(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射方向を中心として所定の広がりを有する光を測定対象面に照射する発光部と、
上記測定対象面に反射された光を受光する受光部と、
上記受光部が受光した光に基づいて、上記測定対象面までの距離を算出する算出部とを備えている光センサであって、
上記測定対象面上の複数の測定位置までの距離に基づいて、上記照射方向に対する上記測定対象面の傾きを検出する傾斜検出部を備え、
上記傾斜検出部は、第１期間に上記受光部が受光した光に基づいて算出された上記距離から、上記第１期間より後の第２期間に上記受光部が受光した光に基づいて算出された上記距離への変動幅に基づいて、上記照射方向に対する上記測定対象面の傾きを検出することを特徴とする光センサ。
【請求項２】
上記傾斜検出部は、上記測定対象面上の複数の測定位置までの距離に基づいて、上記照射方向に対する上記測定対象面の傾斜角度を算出することを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
上記受光部は、複数のアバランシェフォトダイオードを備えており、
上記複数のアバランシェフォトダイオードは、上記複数の測定位置が並ぶ方向を長手方向として配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光センサ。
【請求項４】
上記発光部は、赤外光を上記測定対象面に照射し、
上記受光部は、上記測定対象面に反射された赤外光を受光することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知物体に反射した光を用いて検知物体までの距離を測定する光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、部屋や店などの掃除領域内を自動的に移動しながら掃除するロボット掃除機が広く用いられている。ロボット掃除機は、距離センサを備えており、走行面との間の距離に基づいて段差を検出し、必要に応じて進行方向を適切に変更する。
【０００３】
特許文献１には、赤外線センサにより段差量を検出し、段差量が所定の値よりも大きい場合に段差を回避する動作を行う移動ロボットが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、本体の下面側の最前部と最後部のそれぞれに、床面段差を検出する床面検出センサを備えており、何れかの床面検出センサが段差を検出した場合に段差を回避して床面段差への転落を防止する自走式掃除機が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８８６５５号公報（２００５年１０月２０日公開）
【特許文献２】特開２００４−１９４７１５号公報（２００４年７月１５日公開）
【特許文献３】特開２０１０−９１３７７号公報（２０１０年４月２２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図８は、従来のロボット掃除機の動作を示す図であり、（ａ）はロボット掃除機が下段差に近づいたときを示し、（ｂ）はロボット掃除機が上段差に乗り上げたときを示す。
【０００７】
図８の（ａ）に示すように、ロボット掃除機２００が階段などの下段差３３に近づき、距離センサ２１０が設けられた部分が走行面からはみ出して、走行面よりも低く形成された下段差面（測定対象面４０）に面したとき、距離センサ２１０の検出距離は、走行面との間の距離から下段差面（測定対象面４０）との間の距離Ｌに増大する。このとき、ロボット掃除機２００は、進行方向を変更することによって、階段からの落下を回避する。
【０００８】
一方で、測定対象面上に障害物などがあり、測定対象面よりも高く形成された上段差がある場合には、ロボット掃除機は上段差を乗り越えて進行することが好ましい。
【０００９】
しかしながら、図８の（ｂ）に示すように、ロボット掃除機２００が障害物３１による上段差３２に乗り上げたとき、ロボット掃除機２００の本体が傾斜して距離センサ２１０が設けられた部分が上方に持ち上げられる。その結果、階段に近づいたときと同じように、距離センサ２１０の検出距離が増大する。
