JP2022059467A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置検出を精度良く行うことのできる位置検出装置を提供する。【解決手段】この装置は、第１変調信号列によって強度変調された検出光を出射する第１発光素子と、第２変調信号列によって強度変調された検出光を出射する第２発光素子と、それら検出光が対象物で反射した反射光を受光して電気信号に変換する受光素子と、を備える。この装置は、電気信号における遮断周波数よりも低い周波数の信号成分を減衰する低域遮断部と、低域遮断部によって減衰された電気信号が入力されるとともに同電気信号に基づいて対象物の位置を検出する位置検出部とを備える。変調信号列によって強度変調される変調期間Ｔ０における最初の期間を第１期間Ｔ１とし、第１期間Ｔ１以外の期間を第２期間Ｔ２とすると、第１期間Ｔ１において設定される切替遮断周波数ｆｃは、第２期間Ｔ２において設定される基本遮断周波数ｆｂよりも高くなっている。【選択図】図９

Description

本発明は、対象物の位置を検出する位置検出装置に関するものである。

対象物の位置を検出する位置検出装置として、光学式のものがある（例えば特許文献１）。
特許文献１に記載の位置検出装置は、対象物に対して検出光を出射する複数の発光部と、対象物体において反射した反射光を受光して電気信号に変換する受光部と、電気信号に基づいて対象物の位置を検出する位置検出部（演算装置）とを有している。この装置では、遮断周波数よりも低い周波数の成分を減衰する低域遮断部を介して、電気信号が演算装置に入力されるようになっている。

位置検出装置による位置検出に際しては、複数の発光部が順次点灯されるとともに、それらの反射光が受光部によって検出されて演算装置に入力される。そして、それら検出した反射光の光量、詳しくは演算装置に入力される電気信号に基づいて対象物の位置が算出（検出）される。

特開２０１１－２１５０９９号公報

ここで、低域遮断部を構成するハイパスフィルタ回路は抵抗器やコンデンサを有しており、抵抗は所定電圧でバイアスされているため、低域遮断部にパルス列が入力されたときの出力信号は次のように推移する。すなわち低域遮断部から出力される電気信号振幅（詳しくは、そのピーク値や平均値）は、同低域遮断部へのパルス列の入力開始時において、所定のバイアス電圧からパルス列の振幅に相当する振幅まで一旦到達するが、その後において抵抗器の抵抗値Ｒとコンデンサの静電容量Ｃとによって定まる時定数に応じて徐々に振幅が小さくなり、パルス列の平均値が所定のバイアス電圧に漸近する。ここで、パルス列の信号デューティ比が５０％であるとした場合、全時間領域で見たときの最大・最小ピーク間の信号振幅は、低域遮断部の入力振幅に対して約１．５倍になってしまう。

位置検出装置による位置検出を精度良く行うためには、演算装置に入力される電気信号のＳＮ比（信号対雑音比）を最大化する必要がある。すなわち、通常のシステムでは雑音レベルはほぼ一定であるため、演算装置に入力される電気信号振幅を、同演算装置の入力ダイナミックレンジを超えない範囲で最大化する必要がある。

上述したように、低域遮断部を有する上記装置では、低域遮断部にパルス列が入力されたときに出力される電気信号振幅が一時的に大きくなってしまうため、そうした電気信号を後段の演算装置の入力ダイナミックレンジに収めるためには低域遮断部への入力信号の振幅を小さくせざるを得ず、信号振幅低下によるＳＮ比（信号対雑音比）の低下を招き、演算装置の入力ダイナミックレンジを有効に使えないといった問題があった。

上記課題を解決するための位置検出装置は、異なる位相の変調信号列によって強度変調された検出光を出射する複数の発光部と、前記検出光が対象物で反射した反射光を受光して電気信号に変換する受光部と、前記電気信号における遮断周波数よりも低い周波数の信号成分を減衰する低域遮断部と、前記低域遮断部によって減衰された電気信号が入力されるとともに同電気信号に基づいて前記対象物の位置を検出する位置検出部と、を備える位置検出装置において、前記低域遮断部は、前記変調信号列によって強度変調される変調期間における最初または途中の期間を第１期間とするとともに前記第１期間以外の期間を第２期間とすると、前記第１期間における前記遮断周波数である第１遮断周波数を、前記第２期間における前記遮断周波数である第２遮断周波数よりも高くするものである。

上記構成によれば、第１期間においては遮断周波数が高くなる、言い換えれば前記時定数が小さくなるため、低域遮断部への電気信号の入力開始直後において一時的に信号振幅の大きくなった電気信号を、そうした一時的な増大が解消された値に近づくように速やかに収束させることができる。

これにより、パルス列の先頭部で位置検出部の入力ダイナミックレンジを外れるような場合であっても、第１期間内に速やかに入力ダイナミックレンジ内に入るように制御することができ、その後の第２期間においては低域遮断部から出力される電気信号振幅（詳しくは、そのピーク値や平均値）の変化が小さい状態にすることができる。そのため、位置検出部に入力される電気信号の振幅と同位置検出部の入力ダイナミックレンジとの差を小さくしたうえで同電気信号を入力ダイナミックレンジに収めることが可能になる。

このように上記構成によれば、位置検出部の入力ダイナミックレンジを有効に活用することが可能になるため、位置検出装置における信号処理のＳＮ比を向上させて位置検出を精度良く行うことができる。

上記位置検出装置において、前記第１遮断周波数は、前記変調信号列による強度変調についての変調周波数よりも高い周波数であることが好ましい。
上記構成によれば、第１期間において、低域遮断部から出力される電気信号を、一時的な増大が解消された値に近づくように、より速やかに収束させることができる。

上記位置検出装置において、前記第１期間は、前記変調期間における最初の期間が定められることが好ましい。
上記構成によれば、低域遮断部への電気信号の入力が開始された直後から、第１遮断周波数を設定して同電気信号を早期に減衰させることができる。そのため、低域遮断部への電気信号の入力開始直後において同低域遮断部から出力される電気信号が一時的に大きくなってしまう期間を短くすることができる。

上記位置検出装置において、前記第１期間は、前記変調期間の先頭であって、複数の発光部のうちの一部のみ発光している期間に定められることが好ましい。
上記構成によれば、複数の発光部のうちの一部のみが発光している期間に、低域遮断部から出力される電気信号のバイアス電圧からのオフセットを高速に低減することにより、複数の発光部が全点灯しているときと全消灯しているときの其々で、バイアス電圧を中心にして電気信号を高低に振幅させることができ、位置検出部の入力ダイナミックレンジに効率的に入るように制御することができる。

上記位置検出装置において、前記位置検出部は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ（アナログデジタル）変換部と、前記ＡＤ変換部によって変換された前記デジタル信号を演算処理するデジタル信号処理部とを有し、前記位置検出装置は、前記低域遮断部と前記ＡＤ変換部との間に設けられて、ゲインを可変設定する可変ゲインアンプ部を有し、前記ＡＤ変換部に入力される電気信号の振幅が、予め定められた所定範囲の値になるように、前記可変ゲインアンプ部のゲインを制御するものであることが好ましい。

