(57)【要約】  【課題】半導体光センサチップに温度センサを内蔵してレンズの温度をほぼ正確に測定可能とした半導体光センサデバイス、及びこのデバイスを用いた測距方法を実現する。  【解決手段】被写体からの光を集光するレンズと、このレンズを介して被写体が結像される半導体光センサチップと、前記レンズと前記光センサチップとの間に充填され、かつ熱伝導率が高い透明充填剤と、を備えた半導体光センサデバイスと、このデバイスを用いた測距方法に関する。光センサチップ７が半導体温度センサを備えており、この温度センサにより透明充填剤（シリコーンゲル９）を介してレンズ３ａの温度を測定可能とする。また、測定温度と基準温度との差を用いて光センサチップ上の受光位置を補正し、補正後の受光位置を、三角測量原理によるレンズから被写体までの距離の測定に用いる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を集光するレンズと、このレンズを介して被写体が結像される半導体光センサチップと、前記レンズと前記光センサチップとの間に充填され、かつ熱伝導率が高い透明充填剤と、を備えた半導体光センサデバイスにおいて、
前記光センサチップは温度センサを備え、この温度センサにより前記透明充填剤を介して前記レンズの温度を測定可能としたことを特徴とする半導体光センサデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載した半導体光センサデバイスにおいて、
単一のレンズを介し光センサチップ上に被写体を結像させて被写体を撮像することを特徴とする半導体光センサデバイス。
【請求項３】
請求項１に記載した半導体光センサデバイスにおいて、
外部の発光手段から被写体に照射した光の反射光を単一のレンズにより集光し、
前記温度センサにより測定した温度と、前記発光手段と前記レンズとの間の距離と、前記レンズを介した前記反射光による光センサチップ上の受光位置と、前記レンズと光センサチップとの間の距離と、に基づいて、三角測量原理により前記レンズから被写体までの距離を測定可能としたことを特徴とする半導体光センサデバイス。
【請求項４】
請求項１に記載した半導体光センサデバイスにおいて、
一対のレンズからなるペアレンズを備え、
前記温度センサにより測定した温度と、前記ペアレンズを構成する各レンズ間の基線長と、各レンズを介した光センサチップ上の受光位置と、各レンズと光センサチップとの間の距離と、に基づいて、三角測量原理により前記レンズから被写体までの距離を測定可能としたことを特徴とする半導体光センサデバイス。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載した半導体光センサデバイスにおいて、
前記温度センサは、前記光センサチップに形成された半導体素子のＰＮ接合の温度に比例した出力電圧を得る半導体温度センサであることを特徴とする半導体光センサデバイス。
【請求項６】
請求項３に記載した半導体光センサデバイスにおいて、
前記温度センサによる測定温度と基準温度との差を用いて光センサチップ上の受光位置を補正し、この補正後の受光位置を、三角測量原理による前記レンズから被写体までの距離の測定に用いることを特徴とする測距方法。
【請求項７】
請求項３に記載した半導体光センサデバイスにおいて、
前記温度センサによる測定温度を考慮せずに三角測量原理により測定した前記レンズから被写体までの距離を、前記温度センサによる測定温度と基準温度との差を用いて補正することを特徴とする測距方法。
【請求項８】
請求項４に記載した半導体光センサデバイスにおいて、
前記温度センサによる測定温度と基準温度との差を用いて各レンズ間の基線長を補正し、この補正後の基線長を、三角測量原理による前記ペアレンズから被写体までの距離の測定に用いることを特徴とする測距方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光センサチップを結像用のレンズと組み合わせて実装した半導体光センサデバイスと、この光センサデバイスを用いた測距方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１７は、半導体光センサチップ（以下、単に光センサチップともいう）としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）画像センサチップやＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）画像センサチップ等を内蔵した、単一レンズタイプの半導体光センサデバイス（以下、単に光センサデバイスともいう）の従来技術を示している。この光センサデバイスは、半導体光センサチップ（図示せず）を内蔵したプラスチック筐体３１と、この筐体３１に固着された絞り板３２と、その上面に配置されたレンズ部３３とを備え、レンズ部３３には光センサチップ上に被写体を結像するためのレンズ３３ａが設けられている。