【００１０】
例えば、高さ２ｃｍの障害物３１に乗り上げることによって距離センサ２１０の検出角度に６０°の広がりが生じた場合、検出距離は４ｃｍとなる。階段からの落下を回避するために進行方向を変更する場合の検出距離の閾値を４ｃｍとしていた場合、段差に乗り上げたところで進行方向が変更されてしまい、上段差３２を乗り越えて進行することができない。
【００１１】
そのため、階段からの落下を回避し、かつ、上段差を乗り越えて進行するためには、測定対象面までの距離が変動した場合に、ロボット掃除機が上段差に乗り上げた状態と、下段差に面した状態とを判別することができるセンサが必要となる。
【００１２】
しかしながら、特許文献１の移動ロボットは、段差がある場合に赤外線ビームが段差面に反射されたときの検出距離Ｌ１が、予め設定された検出距離Ｌ１よりも大きいか否かに応じて進行方向を制御するものであって、上段差に乗り上げた状態と、下段差に面した状態とを判別することができるものではない。
【００１３】
また、特許文献２の自走式掃除機は、床面検出センサの一部の構成として、床面に接する球体を備えており、球体が床面に接触しなくなったときに床面段差があることを検出するものであって、上段差に乗り上げた状態と、下段差に面した状態とを判別することができるものではない。
【００１４】
特許文献３には、対象物にパルス光を照射する投光部と、アバランシェフォトダイオードにより対象物からの反射パルス光を受光する複数の画素を有する受光部と、投光時刻と各画素における受光時刻の時間差のヒストグラムの極大値に基づいて対象物までの距離を算出する信号処理回路とを備えた光学式測距装置が記載されている。
【００１５】
しかしながら、特許文献３の測距装置では、画素ごとにヒストグラムの極大値に基づいて対象物までの距離を算出するため、各画素につき対象物における１点の距離しか測定することができず、上段差に乗り上げた状態と、下段差に面した状態とを判別することができるものではない。
【００１６】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであって、その目的は、光センサを搭載した電子機器と測定対象面との間の距離が変動した場合に、それが、電子機器が測定対象面上の上段差に乗り上げたことによるものか、電子機器が下段差に面したことによるものかを判別することができる光センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光センサは、照射方向を中心として所定の広がりを有する光を測定対象面に照射する発光部と、上記測定対象面に反射された光を受光する受光部と、上記受光部が受光した光に基づいて、上記測定対象面までの距離を算出する算出部とを備えている光センサであって、上記測定対象面上の複数の測定位置までの距離に基づいて、上記照射方向に対する上記測定対象面の傾きを検出する傾斜検出部を備え、上記傾斜検出部は、第１期間に上記受光部が受光した光に基づいて算出された上記距離から、上記第１期間より後の第２期間に上記受光部が受光した光に基づいて算出された上記距離への変動幅に基づいて、上記照射方向に対する上記測定対象面の傾きを検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様によれば、光センサを搭載した電子機器と測定対象面との間の距離が変動した場合に、それが、電子機器が測定対象面上の上段差に乗り上げたことによるものか、電子機器が下段差に面したことによるものかを判別することができる光センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態１に係るロボット掃除機の一部の構成を示すブロック図である。
【図２】受光部の構成を示す図であり、（ａ）受光部の回路図であり、（ｂ）は受光素子の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るロボット掃除機の動作を示す図であり、（ａ）はロボット掃除機が下段差に近づいたときを示し、（ｂ）はロボット掃除機が上段差に乗り上げたときを示す。
