(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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であって、
一方向へ光を出射する発光素子と、
上記発光素子の上記一方向に垂直な方向へ配された複数のアバランシェフォトダイオードと、
上記検知物体と上記発光素子とを隔てる筐体と、
上記発光素子と上記複数のアバランシェフォトダイオードとに接続され、ＴＯＦ方式および三角測量方式で上記距離を特定する制御部と、
を備え、
上記発光素子と、上記発光素子に最も近い上記アバランシェフォトダイオードとの間の距離は、上記検知物体が上記筐体に接触するときに、上記発光素子から出射した光が上記検知物体の表面に広がるスポット径に等しく、
上記制御部は、特定した上記距離と、上記アバランシェフォトダイオードの受光位置とを比較して、上記検知物体の表面状態を検知する、
ことを特徴とする光センサ。
【請求項２】
上記アバランシェフォトダイオードは、ガイガーモードで動作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】
光を受光した上記アバランシェフォトダイオードの個数と、上記アバランシェフォトダイオードが出力する光電流の波高値とから、上記検知物体の表面状態を検知す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】
上記複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれに直列に接続された抵抗素子をさらに備え、
上記抵抗素子の抵抗値は、上記抵抗素子に接続された上記アバランシェフォトダイオードと上記発光素子との間の距離が近いほど高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光センサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の光センサを備えた電子機器。
【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】
特許文献１は、三角測量の原理を用いて鏡面物体までの距離を測定する三角測量式測距装置を開示している。特許文献２は、異なる角度で投光・受光する装置を備え、受光した光が鏡面反射をともなう多重反射光であるか否かを判定する距離計測装置を開示している。特許文献３は、三角測量方式・飛行時間（ＴＯＦ；time of flight）方式のいずれかを選択する光３次元カメラを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２６１７５２号公報（1996年10月11日公開）
【特許文献２】特開２００９−１５０８６２号公報（2009年7月9日公開）
【特許文献３】特開２０１３−１０４７８４号公報（2013年5月30日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の三角測量式測距装置と、特許文献３の光３次元カメラとは、検知物体の表面が鏡面であるか否かを判定できない。特許文献２の距離計測装置は、投光装置の角度を変更する機構などが複雑である。本発明は、上記問題に鑑み、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であって、簡易に検知物体の表面状態を判定できる光センサと電子機器とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、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であって、一方向へ光を出射する発光素子と、上記発光素子の上記一方向に垂直な方向へ配された複数のアバランシェフォトダイオードと、上記検知物体と上記発光素子とを隔てる筐体と、上記発光素子と上記複数のアバランシェフォトダイオードとに接続され、ＴＯＦ方式および三角測量方式で上記距離を特定する制御部とを備え、上記発光素子と、上記発光素子に最も近い上記アバランシェフォトダイオードとの間の距離は、上記検知物体が上記筐体に接触するときに、上記発光素子から出射した光が上記検知物体の表面に広がるスポット径に等しく、上記制御部は、特定した上記距離と、上記アバランシェフォトダイオードの受光位置とを比較して、上記検知物体の表面状態を検知する。
