(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔を設けて配置された複数の撮像素子と、
前記複数の撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、
前記測距対象物像が結像された前記撮像素子から出力される信号に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた測距装置において、
前記複数の撮像素子は、２次元撮像素子であって、かつ半導体ウェハと一体に切り分けされて同一基板上に形成されており、
前記複数の撮像素子のうちの少なくとも２つの撮像素子上に、前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させ、
前記距離算出手段は、前記測距対象物像が結像された前記撮像素子から出力される信号に基づいて測距対象物までの距離を算出し、
前記測距用レンズは、前記少なくとも２つの撮像素子と対向するようにしてレンズアレイに一体に複数形成され、前記複数の撮像素子のうちの少なくとも１つの撮像素子を間に挟んでその両側に位置する２つの撮像素子に対向配置されて、前記レンズアレイに一列に２つ形成されており、
前記測距用レンズが対向配置されている前記２つの撮像素子に挟まれている前記少なくとも１つの撮像素子には、測距用レンズが対向配置されていないことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
所定の間隔を設けて配置された複数の測距用撮像素子と、前記複数の測距用撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、前記測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子から出力される信号に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた測距装置において、
前記複数の測距用撮像素子は、２次元撮像素子であって、かつ同一基板上に形成されており、前記複数個の撮像素子のうちの少なくとも２つ測距用撮像素子上に、前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させ、
前記測距用レンズは、複数の前記測距用撮像素子と対向するようにしてレンズアレイに一体に一列に３つ形成され、レンズ間の距離を第１の距離に設定した一対の第１レンズと、レンズ間の距離を前記第１の距離よりも長い第２の距離に設定した一対の第２レンズを有し、
前記一対の第１レンズは、３つのうちの隣接位置にある２つの測距用レンズであり、前記一対の第２レンズは、３つのうちの両側位置にある２つの測距用レンズであり、
前記一対の第１レンズ及び前記一対の第２レンズを通してそれぞれ得られた測距対象物像を、対向配置された前記測距用撮像素子上に結像させ、
前記距離算出手段は、前記一対の第１レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子及び前記一対の第２レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子からそれぞれ出力される信号に基づいて、測距対象物までの距離を算出することを特徴とする測距装置。
【請求項３】
所定の間隔を設けて配置された複数の測距用撮像素子と、前記複数の測距用撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、前記測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子から出力される信号に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた測距装置において、
前記複数の測距用撮像素子は、２次元撮像素子であって、かつ同一基板上に形成されており、前記複数個の撮像素子のうちの少なくとも２つ測距用撮像素子上に、前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させ、
前記測距用レンズは、複数の前記測距用撮像素子と対向するようにしてレンズアレイに一体に一列に４つ形成され、レンズ間の距離を第１の距離に設定した一対の第１レンズと、レンズ間の距離を前記第１の距離よりも長い第２の距離に設定した一対の第２レンズを有し、
前記一対の第１レンズは、４つのうちの内側位置にある２つの測距用レンズであり、前記一対の第２レンズは、４つのうちの両側位置にある２つの測距用レンズであり、更に、前記内側の２つの測距用レンズは前記レンズアレイの背面側に形成され、前記両側の２つの測距用レンズは前記レンズアレイの前面側に形成されており、
前記一対の第１レンズ及び前記一対の第２レンズを通してそれぞれ得られた測距対象物像を、対向配置された前記測距用撮像素子上に結像させ、
前記距離算出手段は、前記一対の第１レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子及び前記一対の第２レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子からそれぞれ出力される信号に基づいて、測距対象物までの距離を算出することを特徴とする測距装置。
【請求項４】
所定の間隔を設けて配置された複数の測距用撮像素子と、前記複数の測距用撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、前記測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子から出力される信号に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた測距装置において、
前記複数の測距用撮像素子は、２次元撮像素子であって、かつ同一基板上に形成されており、前記複数個の撮像素子のうちの少なくとも２つ測距用撮像素子上に、前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させ、
前記測距用レンズは、複数の前記測距用撮像素子と対向するようにしてレンズアレイに一体に複数形成され、レンズ間の距離を第１の距離に設定した一対の第１レンズと、レンズ間の距離を前記第１の距離よりも長い第２の距離に設定した一対の第２レンズを有し、
前記一対の第１レンズは第１のレンズアレイ上に一体に形成され、前記一対の第２レンズは第２のレンズアレイ上に一体に形成されており、前記第１のレンズアレイの長手方向の側面に隣接するようにして前記第２のレンズアレイが配置され、かつ前記第２のレンズアレイが前記第１のレンズアレイよりも前記測距用撮像素子と反対側に突出するように段差が設けられており、
前記一対の第１レンズ及び前記一対の第２レンズを通してそれぞれ得られた測距対象物像を、対向配置された前記測距用撮像素子上に結像させ、
前記距離算出手段は、前記一対の第１レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子及び前記一対の第２レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子からそれぞれ出力される信号に基づいて、測距対象物までの距離を算出することを特徴とする測距装置。
【請求項５】
前記各測距用撮像素子は、配置された前記第１、第２のレンズアレイに対応するようにして２列に並んだ３つ以上の撮像素子を半導体ウェハと一体に切り分けしたものであることを特徴とする請求項４に記載の測距装置。
【請求項６】
前記一対の第１レンズの画角は、前記一対の第２レンズの画角よりも広く設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の測距装置。
【請求項７】
撮影レンズを通して被写体像が結像される撮影用撮像素子と、該撮影用撮像素子から出力される信号に基づいて画像データを生成する撮像装置において、
前記撮像装置は、被写体までの距離を測定するための外側式の測距装置を搭載しており、前記測距装置が、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の測距装置であることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象物までの距離を測距する測距装置、及び該測距装置を備えたデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オートフォーカス（ＡＦ）機能を有するデジタルスチルカメラ（以下、「デジタルカメラ」という）等では、外測式の三角測距方式を適用した測距装置を備えているものが従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
