特開 2022-59468 位置検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022059468

(43)【公開日】2022-04-13

(54)【発明の名称】位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20220406BHJP

   G01B 11/26 20060101ALI20220406BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 B

G01B11/26 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020167242

(22)【出願日】2020-10-01

(71)【出願人】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】堀邊 隆介

(72)【発明者】

【氏名】安田 博

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA02

2F065AA06

2F065AA39

2F065GG07

2F065LL30

2F065NN05

2F065NN08

2F065QQ03

2F065QQ27

2F065QQ29

2F065QQ42

(57)【要約】

【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変調信号列に基づく検出光を出射する第１発光素子、第２変調信号列に基づく検出光を出射する第２発光素子、それら検出光が対象物で反射した反射光を受光してアナログ信号に変換する受光素子２４、ＩＶ変換部３３を備える。この装置は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部３６、ＡＤ変換部３６によって変換されたデジタル信号に基づいて対象物の位置を検出する同期検波部３７、演算部３８を備える。ＩＶ変換部３３とＡＤ変換部３６との間に、ＩＶ変換部３３から出力されるアナログ信号をオフセットして出力するオフセット部３４が設けられる。オフセット部３４は、変調期間においてＡＤ変換部３６に入力されるアナログ信号の平均値が、ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値に近づくようにオフセット量を調整する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項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アナログ信号に変換する受光部と、前記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デジタル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、
前記受光部と前記ＡＤ変換部との間に設けられて、前記受光部から出力されるアナログ信号をオフセット量だけ直流的な電圧レベルをオフセットして前記ＡＤ変換部に出力するオフセット部を有し、
前記オフセット部は、前記変調信号列によって強度変調される変調期間において前記ＡＤ変換部に入力される前記アナログ信号の平均値が、前記ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央値に近づくように前記オフセット量を調整することを特徴とする位置検出装置。

【請求項2】

前記オフセット部は、前記平均値と、前記ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央値と、が一致するようになる値を前記オフセット量として定めるものである
請求項１に記載の位置検出装置。

【請求項3】

前記平均値は、前記アナログ信号の最大値と最小値との平均値である
請求項１または２に記載の位置検出装置。

【請求項4】

前記最大値は前記複数の発光部が同時に点灯しているときの前記アナログ信号の信号値であり、前記最小値は前記複数の発光部が同時に消灯しているときの前記アナログ信号の信号値である
請求項３に記載の位置検出装置。

【請求項5】

前記オフセット部は、前記複数の発光部のうちの一部のみが点灯しているときの前記アナログ信号の信号値あるいは信号値の平均値が、前記ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央値に近づくように前記オフセット量を調整する
請求項１に記載の位置検出装置。

【請求項6】

前記複数の発光部のうちの一部のみが点灯しているときの前記アナログ信号の信号値あるいは信号値の平均値と、前記ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央値と、が一致するようになる値を前記オフセット量として定めるものである
請求項５に記載の位置検出装置。

【請求項7】

前記オフセット部による前記オフセット量の設定を、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１～６のいずれか一項に記載の位置検出装置。

【請求項8】

前記位置検出装置は、
前記受光部と前記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変換部によって変換される前記デジタル信号の振幅が、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１～７のいずれか一項に記載の位置検出装置。

【請求項9】

前記デジタル信号の振幅は、前記変調信号列によって強度変調される変調期間において前記複数の発光部が同時に点灯しているときの前記デジタル信号の信号値と、前記複数の発光部が同時に消灯しているときの前記デジタル信号の信号値と、の差分値である
請求項８に記載の位置検出装置。

【請求項10】

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８または９に記載の位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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）。
光学式の位置検出装置としては、次のような構造のものが提案されている。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、この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（演算回路）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、電気信号が演算回路に入力されるようになっている。