上記構成によれば、可変ゲインアンプ部によるゲインの変更を通じて、ＡＤ変換部に入力される電気信号が、同ＡＤ変換部の入力ダイナミックレンジを超えることなく、かつ最大振幅で入力ダイナミックレンジに入るように調整することができる。これにより、ＡＤ変換部における量子化ノイズの影響を最小限に抑え、信号処理のＳＮ比を向上させて位置検出装置による位置検出を精度良く行うことができる。

上記位置検出装置において、前記電気信号の振幅は、前記複数の発光部が同時に点灯しているときの電気信号と、前記複数の発光部が同時に消灯しているときの電気信号と、の差分値である。

上記構成によれば、ピークホールド回路などを設けずとも、同時点灯時の電気信号レベルと同時消灯時の電気信号レベルとの差から、検出の遅延することなく同電気信号の振幅を求めることができる。

上記位置検出装置において、前記可変ゲインアンプ部によるゲインの変更は、前記変調信号列が設定されていない期間において実行するものであることが好ましい。
上記構成によれば、同一の変調信号列によって定まる変調期間においては、可変ゲインアンプ部によるゲインを変更することなく一定値に保持することにより、変調期間の途中でゲインが変化することに起因する位置検出のオフセット誤差の発生を回避することができるため、位置検出装置による位置検出を精度良く行うことができる。

本発明によれば、位置検出装置による位置検出を精度良く行うことができる。

一実施形態の位置検出装置の距離検出モードを示す概略構成図。 （ａ）～（ｃ）距離検出モードでの検出態様を説明するための説明図。 位置検出装置の傾斜角検出モードを示す概略構成図。 （ａ）～（ｃ）傾斜角検出モードでの検出態様を説明するための説明図。 位置検出装置の検出回路を示す略図。 （ａ）～（ｉ）検出回路における各種信号波形を示すタイミングチャート。 同期検波部の回路構造を示す略図。 （ａ）および（ｂ）比較例の位置検出装置における信号波形を示すタイミングチャート。 （ａ）～（ｃ）同実施形態の位置検出装置における信号波形を示すタイミングチャート。 （ａ）～（ｃ）同実施形態の位置検出装置における信号波形を示すタイミングチャート。 低域遮断部の回路図。 各周波数の関係を示すグラフ。 （ａ）～（ｃ）比較例の位置検出装置における信号波形を示すタイミングチャート。 （ａ）～（ｃ）同実施形態の位置検出装置における信号波形を示すタイミングチャート。 変形例における各周波数の関係を示すグラフ。 （ａ）～（ｃ）変形例における信号波形を示すタイミングチャート。 （ａ）～（ｃ）変形例における信号波形を示すタイミングチャート。

以下、位置検出装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の位置検出装置は、下層ベース部２１、中層ベース部２２、および上層ベース部２３によって構成された３層構造のベース部を有している。

下層ベース部２１には、中層ベース部２２側（図１の上側）の面における中央に、入射光の光量を検出するための受光素子２４（本実施形態では、フォトダイオード）が設けられている。この受光素子２４は、下層ベース部２１と上層ベース部２３との間隙に配置されている。上層ベース部２３には、受光素子２４の受光部分に対向する位置に、ベース部の積層方向（図１の上下方向）において貫通する貫通孔（ピンホール２５）が設けられている。本実施形態の位置検出装置は、このピンホール２５を介して、外部の光が受光素子２４の受光部分に入射される構造になっている。本実施形態では、受光素子２４が受光部に相当する。

本実施形態の位置検出装置は、位置検出のための検出光を出射する４つの発光素子２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒ（本実施形態では、いずれも発光ダイオード）を有している。

４つの発光素子のうちの２つ（内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒ）は、中層ベース部２２における上層ベース部２３側の面（図１の上面）に設けられている。これら内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒが配置された部分には上層ベース部２３が配置されていない。内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒは、中層ベース部２２から離間する方向（図１の上方）に検出光を出射する態様で配置されている。

４つの発光素子のうちの残りの２つ（外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒ）は、下層ベース部２１における中層ベース部２２側の面（図１の上面）に設けられている。外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒが配置された部分には、中層ベース部２２および上層ベース部２３が配置されていない。これら外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒは、下層ベース部２１から離間する方向（図１の上方）に検出光を出射する態様で配置されている。

本実施形態の位置検出装置では、４つの発光素子２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒと上記受光素子２４とが、平面視（図１における上方から見た状態）で同一直線上において並ぶように配置されている。詳しくは、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒは、受光素子２４を間に挟む位置であって、且つ、受光素子２４との距離が同一になる位置にそれぞれ設けられている。また、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒは、受光素子２４および内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒを間に挟む位置であって、且つ、受光素子２４との距離が同一になる位置にそれぞれ設けられている。外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒは、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒよりも、４つの発光素子２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒの並び方向における外側に設けられている。本実施形態の位置検出装置では、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒと受光素子２４との距離が、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒと受光素子２４との距離よりも近くなっている。本実施形態では、発光素子２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒが発光部に相当する。

本実施形態の位置検出装置では、同期検波を活用して、対象物についての位置検出が実行される。
本実施形態の位置検出装置は、発光素子を点滅させるための駆動信号として、位相が９０度（具体的には、波長の１／４）ずれた２種類の変調信号列（第１変調信号列および第２変調信号列）を出力する。これら第１変調信号列および第２変調信号列は、所定の変調周波数（本実施形態では、４０ｋＨｚ）の矩形波である。

本実施形態の位置検出装置による位置検出に際しては、先ず、第１発光素子ＬＥＤ１が第１変調信号列によって駆動されて発光するとともに、９０度位相が遅れて第２発光素子ＬＥＤ２が第２変調信号列によって駆動されて発光する。そして、それら発光素子ＬＥＤ１，ＬＥＤ２の検出光（詳しくは、対象物ＯＢで反射した反射光の光量）が受光素子２４によって検出される。その後、受光素子２４によって検出された反射光の光量に基づいて、対象物ＯＢの位置（詳しくは、距離および傾斜角）が検出される。

以下、位置検出装置の実行モードのうち、対象物ＯＢの距離を検出する「距離検出モード」について説明する。
図１および図２に示すように、距離検出モードでは、上記第１発光素子ＬＥＤ１として外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒが用いられるとともに、上記第２発光素子ＬＥＤ２として内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒが用いられる。具体的には、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒが第１変調信号列によって駆動されて発光するとともに、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒが第２変調信号列によって駆動されて発光する。なお距離検出モードでは、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒから出射される検出光の光量が、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒから出射される検出光の光量よりも大きくなるように設定することが好ましい。その比率は、例えば２倍程度に設定される。

図２（ａ）に示すように、対象物ＯＢの距離が近い場合には、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒの検出光（詳しくは、対象物ＯＢで反射した反射光）がピンホール２５に入射する角度（入射角）が大きくなり、光路長も長くなる。そのため、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒから出射されて受光素子２４に入射される反射光の光量、すなわち受光素子２４によって検出される反射光の光量ＶＤ１は小さくなる。一方、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒは外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒよりも受光素子２４に近い位置に設けられているため、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒの検出光（詳しくは、対象物ＯＢで反射した反射光）のピンホール２５への入射角は、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒの検出光についての入射角よりも小さくなり、光路長も短くなる。そのため、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒから出射されて受光素子２４に入射される反射光の光量、すなわち受光素子２４によって検出される反射光の光量ＶＤ２は比較的大きくなる。