三角測距方式を適用した測距装置は、所定の間隔を設けて配置した一対の測距用レンズと、各測距用レンズを通して得られる被写体像が結像する一対の平面状の測距用撮像素子を有しており、各測距用撮像素子からそれぞれ出力される画素出力信号に基づいて各測距用撮像素子でそれぞれ撮像された画像間の視差を検出することで、被写体（被測定対象物）までの距離を求めることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記特許文献１のような外測式の三角測距方式を適用した測距装置では、高精度な測距を行うには、各測距用撮像素子を所定位置に精度よく配置するとともに、各測距用撮像素子の受光面に角度ずれ（傾き）がないように平面性よく配置する必要がある。
【０００５】
このため、従来では、測距装置の組立て作業時において、別体で形成されている各測距用撮像素子を基板上に配置する際に各測距用撮像素子の位置ずれ及び角度ずれを補正するための作業を行う必要があるので、作業効率が悪かった。
【０００６】
そこで、本発明は、各測距用撮像素子の位置ずれ及び角度ずれを補正するための作業を行うことなく、各測距用撮像素子を所定位置に精度よく配置するとともに、各測距用撮像素子の受光面に角度ずれ（傾き）がないように配置することができる測距装置及び撮像装置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】
【０００７】
前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、所定の間隔を設けて配置された複数の撮像素子と、前記複数の撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、
前記測距対象物像が結像された前記撮像素子から出力される信号に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた測距装置において、前記複数の撮像素子は、２次元撮像素子であって、かつ半導体ウェハと一体に切り分けされて同一基板上に形成されており、前記複数の撮像素子のうちの少なくとも２つの撮像素子上に、前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させ、前記距離算出手段は、前記測距対象物像が結像された前記撮像素子から出力される信号に基づいて測距対象物までの距離を算出し、前記測距用レンズは、前記少なくとも２つの撮像素子と対向するようにしてレンズアレイに一体に複数形成され、前記複数の撮像素子のうちの少なくとも１つの撮像素子を間に挟んでその両側に位置する２つの撮像素子に対向配置されて、前記レンズアレイに一列に２つ形成されており、前記測距用レンズが対向配置されている前記２つの撮像素子に挟まれている前記少なくとも１つの撮像素子には、測距用レンズが対向配置されていないことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、所定の間隔を設けて配置された複数の測距用撮像素子と、前記複数の測距用撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、前記測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子から出力される信号に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた測距装置において、前記複数の測距用撮像素子は、２次元撮像素子であって、かつ同一基板上に形成されており、前記複数個の撮像素子のうちの少なくとも２つ測距用撮像素子上に、前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させ、前記測距用レンズは、複数の前記測距用撮像素子と対向するようにしてレンズアレイに一体に一列に３つ形成され、レンズ間の距離を第１の距離に設定した一対の第１レンズと、レンズ間の距離を前記第１の距離よりも長い第２の距離に設定した一対の第２レンズを有し、前記一対の第１レンズは、３つのうちの隣接位置にある２つの測距用レンズであり、前記一対の第２レンズは、３つのうちの両側位置にある２つの測距用レンズであり、
前記一対の第１レンズ及び前記一対の第２レンズを通してそれぞれ得られた測距対象物像を、対向配置された前記測距用撮像素子上に結像させ、前記距離算出手段は、前記一対の第１レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子及び前記一対の第２レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子からそれぞれ出力される信号に基づいて、測距対象物までの距離を算出することを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、所定の間隔を設けて配置された複数の測距用撮像素子と、前記複数の測距用撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、前記測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子から出力される信号に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた測距装置において、前記複数の測距用撮像素子は、２次元撮像素子であって、かつ同一基板上に形成されており、前記複数個の撮像素子のうちの少なくとも２つ測距用撮像素子上に、前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させ、前記測距用レンズは、複数の前記測距用撮像素子と対向するようにしてレンズアレイに一体に一列に４つ形成され、レンズ間の距離を第１の距離に設定した一対の第１レンズと、レンズ間の距離を前記第１の距離よりも長い第２の距離に設定した一対の第２レンズを有し、前記一対の第１レンズは、４つのうちの内側位置にある２つの測距用レンズであり、前記一対の第２レンズは、４つのうちの両側位置にある２つの測距用レンズであり、更に、前記内側の２つの測距用レンズは前記レンズアレイの背面側に形成され、前記両側の２つの測距用レンズは前記レンズアレイの前面側に形成されており、前記一対の第１レンズ及び前記一対の第２レンズを通してそれぞれ得られた測距対象物像を、対向配置された前記測距用撮像素子上に結像させ、前記距離算出手段は、前記一対の第１レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子及び前記一対の第２レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子からそれぞれ出力される信号に基づいて、測距対象物までの距離を算出することを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、所定の間隔を設けて配置された複数の測距用撮像素子と、前記複数の測距用撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、前記測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子から出力される信号に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備えた測距装置において、前記複数の測距用撮像素子は、２次元撮像素子であって、かつ同一基板上に形成されており、前記複数個の撮像素子のうちの少なくとも２つ測距用撮像素子上に、前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させ、前記測距用レンズは、複数の前記測距用撮像素子と対向するようにしてレンズアレイに一体に複数形成され、レンズ間の距離を第１の距離に設定した一対の第１レンズと、レンズ間の距離を前記第１の距離よりも長い第２の距離に設定した一対の第２レンズを有し、前記一対の第１レンズは第１のレンズアレイ上に一体に形成され、前記一対の第２レンズは第２のレンズアレイ上に一体に形成されており、前記第１のレンズアレイの長手方向の側面に隣接するようにして前記第２のレンズアレイが配置され、かつ前記第２のレンズアレイが前記第１のレンズアレイよりも前記測距用撮像素子と反対側に突出するように段差が設けられており、前記一対の第１レンズ及び前記一対の第２レンズを通してそれぞれ得られた測距対象物像を、対向配置された前記測距用撮像素子上に結像させ、前記距離算出手段は、前記一対の第１レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子及び前記一対の第２レンズを通して得られた測距対象物像が結像された前記測距用撮像素子からそれぞれ出力される信号に基づいて、測距対象物までの距離を算出することを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記各測距用撮像素子は配置された前記第１、第２のレンズアレイに対応するようにして２列に並んだ３つ以上の撮像素子を半導体ウェハと一体に切り分けしたものであることを特徴としている。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記一対の第１レンズの画角は前記一対の第２レンズの画角よりも広く設定されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、撮影レンズを通して被写体像が結像される撮影用撮像素子と、該撮影用撮像素子から出力される信号に基づいて画像データを生成する撮像装置において、前記撮像装置は、被写体までの距離を測定するための外側式の測距装置を搭載しており、前記測距装置が、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の測距装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る測距装置及び撮像装置によれば、複数の測距用撮像素子は、受光素子が平面状に配置された２次元撮像素子であって、半導体ウェハ上に形成された複数の撮像素子のうちから並んだ３つ以上の撮像素子を半導体ウェハと一体に切り分けしたものである。これにより、各測距用撮像素子の位置ずれ及び角度ずれを補正するための作業を行うことなく、各測距用撮像素子を所定位置に精度よく配置するとともに、各測距用撮像素子の受光面に角度ずれ（傾き）がないように配置することができるので、被写体までの距離を安定して精度よく測距することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る測距装置を備えた撮像装置の一例としてのデジタルカメラを示す正面図。
