(57)【要約】      （修正有）【課題】高い動作周波数を有し、近い距離もしくは距離０の状態を計測可能な近接覚センサを提供する。【解決手段】近接覚センサ１００であって、基材１と、発光素子１１〜１４、２１〜２４と、受光素子と、同期検波回路とを備え、発光素子は、基材上において異なる位置に複数設けられ、互いに直交する第１及び第２の変調信号を用いて発光可能に構成され、受光素子は、基材の内部に配置され、且つピンホール３１を介して外部光を受光するとともに光電流を発生可能に構成され、同期検波回路は、光電流のうちの特定成分の位相を検出可能に構成され、ここで特定成分とは、発光素子から照射され且つ対象物を反射した合成反射光に起因する成分で、位相は、対象物までの距離の関数で表される。【選択図】図１
2020190552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接覚センサであって、
基材と、発光素子と、受光素子と、同期検波回路とを備え、
前記発光素子は、
前記基材上において異なる位置に複数設けられ、
互いに直交する第１及び第２の変調信号を用いて発光可能に構成され、
前記受光素子は、
前記基材の内部に配置され、且つ
ピンホールを介して外部光を受光するとともに光電流を発生可能に構成され、
前記同期検波回路は、前記光電流のうちの特定成分の位相を検出可能に構成され、
ここで前記特定成分とは、前記発光素子から照射され且つ対象物を反射した合成反射光に起因する成分で、前記位相は、前記対象物までの距離の関数で表される、
近接覚センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の近接覚センサにおいて、
前記発光素子は、第１及び第２の発光素子を有し、
前記第１及び第２の発光素子は、前記基材の高さ方向において、互いに異なる高さの箇所に配置される、
近接覚センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の近接覚センサにおいて、
前記第１の発光素子を前記第１の変調信号で発光させ、前記第２の発光素子を前記第２の変調信号で発光させることにより、前記対象物までの距離を計測可能な距離モードとして動作する、
近接覚センサ。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の近接覚センサにおいて、
前記第１の発光素子は、前記ピンホールから等距離に少なくとも一対設けられ、前記一対の第１の発光素子の一方を前記第１の変調信号で発光させ、前記一方に対する他方を前記第２の変調信号で発光させることにより、前記対象物の姿勢を計測可能な傾きモードとして動作する、
近接覚センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の近接覚センサにおいて、
前記距離モードと前記傾きモードとを切替可能に構成される、
近接覚センサ。
【請求項６】
請求項２〜請求項５の何れか１つに記載の近接覚センサにおいて、
前記基材は、第１〜第３の基材を有し、
前記第１の基材上に前記第１及び第２の発光素子の一方が配置され、
前記第２の基材は、
前記第１の基材上に配置され、当該第２の基材上に前記第１及び第２の発光素子の他方が配置され、
収容部を有し、前記収容部に前記受光素子が配置され、
前記第３の基材は、
前記ピンホールを備え、
前記受光素子が前記ピンホールを介して前記外部光を受光するように、前記第２の基材上に配置される、
近接覚センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の近接覚センサにおいて、
前記第３の基材は、遮光部材を備える、
近接覚センサ。
【請求項８】
請求項２〜請求項７の何れか１つに記載の近接覚センサにおいて、
前記第１発光素子は、前記ピンホールから等距離に４つ設けられ、４つの前記第１発光素子うちの２つは、第１の方向に沿って配置され、残りの２つは、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って配置され、
前記第２発光素子は、前記ピンホールから等距離に４つ設けられ、４つの前記第２発光素子うちの２つは、前記第１の方向に沿って配置され、残りの２つは、前記第２の方向に沿って配置される、