本実施形態の位置検出装置では、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒの検出光の光量が内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒの検出光の光量の２倍に設定されている。とはいえ、対象物ＯＢの距離が近い場合には、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒの検出光についての検出値（上記光量ＶＤ２）が、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒの検出光についての検出値（光量ＶＤ１）よりも大きくなる。この場合には、それら光量ＶＤ１，ＶＤ２の比ＲＤ（＝ＶＤ１／ＶＤ２）が「１」未満になる。また、対象物ＯＢの距離が近いときほど、上記比ＲＤは小さい値になる。

図２（ｂ）に示すように、対象物ＯＢの距離が遠くなって同距離が中程度になると、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒについての上記入射角と、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒについての上記入射角との差が小さくなる。これにより、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒの検出光についての検出値（光量ＶＤ２）と、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒの検出光についての検出値（光量Ｖ１）との差が小さくなる。この場合には、光量ＶＤ１，ＶＤ２の比ＲＤ（＝ＶＤ１／ＶＤ２）が「１」に近づくようになる。図２（ｂ）に示す例では、光量ＶＤ１，ＶＤ２が等しくなっており、それら光量ＶＤ１，ＶＤ２の比ＲＤ（＝ＶＤ１／ＶＤ２）が「１」になっている。

図２（ｃ）に示すように、対象物ＯＢの距離がさらに遠くなると、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒについての上記入射角と、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒについての上記入射角との差が略「０」になる。これにより、上記光量ＶＤ１，ＶＤ２の関係が、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒから射出される検出光の光量と内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒから射出される検出光の光量との関係に近づくようになる。すなわち、この場合には、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒの検出光についての検出値（光量ＶＤ１）が、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒの検出光についての検出値（光量ＶＤ２）の二倍に近づくようになり、光量ＶＤ１，ＶＤ２の比ＲＤ（＝ＶＤ１／ＶＤ２）が「２」に近づくようになる。図２（ｃ）に示す例では、上記光量ＶＤ１が光量ＶＤ２の略二倍になっており、それら光量ＶＤ１，ＶＤ２の比ＲＤ（＝ＶＤ１／ＶＤ２）が略「２」になっている。

距離検出モードでは、こうした光量ＶＤ１，ＶＤ２と対象物ＯＢの距離との関係をふまえて、対象物ＯＢの距離ＤＩＳが検出される。具体的には、光量ＶＤ１，ＶＤ２が検出されるとともに、それら光量ＶＤ１，ＶＤ２の比ＲＤ（＝ＶＤ１／ＶＤ２）に基づいて対象物ＯＢの距離が算出（検出）される。

次に、位置検出装置の実行モードのうち、対象物ＯＢの傾斜角を検出する「傾斜角検出モード」について説明する。
図３および図４に示すように、傾斜角検出モードでは、一対の外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒの一方（外側発光素子２７Ｌ）が前記第１発光素子ＬＥＤ１として用いられるとともに、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒの他方（外側発光素子２７Ｒ）が上記第２発光素子ＬＥＤ２として用いられる。具体的には、外側発光素子２７Ｌが第１変調信号列によって駆動されて発光するとともに、９０度位相が遅れて外側発光素子２７Ｒが第２変調信号列によって駆動されて発光する。なお傾斜角検出モードでは、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒから出射される検出光の光量が同一に設定される。

図４（ａ）に示すように、対象物ＯＢが上記外側発光素子２７Ｌ側（同図における左側）に傾斜している場合には、外側発光素子２７Ｌと対象物ＯＢとの距離が、外側発光素子２７Ｒと対象物ＯＢとの距離よりも近くなる。これにより、外側発光素子２７Ｌから出射されて受光素子２４に入射されるまでの光の経路（光路Ｌ１）が、外側発光素子２７Ｒから出射されて受光素子２４に入射されるまでの光の経路（光路Ｌ２）よりも短くなっている。

ここで、受光素子２４に入射される反射光の光量は、その光路の距離の逆二乗に比例する。そのため、そうした光路の距離が短い外側発光素子２７Ｌについては、同外側発光素子２７Ｌから出射された検出光が対象物ＯＢで反射した反射光の光量、すなわち受光素子２４によって検出される反射光の光量ＶＡ１が比較的大きくなる。これに対して、上記光路の距離が長い外側発光素子２７Ｒについては、同外側発光素子２７Ｒから出射された検出光が対象物ＯＢで反射した反射光の光量、すなわち受光素子２４によって検出される反射光の光量ＶＡ２が比較的小さくなる。

この場合には、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒから出射される検出光の光量が同一に設定されているとはいえ、外側発光素子２７Ｌの検出光についての検出値（上記光量ＶＡ１）が、外側発光素子２７Ｒの検出光についての検出値（光量ＶＡ２）よりも大きくなる。この場合には、光量ＶＡ１，ＶＡ２の比ＲＡ（＝ＶＡ１／ＶＡ２）が「１」よりも大きくなる（ＲＡ＞１）。また、対象物ＯＢの上記外側発光素子２７Ｌ側への傾斜角が大きいときほど、上記比ＲＡは大きい値になる。

図４（ｂ）に示すように、対象物ＯＢが正対（傾斜角＝０度）している場合には、各外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒと対象物ＯＢとの距離が等しくなる。そのため、外側発光素子２７Ｌから出射されて受光素子２４に入射されるまでの光の経路（光路Ｌ１）と、外側発光素子２７Ｒから出射されて受光素子２４に入射されるまでの光の経路（光路Ｌ２）とが等しくなる。この場合には、外側発光素子２７Ｌの検出光についての検出値（上記光量ＶＡ１）と外側発光素子２７Ｒの検出光についての検出値（光量ＶＡ２）とが等しくなり、光量ＶＡ１，ＶＡ２の比ＲＡ（＝ＶＡ１／ＶＡ２）が「１」になる。

図４（ｃ）に示すように、対象物ＯＢが上記外側発光素子２７Ｒ側（同図における右側）に傾斜している場合には、外側発光素子２７Ｌと対象物ＯＢとの距離が、外側発光素子２７Ｒと対象物ＯＢとの距離よりも遠くなる。これにより、外側発光素子２７Ｌから出射されて受光素子２４に入射されるまでの光の経路（光路Ｌ１）が、外側発光素子２７Ｒから出射されて受光素子２４に入射されるまでの光の経路（光路Ｌ２）よりも長くなっている。

そのため、そうした光路の距離が長い外側発光素子２７Ｌについては、同外側発光素子２７Ｌから出射された検出光が対象物ＯＢで反射した反射光の光量、すなわち受光素子２４によって検出される反射光の光量ＶＡ１が比較的小さくなる。これに対して、上記光路の距離が短い外側発光素子２７Ｒについては、同外側発光素子２７Ｒから出射された検出光が対象物ＯＢで反射した反射光の光量、すなわち受光素子２４によって検出される反射光の光量ＶＡ２が比較的大きくなる。

この場合には、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒから出射される検出光の光量が同一に設定されているとはいえ、外側発光素子２７Ｌの検出光についての検出値（上記光量ＶＡ１）が、外側発光素子２７Ｒの検出光についての検出値（光量ＶＡ２）よりも小さくなる。この場合には、光量ＶＡ１，ＶＡ２の比ＲＡ（＝ＶＡ１／ＶＡ２）が「１」よりも小さくなる（ＲＡ＜１）。また、対象物ＯＢの上記外側発光素子２７Ｒ側への傾斜角が大きいときほど、上記比ＲＡは小さい値になる。