【図４】（ａ）は図３の（ｂ）の状態における発光部の照射タイミングと受光部の受光タイミングを示すグラフであり、（ｂ）は図３の（ｂ）の状態において算出部により生成された距離ヒストグラムである。
【図５】（ａ）は、図３の（ａ）の状態において生成された距離ヒストグラムであり、（ｂ）は、図３の（ｂ）の状態において生成された距離ヒストグラムである。
【図６】（ａ）は、照射方向に対して測定対象面が垂直である場合の距離ヒストグラムであり、（ｂ）は、照射方向に対する測定対象面の傾斜角度が比較的小さい場合の距離ヒストグラムであり、（ｃ）は、照射方向に対する測定対象面の傾斜角度が比較的大きい場合の距離ヒストグラムである。
【図７】本発明の実施形態２に係るロボット掃除機の受光部における受光素子の配置を示す平面図である。
【図８】従来のロボット掃除機の動作を示す図であり、（ａ）はロボット掃除機が下段差に近づいたときを示し、（ｂ）はロボット掃除機が上段差に乗り上げたときを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜６に基づいて詳細に説明する。以下の説明では、本発明の電子機器として、部屋や店などの掃除領域内における走行面上を自動的に移動しながら掃除するロボット掃除機を例に挙げて説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係るロボット掃除機の一部の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すように、ロボット掃除機１００は、ＴＯＦ（Time Of Flight）センサ１０（光センサ）と、制御部２０とを備えている。
【００２３】
制御部２０は、ロボット掃除機１００の動作を全体的に制御する。例えば、制御部２０は、ロボット掃除機１００の車輪（図示せず）の回転を制御することによって、ロボット掃除機１００の移動方向や移動速度を制御する。
【００２４】
ＴＯＦセンサ１０は、照射方向を中心として所定の広がりを有する光を測定対象面に照射する発光部１と、測定対象面に反射された光を受光する受光部２と、測定対象面との間の距離を算出する算出部３と、照射方向に対する測定対象面の傾きを検出する傾斜検出部４とを備えている。なお、発光部１は、測定対象面に照射する光として赤外光を照射することが好ましい。
【００２５】
制御部２０は、傾斜検出部４による測定対象面の傾きの検出結果に応じて、ロボット掃除機１００の移動方向を制御する。
【００２６】
＜受光部＞
図２は、受光部の構成を示す図であり、（ａ）受光部の回路図であり、（ｂ）は受光素子の構成を示す断面図である。
【００２７】
図２の（ａ）に示すように、受光部２は、受光素子２１、抵抗２２、定電流源２３、および、トランジスタ２４を備えている。
【００２８】
本実施形態のＴＯＦセンサ１０では、フォトダイオードの雪崩増幅（アバランシェ）効果を利用し、微弱光を高速に検出する手法で、受光素子２１としてアバランシェフォトダイオードが用いられる。
【００２９】
図２の（ｂ）に示すように、受光素子２１は、ＰＮ接合で構成される。すなわち、Ｐ層２１２がＮ層２１３の上に形成され、Ｎ層２１３がＰ基板２１１の上に形成される。Ｐ層２１２は、Ｐ形半導体の層であり、アノード電極ＡＮに接続される。Ｎ層２１３は、Ｎ形半導体の層であり、カソード電極ＣＡに接続される。Ｎ＋は、Ｎ層２１３のうち、Ｎ形不純物の濃度が高い箇所を示す。Ｐ基板２１１は、シリコン基板であり、接地電極ＧＮＤに接続される。
【００３０】
図２の（ａ）に示すように、受光素子２１のカソードは、高電圧線ＨＶに接続されている。受光素子２１のアノードは、抵抗２２の一端に接続されている。抵抗２２の他端と、トランジスタ２４のゲート端子と、定電流源２３の一端とは、ノードＮに接続されている。定電流源２３の他端と、トランジスタ２４のソース端子とは、ＧＮＤに接地されているか、または、比較的低電圧の配線に接続されている。トランジスタ２４のドレイン端子は算出部（図１参照）に接続されており、トランジスタ２４のドレイン端子を介して受光部２の出力信号が算出部に出力される。
【００３１】