近接覚センサ。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか１つに記載の近接覚センサにおいて、
前記受光素子の側面に遮光部材が設けられる、
近接覚センサ。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れか１つに記載の近接覚センサにおいて、
前記同期検波回路を構成する回路基板と、前記受光素子とが略垂直に接続されている、
近接覚センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の近接覚センサにおいて、
前記回路基板は、アナログ回路基板を含み、
前記アナログ回路基板の回路パターンは、その周囲が接地されるように構成される、
近接覚センサ。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１の何れか１つに記載の近接覚センサにおいて、
前記同期検波回路は、
測定信号及び参照信号を入力可能に構成され、且つ
前記測定信号に前記参照信号を乗じた出力値を出力するように構成され、
前記測定信号は、前記第１及び第２の変調信号によって前記受光素子から発生した光電流に基づく信号で、
前記参照信号は、正及び負のゲイン値を切替可能に有する信号である、
近接覚センサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の近接覚センサにおいて、
前記参照信号は、前記ゲイン値が切り替わる場合に、所定の時間において０のゲイン値を有し、これにより前記出力値におけるスパイクノイズを抑制するように構成される、
近接覚センサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の近接覚センサにおいて、
前記所定の時間は、前記測定信号の値が安定するまでの時定数に基づいて決定される、
近接覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接覚センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の自動安全停止等の技術発展を契機として、対象までの距離を計測するセンシング技術が注目されている。特許文献１に開示されるような先行技術は、自動車の自動安全停止に使用するにあたって必要とされる中長距離のセンシングを対象としている
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０６７２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、工場や生活空間においてロボットと人間が共存するような世界においても、人間とロボットとの衝突を避けるために、対象までの距離を計測するセンシング技術は不可欠である。しかしながら、共存のためには、特許文献１に開示される先行技術とは異なり、近い距離もしくは距離０の状態をも計測可能なセンシング技術が求められることとなる。また、安全性を担保してこのような距離の計測を可能にするには、高い動作周波数を有することも必要である。
【０００５】
本発明では上記事情を鑑み、高い動作周波数を有し、近い距離もしくは距離０の状態を計測可能な近接覚センサを提供することとした。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、近接覚センサであって、基材と、発光素子と、受光素子と、同期検波回路とを備え、前記発光素子は、前記基材上において異なる位置に複数設けられ、互いに直交する第１及び第２の変調信号を用いて発光可能に構成され、前記受光素子は、前記基材の内部に配置され、且つピンホールを介して外部光を受光するとともに光電流を発生可能に構成され、前記同期検波回路は、前記光電流のうちの特定成分の位相を検出可能に構成され、ここで前記特定成分とは、前記発光素子から照射され且つ対象物を反射した合成反射光に起因する成分で、前記位相は、前記対象物までの距離の関数で表される、近接覚センサが提供される。
【０００７】
本発明に係る近接覚センサは、ピンホールと同期検波回路とによって、外部光に含まれる所望の特定成分を高精度に検出するため、高い動作周波数を有し且つ近い距離もしくは距離０の状態を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る近接覚センサの概要を示す斜視図。