【0003】

この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回路に入力される。そして、それら検出した反射光の光量、詳しくは演算回路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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１－２１５０９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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、低域遮断部に受光部によって検出された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。演算回路には高精度が求められ、アナログ的なオフセットやドリフトを抑えるため、初段にＡＤ変換部を備え、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換した後にデジタル回路にて信号処理する構成とすることが好ましいが、位置検出を正常に行うためには、演算回路の入力電圧範囲を超えないようにＡＤ変換部に信号を入力する必要があるが、前述のように低域遮断部を通過したときに信号振幅が増大してしまうため、信号振幅を減衰させて入力する必要があった。

【0006】

一方、位置検出を精度良く行うためには、演算回路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り、ＡＤ変換部の量子化ノイズの影響を抑えるため、ＡＤ変換部に入力される電気信号振幅が入力電圧範囲を超えない範囲で最大化する必要があるといった相反する課題があった。

【0007】

また、受光部から出力される電気信号の信号値は、そのときどきにおいて受光部に入射される反射光の光量に応じて異なる値になる。そのため、単に受光部から出力されるアナログ信号をＡＤ変換部に入力すると、反射光の光量が大きいときに、ＡＤ変換部に入力されるアナログ信号の最大値が同ＡＤ変換部の入力電圧範囲を超えてしまい、同アナログ信号を適正に変換することができず、位置検出を正常に行うことができなくなるおそれがある。

【0008】

こうした不都合の発生を抑えるためには、ＡＤ変換部の入力振幅を小さくすればよい。ただし、この場合には、反射光の光量が小さいときにおいて、ＡＤ変換部の入力電圧範囲に対して同ＡＤ変換部に入力されるアナログ信号の値が小さくなってしまうため、ＡＤ変換部のＳ／Ｎ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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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アナログ信号に変換する受光部と、前記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デジタル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、前記受光部と前記ＡＤ変換部との間に設けられて、前記受光部から出力されるアナログ信号をオフセット量だけ直流的な電圧レベルをオフセットして前記ＡＤ変換部に出力するオフセット部を有し、前記オフセット部は、前記変調信号列によって強度変調される変調期間において前記ＡＤ変換部に入力される前記アナログ信号の平均値が、前記ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央値に近づくように前記オフセット量を調整する。

【0010】

上記構成によれば、ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央値と、同ＡＤ変換部に入力されるアナログ信号のピーク値とボトム値の中央値とのずれが小さくなる方向に、同アナログ信号をオフセットすることができる。そのため、入力されるアナログ信号をＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央付近に入れることができ、入力電圧範囲を有効に利用することができるようになる。これにより、ＡＤ変換部に入力されるアナログ信号がＡＤ変換部の入力電圧範囲を超えないように維持することができ、同ＡＤ変換部に入力されるアナログ信号の振幅を最大化することが可能になる。したがって上記構成によれば、ＡＤ変換部のＳ／Ｎ比を最大化して、位置検出装置による位置検出精度の向上を図ることができる。

【0011】

上記位置検出装置において、前記オフセット部は、前記平均値と、前記ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央値と、が一致するようになる値を前記オフセット量として定めるものであることが好ましい。

【0012】

上記構成によれば、ＡＤ変換部による信号変換に際して、入力されるアナログ信号を同ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央付近に入れることができるため、入力電圧範囲をより有効に利用することができるようになる。

【0013】

上記位置検出装置において、前記平均値を、前記アナログ信号の最大値と最小値との平均値にすることができる。
上記位置検出装置において、前記最大値は前記複数の発光部が同時に点灯しているときの前記アナログ信号の信号値であり、前記最小値は前記複数の発光部が同時に消灯しているときの前記アナログ信号の信号値であることが好ましい。

【0014】

受光部に入射される反射光の光量や、ＡＤ変換部に入力されるアナログ信号の信号値は、複数の発光部の同時点灯時において最も大きくなり、それら発光部の同時消灯時において最も小さくなる。上記構成によれば、そうした同時点灯時におけるアナログ信号の信号値を最大値とするとともに、同時消灯時におけるアナログ信号の信号値を最小値とすることができる。これにより、同時点灯時におけるアナログ信号の信号値（または、同信号値の相関値）と、同時消灯時におけるアナログ信号の信号値（または、同信号値の相関値）と、を検出するとともに、それら信号値に基づいてオフセット量を定めることができる。

