(57)【要約】【課題】検出感度や検出装置としての応答を損なうことなく消費電力の低減を図り、それでいて回路規模を増大させずに装置の小型化を図る光変調型検出装置を提供する。【解決手段】光変調型検出装置１５０は、パルス信号変換部１１２の受光信号経路を遮断してそのオフセットを抑圧し、当該期間の終了時点でその状態を保持するとともに上記受光信号経路を再接続するオフセットキャンセル（以下「ＯＣ」）期間と、当該ＯＣ期間後に、パルス光１０１が放射されていない期間に受光信号１０４が存在する非同期受信（以下「ＡＧ」）の有無を検出するＡＧ期間とを含むノイズ検知モードＭ１と、上記ＡＧ有りと検出されなかったノイズ検知モードＭ１後に、パルス光１０１が放射されている期間と同時に受光信号１０４が存在する同期受信（以下「ＳＧ」）の有無を検出するＳＧ期間を含む物体検知モードＭ２とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子からパルス光を放射し、検出すべき物体にて反射もしくは透過した上記パルス光を受光する受光素子から出力された受光信号に基づいて、上記物体の有無を検出する光変調型検出装置であって、
上記受光信号をパルス信号に変換するとともに、受光信号経路を遮断して自身のオフセットを抑圧するパルス信号変換部と、
上記パルス信号を用いて、上記パルス光が放射されていない期間に上記受光信号が存在する第１状態であるか否かを検出するとともに、上記パルス光が放射されている期間と同時に上記受光信号が存在する第２状態であるか否かを検出する検出部とを備え、
上記パルス信号変換部の上記受光信号経路を遮断して上記パルス信号変換部のオフセットを抑圧し、当該第１期間の終了時点で上記オフセットが抑圧された状態を保持するとともに上記パルス信号変換部の上記受光信号経路を再接続する第１期間と、当該第１期間後において、上記第１状態であるか否かを検出する第２期間とを含む第１動作モードと、
上記第１状態でないことを検出した上記第１動作モード後において、上記第２状態であるか否かを検出する第３期間を少なくとも含む第２動作モードとの動作モードを有することを特徴とする光変調型検出装置。
【請求項２】
上記第２動作モードは、上記第１期間をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光変調型検出装置。
【請求項３】
上記第２動作モードは、上記第２期間をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光変調型検出装置。
【請求項４】
上記第２動作モードは、上記第１期間および上記第２期間をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光変調型検出装置。
【請求項５】
上記光変調型検出装置は、上記検出部の検出結果に基づき、上記物体の有無を判定する判定部をさらに備え、
上記第１動作モードの開始に伴って開始される第１周期が設けられており、
上記第１動作モードにおいては、上記第１周期内に、上記第２期間において上記第１状態であると検出されなかった場合は上記第２動作モードに遷移し、上記第１状態であると検出された場合は上記第１期間に遷移し、
上記第２動作モードにおいては、上記第１動作モードから引き続く上記第１周期内に、上記第３期間において上記第２状態であるとｎ（ｎは自然数）回連続して検出された場合は上記物体有りと判定され、ｎ回連続して検出されなかった場合は上記物体無しと判定され、
上記第２期間後、もしくは上記第２期間前後、かつ上記第２動作モードの最後に、上記検出部において処理内容を検出無しにリセットし、
上記第１周期の終了とともに上記第１動作モードに遷移することを特徴とする請求項１または２に記載の光変調型検出装置。
【請求項６】
上記光変調型検出装置は、上記検出部の検出結果に基づき、上記物体の有無を判定する判定部をさらに備え、
上記第１動作モードの開始に伴って開始される第１周期が設けられており、
上記第１動作モードにおいては、上記第１周期内に、上記第２期間において上記第１状態でないと検出された場合は上記第２動作モードに遷移し、上記第１状態であると検出された場合は上記第１期間に遷移し、
上記第２動作モードにおいては、上記第３期間後に上記第２期間が含まれ、上記物体無しと判定されている場合は、上記第１動作モードから引き続く上記第１周期内に、ｎ（ｎは自然数）回連続して上記第３期間において上記第２状態であると検出され、かつ、上記第２期間においてｎ回連続して上記第１状態であると検出されなかった場合は上記物体有りと判定され、
一方上記物体有りと判定されている場合は、上記第１動作モードから引き続く上記第１周期内に、上記第３期間において上記第２状態であるとｎ回連続して検出された場合は上記物体有りと判定され、
上記第２期間後、もしくは上記第２期間前後、かつ上記第２動作モードの最後に、上記検出部において処理内容を検出無しにリセットし、
上記第１周期の終了とともに上記第１動作モードに遷移することを特徴とする請求項３または４に記載の光変調型検出装置。
【請求項７】
上記光変調型検出装置は、上記物体の有無の判定結果を外部に出力する外部出力部をさらに備え、
上記動作モードは、上記光変調型検出装置の起動に伴い、上記検出部において処理内容を検出無しにリセットするとともに、当該リセットを受けて上記判定部において上記物体無しの判定を行い、当該判定結果を上記外部出力部が外部に出力する起動モードをさらに含むことを特徴とする請求項５または６に記載の光変調型検出装置。
【請求項８】
上記動作モードは、上記物体有りと判定された後、上記第１周期が終了するまでの間に、上記発光素子の駆動に用いられる第１パルス信号と、上記パルス信号変換部におけるオフセット抑圧のゲート信号としての第２パルス信号と、上記検出部における上記第２期間のゲート信号としての第３パルス信号と、上記検出部における処理内容をリセットするためのリセット信号としての第４パルス信号との供給を中断する中断モードを含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
【請求項９】
上記中断モードは、上記各パルス信号の供給の中断とともに、上記発光素子を駆動する発光素子駆動部及び上記パルス信号変換部の少なくとも一部分への電力供給を停止して間欠的にシャットダウンすることにより行うことを特徴とする請求項８に記載の光変調型検出装置。
【請求項１０】
上記第１周期は、商用電源の半周期以上であることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
【請求項１１】
上記第１周期は、変更可能であることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
【請求項１２】
上記物体有りと判定された後で上記第１動作モードに遷移した場合は、上記第１期間を経て上記第２期間に検出された検出結果には依存せずに上記第２動作モードへ遷移することを特徴とする請求項５〜１１のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
【請求項１３】
上記パルス信号変換部はヒステリシスを備えており、
上記物体有りと判定された場合は、上記物体無しと判定された場合と比較して上記ヒステリシスの値をより小さい値に設定することを特徴とする請求項５〜１２のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
【請求項１４】
上記第１動作モードでの、上記検出部における上記第２期間のゲート信号としての第３パルス信号のパルス幅である第１パルス幅と、上記第２動作モードでの、上記第３パルス信号のパルス幅である第２パルス幅とは、それぞれ等しいことを特徴とする請求項６に記載の光変調型検出装置。
【請求項１５】
上記第１、第２パルス幅は、上記光変調型検出装置の使用が想定される環境下において主要な外乱光成分が有する周波数成分の最大ピークを与える周波数に対して、その逆数よりも長く設定されることを特徴とする請求項１４に記載の光変調型検出装置。
【請求項１６】
上記動作モードは、上記光変調型検出装置を構成するすべての構成への電力供給を停止する定常的シャットダウンモードをさらに有し、
上記定常的シャットダウンモード以外の上記各モード及び上記各期間から上記定常的シャットダウンモードへの遷移は、上記発光素子の駆動に用いられる第１パルス信号と、上記パルス信号変換部におけるオフセット抑圧のゲート信号としての第２パルス信号と、上記検出部における上記第２期間のゲート信号としての第３パルス信号と、上記検出部における処理内容をリセットするためのリセット信号としての第４パルス信号との供給が行われていない状態で、かつ、上記パルス信号変換部の上記受光信号経路を遮断している状態で行われることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
【請求項１７】
上記外部出力部は、
上記物体の有無の判定結果を保存するレジスタと、
上記レジスタの値をバッファする第１出力部と、
上記判定結果が変更された場合にのみ外部にリーディングエッジを発生するとともに、当該リーディングエッジ発生後外部からその処理内容がリセットされ、当該リセットを受けてトレーリングエッジを発生する第２出力部とを有し、
上記光変調型検出装置は、上記レジスタの値を保持させたまま上記第１動作モードに遷移することを特徴とする請求項７〜１６のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
【請求項１８】
上記光変調型検出装置は、上記発光素子以外の構成がモノリシックに集積された集積回路を具備することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光変調型検出装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光変調型検出装置を搭載していることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いた物体検出装置である光変調型検出装置に関し、特に携帯電話機等のポータブル機器に搭載するための小型、低消費電力、かつ高感度な光変調型検出装置、およびそれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動ドア、衛生器具の自動洗浄装置、あるいはアミューズメント機器などに向け、パルス光を投射し物体からの反射光を検出して物体の有無を検知する検出装置が周知である。具体的な構成の例として、特許文献１，２に開示されている技術が挙げられる。
【０００３】
一方で、多機能化と小型化あるいは薄型化とが進む携帯電話機やメディアプレイヤ等のポータブル機器に、近接する物体の有無を検出するセンサ（以下「近接センサ」と言う）を搭載したものが登場している。その用途として以下のような例がある。
（１）電話機能及び表示画面を有するポータブル機器における表示画面用バックライトのＯＮ／ＯＦＦ制御。例えば、通話時に人肌の接近を検出すると液晶画面のバックライトをＯＦＦし、非近接状態への変化を検出すると再びＯＮする。これによりシステム全体の低消費電力化を図る。
（２）電話機能及びタッチパネル機能を有するポータブル機器におけるタッチパネル機能のＯＮ／ＯＦＦ制御。例えば、通話する際あるいは機器をポケットに挿入した際にタッチパネル機能をＯＦＦさせる。これによってシステムの誤動作を防止する。
（３）無線通信機能を有するポータブル機器におけるタッチレススイッチ。例えば、無線通信によるワイヤレスマウス、ワイヤレスキーボード、ゲーム機のコントローラ等にその操作者が指や手を近づけると起動し遠ざけるとスリープする。これにより機器の低消費電力化を図る。
【０００４】
上記のようなポータブル機器のアプリケーションに向けた近接センサには、従来の光センサ技術に対して、より高い太陽光や蛍光灯などの外乱光への耐性とともに、所望の検知感度や応答時間等のセンシング特性を極めて小さい実装面積で実現し、近接センサ自身が極めて低消費電力であることが強く望まれる。
【特許文献１】実開平６−１８９８３号公報（１９９４年３月１４日公開）
【特許文献２】特開２００６−１０８３５６号公報（２００６年６月８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような検出装置において、検知感度を損なわずに小型化を達成するためには、受光部や受光素子の小型化／高感度化と同時に、受光信号の増幅回路の高感度化、あるいは発光素子の光量増加が必要である。しかしながら、この場合、上記増幅回路あるいは発光素子駆動回路における消費電力の増加を招く。また、受光部−発光部間の光学的あるいは電気的なクロストークの増大や外乱光耐性の低下に起因する誤作動を起こしやすくなる。