【図２】近接覚センサの動作を示す断面図、［図２Ａ］距離モード、［図２Ｂ］傾斜モード。
【図３】近接覚センサの同期検波回路を示す回路図。
【図４】近接覚センサの回路の特徴を表す図、［図４Ａ］（左）デジタル回路基板（右）アナログ回路基板、［図４Ｂ］基板の垂直接続を示す写真。
【図５】近接覚センサの回路において、アナログ回路パターンの周囲が接地されている態様を示す図。
【図６】［図６Ａ］実施例に係る回路の評価結果、［図６Ｂ］比較例に係る回路の評価結果。
【図７】［図７Ａ］ネジ頭が露出している態様を示す図、［図７Ｂ］図７Ａにおけるネジ頭に遮光・反射防止フィルムを貼った態様を示す図。
【図８】測定信号を参照信号で同期して信号の符号を反転した結果を示す図。
【図９】参照信号に０ゲインを加えて信号の符号を反転した結果を示す図。
【図１０】参照信号に０ゲインを加えた測定信号の出力結果のグラフ。
【図１１】スパイクノイズを除去した平滑化（ローパスフィルタ）の結果のグラフ。
【図１２】スパイクノイズを除去した平滑化（ローパスフィルタ）の結果を拡大したグラフ。
【図１３】スパイクノイズを除去するアナログ回路を示す回路図。
【図１４】スパイクノイズを除去するデジタル同期検波回路７を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。
【００１０】
１．全体構成
第１節では、本実施形態に係る近接覚センサ１００の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る近接覚センサ１００の概要を示す斜視図である。近接覚センサ１００を説明するにあたり、図１に示されるような座標系を用いるものとする。また、図２は、近接覚センサの動作を示す断面図であり、特に図２Ａは距離モード、図２Ｂは傾斜モードでの動作を示している。図３は、近接覚センサ１００の同期検波回路５を示す回路図である。図１〜図３に示されるように、近接覚センサ１００は、基材１，２，３と、発光素子１１，１２，１３，１４（第１の発光素子）と，発光素子２１，２２，２３，２４（第２の発光素子）と、受光素子４と、同期検波回路５とを備える。以下、各構成要素について更に説明する。
【００１１】
＜基材＞
基材１，２，３は、近接覚センサ１００の筐体を構成する。具体的には、ベースとなる基材１（第１の基材）の上には中間体を形成する基材２（第２の基材）が配置され、基材２の上には上部カバーを形成する基材３（第３の基材）が配置される。また、基材２には後述の受光素子４を収容可能な収容部２Ｓが設けられ、基材３には、受光素子４の上方にピンホール３１が設けられる。
【００１２】
＜第１の発光素子＞
発光素子１１，１２，１３，１４は、拡散光を照射する素子で、その周波数帯は特に限定されるものではないが、例えば赤外光や可視光が採用されうる。好ましくは、発光素子１１，１２，１３，１４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、アノード側に電源のプラス側を接続することによって、電流が流れて特定周波数の拡散光を照射する。発光素子１１，１２，１３，１４を発光させるにあたり入力する変調信号については後に詳述する。
【００１３】
このような発光素子１１，１２，１３，１４は、基材１上において異なる位置に設けられる。ここでは、発光素子１１，１２は、図１中Ｘ方向に沿って、後述のピンホール３１に関して対称な位置に配置される。発光素子１３，１４は、図１中Ｙ方向に沿って、後述のピンホール３１に関して対称な位置に配置される。
【００１４】
換言すると、発光素子１１，１２，１３，１４は、ピンホール３１から等距離に４つ設けられ、発光素子１１，１２，１３，１４のうちの２つ（発光素子１１，１２）は、Ｘ方向（第１の方向）に沿って配置され、残りの２つ（発光素子１３，１４）は、Ｘ方向に直行するＹ方向（第２の方向）に沿って配置される。
【００１５】
＜第２の発光素子＞
発光素子２１，２２，２３，２４は、無指向性の拡散光を照射する素子で、その周波数帯は特に限定されるものではないが、例えば赤外光や可視光が採用されうる。好ましくは、発光素子２１，２２，２３，２４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、アノード側に電源のプラス側を接続することによって、電流が流れて特定周波数の拡散光を照射する。発光素子２１，２２，２３，２４を発光させるにあたり入力する変調信号については後に詳述する。