【0015】

上記位置検出装置において、前記オフセット部は、前記複数の発光部のうちの一部のみが点灯しているときの前記アナログ信号の信号値あるいは信号値の平均値が、前記ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央値に近づくように前記オフセット量を調整するものである。

【0016】

上記位置検出装置において、前記複数の発光部のうちの一部のみが点灯しているときの前記アナログ信号の信号値あるいは信号値の平均値と、前記ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央値と、が一致するようになる値を前記オフセット量として定めるものであることが好ましい。

【0017】

上記構成によれば、ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央値と同ＡＤ変換部に入力されるアナログ信号の変動範囲の中央値とのずれが小さくなる方向に、同アナログ信号をオフセットすることができ、入力されるアナログ信号を同ＡＤ変換部の入力電圧範囲の中央付近に入れることができるため、入力電圧範囲をより有効に利用することができる。

【0018】

上記位置検出装置において、前記オフセット部による前記オフセット量の設定を、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、オフセット部によるオフセット量が変更されることなく一定に保たれるようになる。これにより、変調期間の途中でオフセット量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。

【0019】

上記位置検出装置は、前記受光部と前記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変換部によって変換される前記デジタル信号の振幅が、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。

【0020】

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アナログ信号が、同ＡＤ変換部の入力電圧範囲を超えることなく、かつ最大振幅で入力され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。

【0021】

上記位置検出装置において、前記デジタル信号の振幅は、前記変調信号列によって強度変調される変調期間において前記複数の発光部が同時に点灯しているときの前記デジタル信号の信号値と、前記複数の発光部が同時に消灯しているときの前記デジタル信号の信号値と、の差分値であることが好ましい。

【0022】

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、同時点灯時のデジタル信号の信号値と同時消灯時のデジタル信号の信号値との差から、検出の遅延することなく同デジタル信号の振幅を求めることができる。

【0023】

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。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、ＡＤ変換部の入力電圧範囲を有効に利用して、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。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】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。

【図2】（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。

【図3】位置検出装置の傾斜角検出モードを示す概略構成図。

【図4】（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。

【図5】位置検出装置の検出回路を示す略図。

【図6】（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。

【図7】同期検波部の回路構造を示す略図。

【図8】（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。

【図9】ＡＤ変換信号の一例を示すタイミングチャート。

【図10】オフセット部の作動制御処理の実行手順を示すフローチャート。

【図11】（ａ）～（ｅ）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。

【図12】（ａ）はＩＶ変換信号を示し（ｂ）はオフセット信号を示すタイミングチャート。

【図13】可変ゲインアンプ部の作動制御処理の実行手順を示すフローチャート。

【図14】（ａ）および（ｂ）変形例における信号波形を示すタイミングチャート。

【図15】（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。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。検出回路は、マイクロプロセッサを有し、同マイクロプロセッサによって所定のソフトウェアを実行することで各種処理を行う構造をなしている。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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、オフセット部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、同期検波部３７および演算部３８が位置検出部に相当する。

【0054】

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。

【0055】

オフセット部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。オフセット部３４は、ＩＶ変換信号を所定量（目標オフセット量）だけ直流的な電圧レベルをオフセットして出力する。なお、オフセット部３４によるオフセット量を設定する制御については後に詳述する。

【0056】

可変ゲインアンプ部３５には、オフセット部３４から出力される電圧信号（オフセット信号）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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