【図２】実施形態１におけるデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図。
【図３】（ａ）は、実施形態１における測距装置を示す概略断面図、（ｂ）は、実施形態１における測距装置の測距用撮像素子を示す平面図。
【図４】測距装置による測距原理を説明するための概略図。
【図５】半導体ウェハ上に形成された複数の撮像素子を示す平面図。
【図６】（ａ）は、実施形態２における測距装置を示す概略断面図、（ｂ）は、実施形態２における測距装置の測距用撮像素子を示す平面図。
【図７】（ａ）は、実施形態２の測距装置による、被写体がより近接位置にある場合の測距を説明した図、（ｂ）は、被写体がある程度の近距離から遠距離側にある場合の測距を説明した図。
【図８】（ａ）は、実施形態３、４における測距装置を示す概略断面図、（ｂ）は、実施形態３、４における測距装置の測距用撮像素子を示す平面図。
【図９】（ａ）は、実施形態３の測距装置による、被写体がより近接位置にある場合の測距を説明した図、（ｂ）は、被写体がある程度の近距離から遠距離側にある場合の測距を説明した図。
【図１０】（ａ）は、実施形態４における測距装置の測距画角と広角側にズームした場合の撮影画角の一例を示す図、（ｂ）は、実施形態４における測距装置の測距画角と望遠側にズームした場合の撮影画角の一例を示す図。
【図１１】（ａ）は、実施形態５における測距装置を示す概略断面図、（ｂ）は、実施形態４における測距装置の測距用撮像素子を示す平面図。
【図１２】（ａ）は、実施形態５における測距装置の測距用レンズを示す平面図、（ｂ）は、実施形態４における測距装置の測距用レンズを示す斜視図。
【図１３】実施形態６におけるデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２０】
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る測距装置を備えた撮像装置の一例としてのデジタルカメラを示す正面図、図２は、図１に示したデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図、図３（ａ）は、測距装置を示す概略縦断面図、図３（ｂ）は、測距装置の測距用撮像素子を示す平面図である。
【００２１】
（デジタルカメラの外観構成）
図１に示すように、本実施形態に係るデジタルカメラ１の正面（前面）側には、光学高倍ズーム機能を有する撮影レンズ２、測距装置３の前面側のレンズアレイ４等が配置されている。レンズアレイ４の表面には、所定の間隔で左右方向に設けた一対（２つ）の測距用レンズ５ａ，５ｂが一体に形成されている（測距装置３の詳細については後述する）。撮像レンズ２と各測距用レンズ５ａ，５ｂの各光軸は平行である。
【００２２】
（デジタルカメラ１のシステム構成）
図２に示すように、このデジタルカメラ１は、複数のレンズ群を有する撮影レンズ２、シャッタ機能を有する絞りユニット１０、撮影レンズ２を通して入射される被写体像が受光面上に結像する固体撮像素子としてのＣＣＤイメージセンサ１１、ＣＣＤイメージセンサ１１から出力される画素出力信号（電気信号）をデジタル処理して取り込み、表示や記録が可能な画像データに変換処理する信号処理部１２、操作部（レリーズボタン６、撮影モード切換ボタン７（図１参照）等）１３からの操作入力情報に基づき、ＲＯＭ（不図示）に記憶された制御プログラムに基づいてデジタルカメラ１全体のシステム制御等を行う制御部１４、信号処理部１２で生成された画像データを表示する液晶モニタ（ＬＣＤ）１５、撮影レンズ２のフォーカスレンズ群を駆動するフォーカスレンズ駆動部１６、撮影レンズ２のズームレンズ群を駆動するズームレンズ駆動部１７、絞りユニット１０を駆動する絞りユニット駆動部１８、及び被写体までの距離を測距する外測式の前記測距装置３等を備えている。信号処理部１２で生成された画像データは、着脱自在なメモリカード１９に記録される。
【００２３】
（測距装置３の構成）
図３（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の測距装置３は、前面側（図３（ａ）の上側）が開口した筐体２０と、この筐体２０の前面側に一対の測距用レンズ５ａ，５ｂが一列（デジタルカメラ１の左右方向）に一体に形成された透明樹脂材からなるレンズアレイ４と、レンズアレイ４と対向する筐体２０内の背面側（図３（ａ）の下側）に配置された薄板状の撮像素子基板２１と、撮像素子基板２１上に所定の間隔で形成された平面状（２次元状）の３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、撮像素子基板２１の背面に配置された回路基板２３を備えている。
【００２４】
３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうちの両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃは、各測距用レンズ５ａ，５ｂとそれぞれ対向するようにして配置されている。測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃの各撮像領域（受光面）２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１は同じサイズである。なお、本実施形態では、３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうちの中央の測距用撮像素子２２ｂの位置と対応するレンズアレイ４の中央部には、測距用レンズは設けられておらず、遮蔽状態にある。よって、３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうちの中央の測距用撮像素子２２ｂ（撮像領域２２ｂ１）からは画素出力信号が出力されることはない。
【００２５】
撮像素子基板２１上に一体に設けられた各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、後述する半導体ウェハ上に周知の半導体プロセスによって一体に形成されたＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子であり、各撮像領域（受光面）２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１には、多数の受光素子（画素）が格子状に配列されている。
【００２６】
なお、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、例えば、隣接する測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの各撮像領域２２ａ１，２２ｂ１間の基線長Ｄ１は約３ｍｍ、両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１間の基線長Ｄ２は約６ｍｍである。
【００２７】
各測距用レンズ５ａ，５ｂの各光軸は平行であり、両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１の対角中心と各測距用レンズ５ａ，５ｂの光軸が略一致するように位置決めされている。各測距用レンズ５ａ，５ｂの画角は同じである。
【００２８】
各測距用レンズ５ａ，５ｂは、各測距用レンズ５ａ，５ｂに入射する被写体光が各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１に結像するような焦点距離を有している。
【００２９】
回路基板２３には測距用演算部２４等が設けられており、測距用演算部２４は、測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１から出力される画素出力信号を取り込み、各撮像領域にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出して、被写体までの距離を算出する。