【００１６】
このような発光素子２１，２２，２３，２４は、基材２上において異なる位置に設けられる。ここでは、発光素子２１，２２は、図１中Ｘ方向に沿って、後述のピンホール３１に関して対称な位置に配置される。発光素子２３，２４は、図１中Ｙ方向に沿って、後述のピンホール３１に関して対称な位置に配置される。
【００１７】
換言すると、発光素子２１，２２，２３，２４は、ピンホール３１から等距離に４つ設けられ、発光素子２１，２２，２３，２４のうちの２つ（発光素子２１，２２）は、Ｘ方向（第１の方向）に沿って配置され、残りの２つ（発光素子２３，２４）は、Ｘ方向に直行するＹ方向（第２の方向）に沿って配置される。
【００１８】
ところで、図１、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、基材２が基材１の上に設けられることから、基材１，２の間には高さｄ＿０の段差１９が設けられる。換言すると、発光素子１１，１２，１３，１４と発光素子２１，２２，２３，２４とは、基材１，２の高さ方向（Ｚ方向）において、互いに異なる高さの箇所（高低差ｄ＿０）に配置される。このような構成により、発光素子１１，１２，１３，１４から対象物ＯＢまでの径路と、発光素子２１，２２，２３，２４から対象物ＯＢまでの径路との差をより大きくすることができる。これにより、段差１９を設けない場合に比して、近接覚センサ１００の精度が向上することに留意されたい。
【００１９】
＜受光素子＞
受光素子４は、受光した光を検知する素子で、これを契機として光電流Ｉ＿Ｌを発生する。例えば、光電管、光電子増倍管、半導体の内部光電効果を利用したフォトトランジスタ、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光導電セル、イメージセンサ等が挙げられる。好ましくは、センサ出力応答を高速化するために鋭い指向性を有するフォトダイオードが採用されうる。
【００２０】
このような受光素子４は、基材２の略中央に設けられた収容部２Ｓに配置される。収容部２Ｓは、凹部でも貫通孔でもよいが、ここでは貫通孔を採用している。また、受光素子４の上方には、基材３におけるピンホール３１が位置する。
【００２１】
より詳細には、ピンホール３１は、基材３を貫通するように基材３の略中心に沿ってＺ方向に設けられる。発光素子１１，１２，１３，１４及び／又は発光素子２１，２２，２３，２４から照射され且つ対象物ＯＢを反射した合成反射光の一部は、ピンホール３１を通って後述の受光素子４に到達する。このような構成を採用することで、受光素子４を露出させた場合に比して環境光（前述の合成反射光以外の光）によるノイズの影響を抑制することができる。
【００２２】
＜同期検波回路＞
同期検波回路５は、振幅変調やデジタル変調など、搬送波を持つ変調された信号を復調する回路であるが、本実施形態においては、受光素子４が外部光（所望の合成反射光と環境光とが混在）を受光して発生した光電流Ｉ＿Ｌのうち、所望の合成反射光に係る特定成分（発光素子１１，１２，１３，１４及び／又は発光素子２１，２２，２３，２４から照射され且つ対象物ＯＢを反射した合成反射光に起因する成分）の位相を検出する。特に、かかる位相が対象物ＯＢまでの距離の関数として表されることに留意されたい。同期検波回路５の構成の詳細については、第３節においてさらに詳述する。
【００２３】
２．計測原理
第２節では、近接覚センサ１００の計測原理について説明する。近接覚センサ１００は、対象物ＯＢにおける物体面Ｆの光の反射率に依存せずに、対象物ＯＢまでの距離と、対象物ＯＢの傾き（姿勢）とを計測することができる。ここで、距離を計測する際の動作と傾きを計測する際の動作とが異なるため、それぞれの動作態様を「距離モード」及び「傾きモード」と定義する。すなわち、近接覚センサ１００は、距離モードと傾きモードとを切替可能に構成される。以下、距離モードと傾きモードとについて、それぞれ詳述する。
【００２４】
２．１  距離モード
図１及び図２Ａを参照しながら、近接覚センサ１００の距離モードについて説明する。受光素子４に流れる光電流Ｉ＿Ｌは、発光素子１１，１２，１３，１４及び／又は発光素子２１，２２，２３，２４に照らされた対象物ＯＢにおける物体面Ｆの放射照度に比例する。発光素子１１，１２，１３，１４及び／又は発光素子２１，２２，２３，２４は、点光源に近似できるから、対象物ＯＢの物体面Ｆの反射点Ｒでの放射照度は光路の逆二乗に比例する。また、物体面Ｆは拡散反射であるから、放射照度は光の入射角の余弦と反射率αに比例する。したがって、光電流Ｉ＿Ｌは［数１］で与えられる。