【０００６】
また、上記のような小型かつ低消費電力の検出装置に、上記各文献で開示された検出方式を適用しようとすると、小型の近接センサとしてのモノリシック化あるいはモジュール化が困難であったり、センサとしての応答に問題が生じたり、現実のセンサ回路として所望の検知感度等のアナログ特性を実現するために必要な雑音やオフセットを抑圧するための手法と両立し難いあるいは相反する場合が多々ある。
【０００７】
例えば、特許文献１に開示されている技術においては、外乱光耐性を高めるため、発光していない期間に受光があればなくなるまで待つという処理を行う物体検出装置が開示されている。図１０にその処理のフローチャートを示す。具体的には、０．７秒に１回検出装置の受光回路が起動され、動作開始後５ｍｓの間、外乱光がなくなるのを待って発光し、対応する反射光の有無を観測する。また、５ｍｓ以上外乱光が継続する場合は、観測不可能かつ反射物は無いと仮定して、０．７秒後の次回起動を待つ。
【０００８】
このアルゴリズムでは、以下に示すような問題を生じる。
【０００９】
それはすなわち、まず、外乱光に対しては、発光していないすべての期間が観測対象となるため、外乱光以外のノイズ要因（例えば回路の温度ドリフトや電源ノイズ等）の影響が甚大である。また、０．７秒といった極めて長い時間間隔で状態をサンプリングすることになるため、外乱光が十分に減衰する期間が短かったり、あるいは外乱光強度が何らかの周期構造を有して時間変動をするような場合には、うなりの周期に偶然合致したタイミングでしか反射光の観測機会が得られず、低い確率での動作しか期待できない。従って、本発明の対象である連続的な人体の動きをトラッキングするような近接センサとしての応答及び精度を満足することができない。また、反射光の観測においても、発光パルスパターンに対する受信パルス数のカウントもしくはレベルセンスのみであり、時間軸上でより細かく検出装置の動作を制御するための判断材料を得ることができない。このように、外乱光環境下で確実に反射光を観測するために、そのタイミングを的確にサーチするための要素がまったく含まれておらず、時間軸方向の観測精度が極めて粗い。
【００１０】
次に、特許文献２に開示されている技術では、図１１に示すように、外乱光耐性を高めるため、発光パルスのパターンに工夫を凝らしている。すなわち、発光パルス幅の２倍の周期で発光を複数回繰り返し、信号光の主要な周波数成分を外乱光の周波数成分よりも高く設定する。同図における上記繰り返し回数は２である。しなしながら、その主旨を鑑みれば送受信回路の帯域幅を必要以上に高周波側に広げる必要が生じることとなる。従って、検知回路内では高周波まで雑音成分を拾ってしまい高感度化を達成することが難しくなる。また、図１１のようなアルゴリズムのみでは、検知出力の更新が速すぎてチャタリングするため、本発明の対象である連続的な人体の動きをトラッキングするような近接センサとしての応答特性を満足することができない。
【００１１】
また、小型の検出装置を実現するために、微細ＣＭＯＳプロセスを採用してアナログデジタル混載の高集積化を図る際、素子ばらつきによって集積回路内に生じるオフセット電圧が検出装置の感度を大きく劣化させる主要因になる。
【００１２】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、検出感度や検出装置としての応答を損なうことなく消費電力の低減を図り、それでいて回路規模を増大させずに装置の小型化を図る光変調型検出装置、およびそれを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記課題を解決するために、発光素子からパルス光を放射し、検出すべき物体にて反射もしくは透過した上記パルス光を受光する受光素子から出力された受光信号に基づいて、上記物体の有無を検出する光変調型検出装置であって、上記受光信号をパルス信号に変換するとともに、受光信号経路を遮断して自身のオフセットを抑圧するパルス信号変換部と、上記パルス信号を用いて、上記パルス光が放射されていない期間に上記受光信号が存在する第１状態であるか否かを検出するとともに、上記パルス光が放射されている期間と同時に上記受光信号が存在する第２状態であるか否かを検出する検出部とを備え、上記パルス信号変換部の上記受光信号経路を遮断して上記パルス信号変換部のオフセットを抑圧し、当該第１期間の終了時点で上記オフセットが抑圧された状態を保持するとともに上記パルス信号変換部の上記受光信号経路を再接続する第１期間と、当該第１期間後において、上記第１状態であるか否かを検出する第２期間とを含む第１動作モードと、上記第１状態でないことを検出した上記第１動作モード後において、上記第２状態であるか否かを検出する第３期間を少なくとも含む第２動作モードとの動作モードを有することを特徴としている。
【００１４】
上述のように、小型の検出装置を実現するために、微細ＣＭＯＳプロセスを採用してアナログデジタル混載の高集積化を図る際、素子ばらつきによって集積回路内に生じるオフセット電圧が検出装置の感度を大きく劣化させる。しかしながら、上記オフセット電圧を抑圧する構成は、概して定常的（常時接続）で大きな位相補償容量が必要であり、回路規模が大きくなりがちである。
【００１５】
これに対し、本発明に係る光変調型検出装置では、パルス信号変換部において受光信号の増幅経路を遮断して、いかなる外乱光環境下であっても常に回路自身のオフセットキャンセルを正常に行うことができる。また、信号経路の遮断点を低インピーダンスでバイアスしオフセットキャンセル期間が終了し回路接続を通常の信号増幅経路に再接続した際に、過剰な過渡電圧を発生せず安定して信号増幅を行うことが可能となる。
【００１６】
このような構成とすることで、大きな位相補償容量が必要となる定常的なオフセット抑圧構成を採用することなくパルス信号変換部のオフセットを継続的に抑圧しつつ、外乱光の影響がない状態をサーチして発光素子を駆動して、高感度な状態で物体の有無の検出を行うことが可能になる。従って、回路規模やバイアス電流の増大を招くことなく、検出装置の高感度化と誤動作の防止を図ることができる。
【００１７】
以上により、検出感度や検出装置としての応答を損なうことなく消費電力の低減を図り、それでいて回路規模を増大させずに装置の小型化を図る光変調型検出装置を提供することができるという効果を奏する。
【００１８】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記第２動作モードは、上記第１期間をさらに含むことが好ましい。
【００１９】
上記の構成によれば、上記第２動作モードにも上記第１期間を含むため、上記第２動作モードに上記第１期間を含まない場合と比較して、より高感度な状態で物体の有無の検出を行うことが可能になる。具体的には、上記第２動作モードは、上記第３期間前に上記第１期間を含むように構成される。
【００２０】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記第２動作モードは、上記第２期間をさらに含むことが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、上記第２動作モードにも上記第２期間を含むため、特により複雑な外乱光レベルの時間変化に対して影響を受けにくく、上記第２動作モードに上記第２期間を含まない場合と比較して、より誤動作なく物体の有無の検出を行うことが可能になる。具体的には、上記第２動作モードは、上記第３期間後に上記第２期間を含むように構成される。
【００２２】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記第２動作モードは、上記第１期間および上記第２期間をさらに含むことが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、上記第２動作モードにも上記第１期間および上記第２期間を含むため、上記第２動作モードに上記第１期間および上記第２期間を含まない場合と比較して、より高感度な状態で、かつより複雑な外乱光レベルの時間変化に対して影響を受けにくいためより誤動作なく物体の有無の検出を行うことが可能になる。
【００２４】
具体的には、上記第２動作モードは、上記第３期間前に上記第１期間を、かつ上記第３期間後に上記第２期間をさらに含み、あるいは、上記第３期間前後に上記第１期間を、かつ当該第３期間後の第１期間後に上記第２期間をさらに含むように構成される。
【００２５】
また、以上のように、上記第２動作モード時は、上記第１期間と上記第３期間、上記第２期間と上記第３期間、あるいは上記第１期間と上記第２期間と上記第３期間などの上述した各パターンが可能であり、高い設計自由度が得られる。
【００２６】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記光変調型検出装置は、上記検出部の検出結果に基づき、上記物体の有無を判定する判定部をさらに備え、上記第１動作モードの開始に伴って開始される第１周期が設けられており、上記第１動作モードにおいては、上記第１周期内に、上記第２期間において上記第１状態であると検出されなかった場合は上記第２動作モードに遷移し、上記第１状態であると検出された場合は上記第１期間に遷移し、上記第２動作モードにおいては、上記第１動作モードから引き続く上記第１周期内に、上記第３期間において上記第２状態であるとｎ（ｎは自然数）回連続して検出された場合は上記物体有りと判定され、ｎ回連続して検出されなかった場合は上記物体無しと判定され、上記第２期間後、もしくは上記第２期間前後、かつ上記第２動作モードの最後に、上記検出部において処理内容を検出無しにリセットし、上記第１周期の終了とともに上記第１動作モードに遷移することが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、上記第２動作モードにおいて、上記第２期間を設けず、外乱光ノイズレベルが変動する前に上記第３期間を繰り返し行うことによって、検出結果の信頼性を向上することができる。
【００２８】
また、オフセット抑圧完了後の状態が許容精度を維持できる時間は有限であるが、上記の構成によれば、動作モードによらず上記第１期間から上記第２期間あるいは上記第３期間までの時間間隔に対して上限値を設定することができる。従って、上記第１動作モードと上記第２動作モードとを一定の周期で繰り返しながら複雑な外乱光ノイズレベルの変化に対応して正常な動作を継続することが可能になる。
【００２９】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記検出部の検出結果に基づき、上記物体の有無を判定する判定部をさらに備え、上記第１動作モードの開始に伴って開始される第１周期が設けられており、上記第１動作モードにおいては、上記第１周期内に、上記第２期間において上記第１状態でないと検出された場合は上記第２動作モードに遷移し、上記第１状態であると検出された場合は上記第１期間に遷移し、上記第２動作モードにおいては、上記第３期間後に上記第２期間が含まれ、上記物体無しと判定されている場合は、上記第１動作モードから引き続く上記第１周期内に、ｎ（ｎは自然数）回連続して上記第３期間において上記第２状態であると検出され、かつ、上記第２期間においてｎ回連続して上記第１状態であると検出されなかった場合は上記物体有りと判定され、一方上記物体有りと判定されている場合は、上記第１動作モードから引き続く上記第１周期内に、上記第３期間において上記第２状態であるとｎ回連続して検出された場合は上記物体有りと判定され、上記第２期間後、もしくは上記第２期間前後、かつ上記第２動作モードの最後に、上記検出部において処理内容を検出無しにリセットし、上記第１周期の終了とともに上記第１動作モードに遷移することが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、上記第２動作モードにおいては上記第３期間後に上記第２期間が含まれ、当該両期間を対の状態で監視することにより、外乱光ノイズレベルが低周波ドリフトのみならず突発的に増大するような場合でも、直前の判定結果を保持して上記第１動作モードに戻り、上記第３期間に適したタイミングを再サーチすることが可能となり、誤動作をより効果的に防止できる。
