に向けて集光し、前記受光素子アレイを構成するいずれかの前記受光素子の受光部に導光する付記６に記載の受信装置。
（付記８）
前記光学素子は、
前記ボールレンズの周方向に沿って円弧状に曲げられた回折光学素子を含み、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を、前記受光素子アレイの配列方向と直交する方向に向けて回折し、前記受光素子アレイを構成するいずれかの前記受光素子の受光部に導光する付記６に記載の受信装置。
（付記９）
前記光学素子は、
前記ボールレンズの周方向に沿って円弧状に曲げられた拡散板を含み、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を拡散し、前記受光素子アレイを構成するいずれかの前記受光素子の受光部に導光する付記６に記載の受信装置。
（付記１０）
複数の前記受光素子の不感領域に配置され、前記ボールレンズから出射された前記光信号を、前記受光素子の受光部に向けて反射する反射構造を備える付記１乃至９のいずれか一つに記載の受信装置。
（付記１１）
付記１乃至１０のいずれか一つに記載の受信装置と、
光信号を送信する送信装置と、
前記受信装置によって受信された他の通信装置からの光信号に基づく信号を受信し、受信した前記信号に応じた処理を実行し、実行した前記処理に応じた光信号を前記送信装置に送信させる制御装置と、を備える通信装置。
（付記１２）
付記１１に記載の通信装置を複数備え、
複数の前記通信装置が、
互いに光信号を送受信し合うように配置された通信システム。
（付記１３）
前記受信装置は、
空間を伝搬する前記光信号を集光するボールレンズと、
前記ボールレンズによって集光される前記光信号を受光する複数の受光素子によって構成され、複数の前記受光素子によって受光された前記光信号に由来する信号を出力する受光素子アレイと、前記受光素子アレイから出力される前記信号をデコードする受信回路と、を有する複数の受光ユニットと、を備え、
複数の前記受光ユニットは、
前記ボールレンズに受光面を向けて、前記ボールレンズの集光領域に配置される付記１２に記載の通信システム。
（付記１４）
複数の前記受光ユニットは、
前記光信号の到来方向に合わせて配置される付記１３に記載の通信システム。

１、２、３、４、５、６ 受信装置
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０ 受光器
１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１ ボールレンズ
１３、２３、３３、４３、５３、６３ 受光素子アレイ
１５、２５、３５、４５、５５、６５ 受信回路
３７、４７、５７ 光学素子
７４ 受光ユニット
１１０ 光源
１３０、３３０、４３０、５３０ 基板
１３１、２３１、３３１、４３１、５３１、６３１ 受光素子
１３２、３３２、４３２、５３２、６３２ 受光部
１５１ 第１処理回路
１５２ 制御回路
１５３ セレクタ
１５５ 第２処理回路
２００ 基板
４７１ 第１回折部
４７２ 第２回折部
４７３ 第３回折部
４７４ 第４回折部
４７５ 透明部
５７１ 第１拡散部
５７２ 第２拡散部
５７５、５７６ 透明部
６３６ 反射構造
７００ 通信装置
７１０ 受信装置
７４０ 基板
７５０ 制御装置
７７０ 送信装置
７７１ 光源
７７３ 空間光変調器
７７３０ 変調部

Claims (9)

1. 空間を伝搬する光信号を集光するボールレンズと、
   前記ボールレンズによって集光される前記光信号を受光する複数の受光素子によって構成され、複数の前記受光素子によって受光された前記光信号に由来する信号を出力する受光素子アレイと、
   前記受光素子アレイから出力される前記信号をデコードする受信回路と、を備え、
   前記受光素子アレイは、
   前記ボールレンズの集光領域に、前記ボールレンズの周囲を取り囲むように環状に配置された複数の前記受光素子によって構成される受信装置。
2. 前記ボールレンズと前記受光素子アレイの間に配置され、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を、前記受光素子アレイを構成するいずれかの前記受光素子の受光部に向けて導光する光学素子を備える請求項１に記載の受信装置。
3. 前記光学素子は、
   前記ボールレンズの周方向に沿って、平面側を外側に向けて円弧状に曲げられたシリンドリカルレンズであり、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を、前記受光素子アレイの配列方向と直交する方向に向けて集光し、前記受光素子アレイを構成するいずれかの前記受光素子の受光部に導光する請求項２に記載の受信装置。
4. 前記光学素子は、
   前記ボールレンズの周方向に沿って円弧状に曲げられた回折光学素子を含み、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を、前記受光素子アレイの配列方向と直交する方向に向けて回折し、前記受光素子アレイを構成するいずれかの前記受光素子の受光部に導光する請求項２に記載の受信装置。
5. 前記光学素子は、
   前記ボールレンズの周方向に沿って円弧状に曲げられた拡散板を含み、前記ボールレンズによって集光された前記光信号を拡散し、前記受光素子アレイを構成するいずれかの前記受光素子の受光部に導光する請求項２に記載の受信装置。
6. 複数の前記受光素子の不感領域に配置され、前記ボールレンズから出射された前記光信号を、前記受光素子の受光部に向けて反射する反射構造を備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の受信装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受信装置と、
   光信号を送信する送信装置と、
   前記受信装置によって受信された他の通信装置からの光信号に基づく信号を受信し、受信した前記信号に応じた処理を実行し、実行した前記処理に応じた光信号を前記送信装置に送信させる制御装置と、を備える通信装置。
8. 請求項７に記載の通信装置を複数備え、
   複数の前記通信装置が、
   互いに光信号を送受信し合うように配置された通信システム。
9. 前記受信装置は、
   空間を伝搬する前記光信号を集光するボールレンズと、
   前記ボールレンズによって集光される前記光信号を受光する複数の受光素子によって構成され、複数の前記受光素子によって受光された前記光信号に由来する信号を出力する受光素子アレイと、前記受光素子アレイから出力される前記信号をデコードする受信回路と、を有する複数の受光ユニットと、を備え、
   複数の前記受光ユニットは、
   前記ボールレンズに受光面を向けて、前記ボールレンズの集光領域に、前記光信号の到来方向に合わせて配置される請求項８に記載の通信システム。

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