【００３０】
測距用演算部２４で算出された距離情報は制御部１４に出力される。制御部１４は、入力された距離情報に基づいて被写体に合焦するようにフォーカスレンズ駆動部１６に駆動制御信号を出力する。
【００３１】
ここで、測距装置３による測距原理について簡単に説明する。
【００３２】
図４に示すように、測距用レンズ５ａを通して得られた被写体像ａ１と測距用レンズ５ｂを通して得られた被写体像ａ２は、被写体ａ上の同一点が視差△だけずれて測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１表面にそれぞれ結像し、複数の受光素子（画素）で受光されて電気信号に変換される。なお、図４では、中央の測距用撮像素子２２ｂは省略している。
【００３３】
そして、前記視差を△、測距用レンズ５ａ，５ｂの光軸間の距離（基線長）をＤ、測距用レンズ５ａ，５ｂと被写体ａ間の距離をＬ、測距用レンズ５ａ，５ｂの焦点距離をｆとし、Ｌ≫ｆであるときは、下記の式（１）が成り立つ。
【００３４】
Ｌ＝Ｄ・ｆ／△      …式（１）
【００３５】
よって、Ｄとｆは既知であるので、測距用演算部２４により、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１の画素（受光素子）からそれぞれ出力される画素出力信号から周知の算出方法で前記視差△を算出することで、測距用レンズ５ａ，５ｂと被写体ａ間の距離Ｌを算出することができる。
【００３６】
（測距装置３による測距動作）
次に、前記デジタルカメラ１で被写体を撮影する際における、測距装置３による測距動作について説明する。
【００３７】
撮影者が電源スイッチ（不図示）をＯＮして撮影モードに設定すると、制御部１４から測距装置３に測距開始指令信号が出力される。そして、一対の各測距用レンズ５ａ，５ｂに入射する被写体光が測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ結像される。
【００３８】
そして、測距用演算部２４は、測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１から出力される画素出力信号を取り込み、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出することで、被写体までの距離を精度よく算出することができる。算出された被写体までの距離情報は、制御部１４に出力される。
【００３９】
そして、制御部１４は、入力された距離情報に基づいてフォーカスレンズ駆動部１６を駆動制御して、撮像レンズ２のフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させて、被写体像をＣＣＤイメージセンサ１１の受光面に結像させる。
【００４０】
また、信号処理部１２は、ＣＣＤイメージセンサ１１の各画素から出力される画素出力信号を取り込み、画素出力の大きさに基づいて被写体の輝度を算出する。算出された被写体の輝度情報は制御部１４に出力される。そして、制御部１４は、入力された輝度情報に基づいて、被写体に対して適正な露光量となるように絞りユニット１０の開放状態（絞り値）と、ＣＣＤイメージセンサ１１の電子シャッタ回数等を設定する。絞りユニット１０の開放状態は、絞りユニット駆動部１８の駆動によって制御される。
【００４１】
そして、レリーズボタン６が押圧操作されると、合焦状態でかつ適正な露光条件（ＣＣＤイメージセンサ１１の電子シャッタ回数、絞りユニット１０の絞り値等）で被写体を撮影する。そして、信号処理部１２は、ＣＣＤイメージセンサ１１から出力される画素出力信号をデジタル処理して取り込み、表示や記録が可能な画像データに変換処理する。信号処理部１２で生成された画像データは、メモリカード１９に記録され、また、液晶モニタ（ＬＣＤ）１５に静止画像として表示される。
【００４２】
次に、前記測距装置３の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃの詳細について説明する。
【００４３】
撮像素子基板２１及び３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、図５に示すように、半導体ウェハ３０上に周知の半導体プロセスによって形成された複数の撮像素子（撮像領域は不図示）３１のうちから一列に並んだ３つの撮像素子（例えば、斜線で示した３つの撮像素子）を半導体ウェハ３０と一体に切り分けしたものである。
【００４４】
半導体ウェハ３０上の複数の撮像素子３１は、マスクを用いてパターニングが行われているので、切り分けした３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは高精度に位置合わせされており、更に、３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃの画素マトリックスが平行である。また、半導体ウェハ３０の表面は精度のよい平面であるので、３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃの法線も必然的に平行となる。
【００４５】
これにより、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃの位置ずれ及び角度ずれを補正するための作業を行うことなく、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃを所定位置に精度よく配置するとともに、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃの受光面に角度ずれ（傾き）がないように配置することができるので、被写体までの距離を安定して精度よく測距することができる。
【００４６】
また、本実施形態で用いられる測距装置３の各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃのサイズは、デジタルカメラ１の被写体撮像用に使用されるＣＣＤイメージセンサ１１の撮像素子のサイズに比べて大幅に小さい。このため、前記測距装置３の各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃとして、例えば、携帯電話機に一般に搭載されているカメラモジュールの撮像素子を用いることができる。
【００４７】
また、携帯電話機のカメラモジュール用の撮像素子は、大量生産されているのでコスト面でも有利であり、特に安価なものはＶＧＡ（６４０×４８０画素）サイズの撮像素子である。よって、周知の半導体プロセスで半導体ウェハ上に形成された例えば、ＶＧＡサイズの複数の撮像素子のうちから一列に並んだ３つの撮像素子を半導体ウェハと一体に切り分けすることで、図３（ｂ）に示したような、３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃが表面に一体に形成された撮像素子基板２１を、容易にかつ低コストで得ることができる。これにより、測距装置３の低コスト化を図ることができる。
【００４８】
なお、前記実施形態では、半導体ウェハ上に形成された複数の撮像素子のうちから一列に並んだ３つの撮像素子を半導体ウェハと一体に切り分けして、両側の２つの撮像素子を測距用撮像素子とした例であったが、これに限らず、半導体ウェハ上に形成された複数の撮像素子のうちから一列に並んだ４つ或いは５つ以上の撮像素子を半導体ウェハと一体に切り分けして、その両側の撮像素子を測距用撮像素子として使用する構成でもよい。
【００４９】
この場合には、一対の測距用撮像素子間の基線長をより長くとることができるので、光学高倍ズーム機能を有するデジタルカメラで望遠側にズームして撮影する場合に、遠方にある被写体をより精度よく測距することが可能となる。
【００５０】
〈実施形態２〉
図６（ａ）は、本発明の実施形態２に係る測距装置を示す概略縦断面図、図６（ｂ）は、この測距装置の測距用撮像素子を示す平面図である。なお、実施形態１の測距装置と同一機能を有する部材には同一符号を付して説明する。また、この測距装置が設けられるデジタルカメラの構成は、図１、図２に示した実施形態１と同様であり、重複する説明は省略する。
【００５１】
図６（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の測距装置３ａは、前面側（図６（ａ）の上側）が開口した筐体２０と、この筐体２０の前面側に３つの測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｂが一列（デジタルカメラ１の左右方向）に一体に形成された透明樹脂材からなるレンズアレイ４と、レンズアレイ４と対向する筐体２０内の背面側（図６（ａ）の下側）に配置された薄板状の撮像素子基板２１と、撮像素子基板２１上に所定の間隔で一体に形成された平面状（２次元状）の３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、撮像素子基板２１の背面に配置された回路基板２３を備えている。このように、本実施形態では、レンズアレイ４の両側に設けた２つの測距用レンズ５ａ，５ｂの間に更に測距用レンズ５ｃを設けた構成である。