【００３１】
また、上記の構成のように、物体無しから有り、物体有りから無しへの各判定条件を非対称な構成にすることで、外乱光は受光信号として負の値にはなり得ないことを利用してアルゴリズム上のヒステリシスを設け、より効果的に誤動作を防止することが可能になる。
【００３２】
また、オフセット抑圧完了後の状態が許容精度を維持できる時間は有限であるが、上記の構成によれば、動作モードによらず上記第１期間から上記第２期間あるいは上記第３期間までの時間間隔に対して上限値を設定することができる。従って、上記第１動作モードと上記第２動作モードとを一定の周期で繰り返しながら複雑な外乱光ノイズレベルの変化に対応して正常な動作を継続することが可能になる。
【００３３】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記物体の有無の判定結果を外部に出力する外部出力部をさらに備え、上記動作モードは、上記光変調型検出装置の起動に伴い、上記検出部において処理内容を検出無しにリセットするとともに、当該リセットを受けて上記判定部が上記物体無しの判定を行い、当該判定結果を上記外部出力部が外部に出力する起動モードをさらに含むことが好ましい。
【００３４】
上記の構成によれば、上記光変調型検出装置の起動に伴い、上記検出部において処理内容を検出無しにリセットすることで、各部が所望の動作をしないことを防ぎ、また、上記外部出力部が上記物体無しの判定結果を外部に出力することで、その後状態の変化に合わせて判定結果を変更して外部に出力することになるため、外部から見た検出装置としての応答がより自然かつ妥当なものになる。
【００３５】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記動作モードは、上記物体有りと判定された後、上記第１周期が終了するまでの間に、上記発光素子の駆動に用いられる第１パルス信号と、上記パルス信号変換部におけるオフセット抑圧のゲート信号としての第２パルス信号と、上記検出部における上記第２期間のゲート信号としての第３パルス信号と、上記検出部における処理内容をリセットするためのリセット信号としての第４パルス信号との供給を中断する中断モードを含むことが好ましい。
【００３６】
上記の構成によれば、不要な動作を省いて上記光変調型検出装置の時間平均消費電流をさらに低減できる。
【００３７】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記中断モードは、上記各パルス信号の供給の中断とともに、上記発光素子を駆動する発光素子駆動部及び上記パルス信号変換部の少なくとも一部分への電力供給を停止して間欠的にシャットダウンすることにより行うことが好ましい。
【００３８】
上記の構成によれば、不要な動作を省いて上記光変調型検出装置の時間平均消費電流をさらに低減できる。
【００３９】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記第１周期は、商用電源の半周期以上であることが好ましい。
【００４０】
上記の構成によれば、上記第１周期を商用電源の半周期以上としてインバータ蛍光灯の光強度包絡線が有するうねりの周期と同程度もしくはより長く設定し、その間少なくとも上記第１動作モードによって上記第１期間と上記第２期間とを行う（継続的に繰り返す）ことにより、インバータ蛍光灯の影響を受けず高感度で上記第３期間を行える期間を確実にサーチすることができる。
【００４１】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記第１周期は変更可能であることが好ましい。
【００４２】
上記の構成によれば、上記第１周期を長く設定すれば、物体有無の判定を更新する頻度が落ちるのと引き換えに、不要な発光を防止し、不要な消費電流をシャットダウンしている期間の割合を増大させ、上記光変調型検出装置の時間平均消費電流を更に劇的に低減することができる。また、上記第１周期を長くも短くも設定可能とすることによって、検出装置としての応答時間をユーザの所望の値に調整することができ有用である。またこれらの効果は、回路規模や検出装置の感度や外乱光耐性に影響を与えることなく得られる。
【００４３】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記物体有りと判定された後で上記第１動作モードに遷移した場合は、上記第１期間を経て上記第２期間に検出された検出結果には依存せずに上記第２動作モードへ遷移することが好ましい。
【００４４】
上記の構成によれば、一旦物体有りと判定した状態において、外乱光等による受光信号が異常に増大するという特異な状況下であっても、上記第２動作モードに遷移できなくなる事態を確実に回避できる。
【００４５】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記パルス信号変換部は、ヒステリシスを備えており、上記物体有りと判定された場合は、上記物体無しと判定された場合と比較して上記ヒステリシスの値をより小さい値に設定することが好ましい。
【００４６】
上記の構成によれば、上記パルス信号変換部が本来備えているパルス幅程度の時間で動作する通常のヒステリシスに、更に比較的長い時間スケールで検知状態に依存したアルゴリズム上のヒステリシスを加えることができる。従って、回路規模や消費電流の大幅な増大を招くことなく、更なる誤動作の防止を図ることができる。
【００４７】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記第１動作モードでの、上記検出部における上記第２期間のゲート信号としての第３パルス信号のパルス幅である第１パルス幅と、上記第２動作モードでの、上記第３パルス信号のパルス幅である第２パルス幅とは、それぞれ等しいことが好ましい。
【００４８】
上記の構成によれば、特定の周波数成分を含む外乱光に対して同等なゲート信号として働く。すなわち、上記パルス信号変換部の周波数応答特性に何らかの不都合が生じた場合であっても、動作モードによらず常に同じ様に第２期間結果が得られる。従って、動作モードや動作モード遷移の判定条件によって、上記第２期間の感度や応答が異なって所望の検出動作を実現できない、という事態を回避することが出来る。
【００４９】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記第１、第２パルス幅は、それぞれ上記光変調型検出装置の使用が想定される環境下において主要な外乱光成分が有する周波数成分の最大ピークを与える周波数に対して、その逆数よりも長く設定されることが好ましい。
【００５０】
上記の構成によれば、検出装置の動作とは全く無関係である外乱光ノイズの周波数成分に対して、より効率よく非同期受信を行うことができる。
【００５１】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記動作モードは、上記光変調型検出装置を構成するすべての構成への電力供給を停止する定常的シャットダウンモードをさらに有し、上記定常的シャットダウンモード以外の上記各モード及び上記各期間から上記定常的シャットダウンモードへの遷移は、上記発光素子の駆動に用いられる第１パルス信号と、上記パルス信号変換部におけるオフセット抑圧のゲート信号としての第２パルス信号と、上記検出部における上記第２期間のゲート信号としての第３パルス信号と、上記検出部における処理内容をリセットするためのリセット信号としての第４パルス信号との供給が行われていない状態で、かつ、上記パルス信号変換部の上記受光信号経路を遮断している状態で行われることが好ましい。
【００５２】
上記の構成によれば、上記第１期間中、上記第１期間への遷移中、上記定常的シャットダウンモード以外の上記各動作モードや上記各期間の遷移中に、上記光変調型検出装置の動作とは全く無関係に外部からシャットダウンされて電源からグランドへの貫通電流パスが発生する事態を確実に防止することができる。
【００５３】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記外部出力部は、上記物体の有無の判定結果を保存するレジスタと、上記レジスタの値をバッファする第１出力部と、上記判定結果が変更された場合にのみ外部にリーディングエッジを発生するとともに、当該リーディングエッジ発生後外部からその処理内容がリセットされ、当該リセットを受けてトレーリングエッジを発生する第２の出力部とを有し、上記光変調型検出装置は、上記レジスタの値を保持させたまま上記第１動作モードに遷移することが好ましい。
【００５４】
上記の構成によれば、上記光変調型検出装置をいわゆるレベルセンス型のインタラプトモードの出力とすることができる。特に、上記第１周期での判定結果更新がシステム側にとっては速すぎてチャタリングのように見える場合に、上記インタラプトモードを用いてシステム側からの読出し周期を長くして応答動作の最適化を図ることができる。これはまたシステム全体の低消費電力化にも有効である。
【００５５】
本発明に係る光変調型検出装置は、上記発光素子以外の構成がモノリシックに集積された集積回路を具備することが好ましい。
【００５６】
上記の構成によれば、検出感度や検出装置としての応答を損なうことなく消費電力の低減を図り、それでいて回路規模を増大させずに装置の小型化を図り、占有面積を節約してコストを抑制することができる。
【００５７】
本発明に係る電子機器は、上記課題を解決するために、上記光変調型検出装置を搭載していることを特徴としている。
【００５８】
上記の構成によれば、本発明に係る電子機器は、検出感度や検出装置としての応答を損なうことなく消費電力の低減を図り、それでいて回路規模を増大させずに装置の小型化を図る上記光変調型検出装置を搭載しているために、上記光変調型検出装置を複数個搭載する場合であっても低コストで構築できる。また、仕様の異なる複数の物体検知センサの機能を集積化したり、他のセンサ機能（例えば照度センサやＲＧＢセンサなど）と集積化し、１つの検出装置としてモジュール化しポータブル機器に搭載することが実現可能になる。
【発明の効果】
【００５９】
本発明に係る光変調型検出装置は、発光素子からパルス光を放射し、検出すべき物体にて反射もしくは透過した上記パルス光を受光する受光素子から出力された受光信号に基づいて、上記物体の有無を検出する光変調型検出装置であって、上記受光信号をパルス信号に変換するとともに、受光信号経路を遮断して自身のオフセットを抑圧するパルス信号変換部と、上記パルス信号を用いて、上記パルス光が放射されていない期間に上記受光信号が存在する第１状態であるか否かを検出するとともに、上記パルス光が放射されている期間と同時に上記受光信号が存在する第２状態であるか否かを検出する検出部とを備え、上記パルス信号変換部の上記受光信号経路を遮断して上記パルス信号変換部のオフセットを抑圧し、当該第１期間の終了時点で上記オフセットが抑圧された状態を保持するとともに上記パルス信号変換部の上記受光信号経路を再接続する第１期間と、当該第１期間後において、上記第１状態であるか否かを検出する第２期間とを含む第１動作モードと、上記第１状態でないことを検出した上記第１動作モード後において、上記第２状態であるか否かを検出する第３期間を少なくとも含む第２動作モードとの動作モードを有することを特徴としている。
【００６０】
上述のように、小型の検出装置を実現するために、微細ＣＭＯＳプロセスを採用してアナログデジタル混載の高集積化を図る際、素子ばらつきによって集積回路内に生じるオフセット電圧が検出装置の感度を大きく劣化させる。しかしながら、上記オフセット電圧をキャンセルする構成は、概して定常的（常時接続）で大きな位相補償容量が必要であり、回路規模が大きくなりがちである。
【００６１】
これに対し、本発明に係る光変調型検出装置では、パルス信号変換部において受光信号の増幅経路を遮断して、いかなる外乱光環境下であっても常に回路自身のオフセットキャンセルを正常に行うことができる。また、信号経路の遮断点を低インピーダンスでバイアスしオフセットキャンセル期間が終了し回路接続を通常の信号増幅経路に再接続した際に、過剰な過渡電圧を発生せず安定して信号増幅を行うことが可能となる．