ここで、受光素子２４から出力される電流信号の信号値は、そのときどきにおいて受光素子２４に入射される反射光の光量に応じて異なる値になる。そのため、単に受光素子から出力される電流信号（詳しくは、ＩＶ変換部３３から出力されるＩＶ変換信号）をＡＤ変換部３６に入力すると、以下のような不都合が生じる。図８に一例を示すように、反射光の光量が大きいときには（時刻ｔ１１～ｔ１２）、ＡＤ変換部３６に入力されるアナログ信号の最大値が同ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の最大値（例えば、±６００ｍＶ）を超えてしまい、同アナログ信号を適正に変換することができず、位置検出を正常に行うことができなくなるおそれがある。一方、ＡＤ変換部３６のゲインを小さくした場合には、反射光の光量が小さいときにおいて、ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲に対して同ＡＤ変換部３６に入力されるアナログ信号の値が小さくなってしまう。この場合には、ＡＤ変換部３６の量子化ノイズの影響により、ＡＤ変換部３６のＳ／Ｎ比が低下するため、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。

【0064】

この点をふまえて、本実施形態の位置検出装置では、図５に示すように、ＩＶ変換部３３と可変ゲインアンプ部３５との間に、ＩＶ変換部３３から出力されるＩＶ変換信号をオフセットするオフセット部３４が設けられている。そして、このオフセット部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る変調期間Ｔ０においてＡＤ変換部３６に入力される電気信号（アナログ信号）の最大値と最小値との平均値を、ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲（例えば±６００ｍＶ）の中央値に一致させる態様で、ＩＶ変換信号にオフセットが印加され、直流的な電圧レベルが変更される。

【0065】

以下、オフセット部３４によって電気信号をオフセットする構成について、詳しく説明する。
検出回路３０は、オフセット検出部４４を有している。本実施形態では、このオフセット検出部４４により、図１０に示すように、変調期間Ｔ０になる度に（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、以下の処理が実行される。

【0066】

先ず、変調期間Ｔ０においてＡＤ変換部３６から出力されるＡＤ変換信号の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮとが、オフセット検出部４４に取り込まれる（ステップＳ１２）。
図９に示すように、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変換信号の信号値は、ＡＤ変換信号の信号値のうちの最大値（ＭＡＸ）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変換信号の信号値は、ＡＤ変換信号の信号値のうちの最小値（ＭＩＮ）に相当する。この点をふまえて、本実施形態では、上記最大値ＭＡＸとしては、変調期間Ｔ０における最初の同時点灯時のＡＤ変換信号の信号値が取り込まれる。また、最小値ＭＩＮとしては、変調期間Ｔ０における最初の同時消灯時のＡＤ変換信号の信号値が取り込まれる。

【0067】

その後、図１０に示すように、上記最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮに基づいて、最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮの平均値ＡＶＥ（＝（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）／２）と、ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値との偏差ΔＡＶＥが算出される（ステップＳ１３）。

【0068】

そして、上記偏差ΔＡＶＥと、このとき設定されている目標オフセット量［前回値］とに基づいて、オフセット部３４によるオフセット量についての制御目標値（目標オフセット量［最新値］）が算出される（ステップＳ１４）。

【0069】

本実施形態では、目標オフセット量［最新値］として、最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮの平均値ＡＶＥとＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値とを一致させることの可能なオフセット量に相当する値が算出される。この算出については、可変ゲインアンプ部３５のゲイン設定値も考慮して算出が行われる。本実施形態では、こうした目標オフセット量［最新値］の算出が可能になる関係（演算式）が求められて、オフセット検出部４４に予め記憶されている。オフセット検出部４４は、この関係をもとに目標オフセット量［最新値］を算出する。

【0070】

その後、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期間における所定の変更タイミングになると（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、目標オフセット量［最新値］がオフセット部３４に出力される（ステップＳ１６）。このときオフセット部３４は、入力される目標オフセット量［最新値］と実際のオフセット量とを一致させるように作動して、同オフセット量を変更する。

【0071】

以下、オフセット部３４によって電気信号をオフセットすることによる作用効果について説明する。
本実施形態では、図１１に示すように、変調期間Ｔ０（ａ）（時刻ｔ２１～ｔ２２）におけるＡＤ変換信号（図６（ｃ）参照）の最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮが検出されるとともに、それら最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮに基づいてオフセット部３４によるオフセット量についての制御目標値（目標オフセット量）が算出される。