【０００６】
また、本発明の一態様に係る電子機器は、上記光センサを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の各態様によれば、簡易に検知物体の表面状態を判定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１の光センサの構成を示す正面図である。検知物体の表面は鏡面である。
【図２】図１に示される光センサの構成を示す正面図である。検知物体の表面は鏡面ではない。
【図３】実施形態２の光センサの構成を示す正面図である。
【図４】図３に示される光センサの構成を示す正面図である。検知物体は光センサに対し傾いている。
【図５】実施形態３の検知物体の表面状態を判定するための構成を示す模式図である。
【図６】実施形態４の光センサから検知物体までの距離を測定するための構成を示す回路図である。
【図７】実施形態５のロボット掃除機の構成を示す正面図・底面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
〔実施形態１〕
本発明の第一実施形態について、図１および図２を参照し説明する。
【００１０】
《光センサ１の構成》
図１は、本実施形態の光センサ１の構成を示す正面図であって、（ａ）は全体構成を示し、（ｂ）は発光素子１１および受光素子１２付近の部分構成を示す。図１では、検知物体Ａの表面は鏡面である。図１の（ａ）に示されるように、光センサ１は、発光素子１１と、複数の受光素子１２と、レンズ１３と、制御部１５と、破線で示される筐体とを備える。
【００１１】
（発光素子）
発光素子１１は、光軸ＯＡにそって一方向へ光を出射する。発光素子１１として、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）を利用できる。発光素子１１から出射した光は、空間を伝搬するにしたがい広がっていく。光線Ｌｌ・Ｌｒは、発光素子１１から出射した光が広がる範囲を視覚的に示す線である。なお、図１では、発光素子１１から出射した光は、図１の水平方向に広がっているが、図１の奥行方向にも同様に広がっている。この光の伝搬経路に検知物体Ａがあるときには、光は検知物体Ａの表面で反射する。検知物体Ａに反射した光は、レンズ１３を介し受光素子１２へと集光される。
【００１２】
（受光素子）
受光素子１２は、光軸ＯＡに垂直な方向へ配されたアバランシェフォトダイオードである。アバランシェフォトダイオードは、半導体中の電子なだれ増倍（アバランシェ増倍）を利用して、増幅機能をもたせた光検出用ダイオードである。アバランシェフォトダイオードでは、半導体の禁制帯幅よりも大きいエネルギーの光を照射し、キャリアとして生じた自由電子と正孔とが、逆方向の電圧を加えられたダイオード中でなだれ増倍されることにより、光が電気信号に変換されると同時に増幅される。このため、アバランシェフォトダイオードの応答速度は、他のダイオードと比較して速く、例えば１ＧＨｚ以上である。光センサ１は、このような受光素子１２を備えることにより、ＴＯＦ方式で検知物体Ａまでの距離を演算できる。なお、これに限定されるわけではないが、受光素子１２の寸法は、図１の水平方向において約１０μｍである。
【００１３】
（受光素子の動作モード）
受光素子１２は、ガイガーモードで動作することが好ましい。ガイガーモードで動作する受光素子１２では、単一フォトンの入射によっても、アバランシェ増幅が起こる。このため、受光素子１２は、大きな出力電流を得ることができる。なお、このような受光素子１２は、シングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）と呼ばれる。
【００１４】
受光素子１２が光を電気信号に変換した検出信号は、高周波であるほど寄生容量の影響を受け、信号遅延が生じると共にその振幅が小さくなる。このとき、検出信号の検出が困難になる。そして、検知物体Ａと光センサ１とが近接するほど、この検出信号は高周波になる。しかし、受光素子１２がガイガーモードで動作することにより、検出信号の高速駆動化と共に振幅を高めることができる。ゆえに、光センサ１は、このような受光素子１２を備えることにより、ＴＯＦ方式でより近接した検知物体Ａまでの距離を演算できる。
【００１５】