受光部２において、逆バイアス電圧を降伏電圧（ブレークダウン電圧）以下で動作させると受光量に対して追従して出力電流が変動するリニアモードとなり、ブレークダウン電圧以上で動作させることでガイガーモードとなる。
【００３２】
ガイガーモードでは、単一フォトンの入射でもアバランシェ現象を起こし、大きな出力電流を得ることができることからシングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ：Single Photon Avalanche Diode）と呼ばれる。
【００３３】
ガイガーモードでは、図２の（ａ）に示す回路構成で一定以上の電流が流れると抵抗２２によりクエンチングされ、ＳＰＡＤに印加される電圧が低下し、アバランシェ現象が停止する。
【００３４】
このような受光素子２１は高速動作が可能であり、ＴＯＦセンサ１０と測定対象面４０までの距離ＬをＬ＝Ｃ（光速）×ｔ÷２により高精度に算出することが可能である。
【００３５】
＜上段差と下段差の判別＞
ロボット掃除機１００は、掃除領域内の走行面を走行しながら、発光部１から測定対象面４０としての走行面に光を照射するとともに、測定対象面４０に反射された光を受光部２で受光する。そして、算出部３が、発光部１による照射時刻と受光部２による受光時刻との時間差に基づいて、ＴＯＦセンサ１０と測定対象面４０との間の距離を算出する。ロボット掃除機１００と走行面との間の距離に応じて、制御部２０がロボット掃除機１００の進行方向を制御することによって、ロボット掃除機１００の進行方向を適切に変更することができる。以下、具体例を挙げて説明する。
【００３６】
図３は、本実施形態に係るロボット掃除機の動作を示す図であり、（ａ）はロボット掃除機が下段差に近づいたときを示し、（ｂ）はロボット掃除機が上段差に乗り上げたときを示す。
【００３７】
図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、ロボット掃除機１００では、発光部１が、照射方向を中心として所定の広がりを有する光を測定対象面４０に照射するため、測定対象面４０の上の所定の範囲内に光が照射され、上記所定の範囲内において反射された反射光を受光部２が受光する。そのため、算出部３は、ＴＯＦセンサ１０と、測定対象面４０上の所定の範囲内における複数の測定位置との間の距離Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３を算出することができる。
【００３８】
図３の（ａ）に示すように、ＴＯＦセンサ１０はロボット掃除機１００の前方部分に設けられており、ロボット掃除機１００が下段差３３に近づいたとき、ＴＯＦセンサ１０は下段差３３の下面に面し、この下段差３３の下面が測定対象面４０となる。発光部１は、鉛直下向きを照射方向として、照射方向を中心として所定の広がりを有する光を下方の測定対象面４０に向けて照射する。
【００３９】
また、図３の（ｂ）に示すように、ロボット掃除機１００が障害物３１などによる上段差３２に乗り上げたときは、ロボット掃除機１００が傾くことに伴い、発光部１の照射方向がロボット掃除機１００の前方に向くため、ＴＯＦセンサ１０の直下よりも前方の走行面が測定位置となる。
【００４０】
図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、ロボット掃除機１００が下段差３３に近づいたときと、ロボット掃除機１００が上段差３２に乗り上げたときとでは、照射方向に対する測定対象面４０の傾きが互いに異なっている。
【００４１】
そのため、ＴＯＦセンサ１０から正面に向けて発光される光に沿った方向における測定対象面４０までの距離をＬ２とし、ＴＯＦセンサ１０から最も広角に発光される光に沿った方向における測定対象面４０までの距離をＬ１・Ｌ３とした場合、ロボット掃除機１００が下段差３３に近づいた状態における距離Ｌ２と距離Ｌ１の差と、ロボット掃除機１００が上段差３２に乗り上げた状態における距離Ｌ２と距離Ｌ１の差とは、互いに異なる。
【００４２】
本実施形態のロボット掃除機１００では、算出部３が、発光部１による照射時刻と受光部２による受光時刻との時間差に基づいて、ＴＯＦセンサ１０と測定対象面４０との間の距離を算出し、傾斜検出部４が、測定対象面４０上の複数の測定位置までの距離に基づいて、照射方向に対する測定対象面４０の傾きを検出することによって、ロボット掃除機１００が下段差に近づいた状態と、ロボット掃除機１００が上段差に乗り上げた状態とを判別することができる。