【数１】
2020190552.tif 000003
【００２５】
ここで、ｃは放射照度から光電流Ｉ＿Ｌへの変換係数であり、Ｉ＿０とＩ＿９０はそれぞれ位相０度の信号（第１の変調信号ＳＧ１）と９０度の信号（第２の変調信号ＳＧ２）による発光素子１１，１２，１３，１４及び／又は発光素子２１，２２，２３，２４の発光強度である。また、ωは発光素子１１，１２，１３，１４及び／又は発光素子２１，２２，２３，２４の発光周波数、ａとｂは発光素子１１，１２，１３，１４と発光素子２１，２２，２３，２４との配置間隔、ｄは対象物ＯＢにおける物体面Ｆとの距離、δは物体面Ｆの傾き角度、θ＿１及びθ＿２は物体面Ｆに対する発光素子１１，１２，１３，１４及び発光素子２１，２２，２３，２４の光の入射角である。光電流Ｉ＿Ｌの時間変化はωを含む項が支配的であるから、光電流Ｉ＿Ｌの時間変化は［数２］で与えられる。
【数２】
2020190552.tif 000004
【００２６】
ここで、Ａは光電流Ｉ＿Ｌ変化の振幅であり、位相φ（ｄ）は［数３］で与えられる。
【数３】
2020190552.tif 000005
【００２７】
距離モードでの位相φ（ｄ）は、物体面Ｆの反射率αと傾き角度δを含まないため、位相φ（ｄ）を検出することで物体面Ｆの反射率と傾き角度に依存しない距離計測が可能である。換言すると、発光素子１１，１２，１３，１４を第１の変調信号ＳＧ１で発光させ、発光素子２１，２２，２３，２４を第２の変調信号ＳＧ２で発光させることにより、対象物ＯＢまでの距離ｄを計測可能な距離モードとして動作する。
【００２８】
２．２  傾きモード
図１及び図２Ｂを参照しながら、近接覚センサ１００の傾きモードについて説明する。傾きモードでは、発光素子１１，１３を第１の変調信号ＳＧ１によって発光させ、発光素子１２，１４を第２の変調信号ＳＧ２によって発光させる。傾きモードでの光電流Ｉ＿Ｌは［数４］で与えられる。
【数４】
2020190552.tif 000006
【００２９】
距離モードと同様に、光電流Ｉ＿Ｌの時間変化はωを含む項が支配的であるから，光電流Ｉ＿Ｌの時間変化は［数５］で与えられる。
【数５】
2020190552.tif 000007
【００３０】
ここで、Ｂは傾きモードでの光電流Ｉ＿Ｌ変化の振幅であり、位相φ（δ，ｄ）は［数６］で与えられる。
【数６】
2020190552.tif 000008
【００３１】
傾きモードでの位相φ（δ，ｄ）は、物体面Ｆの反射率αを含まないから、物体面Ｆの反射率に依存しない傾き計測が可能である。ただし，位相φ（δ，ｄ）は距離ｄを含むため、距離モードでの計測値を基に位相φの補正を行い、傾き角度δを検出する。換言すると、発光素子１１，１２は、ピンホール３１（受光素子４）から等距離に少なくとも一対設けられ、発光素子１１，１２の一方（図２Ｂでは発光素子１１）を第１の変調信号ＳＧ１で発光させ、一方に対する他方（図２Ｂでは発光素子１２）を第２の変調信号ＳＧ２で発光させることにより、対象物ＯＢの姿勢（傾き角度δ）を計測可能な傾きモードとして動作する。
【００３２】
３．同期検波回路の構成
第３節では、再び図３を参照しながら同期検波回路５の構成について詳述する。同期検波回路５は、電流電圧変換アンプ５１と、ハイパスフィルタ５２と、ロックインアンプ５３ａ，５３ｂと、ローパスフィルタ５４ａ，５４ｂと、マイクロコントローラボード５５とから構成される。
【００３３】
まず、第１の変調信号ＳＧ１及び第２の変調信号ＳＧ２が、２つの発光素子Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ入力される。発光素子Ｌ１，Ｌ２の組合せはモードごとに異なるが、詳細は第２節において説明した通りである。
【００３４】
そして、発光素子Ｌ１，Ｌ２から拡散光が照射され、対象物ＯＢにおける物体面Ｆで反射して受光素子４がこれを受光する。これによって流れる光電流Ｉ＿Ｌは、電流電圧変換アンプ５１によって光電圧Ｖ＿Ｌに変換されるとともにその低周波成分がハイパスフィルタ５２によって除去される。
【００３５】