なお、受光素子１２がガイガーモードで動作する場合、距離の演算において、外乱光の悪影響が大きくなることがある。受光素子１２のバイアス電圧を変更したり、受光素子１２に直列に接続する電流源の電流量を外乱光に併せて変更することにより、この悪影響を抑制できる。
【００１６】
（検知物体）
検知物体Ａは、例えば、検知物体Ａａで示される光センサ１により近い位置、または、検知物体Ａｂで示される光センサ１からより遠い位置へ移動し得る。検知物体Ａａは、検知物体Ａが光センサ１の筐体（破線）に接触する位置まで移動したものである。最近接距離ｄは、検知物体Ａａと発光素子１１との間の距離である。光センサ１の筐体は、検知物体Ａと発光素子１１とを隔てている。このため、検知物体Ａは、検知物体Ａａよりも光センサ１に近い位置へは移動しない。
【００１７】
図１の（ｂ）に示されるように、発光素子１１から出射した光線Ｌｒは、対称軸ＳＡに対し角度θをなして検知物体Ａａの表面へ入射する。光線ＬＲは、光線Ｌｒが検知物体Ａａに反射したものであり、対称軸ＳＡに対し角度θをなして検知物体Ａａの表面から反射する。そして、光線ＬＲは、レンズ１３を介して受光素子１２１へ入射する。レンズ１３による屈折が微小である場合、光軸ＯＡと、発光素子１１に最も近い位置に配された受光素子１２１の端部との間の距離ｒは、発光素子１１から出射した光が検知物体Ａａの表面に広がるスポット径Ｄにおおむね等しくなる。つまり、受光素子１２１の発光素子１１側の端部は、対称軸ＳＡについて発光素子１１と対称な位置に配されている。
【００１８】
（制御部）
制御部１５は、発光素子１１と受光素子１２とに接続されており、ＴＯＦ方式で検知物体までの距離を特定するＴＯＦ部１５１と、三角測量方式でこの距離を特定する三角測量部１５２とを備える。制御部１５は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。後者の場合、光センサ１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的ではない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【００１９】
（筐体）
通常、発光素子１１と、受光素子１２と、レンズ１３と、制御部１５とは、一つのパッケージとしてアッセンブリされている。光センサ１の筐体は、このパッケージである。さらに、光センサ１をロボット掃除機などに設置するときには、光センサ１に外枠が配される。筐体は、この外枠であってもよい。この場合、上述の最近接距離ｄは、発光素子１１からこの外枠までの距離になる。なお、車輪を備えたロボット掃除機では、距離を検出する対象である走行面と、光センサ１の発光素子１１との間の最近接距離が、この車輪によって規定される。よって、車輪を筐体の一部であるとしてもよい。
【００２０】
光センサ１の筐体には、発光素子１１から出射した光が検知物体Ａに照射されるように、かつ、検知物体Ａに反射した光が受光素子１２へ入射するように、穴部が設けられている。なお、この穴部は、光を透過する部材であってもよい。
【００２１】
《光センサ１の動作および本実施形態の効果》
（距離測定）
図１に示されるように、検知物体Ａの表面が鏡面である場合、発光素子１１から光軸ＯＡにそって一方向へ出射した光は、検知物体Ａに反射することにより、光軸ＯＡに垂直な方向へ、発光素子１１から出射した光が検知物体Ａの表面に広がるスポット径Ｄに等しい長さを伝搬する。よって、光センサ１と検知物体Ａとが最近接しても、検知物体Ａに反射した光は、発光素子１１に最も近いアバランシェフォトダイオードである受光素子１２に入射できる。そして、アバランシェフォトダイオードは光のＴＯＦの測定に好適である。ゆえに、ＴＯＦ方式により、光センサ１から検知物体Ａまでの距離を測定できる。
【００２２】
（鏡面判定）
図２は、図１に示される光センサ１の構成を示す正面図である。図２では、検知物体Ａの表面は鏡面ではない。なお、図２では、図面を簡略化するために、光センサ１の筐体と、制御部１５とを省略している。
【００２３】
図２に示されるように、検知物体Ａの表面が鏡面ではない場合、三角測量法により、この距離を測定できる。そして、検知物体Ａの表面が鏡面である場合と、この表面が鏡面ではない場合とで、検知物体Ａに反射した光が入射する受光素子１２の位置が異なる。具体的には、光センサ１がレンズ１３を備えることにより、レンズ１３により集光された拡散光は、検知物体Ａと光センサ１との間の距離が大きくなるほど、発光素子１１に近い側へ動く。また、検知物体Ａと光センサ１との間の距離が近くなるほど、この拡散光は、発光素子１１から遠い側へ動く。