【0072】

そして、変調期間Ｔ０（時刻ｔ２１～ｔ２２）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（ｂ）（時刻ｔ２４～ｔ２５）が開始される前の所定の変更タイミング（時刻ｔ２３）において、上記目標オフセット量に基づいてオフセット部３４によるオフセット量が変更される。これにより、次回のオフセット部３４へのＩＶ変換信号の入力に先立ち、同オフセット部３４のオフセット量が適正値（本例では、低い値）に変更された状態になる。

【0073】

本実施形態では、ＡＤ変換部３６から出力されるＡＤ変換信号の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮとの平均値ＡＶＥを、同ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値（本実施形態では、０Ｖ）に一致させる態様で、オフセット部３４によってＩＶ変換信号がオフセットされる。ＩＶ変換信号に適正なオフセットが設定されない場合には、変調期間Ｔ０（ａ）に示すようにＡＤ変換部３６に入力されるアナログ信号がＡＤ変換部３６の入力電圧範囲を超え、さらに中央値に対する電圧振幅の上下のバランスも崩れているが、が、適正なオフセットが設定された場合には、変調期間Ｔ０（ｂ）に示すようにＡＤ変換部３６に入力されるアナログ信号がＡＤ変換部３６の入力電圧範囲内に入っており、入力電圧範囲の中央値に対する電圧振幅の上下のバランスも良く有効に利用することができるようになる。

【0074】

これにより、ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲に対して、同ＡＤ変換部３６に入力されるアナログ信号（具体的には、同図（ｄ）に示す可変ゲイン信号）の振幅を大きくすることが可能になる。したがって本実施形態によれば、ＡＤ変換部３６の量子化ノイズの影響を抑えて、ＡＤ変換部３６のＳ／Ｎ比を大きくすることができ、位置検出装置による位置検出精度の向上を図ることができる。

【0075】

本実施形態の位置検出装置では、このようにしてオフセット量を変更する制御が、所定周期で変調期間Ｔ０が設定される度（時刻ｔ２１～ｔ２４，ｔ２４～ｔ２７，ｔ２７～）に実行される。

【0076】

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、オフセット信号が変化するようになる。そのため、一定のゲインで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１２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の入力電圧範囲に対する同ＡＤ変換部３６に入力される電気信号（本例では、オフセット信号）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、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。

【0077】

この点をふまえて、本実施形態の位置検出装置では、図５に示すように、オフセット部３４とＡＤ変換部３６との間に、可変ゲインアンプ部３５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の入力電圧範囲の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。

【0078】

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、詳しく説明する。
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。本実施形態では、この振幅検出部４３により、図１３に示すように、変調期間Ｔ０になる度に（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、以下の処理が実行される。

【0079】

先ず、変調期間Ｔ０においてＡＤ変換部３６から出力されるＡＤ変換信号の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮとが、振幅検出部４３に取り込まれる（ステップＳ２２）。本実施形態では、上記最大値ＭＡＸとしては、変調期間Ｔ０における最初の同時点灯時のＡＤ変換信号の信号値が取り込まれる。また、最小値ＭＩＮとしては、変調期間Ｔ０における最初の同時消灯時のＡＤ変換信号の信号値が取り込まれる。

【0080】

そして、それら最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮの差分値（ＭＡＸ－ＭＩＮ）が、ＡＤ変換信号の振幅Ｍとして算出される（ステップＳ２３）。
その後、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（具体的には、目標ゲイン［前回値］）とに基づいて、同ゲインについての制御目標値（目標ゲイン［最新値］）が算出される（ステップＳ２４）。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の入力電圧範囲における所定範囲Ｓの値にすることの可能なゲイン（目標ゲイン［最新値］）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（目標ゲイン［前回値］）との関係が求められて、振幅検出部４３に予め記憶されている。振幅検出部４３は、この関係をもとに目標ゲイン［最新値］を算出する。