続いて、かかる光電圧Ｖ＿Ｌを、第１の変調信号ＳＧ１及び第２の変調信号ＳＧ２を参照信号として、二位相式のロックインアンプ５３ａ，５３ｂに入力する。得られた出力に対してローパスフィルタ５４ａ，５４ｂによって高周波成分を除去し、マイクロコントローラボード５５に入力して演算させることで、高精度に所望の位相φが検出される。
【００３６】
このような構成によれば、一般的な距離センサの２０倍以上の距離分解能を持ち、１ミリ秒以内で距離と傾きを検出可能な近接覚センサを実現することができる。
【００３７】
ところで、図４Ａに示されるように、同期検波回路５は、デジタル回路を構成するデジタル回路基板Ｃ１とアナログ回路を構成するアナログ回路基板Ｃ２とから構成される。すなわち、デジタル回路と、アナログ回路とが別々の基板であるデジタル回路基板Ｃ１とアナログ回路基板Ｃ２とに設けられている。また、図４Ｂに示されるように、デジタル回路基板Ｃ１及びアナログ回路基板Ｃ２は、受光素子４に対して略垂直に接続されている。
【００３８】
さらに、図５に示されるように、アナログ回路基板Ｃ２における回路パターンは、その周囲が接地されていることに留意されたい。
【００３９】
図４Ａ、図４Ｂ、及び図５に示されるような構成をとることで、アナログ・デジタル回路間の容量結合が小さくなり、図６Ａに示されるように、位相φの検出精度をより高めることができる。なお、かかる構成を具備しない場合を比較例として、図６Ｂに示しているので参照されたい。
【００４０】
４．その他
本実施形態に係る近接覚センサ１００をさらに創意工夫してもよい。
【００４１】
第１節で説明したように、受光素子４は、基材２における収容部２Ｓに設けられることとなるが、側面４１がむき出しになっているため、側方から外乱光が混入して検出精度を低下させるおそれがある。そこで、受光素子４は、かかる側面４１を遮光するような不図示の遮光部材（例えば遮光スペーサ等）を具備してもよい。
【００４２】
また、図７Ａに示されるように、基材３を基材２上に配置するにあたり、ネジ止めすることが考えられる。したがって、基材３にはネジ頭３３が露出することとなるが、これによる乱反射が検出精度を低下させるおそれがある。そこで、図７Ｂに示されるように、基材３がネジ頭３３を遮蔽するような遮光部材３４（例えば遮光・反射防止黒色フィルム等）を具備してもよい。
【００４３】
また、同期検波回路５は、図３に示された構成に限定されるものではない。例えば、図３に示された構成に代えて、同期検波回路５を、高速ＡＤ変換器と、マイコン又はＦＰＧＡとを具備するデジタル同期検波回路として実施してもよい。
【００４４】
発光素子１１，１２，１３，１４，２１，２２，２３，２４を矩形波で発光させると、受光素子４においても同じ矩形波の形で観測されうる（測定信号）。測定信号に対して、発光の時間に１、消灯の時間に−１を乗じて折り返すと、全体としては正の値を有する信号が得られる。このようにして、矩形波に同期した信号の強度を得ることができる。これを２系統用意し、発光パターンを直交させることで、１つの近接覚センサ１００で各々の反射光強度を、独立に、測定することができる。
【００４５】
換言すると、同期検波回路５は、測定信号及び参照信号を入力可能に構成される。測定信号に参照信号を乗じた出力値を出力するように構成される。測定信号は、第１の変調信号ＳＧ１及び第２の変調信号ＳＧ２によって受光素子４から発生した光電流Ｉ＿Ｌに基づく信号である。参照信号は、正（＋１）及び負（−１）のゲイン値を切替可能に有する信号である。
【００４６】
図８は、測定信号を参照信号で同期して信号の符号を反転した結果（比較例）を示す図である。前述の折返しに際して、参照信号を測定信号に同期させても、測定信号の取得に信号遅延ｄｔがあるため、参照信号が−１ゲインとなっても、測定信号は信号遅延ｄｔをしている間はプラスとなっている。その結果、測定信号を平滑化（ローパスフィルタ）してもスパイクノイズが発生する。
【００４７】
かかるスパイクノイズを除去するため、−１ゲインと＋１ゲインを有する参照信号に０ゲインを加える。具体的には、参照信号が＋１ゲインと−１ゲインの間を変化する時にゼロゲイン時間ｄｓを設定し、参照信号を０ゲインにさせる。図９は、参照信号に０ゲインを加えて、参照信号と測定信号を乗算した結果（実施例）を示す図である。このように０ゲインを加えることで、信号遅延ｄｔの発生している間は、測定信号は０［Ｖ］となるためスパイクノイズが除去される。