【００２４】
ゆえに、ＴＯＦ部１５１・三角測量部１５２の特定結果と、光が入射した受光素子１２の位置（受光位置）とに基づき、制御部１５は、検知物体Ａの表面が鏡面であるのか否かを判定できる。この判定において、光を異なる角度で投光・受光するといった複雑な構成を用いていない。よって、光センサ１は、簡易に検知物体Ａの表面状態を判定できる。
【００２５】
〔実施形態２〕
本発明の第二実施形態について、図３〜図４を参照し説明する。なお、説明の便宜上、上述の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。後述の実施形態についても同様である。
【００２６】
《光センサ１ａの構成》
図３は、本実施形態の光センサ１ａの構成を示す正面図である。図３では、検知物体Ａの表面は鏡面である。図３に示されるように、光センサ１ａは、発光素子１１と、複数の受光素子１２と、レンズ１３ｌ・１３ｒと、制御部１５と、破線で示される筐体とを備える。
【００２７】
（受光素子）
受光素子１２は、左側受光素子１２ｌと、右側受光素子１２ｒとを含む。発光素子１１から出射して検知物体Ａに反射した光の一部は、レンズ１３ｌを介し左側受光素子１２ｌへと集光される。また、この光の他の一部は、レンズ１３ｒを介し右側受光素子１２ｒへと集光される。左側受光素子１２ｌと、右側受光素子１２ｒとは、光軸ＯＡに垂直な方向へ配されたアバランシェフォトダイオードであり、光軸ＯＡについて互いに対称に配されている。
【００２８】
受光素子１２１ｌは、左側受光素子１２ｌのうち、発光素子１１に最も近い位置に配されたものである。発光素子１１から出射した光線Ｌｌは、対称軸ＳＡｌに対しある角度をなして検知物体Ａａの表面へ入射する。入射した光線は、対称軸ＳＡｌに対し、このある角度と同一の角度をなして検知物体Ａａの表面から反射する。そして、反射した光線は、レンズ１３ｌを介して受光素子１２１ｌへ入射する。光軸ＯＡと、受光素子１２１ｌの端部との間の距離は、発光素子１１から出射した光が検知物体Ａａの表面に広がるスポット径におおむね等しくなる。つまり、受光素子１２１ｌの発光素子１１側の端部は、対称軸ＳＡｌについて発光素子１１と対称な位置に配されている。
【００２９】
また、受光素子１２１ｒは、右側受光素子１２ｒのうち、発光素子１１に最も近い位置に配されたものである。発光素子１１から出射した光線Ｌｒは、対称軸ＳＡｒに対しある角度をなして検知物体Ａａの表面へ入射する。入射した光線は、対称軸ＳＡｒに対し、このある角度と同一の角度をなして検知物体Ａａの表面から反射する。そして、反射した光線は、レンズ１３ｒを介して受光素子１２１ｒへ入射する。光軸ＯＡと、受光素子１２１ｒの端部との間の距離は、発光素子１１から出射した光が検知物体Ａａの表面に広がるスポット径におおむね等しくなる。つまり、受光素子１２１ｒの発光素子１１側の端部は、対称軸ＳＡｒについて発光素子１１と対称な位置に配されている。
【００３０】
《光センサ１ａの動作および本実施形態の効果》
図３に示されるように、検知物体Ａの表面が鏡面である場合、発光素子１１から光軸ＯＡにそって一方向へ出射した光は、検知物体Ａに反射することにより、光軸ＯＡに垂直な方向へ、発光素子１１から出射した光が検知物体Ａの表面に広がるスポット径に等しい長さを伝搬する。よって、光センサ１ａと検知物体Ａとが最近接しても、検知物体Ａに反射した光は、発光素子１１に最も近いアバランシェフォトダイオードである受光素子１２１ｌ・１２１ｒに入射できる。そして、アバランシェフォトダイオードは光のＴＯＦの測定に好適である。ゆえに、ＴＯＦ方式により、光センサ１ａから検知物体Ａまでの距離を測定できる。また、上述のとおり、制御部１５は、検知物体Ａの表面が鏡面であるのか否かを判定できる。以上より、光センサ１ａは、簡易に検知物体Ａの表面状態を判定できる。
【００３１】
図４は、図３に示される光センサ１ａの構成を示す正面図である。図４では、検知物体Ａの表面は鏡面であり、かつ、検知物体Ａは光センサ１ａに対し傾いている。なお、図４では、図面を簡略化するために、光センサ１ａの筐体と、制御部１５とを省略している。
【００３２】