【００５２】
３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、各測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｂとそれぞれ対向するようにして配置されている。各測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｂの各光軸は平行であり、３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１の対角中心と各測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｂの光軸が略一致するように位置決めされている。各測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｂは、該測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｂに入射する被写体光が各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１，２２ｂ１に結像するような焦点距離を有している。各測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｂの画角は同じである。
【００５３】
なお、撮像素子基板２１上に一体に形成された測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、図５に示した実施形態１と同様に、半導体ウェハ上に周知の半導体プロセスによって形成された複数の撮像素子のうちから一列に並んだ３つの撮像素子を半導体ウェハと一体に切り分けしたものである。
【００５４】
回路基板２３には測距用演算部２４等が設けられており、測距用演算部２４は、３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうちの選択した２つの測距用撮像素子（本実施形態では、通常の測距時は両側の２つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｃ、より近距離の測距時は隣接する２つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ）の各撮像領域から出力される画素出力信号を取り込み、各撮像領域にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出して、被写体までの距離を算出する。
【００５５】
（測距装置３ａによる測距動作）
次に、前記デジタルカメラ１で被写体を撮影する際における、測距装置３ａによる測距動作について説明する。
【００５６】
撮影者が電源スイッチ（不図示）をＯＮして撮影モードに設定すると、制御部１４から測距装置３ａに測距開始指令信号が出力される。そして、３つの各測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｂに入射する被写体光が各測距用撮像素子２２ａ，２２ｃ，２２ｂの撮像領域２２ａ１，２２ｃ１，２２ｂ１にそれぞれ結像される。
【００５７】
この際、図７（ａ）に示すように、隣接する２つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ間の基線長Ｄ１は、両側の２つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｃ間の基線長Ｄ２よりも短いので、撮像領域２２ａ１，２２ｂ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）よって、より近接側の位置Ａ付近までを精度よく測距することができる。
【００５８】
また、図７（ｂ）に示すように、両側の２つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｃ間の基線長Ｄ２は、隣接する２つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ基線長Ｄ１よりも長いので、位置Ｂ（位置Ｂ＞位置Ａ）よりも近距離側は精度よく測距できないが、撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）よって、位置Ｂよりも遠方側を精度よく測距することができる。
【００５９】
そして、例えば、被写体がより近接位置にある場合（図７（ａ），（ｂ）に示した位置Ａから位置Ｂの間の近距離に被写体が位置している場合）には、測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの各撮像領域２２ａ１，２２ｂ１から出力される画素出力信号を取り込み、各撮像領域２２ａ１，２２ｂ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出することで、被写体までの距離を精度よく算出することができる。算出された被写体までの距離情報は、制御部１４に出力される。
【００６０】
また、例えば、被写体がある程度の近距離から遠距離側にある場合（図７（ｂ）に示した位置Ｂよりも遠方側に被写体が位置している場合）には、測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１から出力される画素出力信号を取り込み、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出することで、被写体までの距離を精度よく算出することができる。算出された被写体までの距離情報は、制御部１４に出力される。
【００６１】
そして、制御部１４は、入力された距離情報に基づいてフォーカスレンズ駆動部１６を駆動制御して、撮像レンズ２のフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させて、被写体像をＣＣＤイメージセンサ１１の各画素（受光面）に結像させる。
【００６２】
このように、本実施形態の測距装置３ａを備えたデジタルカメラ１によれば、被写体がより近接位置にある場合には、３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうちの基線長の短い隣接する測距用撮像素子２２ａ，２２ｂの各撮像領域２２ａ１，２２ｂ１から出力される画素出力信号に基づいて測距を行い、被写体がある程度の近距離から遠距離側にある場合には、３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうちの基線長の長い両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１から出力される画素出力信号に基づいて測距を行うことができる。
【００６３】
よって、被写体がより近接位置にある場合でも、被写体までの距離を精度よく測距することができる。
【００６４】
更に、本実施形態においても実施形態１と同様に、周知の半導体プロセスで半導体ウェハ上に形成された例えば、ＶＧＡサイズの複数の撮像素子のうちから一列に並んだ３つの撮像素子を半導体ウェハと一体に切り分けすることで、図６（ｂ）に示したような、３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃが表面に一体に形成された撮像素子基板２１を、容易にかつ低コストで得ることができる。
【００６５】
これにより、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃの位置ずれ及び角度ずれを補正するための作業を行うことなく、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃを所定位置に精度よく配置するとともに、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃの受光面に角度ずれ（傾き）がないように配置することができるので、被写体までの距離を安定して精度よく測距することができる。
【００６６】
〈実施形態３〉
図８（ａ）は、本発明の実施形態３に係る測距装置を示す概略断面図、図８（ｂ）は、この測距装置の測距用撮像素子を示す平面図である。なお、実施形態１、２の測距装置と同一機能を有する部材には同一符号を付して説明する。また、この測距装置が設けられるデジタルカメラの構成は、図１、図２に示した実施形態１と同様であり、重複する説明は省略する。
【００６７】
実施形態２では、３つの測距用レンズと３つの測距用撮像素子を備えていたが、本実施形態に係る測距装置３ｂは、図８（ａ）に示すように、一列に配列された４つの測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｄ，５ｂと４つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを備えている。
【００６８】