【００４８】
換言すると、参照信号は、ゲイン値が切り替わる場合に、所定の時間において０のゲイン値を有する。この所定の時間は、測定信号の値が安定するまでの時定数に基づいて決定される。これにより出力値におけるスパイクノイズを抑制するように構成される。
【００４９】
図１０は、参照信号に０ゲインを加えた測定信号の出力結果のグラフである。グラフの縦軸は所定の電圧値Ｖ０に対する無次元数であり、横軸は時間である。以下グラフの縦軸と横軸は同じ指標である。図１０に示すように、参照信号を変化させた時に発生するスパイクノイズが除去され、理論的な出力結果に近づく。図１１は、スパイクノイズを除去した平滑化（ローパスフィルタ）の結果のグラフである。図１２は、スパイクノイズを除去した平滑化（ローパスフィルタ）の結果を拡大したグラフである。図１２に示すように、理論値との電圧の差異は、スパイクノイズを除去しない場合の電圧値Ｖ１で、スパイクノイズを除去した場合の電圧値Ｖ２である。Ｖ１／Ｖ２は、約０．２であるため、理論値に約８０％近づく。
【００５０】
図１３は、スパイクノイズを除去するアナログ回路を示す回路図である。同期検波回路５は、サンプル＆ホールド回路６を含む。図１３内のサンプル＆ホールド回路６によって、スパイクノイズが除去される。ここで、サンプル＆ホールド回路６のコンデンサは、電圧保持の役割及びチャージインジェクション除去の役割を果たす。図１４は、スパイクノイズを除去するデジタル同期検波回路７を示す回路図である。このように同期検波回路５は、アナログではなくデジタル同期検波回路７であってもよい。デジタルフィルタ回路７１によって、スパイクノイズが除去される。
【００５１】
このようにスパイクノイズを除去することによって、より高精度に近い距離もしくは距離０の状態を計測することができる。
【００５２】
５．結言
以上のように、本実施形態によれば、高い動作周波数を有し、近い距離もしくは距離０の状態を計測可能な近接覚センサ１００を実施することができる。
【００５３】
すなわち、近接覚センサであって、基材と、発光素子と、受光素子と、同期検波回路とを備え、前記発光素子は、前記基材上において異なる位置に複数設けられ、互いに直交する第１及び第２の変調信号を用いて発光可能に構成され、前記受光素子は、前記基材の内部に配置され、且つピンホールを介して外部光を受光するとともに光電流を発生可能に構成され、前記同期検波回路は、前記光電流のうちの特定成分の位相を検出可能に構成され、ここで前記特定成分とは、前記発光素子から照射され且つ対象物を反射した合成反射光に起因する成分で、前記位相は、前記対象物までの距離の関数で表される、近接覚センサが提供される。
【００５４】
次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記近接覚センサにおいて、前記発光素子は、第１及び第２の発光素子を有し、前記第１及び第２の発光素子は、前記基材の高さ方向において、互いに異なる高さの箇所に配置される、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記第１の発光素子を前記第１の変調信号で発光させ、前記第２の発光素子を前記第２の変調信号で発光させることにより、前記対象物までの距離を計測可能な距離モードとして動作する、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記第１の発光素子は、前記ピンホールから等距離に少なくとも一対設けられ、前記一対の第１の発光素子の一方を前記第１の変調信号で発光させ、前記一方に対する他方を前記第２の変調信号で発光させることにより、前記対象物の姿勢を計測可能な傾きモードとして動作する、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記距離モードと前記傾きモードとを切替可能に構成される、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記基材は、第１〜第３の基材を有し、前記第１の基材上に前記第１及び第２の発光素子の一方が配置され、前記第２の基材は、前記第１の基材上に配置され、当該第２の基材上に前記第１及び第２の発光素子の他方が配置され、収容部を有し、前記収容部に前記受光素子が配置され、前記第３の基材は、前記ピンホールを備え、前記受光素子が前記ピンホールを介して前