【0081】

その後、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期間における所定の変更タイミングになると（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、目標ゲイン［最新値］が可変ゲインアンプ部３５に出力される（ステップＳ２６）。このとき可変ゲインアンプ部３５は、入力される目標ゲイン［最新値］と実際のゲインとを一致させるように作動して、同ゲインを変更する。

【0082】

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１１に示す例では、変調期間Ｔ０（ｂ）（時刻ｔ２４～ｔ２５）において、可変ゲインアンプ部３５のゲインが適正値よりも小さくなっている。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の入力電圧範囲に対して５０％程度まで小さくなってしまっている。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１１に示す例と比較して小さくなる。

【0083】

本実施形態の位置検出装置では、変調期間Ｔ０（ｂ）（時刻ｔ２４～ｔ２５）におけるＡＤ変換信号（図６（ｃ）参照）の最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮが検出されるとともに、それら最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮ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（目標ゲイン）が算出される。この算出については、オフセット部３４のオフセット設定値も考慮して算出が行われる。

【0084】

そして、変調期間Ｔ０（ｂ）（時刻ｔ２４～ｔ２５）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ｔ２７～ｔ２８）が開始される前の所定タイミング（時刻ｔ２６）において、上記目標ゲインに基づき可変ゲインアンプ部３５のゲインが変更される。

【0085】

これにより、次回の可変ゲインアンプ部３５へのオフセット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、変調期間Ｔ０（ｃ）（時刻ｔ２７～ｔ２８）においてオフセット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から出力される可変ゲイン信号の振幅、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。

【0086】

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ｔ２１～ｔ２４，ｔ２４～ｔ２７，ｔ２７～）に実行される。

【0087】

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変換信号やオフセット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の入力電圧範囲内であって、好ましくは入力電圧範囲の６０％～９０％の振幅となるように調整される。これにより、ＡＤ変換部３６の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。

【0088】

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）変調期間Ｔ０においてＡＤ変換部３６に入力される電気信号の最大値と最小値との平均値をＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値に一致させる態様で、オフセット部３４によりＩＶ変換信号をオフセットするようにした。そのため、ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲から外れることなく位置検出を正常に行うことができ、さらに、ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲に効率的に量子化ノイズの影響を抑えて、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができ、位置検出装置による位置検出精度の向上を図ることができる。

【0089】

（２）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変換信号の信号値を、同ＡＤ変換信号の最大値ＭＡＸとすることができる。また、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変換信号の信号値を、ＡＤ変換信号の最小値ＭＩＮとすることができる。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、同時点灯時におけるＡＤ変換信号の信号値（最大値ＭＡＸ）と同時消灯時におけるＡＤ変換信号の信号値（最小値ＭＩＮ）とを検出するとともに、それら信号値に基づいてオフセット部３４によるオフセット量を定めることができる。また、目標オフセット量を算出する際に、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変換信号の出力開始後において遅延なく速やかに目標オフセット量を算出することができる。

【0090】

（３）オフセット部３４によるオフセット量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、オフセット量が変更されることなく一定に保たれるようになる。これにより、変調期間Ｔ０の途中でオフセット量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。

【0091】

（４）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。

【0092】

（５）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、同ＡＤ変換信号の振幅Ｍを検出することができる。

【0093】

（６）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できる。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。

【0094】

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。

【0095】

・可変ゲインアンプ部３５および振幅検出部４３を省略して、オフセット部３４から出力されるオフセット信号を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の途中における同時消灯時の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。

【0096】

・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。

【0097】

・目標オフセット量の算出パラメータとして、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の途中における同時消灯時のＡＤ変換信号の信号値（ＭＩＮ）とを検出して用いるようにしてもよい。