図４に示されるように、検知物体Ａの表面が鏡面であり、かつ、検知物体Ａが光センサ１ａに対し傾いた場合、例えば左側受光素子１２ｌは、光を受光できないことがある。しかし、左側受光素子１２ｌと、右側受光素子１２ｒとは、光軸ＯＡについて互いに対称に配されているため、右側受光素子１２ｒは、この光を受光できる。このように、左側受光素子１２ｌおよび右側受光素子１２ｒのうちの少なくとも一方が、発光素子１１から出射して検知物体Ａに反射した光を受光できる。よって、検知物体Ａが光センサ１ａに対し傾いていても、光センサ１ａは、簡易に検知物体Ａの表面状態を判定できる。
【００３３】
〔実施形態３〕
本発明の第三実施形態について、図５を参照し説明する。
【００３４】
《検知物体の表面状態を高精度に判定するための構成およびその効果》
図５は、本実施形態の検知物体Ａの表面状態を判定するための構成を示す模式図であって、（ａ）は検知物体Ａの表面が鏡面である構成を示し、（ｂ）は検知物体の表面が鏡面ではない構成を示す。図５の構成は、光センサ１ａにも同様に適用できる。
【００３５】
図５の（ａ）に示されるように、検知物体Ａの表面が鏡面である場合、発光素子１１から出射して検知物体Ａに反射した光は、発光素子１１に最も近い位置に配された受光素子１２１へ入射する。光電流分布Ｄａは、受光素子１２が光を受光した位置と、その光電流とを示している。この光電流は、受光素子１２１の位置のみに分布している。発光素子１１から出射した光は、検知物体Ａで正反射するため、光電流の波高値は比較的高くなる。
【００３６】
一方、図５の（ｂ）に示されるように、検知物体Ａの表面が鏡面ではない場合、発光素子１１から出射して検知物体Ａに反射した光は、受光素子１２１よりも発光素子１１から遠い受光素子１２２〜１２４へ入射する。光電流分布Ｄｂの光電流は、受光素子１２２〜１２４の位置に分布している。発光素子１１から出射した光は、検知物体Ａで拡散反射するため、光電流の波高値は比較的小さくなる。なお、検知物体Ａの表面が鏡面ではない場合、発光素子１１から出射した光は、検知物体Ａにて拡散反射し、レンズ１３の中心を基準に集光・受光される。このため、拡散反射した光の光軸中心は、レンズ１３の中心を通過する。
【００３７】
以上のように、検知物体Ａの表面が鏡面である場合と、鏡面ではない場合とで、光が入射した受光素子１２の位置（個数）だけではなく、光電流の波高値が異なる。このため、光が入射した受光素子の個数と、波高値とから、より高精度に検知物体Ａの表面状態を判定できる。
【００３８】
〔実施形態４〕
本発明の第四実施形態について、図６を参照し説明する。
【００３９】
《光センサから検知物体までの距離を確実に測定するための構成》
図６は、本実施形態の光センサ１から検知物体Ａまでの距離を測定するための構成を示す回路図である。なお、図６の構成は、光センサ１ａにも同様に適用できる。図６に示されるように、光センサ１は、一つの受光素子ごとに、抵抗素子Ｒと、トランジスタＴと、定電流源Ｓと、をさらに備える。なお、図６では、光センサ１が備える複数の受光素子のうちの一つが、受光素子１２として示されている。トランジスタＴは、酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ；metal oxide semiconductor field effect transistor）である。この構成に限定されるわけではなく、トランジスタＴは、アバランシェフォトダイオードである受光素子１２の応答速度に応じて、高速にＯＮ／ＯＦＦできるトランジスタであれば、どのようなものであってもよい。
【００４０】
受光素子１２のカソードは、高電圧線ＨＶに接続されている。受光素子１２のアノードは、抵抗素子Ｒの一端に接続されている。抵抗素子Ｒの他端と、トランジスタＴのゲート端子と、定電流源Ｓの一端とは、ノードＮに接続されている。定電流源Ｓの他端と、トランジスタＴのソース端子とは、ＧＮＤに接地されている、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Ｔのドレイン端子は、制御部１５に接続されており、出力信号Ｉが流れる。
【００４１】
このように、受光素子１２に対し、直列に抵抗素子が挿入されることにより、ノードＮの電位に応じた出力信号Ｉが得られると共に、受光素子１２の光電流を制限するクエンチングが可能となる。なお、抵抗素子Ｒは、トランジスタによる抵抗でも構成可能である。
【００４２】
《本実施形態の効果》