レンズアレイ４の前面側（図８（ａ）の上側）の両側には２つの測距用レンズ５ａ，５ｂが一体に形成され、レンズアレイ４の背面側（図８（ａ）の下側）には前記上面側の測距用レンズ５ａ，５ｂの内側に位置するようにして２つの測距用レンズ５ｂ，５ｄが一体に形成されている。４つの各測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｄ，５ｂの各光軸は平行であり、４つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの各撮像領域２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１の対角中心と各測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｄ，５ｂの光軸が略一致するように位置決めされている。
【００６９】
レンズアレイ４の前面側の各測距用レンズ５ａ，５ｂと背面側の各測距用レンズ５ｃ，５ｄは、該各測距用レンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに入射する被写体光が同一平面上の対応する各撮像領域２２ａ１，２２ｄ１，２２ｂ１，２２ｃ１に結像するような焦点距離に設定されている。即ち、両側の２つの測距用レンズ５ａ，５ｂの方が内側の２つの測距用レンズ５ｃ，５ｄよりも前方側に位置しているので、測距用レンズ５ａ，５ｂの焦点距離の方が測距用レンズ５ｃ，５ｄの焦点距離よりも長くなるように設定されている。
【００７０】
更に、内側の２つの各測距用レンズ５ｃ，５ｄの画角は、両側の２つの各測距用レンズ５ａ，５ｂの画角よりも広くなるように設定されている。
【００７１】
図８（ｂ）に示した４つの各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ（各撮像領域２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１）は、実施形態１と同様に、周知の半導体プロセスで半導体ウェハ上に形成された例えば、ＶＧＡサイズの複数の撮像素子から一列に並んだ４つの撮像素子をウェハと一体に切り分けすることで得ることができる。
【００７２】
（測距装置３ｂによる測距動作）
次に、前記デジタルカメラ１で被写体を撮影する際における、測距装置３ｂによる測距動作について説明する。
【００７３】
撮影者が電源スイッチ（不図示）をＯＮして撮影モードに設定すると、制御部１４から測距装置３ｂに測距開始指令信号が出力される。そして、４つの各測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｄ，５ｂに入射する被写体光が４つの各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの各撮像領域２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１にそれぞれ結像される。
【００７４】
この際、図９（ａ）に示すように、内側の２つの各測距用撮像素子２２ｂ，２２ｃ（撮像領域２２ｂ１，２２ｃ１）間の基線長Ｄ１は、両側の２つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｄ（撮像領域２２ａ１，２２ｄ１）間の基線長Ｄ２よりも短いので、内側の撮像領域２２ｂ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）よって、より近接側の位置Ａ付近を精度よく測距することができる。
【００７５】
また、図９（ｂ）に示すように、両側の２つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｄ（撮像領域２２ａ１，２２ｄ１）間の基線長Ｄ２は、内側の２つの測距用撮像素子２２ｂ，２２ｃ（撮像領域２２ｂ１，２２ｃ１）間の基線長Ｄ１よりも長いので、位置Ｂ（位置Ｂ＞位置Ａ）よりも近距離側は精度よく測距できないが、撮像領域２２ａ１，２２ｄ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）よって、位置Ｂよりも遠方側を精度よく測距することができる。
【００７６】
そして、例えば、被写体がより近接位置にある場合（図９（ａ），（ｂ）に示した位置Ａから位置Ｂの間の近距離に被写体が位置している場合）には、内側の２つの測距用撮像素子２２ｂ，２２ｃの各撮像領域２２ｂ１，２２ｃ１から出力される画素出力信号を取り込み、各撮像領域２２ｂ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出することで、被写体までの距離を精度よく算出することができる。算出された被写体までの距離情報は、制御部１４に出力される。
【００７７】
また、例えば、被写体がある程度の近距離から遠距離側にある場合（図９（ｂ）に示した位置Ｂよりも遠方側に被写体が位置している場合）には、両側の２つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｄの各撮像領域２２ａ１，２２ｄ１から出力される画素出力信号を取り込み、各撮像領域２２ａ１，２２ｄ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出することで、被写体までの距離を精度よく算出することができる。算出された被写体までの距離情報は、制御部１４に出力される。
【００７８】
そして、制御部１４は、入力された距離情報に基づいてフォーカスレンズ駆動部１６を駆動制御して、撮像レンズ系２のフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させて、被写体像をＣＣＤイメージセンサ１１の各画素（受光面）に結像させる。
【００７９】
このように、本実施形態の測距装置３ｂを備えたデジタルカメラ１によれば、被写体がより近接位置にある場合には、４つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄのうちの基線長の短い内側２つの測距用撮像素子２２ｂ，２２ｃの各撮像領域２２ｂ１，２２ｃ１から出力される画素出力信号に基づいて測距を行い、被写体がある程度の近距離から遠距離側にある場合には、４つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄのうちの基線長の長い両側の２つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｄの各撮像領域２２ａ１，２２ｄ１から出力される画素出力信号に基づいて測距を行うことができる。
【００８０】
よって、被写体がより近接位置にある場合でも、被写体までの距離を精度よく測距することができる。
【００８１】
更に、本実施形態においても実施形態１と同様に、周知の半導体プロセスで半導体ウェハ上に形成された例えば、ＶＧＡサイズの複数の撮像素子のうちから一列に並んだ４つの撮像素子を半導体ウェハと一体に切り分けすることで、図８（ｂ）に示したような、４つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが表面に一体に形成された撮像素子基板２１を、容易にかつ低コストで得ることができる。
【００８２】
これにより、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの位置ずれ及び角度ずれを補正するための作業を行うことなく、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを所定位置に精度よく配置するとともに、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの受光面に角度ずれ（傾き）がないように配置することができるので、被写体までの距離を安定して精度よく測距することができる。
【００８３】
〈実施形態４〉
前記デジタルカメラ１では、撮像レンズ２にズームレンズ群を有しているので、例えば、２８〜３００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）の光学高倍ズーム機能を備えている場合、例えば、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、最広角側（図１０（ａ））と最望遠側（図１０（ｂ））では撮影画角（実線で囲った範囲Ｃ１）が大きく変化する。なお、図１０（ａ），（ｂ）では、被写体は中央の２人の人物である。
【００８４】
このように、光学高倍ズーム機能を備えているデジタルカメラ１の場合、最広角側と最望遠側では撮影時の画角が大きく変化する。一方、一対（２つ）の測距用レンズと測距用撮像素子が対向配置された構成の従来の測距装置では、測距用レンズの測距画角は、ズーム倍率によって変化する撮影画角に対応できるように、例えば、２８〜３００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）の中間の１００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）程度のやや望遠側の画角に設定されている。
【００８５】
このため、撮影画角が１００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）前後の場合には精度よく測距できるが、撮影画角が最広角側（２８ｍｍ（３５ｍｍ判換算））又は最望遠側（３００ｍｍ（３５ｍｍ判換算））にズームして撮影する場合には、測距画角と撮影画角のズレが大きくなり、測距精度が低下する。