【００４３】
＜距離ヒストグラム＞
以下、算出部３がＴＯＦセンサ１０と測定対象面４０との間の距離を算出する方法について説明する。
【００４４】
図４の（ａ）は発光部の照射タイミングと受光部の受光タイミングの一例を示すグラフであり、図４の（ｂ）は照射時刻と受光時刻との時間差に基づいて算出部により生成された距離ヒストグラムである。図４の（ａ）において、横軸は時間であり、発光部１が光を発光したタイミングと、受光部２が光を受光したタイミングを示す。図４の（ｂ）において、横軸は距離であり、縦軸は受光部２が光を受光した度数に対応するカウント値である。
【００４５】
図４の（ａ）に示すように、発光部１は、サンプリング時間（例えば、１０ｍｓ）内において所定のタイミングでパルス光を発光する。受光部２は、発光部１が発光したパルス光のうち、測定対象面４０の表面で反射された反射光を受光する。
【００４６】
発光部１の発光タイミングと、受光部２が反射光を受光する受光タイミングとは、測定対象面４０までの距離とに依存する時間差を有しており、上記時間差は、パルス光が測定対象面４０に反射されて受光部２に受光されるまでに要する時間に対応している。
【００４７】
すなわち、発光部１の発光タイミングから時間Ｔ１だけ遅れて受光部２に受光された光は、ＴＯＦセンサ１０から時間Ｔ１に対応する距離だけ離れた測定位置で反射された光であり、発光タイミングから時間Ｔ２だけ遅れて受光された光は、ＴＯＦセンサ１０から時間Ｔ２に対応する距離だけ離れた測定位置で反射された光であり、発光タイミングから時間Ｔ３だけ遅れて受光された光は、ＴＯＦセンサ１０から時間Ｔ３に対応する距離だけ離れた測定位置で反射された光である。
【００４８】
図４の（ａ）に示す例では、発光部１から発光された１回目のパルス光は、発光タイミングから時間Ｔ１だけ遅れた反射光と、発光タイミングから時間Ｔ２だけ遅れた反射光として受光部２によって受光される。また、発光部１から発光された２回目のパルス光も同様に、発光タイミングから時間Ｔ１だけ遅れた反射光と、発光タイミングから時間Ｔ２だけ遅れた反射光として受光部２によって受光される。また、発光部１から発光された３回目のパルス光は、発光タイミングから時間Ｔ１だけ遅れた反射光と、発光タイミングから時間Ｔ３だけ遅れた反射光として受光部２によって受光される。
【００４９】
図４の（ｂ）に示すように、算出部３は、発光タイミングと受光タイミングとの時間差である時間Ｔ１〜Ｔ３に対応する距離Ｌ１〜Ｌ３と、受光部２での受光頻度（カウント値）との関係を示す距離ヒストグラムを生成する。なお、ＳＰＡＤは高感度であることから、検出光量に依存せず、反射光線数に応じてカウントされるため、測定対象面４０までの距離に応じたカウント値が得られ、距離ヒストグラムが生成される。
【００５０】
図４の（ａ）および（ｂ）では、サンプリング時間内において発光部１が３回のパルス光を発光する例を挙げたが、本実施形態のＴＯＦセンサ１０の態様はこれに限られず、必要とされる検出距離の時間分解能に応じて、１つのサンプリング時間内において何回のパルス光を発光してもよい。
【００５１】
図５の（ａ）は、図３の（ａ）の状態において生成された距離ヒストグラムであり、図５の（ｂ）は、図３の（ｂ）の状態において生成された距離ヒストグラムである。
【００５２】
図３の（ａ）に示すように、ＴＯＦセンサ１０が下段差３３の下面の測定対象面４０に面した状態では、ＴＯＦセンサ１０から正面に向けて発光される光に沿った方向における測定対象面４０までの距離Ｌ２は、ＴＯＦセンサ１０から広がりをもって発光される光に沿った方向における測定対象面４０までの距離Ｌ１・Ｌ３とほぼ等しい。
【００５３】
そのため、図５の（ａ）に示すように、距離ヒストグラムにおいて、距離Ｌ１および距離Ｌ３と、距離Ｌ２の大きさはほぼ等しい。
【００５４】