このような構成とすることで、大きな位相補償容量が必要となる定常的なオフセットキャンセル構成を採用することなくパルス信号変換部のオフセットを継続的に抑圧しつつ、外乱光の影響がない状態をサーチして発光素子を駆動して、高感度な状態で物体の有無の検出を行うことが可能になる。従って、回路規模やバイアス電流の増大を招くことなく、検出装置の高感度化と誤動作の防止を図ることができる。
【００６２】
以上により、検出感度や検出装置としての応答を損なうことなく消費電力の低減を図り、それでいて回路規模を増大させずに装置の小型化を図る光変調型検出装置を提供することができるという効果を奏する。
【００６３】
また、本発明に係る電子機器は、上記光変調型検出装置を搭載していることを特徴としている。
【００６４】
上記の構成によれば、本発明に係る電子機器は、検出感度や検出装置としての応答を損なうことなく消費電力の低減を図り、それでいて回路規模を増大させずに装置の小型化を図る上記光変調型検出装置を搭載しているために、上記光変調型検出装置を複数個搭載する場合であっても低コストで構築できる。また、仕様の異なる複数の物体検知センサの機能を集積化したり、他のセンサ機能（例えば照度センサやＲＧＢセンサなど）と集積化し、１つの検出装置としてモジュール化しポータブル機器に搭載することが実現可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
本発明の実施形態について図１〜図９を用いて説明すると以下の通りである。
【００６６】
図１は、本実施形態に係る光変調型検出装置１５０の主要な動作モードの内容を示す図であるとともに（図中の上段）、その動作モードの動作を示す各信号のタイミングチャート（図中の下段）であり、図１（ａ）はノイズ検知モード（第１動作モード）Ｍ１を示しており、図１（ｂ）は物体検知モード（第２動作モード）Ｍ２を示している。また、図２は、光変調型検出装置１５０の要部構成を示すブロック図である。まずは、図２を参照して、光変調型検出装置１５０の要部構成について説明する。
【００６７】
（光変調型検出装置の要部構成）
光変調型検出装置１５０は、光を用いて物体の有無を検出する物体検出装置であって、図２に示すように、発光素子１００、受光素子１０３、クロック信号生成部１０６、パルス信号生成部１０８、発光素子駆動部１０９、パルス信号再成部（パルス信号変換部）１１２、ラッチ部（検出部）１１４，１１６、判定部１１８、および外部出力部１１９を備えている。
【００６８】
発光素子１００は、後述するパルス信号（第１パルス信号）１０７に基づき発光素子１００を駆動する発光素子駆動部１０９の駆動によって検出すべき物体（図示せず、反射物とも記載）が通過する領域にパルス光１０１を出射する。なお、後述するクロック信号１０５の周波数を例えば１２５ｋＨｚとすれば、１クロックサイクルで生成したパルス光１０１のパルス幅は８ｕｓとなる。
【００６９】
受光素子１０３は、発光素子１００から出射され、検出すべき物体にて反射した反射光（用途によっては検出すべき物体を透過した透過光）１０２を受光して、電気信号（受光電流，受光信号１０４）に変換する。受光素子１０３は、本実施形態ではフォトダイオードによって構成している。なお、受光信号１０４は、反射光１０２以外の外乱ノイズ光などによっても発生する。
【００７０】
クロック信号生成部１０６は、クロック信号１０５を生成して、生成したクロック信号１０５をパルス信号生成部１０８および判定部１１８に供給する。クロック信号１０５の周波数は、パルス信号再生部１１２のＳ／Ｎと、検出装置としての応答時間を鑑みて適宜選定すればよい。また、クロック信号生成部１０６に代えて、外部から入力したクロック信号をバッファして各部へ分配する構成としても良い。
【００７１】
パルス信号生成部１０８は、クロック信号生成部１０６から供給されたクロック信号１０５に基づき、パルス信号１０７，１１０（第３パルス信号），１１７（第４パルス信号），１２１（第２パルス信号）を生成する。そして、パルス信号１０７を後述するＮＡＮＤ回路１１４ａ、判定部１１８、および発光素子駆動部１０９に、パルス信号１１０を後述するＮＡＮＤ回路１１６ａに、パルス信号１１７を後述するＲＳフリップフロップ１１４ｂ，１１６ｂに、パルス信号１２１をパルス信号再成部１１２に、それぞれに供給する。なお、パルス信号１０７〜パルス信号１２１は、同時に活性化されることはない。
【００７２】
また、パルス信号生成部１０８は、ノイズ検知モードＭ１および物体検知モードＭ２の期間を定める第１周期Ｔ１を計数する。それゆえ、パルス信号生成部１０８は、クロック信号１０５に基づきカウンタ動作を行う最多ビット数のカウンタを用いて構成すると良い。パルス信号１０７，１１０，１１７，１２１を上記カウンタの下位ビットで生成し、上位ビットまで含めた最長周期をカウントする構成とすれば簡単に構成できる。
【００７３】
パルス信号再成部１１２は、受光素子１０３から出力された受光信号１０４を論理レベルの電圧パルス信号である再生パルス信号（パルス信号）１１１に再生（変換）する。また、パルス信号再成部１１２は、自身の回路内に生じるオフセット電圧を抑圧するオフセットキャンセルを行う。詳細については後述する。
【００７４】
ラッチ部１１４は、ＮＡＮＤ回路１１４ａおよび負論理入力のＲＳフリップフロップ（ＲＳ−ＦＦ）１１４ｂからなり、同様にラッチ部１１６は、ＮＡＮＤ回路１１６ａおよび負論理入力のＲＳフリップフロップ１１６ｂからなる。
【００７５】
ＮＡＮＤ回路１１４ａ，１１６ａは、パルス信号再成部１１２から出力された再生パルス信号１１１がそれぞれ入力されるとともに、ＮＡＮＤ回路１１４ａには同期ゲート信号としてのパルス信号１０７が、ＮＡＮＤ回路１１６ａには非同期ゲート信号としてのパルス信号１１０がそれぞれ入力される。そして、これら入力された信号の論理積を取る。これによって、パルス光１０１が放射されている期間と同時に受光信号１０４が存在する期間があるか否か（同期受信の有無、ＮＡＮＤ回路１１４ａ、第２状態であるか否か）、及び、パルス光１０１が放射されていない期間に受光信号１０４が存在するか否か（非同期受信の有無、ＮＡＮＤ回路１１６ａ、第１状態であるか否か）が抽出される。具体的には、再生パルス信号１１１とパルス信号１０７とが同じタイミングで存在した場合、「同期受信有り」と判断し、再生パルス信号１１１とパルス信号１１０とが同じタイミングで存在した場合、「非同期受信有り」と判断する。
【００７６】
ＲＳフリップフロップ１１４ｂ，１１６ｂは、リセット信号としてのパルス信号１１７がそれぞれ入力されるとともに、ＲＳフリップフロップ１１４ｂにはＮＡＮＤ回路１１４ａの出力信号が、ＲＳフリップフロップ１１６ｂにはＮＡＮＤ回路１１６ａの出力信号がそれぞれ入力される。ＲＳフリップフロップ１１４ｂは、パルス信号１１７によってリセットされるまでＮＡＮＤ回路１１４ａの出力信号（抽出結果）を保持して、同期受信が有ったことを示す同期受信出力信号１１３を判定部１１８に入力する。ＲＳフリップフロップ１１６ｂは、パルス信号１１７によってリセットされるまでＮＡＮＤ回路１１６ａの出力信号（抽出結果）を保持して、非同期受信が有ったことを示す非同期受信出力信号１１５を判定部１１８に入力する。
【００７７】
判定部１１８は、ラッチ部１１４，１１６からそれぞれ出力された同期受信出力信号１１３，非同期受信出力信号１１５によって、ノイズ検知モードＭ１および物体検知モードＭ２間の遷移を選択する。また、物体検知モードＭ２の最後において、同期受信出力信号１１３がある一定期間内に存在したか否かにより、検出すべき物体の有無を判定する。そして、この判定結果を外部出力部１１９に出力する。
【００７８】
外部出力部１１９は、判定部１１８により出力された判定結果を出力信号１２０として外部に出力する。外部出力部１１９は、上記判定結果（デジタル値）を単純にバッファ出力しても良いが、上記判定結果をレジスタに保持／更新するとともに外部からの読み出しに対してレジスタの値をバッファ出力するよう構成しても良い。
【００７９】
（パルス信号再生部の構成・動作）
次に、図３を参照して、パルス信号再生部１１２の要部構成およびその動作について説明する。図３（ａ）はパルス信号再生部１１２の要部構成を示す図であり、図３（ｂ）はパルス信号１２１の構成を示す図である。
【００８０】
まず、パルス信号再生部１１２の構成について説明する。パルス信号再生部１１２には、図３（ａ）に示すように、電流電圧変換部３００、差動入出力の主増幅器３０２、およびヒステリシス制御回路３０６を備えた差動入力の比較部３０３の３つの主要な回路ブロックが信号経路に存在し、それぞれ第１容量対３０４及び第２容量対３０５によりＡＣ結合されている。
【００８１】
電流電圧変換部３００は、受光素子１０３に接続され、受光素子１０３から出力された受光信号１０４を電流電圧変換する電流電圧変換回路３００ａと、入力インピーダンスを揃えて安定に主増幅器３０２にて差動増幅を行うためのダミー電流電圧変換回路３００ｂとを備えている。参照符号Ｒｆを付した抵抗は、帰還抵抗である。
【００８２】
第１容量対３０４はコンデンサＣ２，Ｃ３を備えており、第２容量対３０５はコンデンサＣ４，Ｃ５を備えている。主増幅器３０２は、電流電圧変換回路３００ａにて変換された電圧信号を第１容量対３０４を介して差動増幅する。
【００８３】
第１オフセットキャンセルループ３０７および第２オフセットキャンセルループ３０８は、パルス信号再生部１１２のオフセット電圧を抑圧するものであって、第１オフセットキャンセルループ３０７は、トランスミッションゲートＴ５〜Ｔ７、差動入力のエラーアンプ３１１、コンデンサＣ６、およびオペアンプ３１２を備えている。第２オフセットキャンセルループ３０８は、トランスミッションゲートＴ８〜Ｔ１０、オペアンプ３１３、およびコンデンサＣ７を有している。
【００８４】
比較部３０３は、主増幅器３０２にて差動増幅された電圧信号を再生パルス信号１１１に変換するものであって、ヒステリシス制御回路３０６、トランスミッションゲートＴ１０〜Ｔ１２、オペアンプ３１３、コンデンサＣ７，Ｃ８、およびインバータ３１４，３１５（トランスミッションゲートＴ１０、オペアンプ３１３、およびコンデンサＣ７については第２オフセットキャンセルループ３０８と共用）を有している。
【００８５】
トランスミッションゲートＴ１〜Ｔ１２の制御端子には、パルス信号１２１が入力される。トランスミッションゲートＴ１〜Ｔ１２は、Ｈ（ハイ、ＯＮ）レベルの信号が入力されることで導通するように構成されている。２つの電源Ｖ１及びＶ２は、本実施形態ではそれぞれ異なる電位であるが、同電位で良い場合もある。
【００８６】
上記の各回路ブロックに対しては種々の変形が可能である．電流電圧変換部３００及びダミー電流電圧変換部３０１の出力は，例えばソースフォロアなどのバッファ出力段を備えても良い．また，オフセットキャンセル期間中，電源Ｖ１からＴ１及びＴ２を介して容量対３０４をバイアスする際，Ｔ１及びＴ２から直接電位を与えるのではなく，インピーダンス変換を兼ねて任意のレベルシフト回路を電源Ｖ１とＴ１及びＴ２の間に設けてスルーレートを改善しても良い．また，図３のオフセットキャンセルループ３０７はシングルエンド出力でＶｃを制御しているが，当該ループを差動入出力構成とし，Ｖ１及びＶｃの両方を可変して別の参照電圧に向けて制御しても良い．その他，図３における比較器３０３のヒステリシス制御回路３０６は，ヒステリシス電流をオペアンプ３１３の出力ノードに直接流し込んだり引き抜いたりしているが，オペアンプ３１３の入力トランジスタペアにソース抵抗を付加し，当該抵抗の電圧降下を制御してヒステリシスをつけるなど種々の変形が可能であり，また比較器以外の前段回路においてもヒステリシスを得ることが可能である．
いずれにせよ，図３に示した本発明のパルス信号再生部１１２においては，Ｔ３及びＴ４によって容量対３０４以降の受光信号１０４の増幅経路を遮断することが可能である．これによって，いかなる外乱光環境下であっても常に回路自身のオフセットキャンセルを正常に行うことができる．また，オフセットキャンセル中に容量対３０４の後段側ノード（信号経路の遮断点）を低インピーダンスでバイアスすることにより，電流電圧変換回路３００あるいはダミー電流電圧変換回路３０１が発生する外乱光や外乱電磁ノイズ等に起因する出力を容量対３０４の前段側で受けることにより，オフセットキャンセル期間が終了し回路接続を通常の信号増幅経路に再接続した際，過剰な過渡電圧を発生せず安定して信号増幅を行うことが可能である．
次に、パルス信号再生部１１２の動作について説明する。光変調型検出装置１５０は、詳細は後述するが、その主要な動作モードであるノイズ検知モードＭ１および反射物検知モードＭ２の少なくとも一つに、パルス信号再生部１１２のオフセットを抑圧するオフセットキャンセル期間ＯＣを有している。