傾斜角検出モードでは、こうした光量ＶＡ１，ＶＡ２と対象物ＯＢの傾斜角との関係をふまえて、対象物ＯＢの傾斜角が検出される。具体的には、光量Ｖ１，Ｖ２が検出されるとともに、それら光量ＶＡ１，ＶＡ２の比ＲＡ（＝ＶＡ１／ＶＡ２）に基づいて対象物ＯＢの傾斜角ＴＩＬが算出（検出）される。なお、上記光路Ｌ１，Ｌ２の相対関係は対象物ＯＢと位置検出装置との距離に応じて変化するため、上記比ＲＡも同距離に応じて変化する。そのため本実施形態の位置検出装置では、対象物ＯＢの傾斜角ＴＩＬを検出する際には、検出パラメータとして、上記比ＲＡに加えて前記距離ＤＩＳが用いられる。

以下、発光素子２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒから出射された検出光が対象物ＯＢで反射した反射光の光量（詳しくは、上記光量ＶＤ１，ＶＡ１に相当する値Ｖ１や上記光量ＶＤ２，ＶＡ２に相当する値Ｖ２）を検出するための検出回路について説明する。

図５に示すように、検出回路３０は、検出光を出射するための構成として、前記発光素子２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒと、それら発光素子２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒを発光させるべく駆動される駆動部３１と、前記第１変調信号列および第２変調信号列を生成するタイミング生成部３２とを有している。

図６に示すように、タイミング生成部３２は、第１変調信号列（同図（ａ））および第２変調信号列（同図（ｂ））として、所定期間にわたり出力されるデューティ比が５０％の矩形波状の信号であって、位相が９０度ずれた２種類の変調信号列を生成する。

図５に示すように、これら第１変調信号列および第２変調信号列はタイミング生成部３２から駆動部３１に出力される。そして、駆動部３１は、第１変調信号列および第２変調信号列に基づいて発光素子２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒを選択的に駆動して発光させる。なお、前記距離検出モードでは、内側発光素子２６Ｌ，２６Ｒが第１変調信号列に基づき駆動されて発光するとともに、外側発光素子２７Ｌ，２７Ｒが第２変調信号列に基づき駆動されて発光する。また、前記傾斜角検出モードでは、外側発光素子２７Ｌが第１変調信号列に基づき駆動されて発光するとともに、外側発光素子２７Ｒが第２変調信号列に基づき駆動されて発光する。

また、検出回路３０は、前記反射光の光量を検出するための構成として、受光素子２４側から順に、同受光素子２４、ＩＶ変換部３３、低域遮断部３４、可変ゲインアンプ部３５、ＡＤ変換部３６、同期検波部３７、および演算部３８を有している。本実施形態では、可変ゲインアンプ部３５、ＡＤ変換部３６、同期検波部３７、および演算部３８が位置検出部に相当する。

受光素子２４は、入射された反射光の光量に応じた電流信号を出力するものである。
ＩＶ変換部３３には、受光素子２４から出力される電流信号が入力される。ＩＶ変換部３３は、入力された電流信号を電圧信号に変換して出力する。

低域遮断部３４は、コンデンサおよび抵抗器を有するＣＲ回路やバッファアンプによって構成されたハイパスフィルタ回路である。低域遮断部３４は、ＩＶ変換部３３から出力される電圧信号のＤＣ成分をカットすることで、後段回路での信号のクリップを防止し所定のバイアス電圧を基準に動作させる目的で配置される。低域遮断部３４には、ＩＶ変換部３３から出力される電圧信号（ＩＶ変換信号）が入力される。低域遮断部３４は、ＩＶ変換信号における遮断周波数よりも低い周波数の信号成分を減衰させるものである。なお、本実施形態では、低域遮断部３４として、遮断周波数を切り替え可能な構造のものが採用されている。遮断周波数を切り替える制御については後に詳述する。本実施形態では、上記遮断周波数が、基本的には、１ｋＨｚ（基本遮断周波数ｆｂ）に定められる。

可変ゲインアンプ部３５には、低域遮断部３４から出力される電圧信号（低域遮断信号）が入力される。可変ゲインアンプ部３５は、アンプの増幅率を可変設定するものである。本実施形態の位置検出装置では、可変ゲインアンプ部３５のゲインの変更を通じて、同可変ゲインアンプ部３５から出力される電圧信号（可変ゲイン信号）の振幅が適当な値に調整される。なお、可変ゲインアンプ部３５によってゲインを可変設定する制御については後に詳述する。

ＡＤ変換部３６は、アナログ信号をデジタル信号に変換するものである。ＡＤ変換部３６には、可変ゲインアンプ部３５から出力された可変ゲイン信号が入力される。ＡＤ変換部３６は、この可変ゲイン信号をデジタル信号（本実施形態では、１６ｂｉｔ（６５５３６段階）の値）に変換して出力する。

なお、図６（ｃ）に示すように、ＡＤ変換部３６から出力される信号（ＡＤ変換信号）は、第１変調信号列に基づき第１発光素子ＬＥＤ１から出射される検出光についての反射光の光量（前記光量ＶＤ１，ＶＡ１）に相当する値Ｖ１と、第２変調信号列に基づき第２発光素子ＬＥＤ２から出射される検出光についての反射光の光量（前記光量ＶＤ２，ＶＡ２）に相当する値Ｖ２とが重畳された値である。

なお、ＡＤ変換部３６の前段には、一般的に用いられるアンチエイリアスフィルタを配置することでＡＤ変換時に発生する折り返し誤差を抑制することができる。
同期検波部３７は、２位相のロックインアンプによって構成されている。

図７に示すように、同期検波部３７は、測定信号（ＡＤ変換信号）に参照信号（第１変調信号列または第２変調信号列）を乗算する乗算器３９ｉ，３９ｑと、乗算器３９ｉ，３９ｑから出力される信号値（第１乗算信号または第２乗算信号）を積分する積分器４０ｉ，４０ｑとを有する。積分器４０ｉ，４０ｑは、ローパスフィルタ回路４１ｉ，４１ｑとサンプルホールド回路４２ｉ，４２ｑとによって構成されている。

同期検波部３７により、第１変調信号列に基づき第１発光素子ＬＥＤ１から出射される検出光についての反射光の光量（前記光量ＶＤ１，ＶＡ１）に相当する値Ｖ１を算出する処理は、次のように実行される。先ず、乗算器３９ｉによって、測定信号としてのＡＤ変換信号（図６（ｃ））に参照信号としての第１変調信号列（詳しくは、図６（ｄ）に示す第１参照信号）が乗算される。そして、乗算器３９ｉから出力される第１乗算信号（図６（ｆ））が、図６（ｈ）に示すように積分器４０ｉによって積分される。そして、積分器４０ｉによって積分された値が上記値Ｖ１として出力される。