一方で、図３の（ｂ）に示すように、ロボット掃除機１００が傾き、ＴＯＦセンサ１０がロボット掃除機１００の前方を向いた状態では、ＴＯＦセンサ１０から最も手前側に発光される光に沿った方向における測定対象面４０までの距離Ｌ１と、ＴＯＦセンサ１０から正面に向けて発光される光に沿った方向における測定対象面４０までの距離Ｌ２と、ＴＯＦセンサ１０から最も奥側に発光される光に沿った方向における測定対象面４０までの距離Ｌ３とは互いに異なる。
【００５５】
そして、図５の（ｂ）に示すように、距離ヒストグラムにおいて、距離Ｌ３、距離Ｌ２、距離Ｌ１は、この順で大きい。また、カウント値は、距離Ｌ１、距離Ｌ２、距離Ｌ３の順に大きい。
【００５６】
図５の（ａ）および（ｂ）からわかるように、ロボット掃除機１００が下段差に近づいてＴＯＦセンサ１０が下段差３３の下面の測定対象面４０に面した状態において生成された距離ヒストグラムと、ロボット掃除機１００が傾いてＴＯＦセンサ１０がロボット掃除機１００の前方を向いた状態で生成された距離ヒストグラムとは、互いに異なる。
【００５７】
具体的には、図５の（ａ）において、距離Ｌ１〜Ｌ３のうち、最もＴＯＦセンサ１０からの距離が大きいものと最もＴＯＦセンサ１０からの距離が小さいものとの距離差（Ｙ）は、図５の（ｂ）において、距離Ｌ１〜Ｌ３のうち、最もＴＯＦセンサ１０からの距離が大きいものと最もＴＯＦセンサ１０からの距離が小さいものとの距離差（Ｘ）よりも小さい。
【００５８】
そのため、例えば、距離Ｌ１〜Ｌ３のうち、最もＴＯＦセンサ１０からの距離が大きいものと最もＴＯＦセンサ１０からの距離が小さいものとの距離差に対して閾値を設け、距離差が閾値を超えた場合には、ロボット掃除機１００が上段差３２に乗り上げたと判定してもよい。
【００５９】
このようにして、ロボット掃除機１００が走行面を走行しているときに生成された通常時の距離ヒストグラムからの変動量に基づいて、傾斜検出部４（図１参照）は、照射方向に対する測定対象面４０の傾きを検出することができ、図３の（ａ）および（ｂ）の何れの状態であるかを判別することができる。
【００６０】
＜距離ヒストグラムの時間変化＞
なお、傾斜検出部４は、第１期間に受光部２からの光に基づいて算出部３が生成した距離ヒストグラムと、第１期間よりも後の第２期間に受光部２からの光に基づいて算出部３が生成した距離ヒストグラムとを比較し、前者の距離ヒストグラムから後者の距離ヒストグラムへの変動幅に基づいて、照射方向に対する測定対象面の傾きを検出し、ロボット掃除機１００が下段差３３に近づいたときと、ロボット掃除機１００が上段差３２に乗り上げたときとを判別してもよい。
【００６１】
これにより、測定対象面４０までの距離の変化量に基づいて照射方向に対する測定対象面の傾きを検出することができる。そのため、測定対象面４０までの距離を算出する周期（サンプリング周期）が長い場合や、算出可能な距離の分解能が小さい場合であっても、より正確に照射方向に対する測定対象面４０の傾きを検出することができる。
【００６２】
また、算出部３による算出方式として三角測量方式を採用した場合であっても、第１期間の距離ヒストグラムから第２期間の距離ヒストグラムへの変動幅に基づいて照射方向に対する測定対象面の傾きを検出することができる。
【００６３】
＜傾斜角度の算出＞
図６の（ａ）は、照射方向に対して測定対象面が垂直である場合の距離ヒストグラムであり、図６の（ｂ）は、照射方向に対する測定対象面の傾斜角度が比較的小さい場合の距離ヒストグラムであり、図６の（ｃ）は、照射方向に対する測定対象面の傾斜角度が比較的大きい場合の距離ヒストグラムである。
【００６４】
図６の（ａ）〜（ｃ）に示すように、照射方向に対する測定対象面４０の傾斜角度に応じて、距離ヒストグラムにおける距離Ｌ１〜Ｌ３の各カウント値の大きさが異なり、距離Ｌ１〜Ｌ３の各カウント値を結んだ曲線の勾配が変化する。
【００６５】
具体的には、図６の（ａ）〜（ｃ）に示すように、照射方向に対して測定対象面が垂直である場合には、横軸に平行な直線と距離Ｌ１〜Ｌ３の各カウント値を結んだ曲線とが成す角度はθ１であり、照射方向に対する測定対象面の傾斜角度が比較的小さい場合には、横軸に平行な直線と距離Ｌ１〜Ｌ３の各カウント値を結んだ曲線とが成す角度はθ２（＜θ１）であり、照射方向に対する測定対象面の傾斜角度が比較的大きい場合には、横軸に平行な直線と距離Ｌ１〜Ｌ３の各カウント値を結んだ曲線とが成す角度はθ３（＜θ２）である。