【００８７】
パルス信号再生部１１２は、オフセットキャンセル期間ＯＣにおいては、図３（ｂ）に示すような、パルス信号１２１ａ（別途「φＡ」と記載）と、当該パルス信号１２１ａの逆極性信号でありその両エッジの内側に自身の両エッジが存在するパルス信号１２１ｂ（別途「φＢ」と記載）との２系統からなるパルス信号１２１が入力され、オフセットキャンセル期間ＯＣ以外の期間においては、Ｈレベルの１系統のパルス信号１２１が入力される。
【００８８】
オフセットキャンセル期間ＯＣ以外の期間においては、パルス信号再生部１１２は、受光素子１０３から出力された受光信号１０４を電流電圧変換回路３００ａにて電圧に変換するとともに、この電圧信号を主増幅器３０２にて差動増幅した後、差動入力の比較部３０３にて論理レベルの再生パルス信号１１１に変換する。
【００８９】
一方、オフセットキャンセル期間ＯＣにおいて、パルス信号１２１のパルス信号１２１ａ，１２１ｂは、具体的には、図３（ａ）において「φＡ」および「φＢ」にて示すように入力する。このようにパルス信号１２１を入力することで、ディスオーバラップさせてチャージインジェクションの影響を低減することができる。なお、図３（ａ）において「−（バー）φＡ」および「−（バー）φＢ」と記載されているものは、それぞれ「φＡ」および「φＢ」の逆極性信号、つまりはパルス信号１２１ａ，１２１ｂの逆極性信号である。
【００９０】
以上のようにパルス信号１２１を入力することで、各トランスミッションゲートによりパルス信号再生部１１２内の信号経路が各々切離され、第１容量対３０４から主増幅器３０２の出力までの第１オフセットキャンセルループ３０７と、第２容量対３０５から比較器３０３のアナログ出力ノード３１０までの第２オフセットキャンセルループ３０８とが形成される。第１オフセットキャンセルループ３０７ではエラーアンプ３１１がループを駆動しコンデンサＣ６にキャンセル結果が保存されるのに対し、第２オフセットキャンセルループ３０８ではオペアンプ３１３自身がバッファの形態でコンデンサＣ７（位相補償容量）とともに接続されキャンセル結果は第２容量対３０５に保存される。尚、ヒステリシス制御回路３０６は、オフセットキャンセル期間中はそのヒステリシス電流出力を停止し、完全なオペアンプバッファとして動作させる。また、再生パルス信号１１１を出力するデジタル出力部も、オフセットキャンセル期間中は受光信号無入力の状態にリセットされる。
【００９１】
以上のようにして、パルス信号１２１がアクティブな間に、受光信号経路が遮断され、オフセットキャンセルループが閉じられる（φＡ：ＯＮ→ＯＦＦ、φＢ：ＯＦＦ→ＯＮ）。そして回路の固有オフセットが各ループゲインによって抑圧され、キャンセル結果が容量に保存される（φＢ：ＯＮ→ＯＦＦ）。その後受光信号経路が再接続されて受光信号を増幅する形態（オフセットキャンセル期間ＯＣ以外の期間）に戻る（φＡ：ＯＦＦ→：ＯＮ）。
【００９２】
（光変調型検出装置の動作）
次に、図１および図４を参照して光変調型検出装置１５０の動作について説明する。図４は、光変調型検出装置１５０の主要な動作を示しており、その上段は縦軸に強度を、横軸に時間をとって時間変化に対する外乱光ノイズレベル（包絡線のみを図示）を示す図であり、その下段は上記動作を示す各信号のタイミングチャートである。なお、同図の上段における参照符号７０１を付した破線は、光変調型検出装置１５０の感度限界レベルを示している。
【００９３】
光変調型検出装置１５０は、動作モードとして、起動モードＭ０、ノイズ検知モードＭ１、反射物検知モードＭ２、中断モードＭ３、および定常的シャットダウンモードＭ４を有している。
【００９４】
まず、起動モードＭ０においては（図４の参照番号７０２の期間）、光変調型検出装置１５０の電源投入あるいはシャットダウン状態から起動されると、クロック信号生成部１０６が動作を開始してクロック信号１０５を生成し、このクロック信号１０５に基づきパルス信号生成部１０８が動作を開始して、パルス信号１１７をＲＳフリップフロップ１１４ｂ，１１６ｂに供給する。これにより、ラッチ部１１４，１１６がリセットされ、ラッチ出力不定となって制御系が所望の動作をしないことを防ぐ。また、このラッチ部１１４，１１６のリセットを受けて判定部１１８により出力された、物体無しの判定結果を外部出力部１１９が外部に出力する。以上の動作により起動モードＭ０が終了してノイズ検知モードＭ１に遷移する。
【００９５】
以上のような外部出力部１１９の外部出力の初期値設定は、光変調型検出装置１５０が近接センサとして用いられる場合に特に重要な項目である。すなわち、光変調型検出装置１５０を搭載するシステムが、光変調型検出装置１５０の電源投入あるいはシャットダウン状態から起動された際に期待する外部出力は、常に「非近接」である。たとえ実際には反射物に近接した状態で起動したとしても、まず「非近接」を出力した状態からセンサ動作に従って「近接」へと外部出力を更新することで、外部から見たセンサの応答がより自然かつ妥当なものとなる。
【００９６】
ここで、ノイズ検知モードＭ１について説明する。ノイズ検知モードＭ１は、図１（ａ）に示すように、上述したパルス信号再生部１１２のオフセットを抑圧するオフセットキャンセル期間ＯＣと、当該オフセットキャンセル期間ＯＣ後において上記非同期受信の有無を検出する非同期受信期間ＡＧとを３２クロックサイクル周期内に各１回行ってそれを繰り返し、オフセットキャンセルが有効になった直後の高感度の状態で外乱光ノイズレベルを監視する。
【００９７】
非同期受信期間ＡＧは、上述したように、パルス信号１１０をラッチ部１１６に入力して行う。
【００９８】
オフセットキャンセル期間ＯＣは、上述したようなパルス信号１２１によるパルス信号再生部１１２でのオフセットキャンセルが終了した後、通常動作状態に戻る際に発生する過渡電圧が収束するまでの期間（以下「期間Ｔｏｃ」と称する）を含めた一連の動作に相当する。オフセットキャンセル期間ＯＣの長さは、上記過渡電圧の収束時間が律則しパルス信号再生部１１２全体の過渡応答特性で決まるものである。従って、パルス信号１２１から次の制御パルス信号までの時間間隔（以下「期間Ｔｏｃ」と称する）は、この過渡応答特性を考慮した待ち時間とする。図１（ａ）の例では、パルス信号１２１の長さＴｏは９クロックサイクルであり、第１オフセットキャンセルループ３０７及び第２オフセットキャンセルループ３０８が閉状態での時定数に対し、少なくとも３倍以上長い期間を設定するのが望ましい。一方、パルス信号１２１のトレーリングエッジからパルス信号１１０のリーディングエッジまでの間隔、つまりは期間Ｔｏｃである、期間Ｔｏｃ−ａｇは１４クロックサイクルで、安全を期してＴｏよりも長く設定されている。
【００９９】
話は戻って、ノイズ検知モードＭ１においては（図４の参照番号７０３の期間）、このノイズ検知モードＭ１への遷移とともにパルス信号生成部１０８が第１周期Ｔ１の計数を開始する。それとともに、パルス信号生成部１０８は、パルス信号１２１をパルス信号再生部１１２に出力してオフセットキャンセルを行わせ、その後上記期間Ｔｏｃａｇを挟んでパルス信号１１０をラッチ部１１６に出力して非同期受信確認を行わせる。次いで、パルス信号生成部１０８は、再びパルス信号１１７をＲＳフリップフロップ１１４ｂ，１１６ｂに供給して、ラッチ部１１４，１１６をリセットする。
【０１００】
第１周期Ｔ１内の以上の動作において、参照番号７０３の期間の最後（より正確には、同期間内のパルス信号１１７直前のクロック立ち上がりエッジ）において判定部１１８にて非同期受信無しの状態が確認できれば物体検知モードＭ２に遷移し、確認できなければ外部出力部１１９の出力を保持して再びノイズ検知モードＭ１を繰り返す。
【０１０１】
図４の例で説明すると、外乱光ノイズレベル７００が光変調型検出装置１５０の感度限界レベル（最小感度）７０１を上回っている間、パルス信号再生部１１２の再生パルス信号１１１は、オフセットキャンセル期間ＯＣ中はＬレベルに強制リセットされ、それ以外の期間は外乱光を拾ってＨレベル・Ｌレベル遷移を繰り返している。それゆえ、オフセットキャンセルＯＣと非同期受信期間ＡＧとが交互に繰り返される。その後、外乱光ノイズレベル７００が感度限界レベル７０１以下まで低下すると、再生パルス信号１１１がＬレベルとなって、非同期受信無しの状態が確認できるため、物体検知モードＭ２に遷移する。
【０１０２】
ここで、第１周期Ｔ１について説明する。例えばクロック信号１０５のクロック周波数が１２５ｋＨｚである場合、第１周期Ｔ１を１０２４クロックサイクルの約８．２ｍｓに設定するのは妥当な選択である。その理由を以下に説明する。近接センサとしての応答は、人体の動きに追随できればよいので、１００ｍｓ前後の時間スケールで出力を更新すれば十分である。従って、光変調型検出装置１５０の内部動作を１０ｍｓ程度の周期で行うのは、消費電力低減の観点からも必要十分な動作周波数と言える。さらに重要な理由は、外乱光ノイズの主要因であるインバータ蛍光灯の発光強度の時間変動への対応である。インバータ蛍光灯は通常、商用電源を直接整流した上で４０ｋＨｚ乃至６０ｋＨｚ程度の周波数でインバータ駆動される。その結果、インバータ蛍光灯から放射される光強度の包絡線には、商用電源周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの２倍、すなわち１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚの周期で振幅が０近傍にまで落ちるような深いうねりが重畳している。
【０１０３】
そこで、本実施形態では、第１周期Ｔ１を商用電源の半周期以上の値に設定し、ノイズ検知モードＭ１においてオフセットキャンセル期間ＯＣと非同期受信期間ＡＧとを繰り返し行うことによって、インバータ蛍光灯の影響を受けず高感度で同期検知が可能となる期間を確実にサーチすることを可能にする。そのために、ノイズ検知モードＭ１において非同期受信無しの状態が確認できれば反射物検知モードＭ２に遷移し、確認できなければ外部出力部１１９の出力を保持して再びノイズ検知モードＭ１を繰り返す。
【０１０４】
また、第１周期Ｔ１は、可変可能である。第１周期Ｔ１を長く設定すれば、物体有無の判定を更新する頻度が落ちるのと引き換えに、不要な発光を防止し、不要な消費電流をシャットダウンしている期間の割合を増大させ、光変調型検出装置１５０の時間平均消費電流を更に劇的に低減することができる。また、第１周期Ｔ１を長くも短くも設定可能とすることによって、検出装置としての応答時間をユーザの所望の値に調整することができ有用である。またこれらの効果は、回路規模や検出装置の感度や外乱光耐性に影響を与えることなく得られる。
【０１０５】
次に、引き続き第１周期Ｔ１において反射物検知モードＭ２に遷移する。まず、反射物検知モードＭ２について説明する。
【０１０６】
反射物検知モードＭ２は、図１（ｂ）に示すように、上記同期受信の有無を検出する同期受信期間ＳＧを１４クロックサイクル周期で繰り返し、ノイズ検知モードＭ１でオフセットキャンセルが有効となった直後の高感度の状態で外乱光ノイズのレベルが感度限界以下に低下したことを受けて、反射物の有無を監視する。
【０１０７】
反射物検知モードＭ２においては（図４の参照番号７０４の期間）、パルス信号生成部１０８は、パルス信号１０７を発光素子駆動部１０９に出力して発光素子１００を駆動させてパルス光１０１を出射させるとともに、パルス信号１０７をラッチ部１１４に出力して同期受信確認を行わせる。次いで、パルス信号生成部１０８は、再びパルス信号１１７をＲＳフリップフロップ１１４ｂ，１１６ｂに供給して、ラッチ部１１４，１１６をリセットする。
【０１０８】
以上の動作において、引き続く第１周期Ｔ１内に、判定部１１８にて同期受信有りの状態が少なくとも同期受信出力信号１１３としてｎ回連続して（ｎは自然数）確認できれば反射物有り、確認できなければ反射物無しと判定する。図４の例では、上記ｎ＝１での場合を示しており、１回目の参照番号７０４の期間の最後（より正確には、同期間内のパルス信号１１７直前のクロック立ち上がりエッジ）で同期受信有りと判定され、外部出力部１１９の出力信号１２０が更新（反射物無し（Ｈ）から有り（Ｌ）へ変化）されている。
【０１０９】
また、図７には示していないが、起動モードＭ０からノイズ検知ードＭ１へ遷移して第１周期Ｔ１（１０２４クロックサイクル）の最後に、再びパルス信号１１７がパルス信号生成部１０８からＲＳフリップフロップ１１４ｂ，１１６ｂに出力されてラッチ部１１４，１１６がリセットされ、第１周期Ｔ１の終了とともにノイズ検知ードＭ１に遷移して、上述した一連の動作を繰り返す。