また同期検波部３７により、第２変調信号列に基づき出射される検出光についての反射光の光量（前記光量ＶＤ２，ＶＡ２）に相当する値Ｖ２を算出する処理が、次のように実行される。先ず、乗算器３９ｑによって、測定信号としてのＡＤ変換信号（図６（ｃ））に参照信号としての第２変調信号列（詳しくは、図６（ｅ）に示す第２参照信号）が乗算される。そして、乗算器３９ｑから出力される第２乗算信号（図６（ｇ））が、図６（ｉ）に示すように積分器４０ｑによって積分される。そして、この積分器４０ｑによって積分された値が上記値Ｖ２として出力される。

演算部３８は、上記値Ｖ１，Ｖ２に基づく演算処理を通じて対象物ＯＢの距離ＤＩＳを算出して出力するとともに、この距離ＤＩＳと上記値Ｖ１，Ｖ２とに基づく演算処理を通じて対象物ＯＢの傾斜角ＴＩＬを算出して出力する。詳しくは、距離検出モードにおいては、値Ｖ１（前記光量ＶＤ１）および値Ｖ２（前記光量ＶＤ２）に基づいて、演算部３８に予め記憶されている関係（例えば演算式や演算テーブル）から、対象物ＯＢの距離ＤＩＳが算出される。また、傾斜角検出モードにおいては、値Ｖ１（前記光量ＶＡ１）、値Ｖ２（前記光量ＶＡ２）、および上記距離ＤＩＳに基づいて、演算部３８に予め記憶されている関係（例えば演算式や演算テーブル）から、対象物ＯＢの傾斜角ＴＩＬが算出される。なお本実施形態では、同期検波部３７および演算部３８が、ＡＤ変換部３６によって変換されたデジタル信号を演算処理するデジタル信号処理部に相当する。

ここで、低域遮断部３４を構成するハイパスフィルタ回路はＣＲ回路を有しており、抵抗は所定電圧にバイアスされているため、低域遮断部３４から出力される低域遮断信号は次のように推移する。すなわち図８に一例を示すように、低域遮断信号（詳しくは、そのピーク値や平均値）は、ＩＶ変換された変調信号が低域遮断部３４に入力されたタイミング（時刻ｔ１１）で、所定のバイアス電圧から変調信号の振幅に相当する振幅まで一旦到達するが、その後においてＣＲ回路の時定数に応じて徐々に振幅が小さくなり、変調信号の平均値が所定のバイアス電圧に漸近する。

パルス列の信号デューティ比が５０％であるとした場合、全時間領域で見たときの最大・最小ピーク間の信号振幅は、低域遮断部の入力振幅に対して約１．５倍になってしまう。

位置検出装置による位置検出を精度良く行うためには、ＡＤ変換部３６（図５参照）に入力される電気信号のＳＮ比（信号対雑音比）を最大化する必要がある。通常のシステムではＡＤ変換時の量子化ノイズはほぼ一定であるため、ＡＤ変換部３６に入力される電気信号振幅を、ＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジを超えない範囲で最大化する必要がある。

この点、上述のように低域遮断部３４から出力される低域遮断信号の振幅が変調信号の開始時点において一時的に大きくなる装置では、同低域遮断信号（詳しくは、ＡＤ変換部３６に入力される電気信号）をＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジ内に収めるためには、入力信号の振幅を小さくせざるを得ず、信号振幅低下によるＳＮ比の低下を招いて、ＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジを有効に使えなくなる。

この点をふまえて、本実施形態の位置検出装置では、低域遮断部３４の遮断周波数を、前記基本遮断周波数ｆｂおよび切替遮断周波数ｆｃのいずれかに選択的に切り替えるようにしている。なお本実施形態では、切替遮断周波数ｆｃが第１遮断周波数に相当し、基本遮断周波数ｆｂが第２遮断周波数に相当する。

以下、低域遮断部３４の遮断周波数を切り替えるための構成について説明する。
図９および図１０に示すように、第１変調信号列および第２変調信号列によって強度変調される期間を変調期間Ｔ０とし、変調期間Ｔ０における最初の期間を第１期間Ｔ１とし、第１期間Ｔ１以外の期間を第２期間Ｔ２とする。

本実施形態の位置検出装置では、低域遮断部３４の作動制御を通じて、第１期間Ｔ１において設定される遮断周波数（切替遮断周波数ｆｃ［本実施形態では、１００ｋＨｚ］）が、第２期間Ｔ２において定められる遮断周波数（基本遮断周波数ｆｂ［本実施形態では、１ｋＨｚ］）よりも高くされる。

第１期間Ｔ１は、詳しくは、変調期間Ｔ０が始まるタイミング（図１０の時刻ｔ２１）からＩＶ変換信号における最初の段差部の途中（図１０の時刻ｔ２２））までの期間である。なお、この段差部は、第１変調信号列に基づき駆動される発光素子が検出光を出射している期間であり、且つ、第２変調信号列に基づき駆動される発光素子が検出光を出射していない期間である。

図１１に示すように、低域遮断部３４は、コンデンサ５０および抵抗器５１，５２によって構成されるＣＲ回路５３と、バッファアンプ５４とを有しており、抵抗は所定電圧でバイアスされている。ＣＲ回路５３の抵抗器は、並列接続された２つの抵抗器５１，５２によって構成されている。これら抵抗器５１，５２の一方（抵抗器５２）には、同抵抗器５２への通電／非通電を切り替えるスイッチ５５が直列接続されている。本実施形態の位置検出装置では、このスイッチ５５の操作を通じて、低域遮断部３４の遮断周波数が切り替えられる。

具体的には、スイッチ５５がオフ操作されているときには、ＣＲ回路５３の抵抗器が一方の抵抗器５１のみによって構成される。このときのＣＲ回路５３の時定数、ひいては低域遮断部３４の遮断周波数は、抵抗器５１の抵抗値Ｒ１によって定まる。本実施形態では、このときの遮断周波数が、比較的低い基本遮断周波数ｆｂになるように、抵抗器５１の抵抗値Ｒ１が定められている。

一方、スイッチ５５がオン操作されると、ＣＲ回路５３の抵抗器が並列接続された２つの抵抗器５１，５２によって構成されるようになる。このときのＣＲ回路５３の抵抗器の抵抗値は、２つの抵抗器５１，５２の合成抵抗（＝Ｒ１×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））になるため、スイッチ５５のオフ操作時におけるＣＲ回路５３の抵抗器の抵抗値（＝Ｒ１）よりも小さくなる。そのため、ＣＲ回路５３の時定数が小さくなり、低域遮断部３４の遮断周波数が比較的高い切替遮断周波数ｆｃになる。本実施形態では、このときの低域遮断部３４の遮断周波数が、比較的高い切替遮断周波数ｆｃになるように、抵抗器５１，５２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２が定められている。

図１２に示すように、本実施形態の位置検出装置では、変調周波数ｆ０、基本遮断周波数ｆｂ、および切替遮断周波数ｆｃが、関係式「ｆｂ＜ｆ０＜ｆｃ」を満たすように定められている。なお本実施形態において、位置検出を精度良く実行するうえでは、スイッチ５５のオン操作時におけるＣＲ回路５３の時定数が、同スイッチ５５のオフ操作時におけるＣＲ回路５３の時定数の１／４以下に設定されることが好ましい。