図５の（ａ）に示されるように、検知物体Ａの表面が鏡面である場合には、受光素子１２から得られる光電流の波高値が高くなる。このとき、光電流のクエンチングに時間を要するため、光センサから検知物体までの距離の高速検知が困難になることがある。図６に示される抵抗素子Ｒの抵抗値を高くすることで、安定して高速検知できる。
【００４３】
クエンチングされた光電流の減衰は、検出開始時からクエンチングまでの時間をｔ、抵抗素子Ｒの抵抗値をＲ、その寄生容量をＣとおくと、係数ｅｘｐ（−ｔ／ＲＣ）に依存する。発光素子１１に近い受光素子１２ほど、その受光素子１２から得られる光電流が大きくなるため、時間ｔが長くなる傾向にある。このため、時間ｔに応じて、減衰に係る上記係数が一定値以上となるように、抵抗素子Ｒの抵抗値を選択すればよい。
【００４４】
〔実施形態５〕
本発明の第五実施形態について、図７を参照し説明する。
【００４５】
《ロボット掃除機の構成》
図７は、本実施形態のロボット掃除機５（電子機器）の構成を示す図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は底面図である。なお、図を明瞭にするために、図７の（ｂ）では床面６を省略している。また、図７の（ａ）のＸＹＺ軸と、図７の（ｂ）のＸＹＺ軸とは、対応している。
【００４６】
図７の（ａ）に示されるように、ロボット掃除機５は、光センサ１または１ａと、筐体５１と、タイヤ５２とを備える。光センサ１または１ａは、筐体５１に設けられている。そして、光センサ１または１ａが備える発光素子から床面６へ、光軸ＯＡにそって光が出射される。図７の（ｂ）に示されるように、ロボット掃除機５の筐体５１には、吸引部５３が設けられている。吸引部５３には、床面６からごみを吸い込むローラーが設けられている（非図示）。
【００４７】
《ロボット掃除機の動作および効果》
ロボット掃除機５は、タイヤ５２の回転を床面６に伝えてＹ軸正方向側へ走行する。なお、ロボット掃除機５は、その底面と床面６とを略平行に保つための機構を備えていてもよい。図７の（ｂ）に示されるように、光センサ１または１ａは、ロボット掃除機５の底面において、吸引部５３に対し、ロボット掃除機５の走行方向正面側に配されている。ロボット掃除機５は、掃除対象である床面６の状態を検出して吸引力を変更できるため、ごみ収集能力向上および省エネに貢献できる。以上のように、光センサ１または１ａを備えた電子機器も本発明に含まれる。
【００４８】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る光センサ１・１ａは、検知物体Ａ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であって、一方向へ光を出射する発光素子１１と、上記発光素子の上記一方向に垂直な方向へ配された複数のアバランシェフォトダイオード（受光素子１２・左側受光素子１２ｌ・右側受光素子１２ｒ）と、上記検知物体と上記発光素子とを隔てる筐体と、上記発光素子と上記複数のアバランシェフォトダイオードとに接続され、ＴＯＦ方式および三角測量方式で上記距離を特定する制御部１５とを備え、上記発光素子と、上記発光素子に最も近い上記アバランシェフォトダイオードとの間の距離ｒは、上記検知物体が上記筐体に接触するときに、上記発光素子から出射した光が上記検知物体の表面に広がるスポット径Ｄに等しく、上記制御部は、特定した上記距離と、上記アバランシェフォトダイオードの受光位置とを比較して、上記検知物体の表面状態を検知する。
【００４９】
上記構成によれば、検知物体の表面が鏡面である場合、発光素子から一方向へ出射した光は、検知物体に反射することにより、この一方向に垂直な方向へ、発光素子から出射した光が検知物体の表面に広がるスポット径に等しい長さを伝搬する。よって、光センサと検知物体とが最近接するとき、つまり検知物体が筐体に接触するときでも、検知物体に反射した光は、発光素子に最も近いアバランシェフォトダイオードに入射できる。
【００５０】
さらに、検知物体の表面が鏡面である場合、ＴＯＦ方式により、光センサから検知物体までの距離を測定できる。検知物体の表面が鏡面ではない場合、三角測量法により、この距離を測定できる。そして、検知物体の表面が鏡面である場合と、この表面が鏡面ではない場合とで、検知物体に反射した光が入射するアバランシェフォトダイオードは異なる。ゆえに、ＴＯＦ方式・三角測量方式で特定した距離と、光が入射したアバランシェフォトダイオードの位置とに基づき、制御部は、検知物体の表面が鏡面であるのか否かを判定できる。この判定において、光を異なる角度で投光・受光するといった複雑な構成を必要としない。