記外部光を受光するように、前記第２の基材上に配置される、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記第３の基材は、遮光部材を備える、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記第１発光素子は、前記ピンホールから等距離に４つ設けられ、４つの前記第１発光素子うちの２つは、第１の方向に沿って配置され、残りの２つは、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って配置され、前記第２発光素子は、前記ピンホールから等距離に４つ設けられ、４つの前記第２発光素子うちの２つは、前記第１の方向に沿って配置され、残りの２つは、前記第２の方向に沿って配置される、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記受光素子の側面に遮光部材が設けられる、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記同期検波回路を構成する回路基板と、前記受光素子とが略垂直に接続されている、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記回路基板は、アナログ回路基板を含み、前記アナログ回路基板の回路パターンは、その周囲が接地されるように構成される、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記同期検波回路は、測定信号及び参照信号を入力可能に構成され、且つ前記測定信号に前記参照信号を乗じた出力値を出力するように構成され、前記測定信号は、前記第１及び第２の変調信号によって前記受光素子から発生した光電流に基づく信号で、前記参照信号は、前記第１及び第２の変調信号に基づき、正及び負のゲイン値を切替可能に有する信号である、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記参照信号は、前記ゲイン値が切り替わる場合に、所定の時間において０のゲイン値を有し、これにより前記出力値におけるスパイクノイズを抑制するように構成される、近接覚センサ。
前記近接覚センサにおいて、前記所定の時間は、前記測定信号の値が安定するまでの時定数に基づいて決定される、近接覚センサ。
もちろん、この限りではない。
【００５５】
最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１      ：基材
１１    ：発光素子
１２    ：発光素子
１３    ：発光素子
１４    ：発光素子
１９    ：段差
２      ：基材
２Ｓ    ：収容部
２１    ：発光素子
２２    ：発光素子
２３    ：発光素子
２４    ：発光素子
３      ：基材
３１    ：ピンホール
３３    ：ネジ頭
３４    ：遮光部材
４      ：受光素子
４１    ：側面
５      ：同期検波回路
５１    ：電流電圧変換アンプ
５２    ：ハイパスフィルタ
５３ａ  ：ロックインアンプ
５３ｂ  ：ロックインアンプ
５４ａ  ：ローパスフィルタ
５４ｂ  ：ローパスフィルタ
５５    ：マイクロコントローラボード
６      ：サンプル＆ホールド回路
７      ：デジタル同期検波回路
７１    ：デジタルフィルタ回路
１００  ：近接覚センサ
Ｃ１    ：デジタル回路基板
Ｃ２    ：アナログ回路基板
Ｆ      ：物体面
Ｉ＿Ｌ  ：光電流
Ｌ１    ：発光素子
Ｌ２    ：発光素子
ＯＢ    ：対象物
Ｒ      ：反射点
ＳＧ１  ：第１の変調信号
ＳＧ２  ：第２の変調信号
Ｖ＿Ｌ  ：光電圧
ｄ      ：距離
ｄ＿０  ：高さ
α      ：反射率
δ      ：傾き角度
φ      ：位相
Ａ１    ：振幅１
Ａ２    ：振幅２
ｄｓ    ：ゼロゲイン時間
ｄｔ    ：信号遅延
Ｖ０    ：所定の電圧値
Ｖ１    ：電圧値
Ｖ２    ：電圧値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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