図５に示すように、本実施形態の位置検出装置では、スイッチ５５を作動させるための制御パルス信号が、タイミング生成部３２から低域遮断部３４に出力されるようになっている。図９および図１０に示すように、制御パルス信号としては、第１期間Ｔ１においてはスイッチ５５をオン操作する「オン信号」が出力される一方、第２期間Ｔ２においてはスイッチ５５をオフ操作する「オフ信号」が出力される。本実施形態では、制御パルス信号に基づくスイッチ５５の操作を通じて、低域遮断部３４の遮断周波数の切り替えが実行される。

以下、低域遮断部３４の遮断周波数を切り替えることによる作用効果について説明する。
図９および図１０に示すように、低域遮断部３４から出力されてＡＤ変換部３６に入力される電気信号がＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジを超えるおそれのない期間（第２期間Ｔ２）では、制御パルス信号として「オフ信号」が出力されて、比較的低い基本遮断周波数ｆｂが定められる。この基本遮断周波数ｆｂは変調周波数ｆ０よりも十分に低くなっている。そのため、第２期間Ｔ２においては、低域遮断部３４により、第１変調信号列および第２変調信号列によって強度変調された検出光（詳しくは、その反射光）の光量に相当する信号成分についてはこれを減衰させず、周波数的な信号成分欠落による信号波形の歪みを生じることなく位置検出に必要な信号成分を通過させることができる。

低域遮断部３４から出力される電気信号のバイアス電圧からのオフセットが過渡的に大きくなる期間（第１期間Ｔ１）では、制御パルス信号として「オン信号」が出力されて、比較的高い切替遮断周波数ｆｃが定められる。これにより、ＣＲ回路５３（図１１参照）の時定数が小さくなり、変調信号の入力開始直後において一時的に信号振幅が大きくなった低域遮断信号のバイアス電圧からのオフセットを高速に低減してバイアス電圧付近まで漸近させることができ、一時的な振幅の増大が解消された値まで速やかに収束されるようになる。

本実施形態では、切替遮断周波数ｆｃが変調周波数ｆ０よりも高くなっている。そのため、切替遮断周波数ｆｃよりも低い周波数の信号成分、すなわち第１変調信号列および第２変調信号列によって強度変調された検出光（詳しくは、その反射光）の光量に相当する信号成分を含む信号変動成分を速やかに減衰させることができる。これにより、低域遮断部３４から出力される低域遮断信号を、一時的な増大が解消された値に近づくように、より速やかに収束させることができる。

本実施形態では、発明者等による各種の実験やシミュレーションの結果をもとに、第１期間Ｔ１において上述した低域遮断信号のバイアス電圧からのオフセットの低減が略完了するように、切替遮断周波数ｆｃ（具体的には、コンデンサ５０の静電容量Ｃや抵抗器５１，５２の抵抗値Ｒ１，Ｒ２）が定められている。

本実施形態の位置検出装置では、このようにして第１期間Ｔ１で低域遮断信号のオフセットが減衰されるため、直後の第２期間Ｔ２においては低域遮断部３４から出力される低域遮断信号（詳しくは、そのピーク値や平均値）のバイアス電圧からの信号振幅変化が小さい状態になる。これにより、低域遮断信号における一時的に大きくなってしまう部分を考慮して同低域遮断信号の振幅を予め小さくすることなく、ＡＤ変換部３６（詳しくは、可変ゲインアンプ部３５）に入力される低域遮断信号の振幅と同ＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジとの差を小さくしたうえで同低域遮断信号を最大振幅で入力ダイナミックレンジに収めることが可能になる。このように本実施形態の位置検出装置によれば、ＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジを有効に活用することが可能になり、ＡＤ変換部における量子化ノイズの影響を最小限に抑え、信号処理のＳＮ比を向上させて位置検出装置による位置検出を精度良く行うことができる。

本実施形態では、第１期間Ｔ１として、変調期間Ｔ０における最初の期間が定められている。そのため、低域遮断部３４へのＩＶ変換信号の入力が開始された直後から、切替遮断周波数ｆｃを設定して、同低域遮断部３４から出力される低域遮断信号を早期に減衰させることができる。そのため、低域遮断部３４へのＩＶ変換信号の入力開始直後において同低域遮断部３４から出力される低域遮断信号が一時的に大きくなってしまう期間を短くすることができる。

なお、上述のように、第１変調信号列に基づき駆動される発光素子が検出光を出射している期間であって、第２変調信号列に基づき駆動される発光素子が検出光を出射していない期間、換言すれば、複数の発光部のうちの一部のみが発光している期間に、低域遮断部から出力される電気信号のバイアス電圧からのオフセットを高速に低減することにより、複数の発光部が全点灯しているときと全消灯しているときの其々で、バイアス電圧を中心にして電気信号を高低に振幅させることができ、位置検出部の入力ダイナミックレンジに効率的に入るように制御することができる。

本実施形態の位置検出装置では、受光素子２４に入射される反射光の光量に応じて、同受光素子２４から出力される電流信号やＩＶ変換信号、低域遮断信号が変化するようになる。そのため、固定のゲインでＡＤ変換部３６による信号変換を行うようにすると、次のような不都合を招くおそれがある。すなわち、図１３に一例を示すように、受光素子２４に入射される反射光の光量が小さいときには、ＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジに対する同ＡＤ変換部３６に入力される電気信号（本例では、低域遮断信号）の振幅が小さくなる。そして、この場合には、ＡＤ変換部３６の量子化ノイズの影響により信号のＳＮ比が低下して、位置検出装置による位置検出精度の低下を招くおそれがある。

この点をふまえて、本実施形態の位置検出装置では、低域遮断部３４とＡＤ変換部３６との間に、可変ゲインアンプ部３５（図５）が設けられている。そして、ＡＤ変換部３６に入力される電気信号の振幅が予め定められた所定範囲Ｓ（本実施形態では、ＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジの９０％程度）の値になるように、可変ゲインアンプ部３５のゲインが制御される。

以下、可変ゲインアンプ部３５のゲインを変更するための構成について説明する。
図５に示すように、検出回路３０は、ＡＤ変換部３６から出力されるＡＤ変換信号の振幅Ｍを検出する振幅検出部４３を有している。この振幅検出部４３は、検出したＡＤ変換信号の振幅Ｍを可変ゲインアンプ部３５に出力する。

振幅検出部４３によるＡＤ変換信号の振幅Ｍの検出は、次のように実行される。
図６に示すように、前記変調期間Ｔ０において、第１変調信号列によって駆動されて発光する発光素子および第２変調信号列によって駆動されて発光する発光素子が同時に点灯しているときのＡＤ変換信号の信号値（ＭＡＸ）は、ＡＤ変換信号の信号値のうちの最大値に相当する。また変調期間Ｔ０において、第１変調信号列によって駆動されて発光する発光素子および第２変調信号列によって駆動されて発光する発光素子が同時に消灯しているときのＡＤ変換信号の信号値（ＭＩＮ）は、ＡＤ変換信号の信号値のうちの最小値に相当する。

この点をふまえて、振幅検出部４３は、変調期間Ｔ０における最初の同時点灯時のＡＤ変換信号の信号値（ＭＡＸ）と、変調期間Ｔ０の直前期間あるいは変調期間Ｔ０における最初の同時消灯時のＡＤ変換信号の信号値（ＭＩＮ）とを検出し、それら信号値の差分値（ＭＡＸ－ＭＩＮ）を、ＡＤ変換信号の振幅Ｍとして算出（検出）して、同振幅Ｍを可変ゲインアンプ部３５に出力する処理とを実行する。