【００６６】
そこで、傾斜検出部４は、距離ヒストグラムにおいて、横軸に平行な直線と距離Ｌ１〜Ｌ３の各カウント値を結んだ曲線とが成す角度と、照射方向に対する測定対象面４０の傾斜角度とを予め対応付けておき、算出部３が生成した距離ヒストグラムに基づいて、照射方向に対する測定対象面４０の具体的な傾斜角度を数値として算出してもよい。これにより、ロボット掃除機１００の傾斜角度を求めることができる。
【００６７】
上記の構成によれば、加速度センサなどを用いることなく、ロボット掃除機１００の傾斜角度を算出することができる。
【００６８】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００６９】
図７は、本実施形態に係るロボット掃除機の受光部における受光素子の配置を示す平面図である。
【００７０】
図７に示すように、本実施形態のロボット掃除機の受光部１０２には、複数の受光素子１２１が設けられている。複数の受光素子１２１は、ロボット掃除機１００の進行方向を長手方向として配列されている。言い換えると、複数の受光素子１２１は、測定対象面４０における複数の測定位置が並ぶ方向を長手方向として配列されている。
【００７１】
図７に示す例では、ロボット掃除機１００の前方側から、３行３列の受光素子群１２１Ｃと、３行３列の受光素子群１２１Ｂと、３行３列の受光素子群１２１Ａとがこの順に配列されている。
【００７２】
これにより、測定対象面４０に反射された光を受光する位置にずれを生じさせることができる。
【００７３】
具体的には、図３の（ｂ）に示すように、ＴＯＦセンサ１０から最も前方側に発光されて反射された光を受光素子群１２１Ｃで受光し、ＴＯＦセンサ１０から正面に向けて発光されて反射された光を受光素子群１２１Ｂで受光し、ＴＯＦセンサ１０から最も後方側に発光されて反射された光を受光素子群１２１Ａで受光する。
【００７４】
これにより、各測定位置において反射した光を強調して受光することができる。その結果、光センサと測定対象面４０との間の距離の変動が、ロボット掃除機１００が測定対象面４０上の上段差３２に乗り上げたことによるものか、または、ロボット掃除機１００が下段差３３に面したことによるものかを、より正確に判別することができる。
【００７５】
〔実施形態３〕
本実施形態のロボット掃除機１００において、発光部１は測定対象面４０に対して赤外線を照射するとともに、受光部２は測定対象面４０に反射された赤外光を受光する。
【００７６】
例えば、ロボット掃除機１００の測定対象面４０側に撮像装置などを設けて、得られた画像に基づいて測定対象面４０に対するロボット掃除機１００の傾きを検出することが考えられるが、ロボット掃除機１００の下方はロボット掃除機１００本体によって影になるため、このような画像認識の手法で測定対象面４０に対するロボット掃除機１００の傾きを正確に検出することは困難である。
【００７７】
これに対して、本実施形態のロボット掃除機１００は、赤外光を照射する発光部１と赤外光を受光する受光部２とを備えていることにより、測定対象面４０に対するロボット掃除機１００の傾きを正確に検出することができる。
【００７８】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光センサ（ＴＯＦセンサ１０）は、照射方向を中心として所定の広がりを有する光を測定対象面（４０）に照射する発光部（１）と、上記測定対象面に反射された光を受光する受光部（２）と、上記受光部が受光した光に基づいて、上記測定対象面までの距離を算出する算出部（３）とを備えている光センサであって、上記測定対象面上の複数の測定位置までの距離に基づいて、上記照射方向に対する上記測定対象面の傾きを検出する傾斜検出部（４）を備えていることを特徴とする。
【００７９】
上記の構成によれば、照射方向に対する測定対象面の傾きを検出することができる。そのため、測定対象面が平面であると仮定した場合に、測定対象面に対する発光部による光の照射方向の変動を検出することができる。
【００８０】