【０１１０】
また、物体検知ードＭ２において反射物有りと判定された後、第１周期Ｔ１が終了するまでの間に中断モードＭ３が適用される。図４の例のように、反射物有りと早々に判定されれば、第１周期Ｔ１が終了するまで余裕がある。中断モードＭ３は、この第１周期Ｔ１が終了するまでの間に発光素子１００の駆動などを中断して不要な動作を省いて光変調型検出装置１５０の時間平均消費電流をさらに低減する。詳細は後述する。
【０１１１】
また、物体検知ードＭ２において反射物有りと判定された後、ノイズ検知モードＭ１に遷移した場合は、オフセットキャンセル期間ＯＣを経て非同期受信期間ＡＧに検出された検出結果には依存せずに物体検知モードＭ２へ遷移する。この場合、一旦物体有りと判定した状態において、外乱光等による受光信号が異常に増大するという特異な状況下であっても、物体検知モードＭ２に遷移できなくなり、発光素子１００を駆動する機会もなくなる、というフリーズ状態に陥ることを回避できる。
【０１１２】
また、パルス信号再生部１１２は、物体検知ードＭ２において反射物有りと判定された場合、反射物無しと判定された場合と比較してヒステリシス制御回路３０６で設定するヒステリシスの値をより小さい値に設定する。これにより、比較部３０３が本来備えているパルス幅程度の時間で動作する通常のヒステリシスに、更に比較的長い時間スケールで検知状態に依存したアルゴリズム上のヒステリシスを加えることができる。従って、回路規模や消費電流の大幅な増大を招くことなく、更なる誤動作の防止を図ることができる。
【０１１３】
また、光変調型検出装置１５０は、定常的シャットダウンモードＭ４を行う。定常的シャットダウンモードＭ４は、光変調型検出装置１５０を構成するすべての構成への電力供給を停止するものである。詳細は後述する。
【０１１４】
上述のように、小型の検出装置を実現するために、微細ＣＭＯＳプロセスを採用してアナログデジタル混載の高集積化を図る際（パルス信号再生部１１２）、素子ばらつきによって集積回路内に生じるオフセット電圧が検出装置の感度を大きく劣化させる。しかしながら、上記オフセット電圧を抑圧する構成は、概して定常的（常時接続）で大きな位相補償容量が必要であり、回路規模が大きくなりがちである。
【０１１５】
そこで、光変調型検出装置１５０では、まず、オフセットキャンセル時のみ電力が供給される第１，第２オフセットキャンセル３０７，３０８にてオフセットキャンセルが行われ、その後このオフセットキャンセルが有効である状態で、非同期受信の有無、つまり外乱光ノイズの影響の有無が検出され、この外乱光ノイズの影響が無しと検出された後、同期受信の有無、つまり物体の有無が検出される。
【０１１６】
このような構成とすることで、大きな位相補償容量が必要となる定常的なオフセットキャンセル構成を採用することなくパルス信号再生部１１２のオフセットを継続的に抑圧しつつ、外乱光の影響がない状態をサーチして発光素子を駆動して、高感度な状態で物体の有無の検出を行うことが可能になる。従って、回路規模やバイアス電流の増大を招くことなく、検出装置の高感度化と誤動作の防止を図ることができる。以上により、光変調型検出装置１５０は、検出感度や検出装置としての応答を損なうことなく消費電力の低減を図り、それでいて回路規模を増大させずに装置の小型化を図ることができる。
【０１１７】
ここで、フルＣＭＯＳで構成した図３のような回路において、オフセットキャンセル完了時の状態を許容精度内で維持できる時間は、トランスミッションゲート及びアンプ入力部のゲートのリーク電流に依存し、リーク電流は環境温度の上昇につれて指数関数的に増大する。従って、図３のようなアナログ回路の設計に対して、図１のような機能設計を行う際は、機能面からの要求値とともに高温動作時等の物理的な限界値に対する余裕を鑑みる必要がある。ノイズ検知ードＭ１でオフセットキャンセルが完了し保持された状態が許容できる精度を維持する時間は有限であるが、上記のように各動作モードを構成することにより、オフセットキャンセル期間ＯＣ終了時点から非同期受信期間ＡＧあるいは同期受信期間ＳＧ開始までの時間間隔に上限値を設定することができる。従って、ノイズ検知ードＭ１と物体検知モードＭ２とを一定の周期で繰り返しながら複雑な外乱光ノイズレベルの変化に対して正常な動作を継続することが可能になる。
【０１１８】
また、物体検知ードＭ２が同期受信期間ＳＧしか含まない最も単純な構成の場合（オフセットキャンセル期間ＯＣや非同期受信期間ＡＧを含む構成が可能であり、それについては後述する）、外乱光ノイズレベルが変動する前に同期受信期間ＳＧを多数繰り返すことによって、判定結果の信頼度を向上することができる。また、物体検知ードＭ２に遷移してから同期受信期間ＳＧを経て外部出力部１１９の出力信号１２０の更新／保持の判定を行うまでの時間、あるいは同期受信期間ＳＧを繰り返し行う際のトータル測定時間を短く出来る。これにより、後述する上記構成（図５〜図７）との比較で容易に分かるように、１回のオフセットキャンセル動作に対して最も多数回の同期測定を行うことが可能である。
【０１１９】
（動作モードの変更例）
次に、ノイズ検知モードＭ１および物体検知モードＭ２の変更例について、図５〜図７を用いて説明する。なお、基本的にノイズ検知モードＭ１および反射物検知モードＭ２と異なる点についてのみ説明する。また、図５〜図７においては、変更例のノイズ検知モードおよび反射物検知モードを組み合わせて記載しているが、図示した組み合わせに限定して動作が行われるわけではなく、適宜組み合わせは変更可能である。また、その変更内容もここで説明したものに限られるわけではなく、適宜ノイズ検知モード、反射物検知モード、オフセットキャンセル期間ＯＣなどの各期間に適用可能である。
【０１２０】
（変更例１）
図５は、光変調型検出装置１５０の主要な動作モードの変更例の内容を示す図であるとともに（図中の上段）、その動作モードの動作を示す各信号のタイミングチャート（図中の下段）であり、図５（ａ）はノイズ検知モードＭ１を示しており、図１（ｂ）は物体検知モードＭ２ａを示している。
【０１２１】
図５（ａ）に示したノイズ検知モードＭ１は、上述したノイズ検知モードＭ１と同じである。つまり、オフセットキャンセル期間ＯＣと非同期受信期間ＡＧとを３２クロックサイクル周期内に各１回行ってそれを繰り返し、オフセットキャンセルが有効になった直後の高感度の状態で外乱光ノイズレベルを監視する。
【０１２２】
一方、図５（ｂ）に示した物体検知モードＭ２ａは、物体検知モードＭ２にオフセットキャンセル期間ＯＣを加えたものであり、オフセットキャンセル期間ＯＣと同期受信期間ＳＧとを３２クロックサイクル周期内に各１回行ってそれを繰り返す。物体検知モードＭ２ａでは、ノイズ検知モードＭ１における期間Ｔｏｃ−ａｇと、反射物検知モードＭ２ａにおける期間Ｔｏｃ−ｓｇとを同条件に揃えることができる。なお、期間Ｔｏｃ−ａｇおよび期間Ｔｏｃ−ｓｇはともに、オフセットキャンセル終了後、通常動作状態に戻る際に発生する過渡電圧が収束するまでの期間である。
【０１２３】
この例のようにクロックサイクル数を完全に一致させる必要はないまでも、このように構成することによって、物体検知モードＭ２のようにオフセットキャンセル期間ＯＣを含まない場合と比較して、より高感度な状態で物体の有無の検出を行うことが可能になる。
【０１２４】
なお、反射物検知モードＭ２ａにおいては、３２サイクル中の１サイクルのみ発光素子１００を駆動する（当該期間内のデューティ約３％）。光変調型検出装置１５０において最大のピーク動作電流を消費するのは発光素子１００の駆動電流であり、平均的な消費電力は上記デューティに直接依存する。しかしながら、後述するように、光変調型検出装置１５０における実効的な発光デューティは上記値よりも更に１桁以上小さい。すなわち、発光素子１００の平均消費電流は、クロック信号供給部１０６やパルス信号再生部１１２全体の消費電力と同等以下のレベルまで抑えられる。
【０１２５】
（変更例２）
次に、図６は、光変調型検出装置１５０の主要な動作モードの変更例の内容を示す図であるとともに（図中の上段）、その動作モードの動作を示す各信号のタイミングチャート（図中の下段）であり、図６（ａ）はノイズ検知モードＭ１ａを示しており、図６（ｂ）は物体検知モードＭ２ｂを示している。
【０１２６】
図６（ａ）に示したノイズ検知モードＭ１ａは、上述したノイズ検知モードＭ１と基本的には同じである。つまり、オフセットキャンセル期間ＯＣと非同期受信期間ＡＧとを３２クロックサイクル周期内に各１回行ってそれを繰り返し、オフセットキャンセルが有効になった直後の高感度の状態で外乱光ノイズレベルを監視する。
【０１２７】
ただし、ノイズ検知モードＭ１ａでは、パルス信号１１７に関してノイズ検知モードＭ１とは異なる点がある。それはすなわち、パルス信号１１７が、パルス信号１１０がアクティブとなる直前にも出力されて、ラッチ部１１６をリセットしている点である。正常動作時のラッチ出力としては何ら変化はないものの、この構成としたほうがより確実に誤動作を防止できる。例えばオフセットキャンセル動作によって急激な過渡応答がある場合に、ＲＳフリップフロップ１１６ｂに不要なトリガパルスが入力されて非同期受信有りの検知状態にセットされてしまうことも有り得る。このように、パルス信号１１７は、パルス信号１０７及びパルス信号１１０と時間軸上で重ならない限り、任意の箇所に挿入して誤動作防止に役立てることができる。このことは、当然ながら、他の変更例にも適用可能である。
【０１２８】
一方、図６（ｂ）に示した反射物検知モードＭ２ｂは、同期受信期間ＳＧと非同期受信期間ＡＧとを１４クロックサイクルの周期内に各１回行ってそれを繰り返すものである。このように構成することで、以下のような状況に対処できるようになる。それはすなわち、ノイズ検知モードにおいて外乱光レベルが感度限界以下に低下したことが検知されて、反射物検知モードＭ２ｂに移行した直後に何らかの理由で外乱光が著しく強くなるような状況である。このような状況の場合、例えば、上記各１回の同期受信期間ＳＧと非同期受信期間ＡＧとをペアとして、それぞれ同期受信有りかつ非同期受信無しの対の状態が得られることを反射物有りの判定の根拠とすると良い。常に非同期受信を対となる同期受信の直後に監視することにより、当該同期受信が外乱光によるものではないことを確認できる。また、上記対の状態が複数回繰り返し連続して得られることを反射物有りの判定の根拠とすることによって、より強固な外乱光耐性が得られる。繰り返し回数については詳しく後述する。
【０１２９】
一方で、反射物検知モードＭ２ｂにおいて同期受信と非同期受信とを引き続き行う場合、その時間間隔Ｔｓｇ−ａｇに注意が必要である。図３に示したようにＡＣ結合によってパルス信号再生部１１２を構成している場合、一旦受光信号１０４を受け取ると、当該受光信号１０４にはパルス幅よりも長いＡＣ結合時定数を持つ負方向のサグが生じ得る。サグが回復しない内に次の受光信号１０４を受け取っても振幅が減じられ感度が低下することになる。従って、同期受信の直後に非同期受信を行うと、同期受信有りの後に非同期受信が有るにも拘わらず、誤って非同期受信無しと出力する可能性が高くなり検出装置としての誤動作につながる。
【０１３０】
そこで、第１，第２オフセットキャンセルループ３０７，３０８開状態におけるローパス周波数特性が、パルス信号再生部１１２における比較部３０３のコンデンサＣ８（帯域制限容量）を用いて１クロックサイクルのパルス光幅に対して最適化され、かつミッドバンド帯域幅が１桁となる周波数応答特性を有するパルス信号再生部１１２に対して、同期受信終了から非同期受信開始までの時間間隔Ｔｓｇ−ａｇが５クロックサイクル、また同じく非同期ゲート終了までの時間間隔は１０クロックサイクルと十分長く設定すればよい。このような構成により、同期受信期間と同様の感度で非同期受信を行うことができる。
【０１３１】
以上のように構成することによって、特に物体検知モードＭ２のように非同期受信期間ＡＧを含まない場合と比較して、より複雑な外乱光レベルの時間変化に対して影響を受けにくく、より誤動作なく、かつ劣悪な環境下でも高感度な状態で物体の有無の検出を行うことが可能になる。
【０１３２】
また、ノイズ検知モードＭ１，Ｍ１ａにおける非同期受信期間ＡＧのパルス信号１１０のパルス幅（第１パルス幅）ｔｗ２１と、物体検知モードＭ２ｂにおける、アルゴリズム上のヒステリシスを加えるための非同期受信期間ＡＧの信号１１０のパルス幅（第２パルス幅）ｔｗ２２とは、必ずしも一致する必要はないが、一致するように構成してもよい。