可変ゲインアンプ部３５は、振幅検出部４３により検出されたＡＤ変換信号の振幅Ｍと、このとき設定されている可変ゲインアンプ部３５のゲインとに基づいて、同ゲインについての制御目標値を算出する。なお本実施形態の位置検出装置では、ＡＤ変換信号の振幅ＭをＡＤ変換部３６のダイナミックレンジの所定範囲Ｓの値にすることの可能なゲイン（制御目標値）と、ＡＤ変換信号の振幅Ｍと、可変ゲインアンプ部３５のゲインとの関係が求められて、可変ゲインアンプ部３５に予め記憶されている。可変ゲインアンプ部３５は、この関係をもとに制御目標値を算出する。そして、可変ゲインアンプ部３５は、ゲインと上記制御目標値とを一致させるように、同ゲインを変更する。

本実施形態では、図１４に示すように、可変ゲインアンプ部３５のゲインの変更タイミング（時刻ｔ３３，ｔ３６，ｔ３９）が、第１変調信号列および第２変調信号列が設定されていない期間、すなわち変調期間Ｔ０が終了してから次の変調期間Ｔ０が開始されるまでの間に定められている。

以下、可変ゲインアンプ部３５のゲインを変更することによる作用効果について説明する。
図１４に示す例では、最初の変調期間Ｔ０（時刻ｔ３１～ｔ３２）において、ＩＶ変換部３３から出力されるＩＶ変換信号の振幅が小さく、可変ゲインアンプ部３５のゲインが適正値からずれて小さくなっている。そのため、可変ゲインアンプ部３５から出力される可変ゲイン信号の振幅がＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジに対して小さくなってしまっている。なお図１４には、理解を容易にするために、最初の変調期間Ｔ０（時刻ｔ３１～ｔ３２）におけるＩＶ変換信号および可変ゲイン信号と、直後の変調期間Ｔ０（時刻ｔ３４～ｔ３５）におけるＩＶ変換信号および可変ゲイン信号との差が大きい状況を例示している。本実施形態の位置検出装置では、変調期間Ｔ０が短い周期で繰り返し設定されるため、同一の対象物ＯＢについての位置検出を継続して行っている場合には上記差は図１４に示す例と比較して小さく、連続的な変化となる。

本実施形態の位置検出装置では、変調期間Ｔ０（時刻ｔ３１～ｔ３２）におけるＡＤ変換信号（図６（ｃ）参照）の振幅Ｍが検出されるとともに、同振幅Ｍに基づいて可変ゲインアンプ部３５のゲインについての制御目標値が算出される。

そして、変調期間Ｔ０（時刻ｔ３１～ｔ３２）が終了した後のタイミングであって、且つ次の変調期間Ｔ０（時刻ｔ３４～ｔ３５）が開始される前の所定タイミング（時刻ｔ３３）において、上記制御目標値に基づき可変ゲインアンプ部３５のゲインが変更される。これにより、次回の可変ゲインアンプ部３５への低域遮断信号の入力に先立ち、可変ゲインアンプ部３５のゲインが適正値（本例では、大きい値）に変更された状態になる。そのため、直後の変調期間Ｔ０（時刻ｔ３４～ｔ３５）において低域遮断信号が可変ゲインアンプ部３５に入力されると、同可変ゲインアンプ部３５から出力される信号の振幅、ひいてはＡＤ変換部３６から出力されるＡＤ変換信号の振幅Ｍが、予め定められた所定範囲Ｓの値（または、これに近い値）になる。

本実施形態の位置検出装置では、こうした可変ゲインアンプ部３５のゲインを変更する制御が、所定周期で変調期間Ｔ０が設定される度（時刻ｔ３１～ｔ３４，ｔ３４～ｔ３７，ｔ３７～）に実行される。

本実施形態の位置検出装置では、受光素子２４に入射される反射光の光量に応じてＩＶ変換信号や低域遮断信号が変化するとはいえ、可変ゲインアンプ部３５のゲインの変更を通じて、ＡＤ変換部３６に入力される可変ゲイン信号の振幅が、同ＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジを超えることなく、ＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジの９０％程度の振幅（好ましくは入力ダイナミックレンジの６０％～９０％の振幅）で有効にＡＤ変換されるため、ＡＤ変換部３６における量子化ノイズの影響を最小限に抑え、信号処理のＳＮ比を向上させて、位置検出装置による位置検出を精度良く行うことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）第１期間Ｔ１において設定される切替遮断周波数ｆｃを、第２期間において設定される基本遮断周波数ｆｂよりも高くした。これにより低域遮断部３４を通過後の過渡応答により生じる振幅変化を最小限に抑えて、ＡＤ変換部３６の入力ダイナミックレンジを有効に活用することが可能になるため、ＡＤ変換部３６における量子化ノイズの影響を最小限に抑え、信号処理のＳＮ比を向上させて、位置検出装置による位置検出を精度良く行うことができる。

（２）第１期間Ｔ１において設定される切替遮断周波数ｆｃを、変調周波数ｆ０よりも高い周波数にした。これにより、低域遮断部３４を通過後の過渡応答により生じる振幅変化をなくして、低域遮断部３４から出力される低域遮断信号を、一時的な増大が解消された値に近づくように、速やかに収束させることができる。

（３）第１期間Ｔ１として、変調期間Ｔ０における最初の期間を定めた。そのため、低域遮断部３４へのＩＶ変換信号の入力開始直後において同低域遮断部３４から出力される低域遮断信号が一時的に大きくなってしまう期間を短くすることができる。

（４）第１期間Ｔ１は複数の発光部のうちの一部のみが発光している期間とすることで、低域遮断部から出力される電気信号のバイアス電圧からのオフセットを高速に低減して、複数の発光部が全点灯しているときと全消灯しているときの其々で、バイアス電圧を中心にして電気信号を高低に振幅させることができ、位置検出部の入力ダイナミックレンジに効率的に入るように制御することができる。

（５）ＡＤ変換部３６に入力される電気信号の振幅が予め定められた所定範囲Ｓの値になるように、可変ゲインアンプ部３５のゲインを制御するようにした。これにより、量子化ノイズの影響を小さくして、位置検出装置による位置検出を精度良く行うことができる。

（６）第１発光素子ＬＥＤ１および第２発光素子ＬＥＤ２の同時点灯時におけるＡＤ変換信号の信号値（ＭＡＸ）と、同時消灯時におけるＡＤ変換信号の信号値（ＭＩＮ）との差分値（ＭＡＸ－ＭＩＮ）を、ＡＤ変換信号の振幅Ｍとして検出するようにした。そのため、検出の時定数を持つピークホールド回路やボトムホールド回路などを設けずとも、同時点灯時の電気信号と同時消灯時の電気信号とから、ＡＤ変換信号の振幅Ｍを求めることができる。また、上記振幅Ｍを算出する際に、変調期間Ｔ０における最初の同時点灯時のＡＤ変換信号の信号値（ＭＡＸ）と、変調期間Ｔ０における最初の同時消灯時のＡＤ変換信号の信号値（ＭＩＮ）とを検出して用いるようにした。そのためＡＤ変換信号の出力が開始された直後の短い期間で、遅延することなく、同ＡＤ変換信号の振幅Ｍを検出することができる。