そのため、例えば、測定対象面の上を移動する電子機器に光センサを搭載した場合に、測定対象面に対する電子機器の傾きを検出することができる。これにより、光センサと測定対象面との間の距離が変動した場合に、それが、電子機器が測定対象面上の上段差に乗り上げたことによるものか、または、電子機器が下段差に面したことによるものかを判別することができる。
【００８１】
電子機器が上段差に乗り上げた場合、前身して上段差を乗り越えることができ、また、電子機器が下段差に面した場合、進行方向を変更して下段差への落下を防止することができる。
【００８２】
本発明の態様２に係る光センサは、上記態様１において、上記傾斜検出部は、第１期間に上記受光部が受光した光に基づいて算出された上記距離から、上記第１期間より後の第２期間に上記受光部が受光した光に基づいて算出された上記距離への変動幅に基づいて、上記照射方向に対する上記測定対象面の傾きを検出する構成であってもよい。
【００８３】
上記の構成によれば、測定対象面までの距離の変化量に基づいて照射方向に対する測定対象面の傾きを検出することができる。そのため、測定対象面までの距離を算出する周期（サンプリング周期）が長い場合や、算出可能な距離の分解能が小さい場合であっても、より正確に照射方向に対する上記測定対象面の傾きを検出することができる。
【００８４】
また、上記の構成によれば、算出部による算出方式が三角測量方式であっても、照射方向に対する測定対象面の傾きを検出することができる。
【００８５】
本発明の態様３に係る光センサは、上記態様１または２において、上記傾斜検出部は、上記測定対象面上の複数の測定位置までの距離に基づいて、上記照射方向に対する上記測定対象面の傾斜角度を算出する構成であってもよい。
【００８６】
上記の構成によれば、電子機器に光センサを搭載した場合に、加速度センサなどを用いることなく、電子機器の傾斜角度を算出することができる。
【００８７】
本発明の態様４に係る光センサは、上記態様１〜３の何れかにおいて、上記受光部は、複数のアバランシェフォトダイオード（受光素子１２１）を備えており、上記複数のアバランシェフォトダイオードは、上記複数の測定位置が並ぶ方向を長手方向として配列されている構成であってもよい。
【００８８】
上記の構成によれば、反射された光を受光する位置にずれを生じさせ、各測定位置において反射した光を強調して受光することができる。これにより、光センサと測定対象面との間の距離の変動が、電子機器が測定対象面上の上段差に乗り上げたことによるものか、または、電子機器が下段差に面したことによるものかをより正確に判別することができる。
【００８９】
本発明の態様５に係る光センサは、上記態様１〜４の何れかにおいて、上記発光部は、赤外光を上記測定対象面に照射し、上記受光部は、上記測定対象面に反射された赤外光を受光する構成であってもよい。
【００９０】
例えば電子機器の測定対象面側に撮像装置を設けて、得られた画像に基づいて測定対象面に対する電子機器の傾きを検出することが考えられるが、電子機器の下方は電子機器本体によって影になるため、画像に基づいて測定対象面に対する電子機器の傾きを正確に検出することは困難である。
【００９１】
これに対して、赤外光を照射する発光部を備えていることにより、測定対象面に対する電子機器の傾きを正確に検出することができる。
【００９２】
本発明の態様６に係る電子機器（ロボット掃除機１００）は、上記態様１〜５の何れかの光センサを備えており、測定対象面の上を移動する構成であってもよい。
【００９３】
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。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１  発光部
２、１０２  受光部
３  算出部
４  傾斜検出部
１０  ＴＯＦセンサ（光センサ）
２０  制御部
２１、１２１  受光素子
４０  測定対象面
１００  ロボット掃除機（電子機器）
【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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