【０１３３】
このように構成することによって、特定の周波数成分を含む外乱光に対して同等なゲート信号として働く。すなわち、パルス信号再生部１１２の周波数応答特性に何らかの不都合が生じた場合であっても、動作モードによらず常に同じ様に非同期受信結果が得られる。従って、動作モードや動作モード遷移の判定条件によって、非同期受信期間の感度や応答が異なって所望の検出動作を実現できない、という事態を回避することが出来る。
【０１３４】
また、パルス幅ｔｗ２１，ｔｗ２２は、それぞれ光変調型検出装置１５０の使用が想定される環境下において主要な外乱光成分が有する周波数成分の最大ピークを与える周波数に対して、その逆数よりも長く設定されることが好ましい。この構成によれば、光変調型検出装置１５０の動作とは全く無関係である外乱光ノイズの周波数成分に対して、より効率よく非同期受信を行うことができる。なお、以上のようなパルス幅ｔｗ２１，ｔｗ２２の構成については、以下に示す変更例３においても適用可能である。
【０１３５】
（変更例３）
次に、図７は、光変調型検出装置１５０の主要な動作モードの変更例の内容を示す図であるとともに（図中の上段）、その動作モードの動作を示す各信号のタイミングチャート（図中の下段）であり、図７（ａ）はノイズ検知モードＭ１を示しており、図７（ｂ）は物体検知モードＭ２ｃを示している。
【０１３６】
図７（ａ）に示したノイズ検知モードＭ１は、上述したノイズ検知モードＭ１と同じである。つまり、オフセットキャンセル期間ＯＣと非同期受信期間ＡＧとを３２クロックサイクル周期内に各１回行ってそれを繰り返し、オフセットキャンセルが有効になった直後の高感度の状態で外乱光ノイズレベルを監視する。
【０１３７】
一方、図７（ｂ）に示した物体検知モードＭ２ｃは、オフセットキャンセル期間ＯＣ、非同期受信期間ＡＧ、および同期受信期間ＳＧを３２クロックサイクル周期内に各１回行ってそれを繰り返すものである。
【０１３８】
この構成とすることで、物体検知モードＭ２ｃに移行した後、何らかの理由により再び外乱光が強くなる場合にも、同期受信有りかつ非同期受信無しの対の状態が得られることを反射物有りの判定の根拠とすることで、より強固な外乱光耐性が得られると同時に、パルス信号再生部１１２のオフセットを継続的かつ安定して抑圧しつつ、外乱光の影響がない状態をサーチして発光素子を駆動し、より高感度な反射光測定を安定して継続できるので、最も高感度な反射物検知モードを実現し得る。
【０１３９】
先に述べたように、オフセットキャンセル結果を許容精度内に維持できる時間は有限である。図６で示した変更例２の場合、１度のオフセットキャンセル動作で、ノイズ検知モードＭ１ａの最終サイクルにおける非同期受信期間ＡＧと、物体検知モードＭ２ｂにおけるｎ対の同期受信期間ＳＧ／非同期受信期間ＡＧをカバーする必要があり、ｎの値を際限なく大きくすることはできない。これに対し、図７で示した変更例３の場合、物体検知モードＭ２ｃ中にも任意の箇所にオフセットキャンセル期間ＯＣを設けられるので、図７に示した「オフセットキャンセル期間ＯＣ／同期受信期間ＳＧ／非同期受信期間ＡＧ」だけでなく「オフセットキャンセル期間ＯＣ／同期受信期間ＳＧ／オフセットキャンセル期間ＯＣ／非同期受信期間ＡＧ」のように構成することもできる。
【０１４０】
従って、対として観測する回数ｎの値には制限がなくなり、更なる高感度化及び安定性を求めることができる。ただし、同期受信期間ＳＧと非同期受信期間ＡＧとの間隔Ｔｓｇ−ａｇが大きくなりすぎると、対としての相関が薄まり誤動作防止の効果が低下する可能性がある。また、変更例１のところで説明したように、同期受信期間ＳＧと非同期受信期間ＡＧとの時間間隔は、ある程度以上は狭めることが出来ない。従って、図７（ｂ）に例を示したように、オフセットキャンセル期間ＯＣのセトリング余裕時間を犠牲にして同期受信期間ＳＧを早めに行うか物体検知モードＭ２ｃに要するクロックサイクルをこれまでに説明した他の例よりも多く取ることが必要になる。
【０１４１】
（動作モードの変更例に基づく光変調型検出装置の動作）
次に、上述のような動作モードの変更例における光変調型検出装置１５０の動作について、図６で示した変更例２の場合における光変調型検出装置１５０の動作を例に、図８を用いて説明する。
【０１４２】
図８は、変更例２の場合における光変調型検出装置１５０の主要な動作を示しており、図８（ａ）は縦軸に強度を、横軸に時間をとって時間変化に対する外乱光ノイズレベル（包絡線のみを図示）を示す図であり、図８（ｂ）は縦軸に距離を、横軸に時間をとって時間変化に対する光変調型検出装置１５０と反射物との距離を示す図であり、図８（ｃ）は上記動作を示す各信号のタイミングチャートであり、図８（ｄ）は外部出力部１１９の出力信号１２０が反射物無しの状態から反射物有りの状態（出力信号１２０がＨレベルからＬレベル）へ変更される場合の各信号のタイミングチャートであり、図８（ｅ）は出力信号１２０が反射物有りの状態の場合の各信号のタイミングチャートであり、図８（ｆ）は出力信号１２０が反射物有りの状態から反射物無しの状態（出力信号１２０がＬレベルからＨレベル）へ変更される場合の各信号のタイミングチャートである。
【０１４３】
なお、図８（ａ）における、参照符号８０１を付した破線は、光変調型検出装置１５０の感度限界レベルを示しており、参照符号８０２を付した矢印の期間は、変動周期を示している。また、図８（ｂ）における参照符号８０４を付した破線は、光変調型検出装置１５０が有する近接検出距離を示している。上記近接検出距離は、光変調型検出装置１５０の光学設計、発光素子１００の発光量、及びパルス信号再生部１１２のヒステリシス設定などにより決定／変更し得る。また、図８（ｃ）における、参照符号８０５〜８０７を付した矢印の期間は、第１周期Ｔ１を示しており、この第１周期Ｔ１は図８（ａ）に示した変動周期８０２よりも長く設定される。
【０１４４】
まず、起動モードＭ０においては、上述した、ノイズ検知モードおよび反射物検知モードがそれぞれノイズ検知モードＭ１および反射物検知モードＭ２である場合のそれと同じであるので、ここでは説明を省略する。また、ノイズ検知モードＭ１ａについても、パルス信号１１７がパルス信号１１０がアクティブになる直前に出力されること以外はノイズ検知モードＭ１と同じであるので、説明を省略する。
【０１４５】
反射物検知モードＭ２ｂは、上述のとおり、同期受信期間ＳＧと非同期受信期間ＡＧとを１４クロックサイクルの周期内に各１回行ってそれを繰り返すものである。反射物検知モードＭ２ｂは、動作モード遷移及び次回外部出力の判定条件を現在の外部出力結果に依存して変更することにより、アルゴリズム上のヒステリシスを加える。
【０１４６】
具体的には、外部出力部１１９の出力信号１２０が反射物無しの状態を出力している場合には、ノイズ検知モードＭ１ａから引き続く第１周期Ｔ１内に、同期受信期間ＳＧにおいて同期受信有り、かつ非同期受信期間ＡＧにおいて非同期受信無しの対の状態がｎ回連続して（ｎは自然数）得られれば反射物有りと判定し、得られなければ反射物無しと判定する。一方、外部出力部１１９の出力信号１２０が反射物有りの状態を出力している場合には、同期受信期間ＳＧにおいて同期受信無しの状態がｎ回連続して（ｎは自然数）得られれば、非同期受信期間ＡＧにおける非同期受信の有無には依らず反射物有りと判定し、得られなければ反射物無しと判定する。
【０１４７】
図８では上記ｎ＝３の場合を示しており、この図８の例に基づき、起動モードＭ０およびノイズ検知モードＭ１ａについては説明を省略して、物体検知モードＭ２ｂでの動作について説明する。なお、当該説明は、外部出力部１１９の出力信号１２０が反射物無しの状態から反射物有りの状態（出力信号１２０がＨレベルからＬレベル）へ変更される場合（図８（ｃ）における参照符号８０５の期間および図８（ｄ）参照）と、出力信号１２０が反射物有りの状態を維持する場合（図８（ｃ）における参照符号８０６の期間および図８（ｅ）参照）と、出力信号１２０が反射物有りの状態から反射物無しの状態（出力信号１２０がＬレベルからＨレベル）へ変更される場合（図８（ｃ）における参照符号８０７の期間および図８（ｆ）参照）とに分けて行う。
【０１４８】
まず、外部出力部１１９の出力信号１２０が反射物無しの状態から反射物有りの状態（出力信号１２０がＨレベルからＬレベル）へ変更される場合については、図８（ｄ）の左端の「ＯＣ＋ＡＧ」と付記したオフセットキャンセル期間ＯＣと非同期受信期間ＡＧとを含むノイズ検知モードＭ１ａの最終サイクルを経て物体検知モードＭ２ｂに遷移する。物体検知モードＭ２ｂにおいては、「ＳＧ+ＡＧ」と付記した同期受信期間ＳＧと非同期受信期間ＡＧとからなるサイクルが３回繰り返されている。この３サイクルの間では、パルス信号再生部１１２の再生パルス信号１１１が、パルス信号１０７で生成されたパルス光１０１にわずかに遅延して再生されるのみであって（図８（ｃ）において参照符号８１０ｄにより示している）、外乱光やノイズを再生した余剰のパルス列は見られない。従って、同期受信出力１１３が上記３サイクルにわたって生成され、非同期受信出力１１５は１回も生成されない。このように同期受信有りかつ非同期受信無しの対が連続して３回（３サイクル）得られたために、このサイクルの最後（実際には図４で示したのと同様、その１クロック手前）で反射物有りと判定され、外部出力部１１９の出力信号１２０がＨレベルからＬレベルへ更新される。
【０１４９】
ここで、図８（ｃ）に示すように、出力信号１２０の更新後、参照符号８０５の期間、つまりは第１周期Ｔ１が約半周期分ほど残されている。光変調型検出装置１５０では、このような空走期間が生じる場合、不要な発光素子１００の駆動、不要なパルス信号再生部１１２におけるオフセットキャンセルを中断する中断モードＭ３（図８（ｄ）の右端の「ＷＡＩＴ」と付記した期間  パルス信号１０７，１１０，１１７，１２１いずれのパルス信号もＬレベルのまま）を行う。
【０１５０】
中断モードＭ３は、具体的には、物体検知モードの形態に応じて、発光素子１００の駆動に用いられるパルス信号１０７の供給を停止することにより、もしくは、パルス信号１０７に加えて、パルス信号再生部１１２におけるオフセットキャンセルのゲート信号としてのパルス信号１２１の供給を停止することにより、もしくは、発光素子駆動部１０９及びパルス信号再生部１１２の少なくとも一部分への電力供給を停止して間欠的にシャットダウンすることにより、もしくは、それら全てにより行う。
【０１５１】
このように中断モードＭ３を行えば、例えば参照符号８０５の期間の場合、実際に発光素子を駆動したのは３クロックサイクルのみであり、参照符号８０５の期間を１０２４クロックサイクルとすれば、当該期間の実効的なデューティは約０．３％の低い値となって、光変調型検出装置１５０の時間平均消費電流を低減できる。
【０１５２】
話は戻って、参照符号８０５の期間の終了とともに光変調型検出装置１５０は再びノイズ検知モードＭ１ａに戻って参照符号８０６の期間を迎え、外乱光ノイズレベルを継続的に監視する。
【０１５３】
次に、出力信号１２０が反射物有りの状態を維持する場合については、図８（ｄ）に示した場合と同様に、図８（ｅ）の左端の「ＯＣ＋ＡＧ」と付記したオフセットキャンセル期間ＯＣと非同期受信期間ＡＧとを含むノイズ検知モードＭ１ａの最終サイクルを経て物体検知モードＭ２ｂに遷移する。物体検知モードＭ２ｂにおいては、「ＳＧ+ＡＧ」と付記した同期受信期間ＳＧと非同期受信期間ＡＧとからなるサイクルが１回繰り返されている。この１サイクルの間、パルス信号再生部１１２の再生パルス信号出力１１１が、パルス信号１０７で生成されたパルス光１０１にわずかに遅延して再生されるのみであって（図８（ｃ）において参照符号８１０ｅにより示している）、外乱光やノイズを再生した余剰のパルス列は見られない。
【０１５４】
出力信号１２０が反射物有りの状態で物体検知モードＭ２ｂに遷移した場合は、上述のように、対となる非同期受信の有無には関係なく、第１周期Ｔ１内に１回でも同期受信有りの状態が得られれば、当該第１周期Ｔ１が終了するまで現在の外部出力を保持することが確定する。従って、上記１サイクルの間の同期受信により、このサイクルの最後（実際には図４で示したのと同様、その１クロック手前）で反射物有りと判定されて、外部出力部１１９の出力信号１２０がＬレベルを維持する。なお、上述の判定条件は、裏をかえせば、対となる非同期受信の有無には関係なく、第１周期Ｔ１内に同期受信無しの状態が連続して３回（３サイクル）得られれば、現在の外部出力を更新する、ということでもある。