【0098】

・上記実施形態では、目標オフセット量［最新値］として、最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮの平均値ＡＶＥとＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値とを一致させることの可能なオフセット量に相当する値が算出される。これに限らず、上記平均値ＡＶＥを入力電圧範囲の中央値に近づけることの可能なオフセット量に相当する値であれば、任意の値を目標オフセット量［最新値］として算出することができる。こうした構成によっても、ＩＶ変換信号をオフセットせずにＡＤ変換部３６に入力する場合と比較して、ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲をバランス良く有効に利用することができる。

【0099】

・目標オフセット量［最新値］として、第１発光素子ＬＥＤ１および第２発光素子ＬＥＤ２のうちの一方のみが点灯しているときにＡＤ変換部３６に入力される電気信号の信号値（中間値）と同ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値とを一致させることの可能なオフセット量に相当する値を、算出するようにしてもよい。

【0100】

同構成においては、次のように目標オフセット量［最新値］を算出することができる。先ず、図１４に一例を示すように、変調期間Ｔ０においてＡＤ変換部３６から出力されるＡＤ変換信号の中間値ＰＡＲ１およびＰＡＲ２を、オフセット検出部４４に取り込む。中間値ＰＡＲ１、ＰＡＲ２としては、第１発光素子ＬＥＤ１および第２発光素子ＬＥＤ２のうちのどちらか一方のみが点灯しているときにＡＤ変換部３６に入力される電気信号の信号値が取り込まれる。そして、オフセット検出部４４は、上記中間値ＰＡＲ１およびＰＡＲ２の平均値ＰＡＲＡとＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値との偏差ΔＰＡＲを算出する。その後、オフセット検出部４４は、上記偏差ΔＰＡＲと、このとき設定されている目標オフセット量［前回値］とに基づいて、予め記憶されている関係（演算式）から、目標オフセット量［最新値］を算出する。

【0101】

上記構成によれば、図１５に示すように、ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値と同ＡＤ変換部３６に入力されるアナログ信号の変動範囲の中央値とのずれが小さくなる方向に、同アナログ信号をオフセットすることができる。そのため、ＩＶ変換信号をオフセットせずにＡＤ変換部３６に入力する場合とは異なり、図１５（ｂ）から明らかなように、ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲をバランス良く有効に利用することができるようになる。また、上記構成によれば、中間値ＰＡＲに基づき目標オフセット量が算出されるため、前記最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮがＡＤ変換部３６の入力電圧範囲を超えた場合においても破綻することなく制御可能であるため、安定な動作が実現できる。

【0102】

上記構成における目標オフセット量［最新値］として、上記中間値ＰＡＲ１およびＰＡＲ２の平均値ＰＡＲＡとＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値とを一致させることの可能なオフセット量に相当する値を算出することに限らず、上記中間値ＰＡＲを入力電圧範囲の中央値に近づけることの可能なオフセット量に相当する値であれば、任意の値を算出することができる。そうした目標オフセット量［最新値］としては、例えば上記中間値ＰＡＲ１とＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値とを一致させることの可能なオフセット量に相当する値を算出したり、上記中間値ＰＡＲ２とＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値とを一致させることの可能なオフセット量に相当する値を算出したりすることができる。こうした構成によっても、ＩＶ変換信号をオフセットせずにＡＤ変換部３６に入力する場合と比較して、ＡＤ変換部３６の入力電圧範囲の中央値に対する電圧振幅の上下のバランス良く、入力電圧範囲を有効に利用することができる。

【0103】

・オフセット部３４によるオフセット量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、具体的には、変調期間Ｔ０の先頭部の第１番目の変調周期でオフセット検出を完了した直後で、オフセット部３４に目標オフセット量を出力して、同オフセット部３４によるオフセット量を変更するようにしてもよい。

【0104】

・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。

【0105】

・上記実施形態にかかる位置検出装置は、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。

【0106】

・上記実施形態にかかる位置検出装置は、オフセット部３４の後段に可変ゲインアンプ部３５を接続したが、逆転させて可変ゲインアンプ部３５の後段にオフセット部３４を接続しても構わない。

【0107】

・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。

【0108】

・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。

【符号の説明】

【0109】

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…オフセット部
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
４４…オフセット検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】