（７）可変ゲインアンプ部３５のゲインの変更タイミングが、変調期間Ｔ０が終了してから次の変調期間Ｔ０が開始されるまでの間に定められている。そのため、同一の変調期間Ｔ０においては、可変ゲインアンプ部３５のゲインを変更することなく一定値に保持することが可能になる。これにより、変調期間Ｔ０の途中でゲインが変化することに起因する検出誤差の発生を回避することができるため、位置検出装置による位置検出を精度良く行うことができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・位置検出装置は、必ずしも３層構造のベース部で構成される必要はなく、受光素子２４が上層ベース部２３のピンホール２５の下側の裏面側に実装され、受光素子２４の実装面側で受光するような１層構造の構成であって構わない。この場合、受光素子２４は遮光性を有する封止材でポッティングして背面側からの迷光の影響を受けないようにすることが好ましい。

・可変ゲインアンプ部３５および振幅検出部４３を省略して、低域遮断部３４から出力される低域遮断信号をＡＤ変換部３６に直接入力するようにしてもよい。
・ＡＤ変換信号の振幅Ｍを算出する方法は任意に変更することができる。例えば、変調期間Ｔ０の途中における同時点灯時のＡＤ変換信号の信号値（ＭＡＸ）と変調期間Ｔ０の途中あるいは変調期間Ｔ０以外の同時消灯時のＡＤ変換信号の信号値（ＭＩＮ）とを検出するとともに、それら信号値の差分値をＡＤ変換信号の振幅Ｍとして算出するようにしてもよい。

・可変ゲインアンプ部３５のゲインを変更するタイミングは任意に変更することができる。例えば変調期間Ｔ０における所定のタイミングで、可変ゲインアンプ部３５のゲインを変更するようにしてもよい。

・ＣＲ回路５３のスイッチ５５を残した状態で抵抗器５２を省略してもよい。同構成によれば、スイッチ５５をオン操作することによって、ＣＲ回路５３の抵抗器の抵抗値を略「０」にすることができる。そのため、第１期間Ｔ１においてスイッチ５５をオン操作することにより、ＣＲ回路５３の時定数を小さくして、低域遮断部３４の遮断周波数を高くすることができる。これにより、低域遮断部３４へのＩＶ変換信号の入力開始直後において一時的に大きくなる低域遮断信号を、そうした一時的な増大が解消された値に近づくように速やかに収束させることができる。

・図１５に示すように、変調周波数ｆ０、基本遮断周波数ｆｂ、および切替遮断周波数ｆｃを、関係式「ｆｂ＜ｆｃ＜ｆ０」を満たすように定めてもよい。同構成によっても、図１６および図１７に示すように、第１期間Ｔ１において、低域遮断部３４の遮断周波数を切替遮断周波数ｆｃにすることにより、低域遮断部３４へのＩＶ変換信号の入力開始直後において一時的に大きくなる低域遮断信号を、減衰速度が遅くなるものの、減衰させることができる。

・第１期間Ｔ１は、変調期間Ｔ０の最初または途中の期間であれば、任意に変更することができる。例えばＩＶ変換信号における最初の段差部の途中において始まるとともに終わる期間を第１期間Ｔ１として定めることができる。その他、ＩＶ変換信号における最初の段差部と３つ目の段差部とを含む期間を第１期間Ｔ１として定めることなども可能である。なお、低域遮断信号を早期に減衰させて精度の良い位置検出を行うためには、変調期間Ｔ０における最初の期間を、第１期間Ｔ１として設定することが好ましい。

・上記実施形態にかかる位置検出装置は、同一直線上において並ぶ複数の発光素子からなる素子群を複数備える位置検出装置にも適用することができる。そうした位置検出装置としては、例えば、４つの発光素子２６Ｌ，２６Ｒ，２７Ｌ，２７Ｒを有する素子群を２つ備え、それら素子群における発光素子の並び方向が直交する構造の位置検出装置を挙げることができる。

・上記実施形態にかかる位置検出装置は、発光素子を駆動するための駆動信号として、位相が９０度以外の任意の角度だけずれた２種類の変調信号列（第１変調信号列および第２変調信号列）を出力する位置検出装置にも適用することができる。その他、上記実施形態にかかる位置検出装置は、第１発光素子のみが発光する状態と第２発光素子のみが発光する状態とを交互に繰り返すようになる２種類の変調信号列（第１変調信号列および第２変調信号列）を出力する位置検出装置等にも適用可能である。

・上記実施形態にかかる位置検出装置は、対象物ＯＢの位置および傾斜角の両方を検出可能な位置検出装置に限らず、対象物ＯＢの位置および傾斜角の一方のみを検出可能な位置検出装置にも適用することができる。

２４…受光素子
２６Ｌ，２６Ｒ…内側発光素子
２７Ｌ，２７Ｒ…外側発光素子
３０…検出回路
３１…駆動部
３２…タイミング生成部
３３…ＩＶ変換部
３４…低域遮断部
３５…可変ゲインアンプ部
３６…ＡＤ変換部
３７…同期検波部
３８…演算部
４３…振幅検出部
５０…コンデンサ
５１，５２…抵抗器
５３…ＣＲ回路
５４…バッファアンプ
５５…スイッチ

Claims (7)

1. 異なる位相の変調信号列によって強度変調された検出光を出射する複数の発光部と、前記検出光が対象物で反射した反射光を受光して電気信号に変換する受光部と、前記電気信号における遮断周波数よりも低い周波数の信号成分を減衰する低域遮断部と、前記低域遮断部によって減衰された電気信号が入力されるとともに同電気信号に基づいて前記対象物の位置を検出する位置検出部と、を備える位置検出装置において、
   前記低域遮断部は、前記変調信号列によって強度変調される変調期間における最初または途中の期間を第１期間とするとともに前記第１期間以外の期間を第２期間とすると、前記第１期間における前記遮断周波数である第１遮断周波数を、前記第２期間における前記遮断周波数である第２遮断周波数よりも高くするものである
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記第１遮断周波数は、前記変調信号列による強度変調についての変調周波数よりも高い周波数である
   請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記第１期間は、前記変調期間における最初の期間が定められる
   請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記第１期間は、第１期間は前記複数の発光部のうちの一部のみが発光している期間が定められる
   請求項１～３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
5. 前記位置検出部は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部によって変換された前記デジタル信号を演算処理するデジタル信号処理部とを有し、
   前記位置検出装置は、
   前記低域遮断部と前記ＡＤ変換部との間に設けられて、ゲインを可変設定する可変ゲインアンプ部を有し、
   前記ＡＤ変換部に入力される電気信号の振幅が、予め定められた所定範囲の値になるように、前記可変ゲインアンプ部のゲインを制御するものである
   請求項１～４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
6. 前記電気信号の振幅は、前記複数の発光部が同時に点灯しているときの電気信号と、前記複数の発光部が同時に消灯しているときの電気信号と、の差分値である
   請求項５に記載の位置検出装置。
7. 前記可変ゲインアンプ部によるゲインの変更を、前記変調信号列が設定されていない期間において実行するものである
   請求項５または６に記載の位置検出装置。

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