なお、３４は光センサデバイスが取り付けられるプリント基板、フレキシブル基板等の基板、３５は配線部材としてのリードフレームである。
【０００３】
上記構成の光センサデバイスでは、光センサチップの温度や周囲温度の変化によってレンズ３３ａが僅かに変形し、その焦点距離が変化するため、光センサチップの受光光量や結像位置が変化する。このため、前記レンズ部３３にサーミスタやシリコン温度センサ等の温度センサ３６を取り付けてレンズ部３３の温度を検出し、その検出温度に応じてレンズ３３ａの焦点距離等を補正している。
【０００４】
また、図１８は、一対のレンズ４３ａ，４３ｂからなるペアレンズ４３Ｐを備えた測距装置としての半導体光センサデバイスの従来技術を示している。この光センサデバイスは、半導体光センサチップ（図示せず）を内蔵したプラスチック筐体４１と、この筐体４１に固着された絞り板４２と、その端面に配置された前記ペアレンズ４３Ｐとを備えている。なお、４４は基板、４５はリードフレーム４５である。
【０００５】
この従来技術では、光センサチップの温度や周囲温度の変化により、ペアレンズ４３Ｐを構成する各レンズ４３ａ，４３ｂの焦点距離や各レンズ間の基線長、ペアレンズ４３Ｐと光センサチップとの間の距離等が僅かに変化して光センサチップの受光光量や結像位置が変化し、測距結果に影響を与える。
このため、ペアレンズ４３Ｐの側面に温度センサ４６を取り付けてペアレンズ４３Ｐ自体の温度を検出し、その検出温度に応じて焦点距離や基線長等を補正している。
【０００６】
上述したような温度補正手段は、例えば特許文献１に記載された測距装置に採用されており、この測距装置では、レンズ及びイメージセンサアレイからなる測距ユニットに密着させてサーミスタ等の温度検出部が取り付けられている。
【０００７】
また、他の従来技術として、特許文献２に記載されたオートフォーカスシステムでは、ＭＯＳトランジスタを用いた温度検出装置を同一チップ上に搭載してなるＣＣＤリニアセンサにより、オートフォーカスセンサを構成している。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１６６８２５号公報（段落［００２７］〜［００３１］、図３、図４等）
【特許文献２】特開平９−３１１０８２号公報（段落［００２８］〜［００３７］、図８〜図１１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１７、図１８や特許文献１に記載された従来技術では、レンズ近傍やレンズ自体の温度を検出し、その検出温度に基づいてレンズの光学特性を補正している。
しかしながら、温度センサを構成する部品代や温度センサの取付工程が、製造コストの上昇や組立作業の煩雑化を招いていた。また、レンズ周辺に温度センサを取り付けるための空間を確保しなければならず、カメラ等の光学機器の小型化を阻害する原因となっていた。
更に、温度センサの取付位置によっては、熱源になる部品が隣接している場合もあるため、温度センサによる検出値が必ずしもレンズ自体の温度に等しくならず、誤差を含んだものになる可能性があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載された従来技術では、ＣＣＤリニアセンサ自体の温度を検出することは可能であるが、レンズの温度を測定することはできない。
すなわち、ＣＣＤリニアセンサ等の光センサチップに比べて、レンズ等からなる光学系部品の方が膨張係数が大きいため、温度補正を行うために本来知りたいのはレンズの温度であるにも関わらず、特許文献２の従来技術ではこれが不可能である。更に、前述したごとく、光センサチップの周囲に熱源があるような場合には、温度センサによる検出温度がこれらの熱源の影響を受けてしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、半導体光センサチップに温度センサを内蔵してレンズの温度をほぼ正確に測定可能とした半導体光センサデバイスを提供することにある。
本発明の他の目的は、温度センサを取り付けるための空間を確保する必要のない半導体光センサデバイスを提供することにある。
また、本発明の別の目的は、温度センサにより測定したレンズの温度に基づいて、光センサチップ上の受光位置やレンズの基線長等を補正し、被写体までの距離を正確に測定可能とした測距方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１記載の半導体光センサデバイスは、被写体からの光を集光するレンズと、このレンズを介して被写体が結像される半導体光センサチップと、前記レンズと前記光センサチップとの間に充填され、かつ熱伝導率が高い透明充填剤と、を備えた半導体光センサデバイスにおいて、