【０１５５】
なお、ここでも図８（ｄ）に示した場合と同様に早々に判定が確定したため、これ以降参照符号８０６の期間の終了まで、中断モードＭ３が行われる。この場合、実際に発光素子１００を駆動したのは１クロックサイクルのみであるので、参照符号８０６の期間を１０２４クロックサイクルとすれば、当該期間の実効的なデューティは約０．１％である。
【０１５６】
同様に、参照符号８０５の期間の終了とともに光変調型検出装置１５０は再びノイズ検知モードＭ１ａに戻って参照符号８０７の期間を迎え、外乱光ノイズレベルを継続的に監視する。
【０１５７】
次に、外部出力部１１９の出力信号１２０が反射物有りの状態から反射物無しの状態（出力信号１２０がＬレベルからＨレベル）へ変更される場合については、図８（ｄ）に示した場合と同様に、図８（ｆ）の左端の「ＯＣ＋ＡＧ」と付記したオフセットキャンセル期間ＯＣと非同期受信期間ＡＧとを含むノイズ検知モードＭ１ａの最終サイクルを経て物体検知モードＭ２ｂに遷移する。物体検知モードＭ２ｂにおける、動作モードの遷移及び外部出力更新／保持の判定条件は参照符号８０６の期間の場合と同じである。つまり、対となる非同期受信の有無には関係なく、第１周期Ｔ１内に同期受信無しの状態が連続して３回（３サイクル）得られれば、現在の外部出力を更新する。参照符号８０７の期間においては、３サイクルの間、パルス信号１０７で生成されたパルス光１０１が放射されているにも関わらず、パルス信号再生部１１２の再生パルス信号出力１１１が再生されておらず（図８（ｃ）において参照符号８１０ｆにより示している）、同期受信無しの状態が連続して３回得られたため、外部出力部１１９の出力信号１２０がＬレベルからＨレベルへ更新される。その後、参照符号８０７の期間が終了するまで、中断モードＭ３が行われる。
【０１５８】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る光変調型検出装置１５０は、ノイズ検知モードと物体検知モードとを一定のサイクルで繰り返しながらより複雑な外乱光ノイズレベルの変化に対しても正常動作を継続することが可能になる。
【０１５９】
また、変更例２，３のようにノイズ検知モードと物体検知モードとのいずれにも非同期受信期間ＡＧを有していれば、同期／非同期の順の対状態を判定材料とすることで、反射物無しから有りへ判定する場合の外乱光耐性が著しく向上する。すなわち、ノイズ検知モードを終了し物体検知モードに遷移した直後から、外乱光の包絡線あるいは極低周波の成分が単調に強くなっていくような状況で、直前の反射物有無の判定結果を保持してノイズ検知モードに戻ることを可能として、同期受信期間に発生する誤検知を効果的に回避することができる。
【０１６０】
また、反射物無しから有り、反射物有りから無しへの判定条件を非対称にすることで、外乱光は受光信号として負値となり得ないことを利用して、アルゴリズム上のヒステリシスを設けることができる。従って、回路規模やバイアス電流の増大を招くことなく、検出装置の高感度化と更なる誤動作の防止を図ることができる。
【０１６１】
ここまで説明した、各種動作モードの具体的な構成から明らかなように、パルス信号１０７，１１０，１１７，１２１期間の組み合わせ、動作初期条件、動作モード遷移及び外部出力の判定条件、新たな動作モードの追加などにより、種々の変形が可能である。
【０１６２】
また、上述したように、光変調型検出装置１５０は、定常的シャットダウンモードＭ４を行う。定常的シャットダウンモードＭ４は、光変調型検出装置１５０を構成するすべての構成への電力供給を停止するものである。定常的シャットダウンモードＭ４への遷移は、パルス信号１０７，１１０，１１７，１２１の生成が行われていない状態で、かつ、パルス信号再生部１１２の受光信号経路を遮断している状態で行われる。それはすなわち、オフセットキャンセル期間ＯＣ中、オフセットキャンセル期間ＯＣへの遷移中、定常的シャットダウンモードＭ４以外の上記各動作モードや上記各期間の遷移中に行われる。また好ましくは、パルス信号１０７，１１０，１１７，１２１の生成が行われていない状態を生成する際には、中断モードＭ３（物体検知モードＭ２で外部出力を更新／保持後、第１周期Ｔ１終了までの間、パルス信号１０７，１１０，１１７，１２１の生成を中断するための中間状態）を経由させるようにすると良い。またそのためのタイミングを生成するカウンタを別途備えても良い。定常的シャットダウンモードＭ４を行うことにより、光変調型検出装置１５０の動作とは全く無関係に外部からシャットダウンされて電源からグランドへの貫通電流パスが発生する事態を確実に防止することができる。
【０１６３】
また、外部出力部１１９は、以下のように構成されてもよい。図９は、光変調型検出装置１５０の要部構成を示すブロック図であり、特に外部出力部１１９の変更例である外部出力部１１９Ａの構成を示している。
【０１６４】
外部出力部１１９Ａは、判定部１１８より出力された、反射物の有無の判定結果を保存するレジスタ１１９ｃを含み、このレジスタ１１９ｃのレジスタ値をバッファする第１出力部１１９ｂと、上記判定結果が変更された場合にのみ外部にリーディングエッジ１２０ａを発生するとともに、当該リーディングエッジ１２０ａ発生後、外部からその処理内容がクリア（リセット）され、当該クリアを受けてトレーリングエッジ１２０ｂを発生する第２出力部１１９ａとを有し、光変調型検出装置１５０は、レジスタ１１９ｃのレジスタ値を保持させたままノイズ検知モードに遷移する。外部から第２出力部１１９ａをクリアするための手段は、例えば第２出力部１１９ａを入出力可能な双方向Ｉ／Ｏとして構成すると良い。
【０１６５】
外部出力部１１９を外部出力部１１９Ａのように構成にすれば、光変調型検出装置１５０をいわゆるレベルセンス型のインタラプトモードの出力とすることができる。特に、上記第１周期での判定結果更新がシステム側にとっては速すぎてチャタリングのように見える場合に、上記インタラプトモードを用いてシステム側からの読出し周期を長くして応答動作の最適化を図ることができる。これはまたシステム全体の低消費電力化にも有効である。
【０１６６】
また、以上説明を行った光変調型検出装置１５０は、発光素子１００以外の構成がモノリシックに集積された集積回路を具備することが好ましい。この構成によれば、検出感度や検出装置としての応答を損なうことなく消費電力の低減を図り、それでいて回路規模を増大させずに装置の小型化を図り、占有面積を節約してコストを抑制することができる。
【０１６７】
また、光変調型検出装置１５０は、検出感度や検出装置としての応答を損なうことなく消費電力の低減を図り、それでいて回路規模を増大させずに装置の小型化を図ることが可能であるため、自動ドア、衛生器具の自動洗浄装置、あるいはアミューズメント機器などに向け、パルス光を投射し物体からの反射光を検出して物体の有無を検知する検出装置として、また、携帯電話機やメディアプレイヤ等のポータブル機器に、近接する物体の有無を検出する近接センサとして好適に適用でき、それらの機器を低コストで実現できる。また、仕様の異なる複数の物体検知センサの機能を集積化したり、他のセンサ機能（例えば照度センサやＲＧＢセンサなど）と集積化し、１つの検出装置としてモジュール化しポータブル機器に搭載することが実現可能になる。
【０１６８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本発明に係る光変調型検出装置は、検出感度や検出装置としての応答を損なうことなく消費電力の低減を図り、それでいて回路規模を増大させずに装置の小型化を図ることが可能であるため、自動ドア、衛生器具の自動洗浄装置、あるいはアミューズメント機器などに向け、パルス光を投射し物体からの反射光を検出して物体の有無を検知する検出装置として、また、携帯電話機やメディアプレイヤ等のポータブル機器に、近接する物体の有無を検出する近接センサとして好適に適用でき、それらの機器を低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明の実施形態に係る光変調型検出装置の主要な動作モードの内容を示す図であるとともに（図中の上段）、その動作モードの動作を示す各信号のタイミングチャート（図中の下段）であり、（ａ）はノイズ検知モードを示しており、（ｂ）は物体検知モードＭ２を示している。
【図２】光変調型検出装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）はパルス信号再生部の具体的な構成を示す図であり、（ｂ）は当該パルス信号再生部でのオフセットキャンセル動作のゲート信号としてのパルス信号の構成を示す図である。
【図４】光変調型検出装置の主要な動作を示しており、その上段は縦軸に強度を、横軸に時間をとって時間変化に対する外乱光ノイズレベル（包絡線のみを図示）を示す図であり、その下段は上記動作を示す各信号のタイミングチャートである。
【図５】光変調型検出装置の主要な動作モードの変更例の内容を示す図であるとともに（図中の上段）、その動作モードの動作を示す各信号のタイミングチャート（図中の下段）であり、（ａ）はノイズ検知モードを示しており、（ｂ）は物体検知モードを示している。
【図６】光変調型検出装置の主要な動作モードの他の変更例の内容を示す図であるとともに（図中の上段）、その動作モードの動作を示す各信号のタイミングチャート（図中の下段）であり、（ａ）はノイズ検知モードを示しており、（ｂ）は物体検知モードを示している。
【図７】光変調型検出装置の主要な動作モードのさらに他の変更例の内容を示す図であるとともに（図中の上段）、その動作モードの動作を示す各信号のタイミングチャート（図中の下段）であり、（ａ）はノイズ検知モードを示しており、（ｂ）は物体検知モードを示している。
【図８】図６に示した変更例の場合における光変調型検出装置の主要な動作を示しており、（ａ）は縦軸に強度を、横軸に時間をとって時間変化に対する外乱光ノイズレベル（包絡線のみを図示）を示す図であり、（ｂ）は縦軸に距離を、横軸に時間をとって時間変化に対する光変調型検出装置と反射物との距離を示す図であり、（ｃ）は上記動作を示す各信号のタイミングチャートであり、（ｄ）は外部出力部の出力信号が反射物無しの状態から反射物有りの状態（上記出力信号がＨレベルからＬレベル）へ変更される場合の各信号のタイミングチャートであり、（ｅ）は上記出力信号が反射物有りの状態の場合の各信号のタイミングチャートであり、（ｆ）は上記出力信号が反射物有りの状態から反射物無しの状態（上記出力信号がＬレベルからＨレベル）へ変更される場合の各信号のタイミングチャートである。
【図９】特に外部出力部の他の構成例を示す、光変調型検出装置の要部構成を示すブロック図である。
【図１０】従来技術に係るものであり、物体検知装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】従来技術に係るものであり、パルス変調型光検出装置の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１７１】
１００    発光素子
１０１    パルス光
１０３    受光素子
１０４    受光信号
１０７    パルス信号（第１パルス信号）
１１０    パルス信号（第４パルス信号）
１１７    パルス信号（第３パルス信号）
１２１    パルス信号（第２パルス信号）
１０９    発光素子駆動部
１１２    パルス信号再生部（パルス信号変換部）
１１４，１１６    ラッチ部（検出部）
１１８    判定部
１１９、１１９Ａ    外部出力部
１５０    光変調型検出装置
ＯＣ      オフセットキャンセル期間（第１期間）
ＡＧ      非同期受信期間（第２期間）
ＳＧ      同期受信期間（第３期間）
Ｍ０      起動モード
Ｍ１、Ｍ１ａ    ノイズ検知モード（第１動作モード）
Ｍ２、Ｍ２ａ〜Ｍ２ｃ    物体検知モード（第２動作モード）
Ｍ３      中断モード
Ｍ４      定常的シャットダウンモード
Ｔ１      第１周期
ｔｗ２１  パルス幅（第１パルス幅）
ｔｗ２２  パルス幅（第２パルス幅）
１１９ａ  第２出力部
１１９ｂ  第１出力部
１１９ｃ  レジスタ
【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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