【００５１】
以上のように、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おいて、簡易に検知物体の表面状態を判定できる。
【００５２】
本発明の態様２に係る光センサでは、上記態様１において、上記アバランシェフォトダイオードは、ガイガーモードで動作してもよい。
【００５３】
アバランシェフォトダイオードが光を電気信号に変換した検出信号は、高周波であるほどその振幅が小さくなる。このとき、検出信号の検出が困難になる。そして、検知物体と光センサとが近接するほど、この検出信号は高周波になる。
【００５４】
上記構成によれば、アバランシェフォトダイオードがガイガーモードで動作することにより、検出信号の振幅を高めることができる。ゆえに、光センサは、より近接した検知物体までの距離を演算できる。
【００５５】
本発明の態様３に係る光センサでは、上記態様１または２において、光を受光した上記アバランシェフォトダイオードの個数と、上記アバランシェフォトダイオードが出力する光電流の波高値とから、上記検知物体の表面状態を検知してもよい。
【００５６】
上記構成によれば、検知物体の表面が鏡面である場合と、鏡面ではない場合とで、光が入射したアバランシェフォトダイオードの位置（個数）だけではなく、光電流の波高値が異なる。このため、光が入射したアバランシェフォトダイオードの個数と、波高値とから、より高精度に検知物体の表面状態を判定できる。
【００５７】
本発明の態様４に係る光センサは、上記態様１から３のいずれか一態様において、上記複数のアバランシェフォトダイオードのそれぞれに直列に接続された抵抗素子Ｒをさらに備え、上記抵抗素子の抵抗値は、上記抵抗素子に接続された上記アバランシェフォトダイオードと上記発光素子との間の距離が近いほど高くてもよい。
【００５８】
検知物体の表面が鏡面である場合には、アバランシェフォトダイオードから得られる光電流の波高値が高くなる。このとき、光電流のクエンチングに時間を要するため、光センサから検知物体までの距離の高速検知が困難になることがある。
【００５９】
上記構成によれば、発光素子に近いアバランシェフォトダイオードほど、そのアバランシェフォトダイオードから得られる光電流が大きくなるため、検出開始時からクエンチングまでの時間が長くなる傾向にある。この傾向に応じて抵抗素子の抵抗値を高くすることで、安定して高速検知できる。
【００６０】
本発明の態様５に係る電子機器は、上記態様１から４のいずれか一態様に記載の光センサを備える。
【００６１】
（その他の態様）
本発明の他の態様に係る光センサでは、上記態様１から４のいずれか一態様において、上記アバランシェフォトダイオードは、上記発光素子に対して対称に配されていてもよい。
【００６２】
検知物体の表面が鏡面であり、かつ、検知物体が光センサに対し傾いた場合、アバランシェフォトダイオードは、光を受光できないことがある。
【００６３】
上記構成によれば、対称に配された複数のアバランシェフォトダイオードのうちの少なくとも一つは、発光素子から出射して検知物体に反射した光を受光できる。よって、検知物体が光センサに対し傾いていても、光センサは、簡易に検知物体の表面状態を判定できる。
【００６４】
〔付記事項〕
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。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ロボット掃除機の床面状態検出に利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１・１ａ  光センサ
５  ロボット掃除機（電子機器）
１１  発光素子
１２  受光素子（アバランシェフォトダイオード）
１２ｌ  左側受光素子（アバランシェフォトダイオード）
１２ｒ  右側受光素子（アバランシェフォトダイオード）
１３・１３ｌ・１３ｒ  レンズ
１５  制御部
１５１  ＴＯＦ部
１５２  三角測量部
Ａ  検知物体
Ｄ  スポット径
Ｒ  抵抗素子
Ｔ  トランジスタ
ｄ  最近接距離
ｒ  距離
【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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