【００８６】
そこで、本実施形態では、図８（ａ）、図９（ａ），（ｂ）に示した実施形態３の測距装置３ｂにおいて、４つの測距用レンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのうちの内側の２つの測距用レンズ５ｃ，５ｄの画角を、例えば５０ｍｍ（３５ｍｍ判換算）相当の広角測距画角（例えば、図１０（ａ）の一点鎖線で囲った範囲Ｃ２）となるように設定し、両側の２つの測距用レンズ５ａ，５ｂの画角を、例えば１５０ｍｍ（３５ｍｍ判換算）相当の望遠測距画角（例えば、図１０（ｂ）の一点鎖線で囲った範囲Ｃ３）となるように設定している。他の構成は実施形態３と同様である。即ち、内側の各測距用レンズ５ｃ，５ｄの画角が、両側の各測距用レンズ５ａ，５ｂの画角よりも広くなるように設定されている。
【００８７】
そして、図１、図２に示したデジタルカメラ１の撮影レンズ２の撮影画角を、例えば、２８〜１００ｍｍ（３５ｍｍ判換算））程度に設定した場合、測距用演算部２４は、制御部１４から入力される撮影画角情報に応じて、広角測距画角に設定された内側の２つの測距用レンズ５ｃ，５ｄに対応している撮像領域２２ｂ１，２２ｃ１からの画素出力信号を取り込み、前記同様に入力された画素出力信号に基づいて測距を行う。そして、制御部１４は、入力された測距情報に基づいてフォーカスレンズ駆動部１６を駆動制御して、撮像レンズ系２のフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させて、被写体像をＣＣＤイメージセンサ１１の受光面に結像させる。
【００８８】
また、撮影レンズ系２の撮影画角を例えば、１００〜３００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）程度に設定した場合、測距用演算部２４は、制御部１４から入力される撮影画角情報に応じて、望遠測距画角に設定された両側の２つの測距用レンズ５ａ，５ｂに対応している撮像領域２２ａ１，２２ｄ１からの画素出力信号を取り込み、前記同様に入力された画素出力信号に基づいて測距を行う。そして、制御部１４は、入力された測距情報に基づいてフォーカスレンズ駆動部１６を駆動制御して、撮像レンズ２のフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させて、被写体像をＣＣＤイメージセンサ１１の受光面に結像させる。
【００８９】
このように、本実施形態の測距装置によれば、４つの測距用レンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのうちの内側の２つの測距用レンズ５ｃ，５ｄの画角を広角測距画角に設定し、両側の２つの測距用レンズ５ａ，５ｂの画角を望遠測距画角に設定している。これにより、撮像レンズ系２が例えば、２８〜３００ｍｍ（３５ｍｍ判換算）と広範囲な撮影画角を有する場合でも、撮影時に設定した撮影画角に応じて測距画角を広角測距画角又は望遠測距画角に設定することができるので、撮影画角と測距画角のズレを小さくして精度よく測距することができる。
【００９０】
〈実施形態５〉
図１１（ａ）は、本発明の実施形態５に係る測距装置を示す概略断面図、図１１（ｂ）は、この測距装置の測距用撮像素子を示す平面図である。である。なお、この測距装置が搭載されるデジタルカメラの構成は、図１、図２に示した実施形態１と同様であり、重複する説明は省略する。
【００９１】
実施形態３では、一列に配列された４つの測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｄ，５ｂと４つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを備えていたが、本実施形態に係る測距装置３ｃは、図１１（ａ）、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、透明樹脂材からなる第１のレンズアレイ４ａの上面両側に２つの測距用レンズ５ａ，５ｂを一体に形成し、透明樹脂材からなる第２のレンズアレイ４ｂの上面の隣接する左側と中央に２つの測距用レンズ５ｃ，５ｄを一体に形成して、第１、第２の各レンズアレイ４ａ，４ｂを筐体２０の開口した前面側（図１１（ａ）の上側）に段違いにして配置している。図１２（ａ），（ｂ）に示すように、第１のレンズアレイ４ａは、第２のレンズアレイ４ｂの長手方向の側面上側に略接するようにして配置されている。
【００９２】
筐体２０内の背面側（図１１（ａ）の下側）には、図１１（ｂ）に示すように、第１、第２の各レンズアレイ４ａ，４ｂと対向するようにして、６つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ（撮像領域２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１，２２ｅ１，２２ｆ１）が形成された撮像素子基板２１が配置されている。
【００９３】
撮像素子基板２１上には、３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと３つの測距用撮像素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆとが２列に配置されている。二列に並んだ各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（各撮像領域２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１）及び各測距用撮像素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ（各撮像領域２２ｄ１，２２ｅ１，２２ｆ１）は、実施形態１と同様に、周知の半導体プロセスで半導体ウェハ上に形成された例えば、ＶＧＡサイズの複数の撮像素子から二列に並んだ３つの撮像素子（全体で６つの撮像素子）をウェハと一体に切り分けすることで得ることができる。
【００９４】
４つの各測距用レンズ５ａ〜５ｄの各光軸は平行であり、４つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１，２２ｄ１，２２ｅ１の対角中心と各測距用レンズ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの光軸が略一致するように位置決めされている。なお、第１のレンズアレイ４ａの各測距用レンズ５ａ，５ｂ間の中央部、及び第２のレンズアレイ４ｂの右側には、測距用レンズは設けられておらず、遮蔽状態にある。よって、６つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆのうちの中央部の測距用撮像素子２２ｂと右側の測距用撮像素子２２ｆからは画素出力信号が出力されることはない。
【００９５】
第１のレンズアレイ４ａの各測距用レンズ５ａ，５ｂは、該各測距用レンズ５ａ，５ｂに入射する被写体光が対応する同一平面上の各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１に結像するような焦点距離に設定されている。同様に、第２のレンズアレイ４ｂの各測距用レンズ５ｃ，５ｄは、該各測距用レンズ５ｃ，５ｄに入射する被写体光が対応する同一平面上の各撮像領域２２ｄ１，２２ｅ１に結像するような焦点距離に設定されている。即ち、第１のレンズアレイ４ａの方が第２のレンズアレイ４ｂよりも前方側に位置しているので、測距用レンズ５ａ，５ｂの焦点距離の方が測距用レンズ５ｃ，５ｄの焦点距離よりも長くなるように設定されている。
【００９６】
更に、第２のレンズアレイ４ｂの各測距用レンズ５ｃ，５ｄの画角は、第１のレンズアレイ４ａ側の各測距用レンズ５ａ，５ｂの画角よりも広くなるように設定されている。
【００９７】
そして、本実施形態においても、実施形態３と同様に撮影者が電源スイッチ（不図示）をＯＮして撮影モードに設定すると、制御部１４から測距装置３ｃに測距開始指令信号が出力される。そして、４つの各測距用レンズ５ａ，５ｃ，５ｄ，５ｂに入射する被写体光が４つの各測距用撮像素子２２ａ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅの各撮像領域２ａ１，２２ｃ１，２２ｄ１，２２ｅ１にそれぞれ結像される。
【００９８】
この際、図１２（ａ）に示すように、第２のレンズアレイ４ｂの各測距用レンズ５ｃ，５ｄ（撮像領域２２ｄ１，２２ｅ１）間の基線長Ｄ１は、第１のレンズアレイ４ａ側の各測距用レンズ５ａ，５ｂ（撮像領域２２ａ１，２２ｃ１）間の基線長Ｄ２よりも短いので、より近距離側の位置付近を精度よく測距することができる。よって、被写体がより近距離位置付近にある場合には、測距用演算部２４は測距用撮像素子２２ｄ，２２ｅの各撮像領域２２ｄ１，２２ｅ１から出力される画素出力信号を取り込み、各撮像領域２２ｄ１，２２ｅ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出することで、被写体までの距離を精度よく測距することができる。算出された被写体までの距離情報は、制御部１４に出力される。
【００９９】
また、第１のレンズアレイ４ａ側の各測距用レンズ５ａ，５ｂ（撮像領域２２ａ１，２２ｃ１）間の基線長Ｄ２は、第２のレンズアレイ４ｂの各測距用レンズ５ｃ，５ｄ（撮像領域２２ｄ１，２２ｅ１）間の基線長Ｄ１よりも長い。よって、撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出することで、ある程度近接した位置から遠方側を精度よく測距することができる。算出された被写体までの距離情報は、制御部１４に出力される。
【０１００】
このように、本実施形態の測距装置３ｃにおいても、被写体がより近距離付近にある場合でも、基線長の短い第２のレンズアレイ４ｂの各測距用レンズ５ｃ，５ｄに対応した各撮像領域２２ｄ１，２２ｅ１から出力される画素出力信号に基づいて精度よく測距することができる。
【０１０１】
また、本実施形態の測距装置３ｃでは、第１のレンズアレイ４ａと第２のレンズアレイ４ｂがそれぞれ別体で形成されているので、第１、第２の各レンズアレイ４ａ，４ｂの位置をそれぞれ別々に設定することができる。これにより、撮像領域のサイズや基線長の長さに応じた最適な測距用レンズの焦点距離を、測距用レンズ５ａ，５ｂ側と測距用レンズ，５ｃ，５ｄ側とで別々に調整することが可能となる。
【０１０２】
更に、本実施形態においても実施形態１と同様に、周知の半導体プロセスで半導体ウェハ上に形成された例えば、ＶＧＡサイズの複数の撮像素子のうちから二列に並んだ全部で６つの撮像素子を半導体ウェハと一体に切り分けすることで、図１１（ｂ）に示したような、二列に並んだ各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと各測距用撮像素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆが表面に一体に形成された撮像素子基板２１を、容易にかつ低コストで得ることができる。
【０１０３】
これにより、二列に並んだ各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと各測距用撮像素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆの位置ずれ及び角度ずれを補正するための作業を行うことなく、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと各測距用撮像素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆを所定位置に精度よく配置するとともに、各測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃと各測距用撮像素子２２ｄ，２２ｅ，２２ｆの受光面に角度ずれ（傾き）がないように配置することができるので、被写体までの距離を安定して精度よく測距することができる。
【０１０４】
〈実施形態６〉
図１３は、本発明の実施形態６に係る測距装置を備えたデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図である。
【０１０５】
図１３に示すように、本実施形態のデジタルカメラ１ａは、制御部１４内に、ＣＣＤイメージセンサ１１から信号処理部１２を介して取り込まれる撮像信号に基づいてオートフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部（以下、「ＡＦ制御部」という）１４ａを備えている。デジタルカメラ１ａの構成は、図２に示した実施形態１と同様であり、重複する説明は省略する。なお、図１３に示した前記測距装置３ａは実施形態２のものであるが、実施形態１又は３〜５の測距装置であってもよい。
【０１０６】
ＡＦ制御部１４ａは、ＣＣＤイメージセンサ１１から出力される撮像信号を信号処理部１２を介して取り込み、取り込まれた撮像信号からＡＦ（自動合焦）評価値を算出する。
【０１０７】
このＡＦ評価値は、例えば高周波成分抽出フィルタの出力積分値や、近接画素の輝度差の積分値によって算出される。合焦状態にあるときは、被写体のエッジ部分がはっきりとしているため、高周波成分が一番高くなる。これを利用して、ＡＦ動作時（合焦検出動作時）には、撮影レンズ２の各フォーカス位置におけるＡＦ評価値を取得して、その極大になる点を合焦検出位置としてＡＦ動作が実行される。
【０１０８】
即ち、レリーズボタン６（図１参照）が押圧操作されると、ＡＦ制御部１４ａからフォーカスレンズ駆動部１６への駆動指令により撮影レンズ２のフォーカスレンズ群が光軸方向へ移動し、例えば、いわゆる山登りＡＦと称されるコントラスト評価方式のＡＦ動作が実行される。ＡＦ（合焦）対象範囲が無限から至近までの全領域であった場合、撮影レンズ２のフォーカスレンズ群は、至近から無限、又は無限から至近までの間の各フォーカス位置に移動し、各フォーカス位置における前記ＡＦ評価値が極大になる点を合焦位置としてフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させ、合焦させる。
【０１０９】
このように、本実施形態のデジタルカメラ１ａは、外側式の測距装置３ａの他に、ＣＣＤイメージセンサ１１から取り込まれる撮像信号から自動合焦制御を行うＡＦ制御部１４ａを備えているので、前記した測距装置３ａで得られた測距情報に基づいた合焦動作と、ＡＦ制御部１４ａによる前記した合焦動作を同時に実行することにより、被写体に対して素早くかつ精度よくピント合わせすることができる。
【０１１０】
即ち、前記したＡＦ制御部１４ａによる合焦動作では、例えば、レンズ繰り出し量が大きい（ズーム倍率が高い）望遠側での撮影時等の場合には撮影レンズ２のフォーカスレンズ群の移動量も増加し、合焦するまでに時間を要することがある。
【０１１１】
これに対して、本実施形態では、最初に測距装置３ａで得られた距離情報に基づいて撮影レンズ２のフォーカスレンズ群を合焦位置付近まで素早く移動させた後に、ＡＦ制御部１４ａによる前記合焦動作により撮影レンズ２のフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させることで、ＡＦ制御部１４ａによる合焦動作時におけるフォーカスレンズ群の移動範囲を小さくできる。これにより、被写体に対して素早くかつ精度よくピント合わせすることができるので、シャッターチャンスを逃すことなく撮影を行うことができる。
【０１１２】
なお、操作部１３による切替え操作によって、測距装置３ａで得られた距離情報に基づいた合焦動作とＡＦ制御部１４ａによる合焦動作のいずれか一方を選択して、選択した一方（例えば、測距装置３ａ側）で合焦動作を行うようにすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
前記各実施形態では、本発明に係る測距装置をデジタルカメラに適用した例であったが、これ以外にも、例えば、デジタルビデオカメラ、車載搭載用カメラ、携帯機器搭載用カメラ、監視用カメラなどに、測距を行う測距装置として搭載することが可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１、１ａ        デジタルタカメラ（撮像装置）
２        撮影レンズ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ        測距装置
４        レンズアレイ
４ａ      第１のレンズアレイ
４ｂ      第２のレンズアレイ
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ      測距用レンズ
１１      ＣＣＤイメージセンサ
１２      信号処理部
１４      制御部
１４ａ    ＡＦ制御部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ    測距用撮像素子
２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１，２２ｅ１，２２ｆ１    撮像領域
２４      測距用演算部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１５】
【特許文献１】特開２００２−９０６１６号公報
【図１】
0005434816.tif 000002
【図２】
0005434816.tif 000003
【図３】
0005434816.tif 000004
【図４】
0005434816.tif 000005
【図５】
0005434816.tif 000006
【図６】
0005434816.tif 000007
【図７】
0005434816.tif 000008
【図８】
0005434816.tif 000009
【図９】
0005434816.tif 000010
【図１０】
0005434816.tif 000011
【図１１】
0005434816.tif 000012
【図１２】
0005434816.tif 000013
【図１３】
0005434816.tif 000014