前記光センサチップは温度センサを備え、この温度センサにより前記透明充填剤を介して前記レンズの温度を測定可能としたものである。
【００１３】
請求項２記載の半導体光センサデバイスは、請求項１において、
単一のレンズを介し光センサチップ上に被写体を結像させて被写体を撮像するものである。
【００１４】
請求項３記載の半導体光センサデバイスは、請求項１において、
外部の発光手段から被写体に照射した光の反射光を単一のレンズにより集光し、
前記温度センサにより測定した温度と、前記発光手段と前記レンズとの間の距離と、前記レンズを介した前記反射光による光センサチップ上の受光位置と、前記レンズと光センサチップとの間の距離と、に基づいて、三角測量原理により前記レンズから被写体までの距離を測定可能としたものである。
【００１５】
請求項４記載の半導体光センサデバイスは、請求項１において、
一対のレンズからなるペアレンズを備え、前記温度センサにより測定した温度と、前記ペアレンズを構成する各レンズ間の基線長と、各レンズを介した光センサチップ上の受光位置と、各レンズと光センサチップとの間の距離と、に基づいて、三角測量原理により前記レンズから被写体までの距離を測定可能としたものである。
【００１６】
請求項５記載の半導体光センサデバイスは、請求項１〜請求項４の何れか１項において、
前記温度センサは、前記光センサチップに形成された半導体素子のＰＮ接合の温度に比例した出力電圧を得る半導体温度センサであることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の測距方法は、請求項３記載の半導体光センサデバイスにおいて、
前記温度センサによる測定温度と基準温度との差を用いて光センサチップ上の受光位置を補正し、この補正後の受光位置を、三角測量原理による前記レンズから被写体までの距離の測定に用いるものである。
【００１８】
請求項７記載の測距方法は、請求項３記載の半導体光センサデバイスにおいて、
前記温度センサによる測定温度を考慮せずに三角測量原理により測定した前記レンズから被写体までの距離を、前記温度センサによる測定温度と基準温度との差を用いて補正するものである。
【００１９】
請求項８記載の測距方法は、請求項４記載の半導体光センサデバイスにおいて、
前記温度センサによる測定温度と基準温度との差を用いて各レンズ間の基線長を補正し、この補正後の基線長を、三角測量原理による前記ペアレンズから被写体までの距離の測定に用いるものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、半導体光センサチップに内蔵した温度センサにより、透明充填剤を介してレンズの温度をほぼ正確に測定することができ、この温度センサによる測定温度に基づいて半導体光センサデバイスの光学特性を補正することにより、測距精度を高めることができる。特に、前記温度センサとして半導体温度センサを用いた場合の誤差要因を低減して高精度に温度を測定することが可能である。
更に、温度センサを外付けする必要がないため、部品代の低減、製造・組立作業の簡略化、作業時間の短縮も可能になる。
総じて、本発明によれば、比較的安価な構成によってレンズの温度変化に対する安定性を向上させると共に、温度変化に伴う光学特性の変動を補正して測距精度を高めた半導体光センサデバイスを提供することができる。
また、半導体光センサチップを柔軟な透明充填材により保護し、従来の樹脂モールドパッケージと比較してチップにかかるストレスを大幅に改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は半導体光センサデバイスの第１実施形態を示す平面図、図２は図１のII−II断面図、図３は外観を示す斜視図である。
この実施形態は請求項１〜３，５に記載した発明の実施形態に相当しており、被写体を撮像したり被写体の存在を検出する機能を持つ単一レンズタイプの半導体光センサデバイスに関するものである。
【００２２】
これらの図において、プラスチック筐体１の底部には、半導体光センサチップ７がボンディングされている。この光センサチップ７は、ＣＣＤ画像センサ、ＭＯＳ画像センサ、フォトダイオード、赤外線センサ等であり、プラスチック筐体１は、光センサチップ７のボンディング部分とこのボンディング部分を支える部分とを除いた部分に開放部１ａ，１ｂを有している。
なお、半導体光センサチップ７の表面には、半導体製造プロセスにより半導体温度センサ（以下、単に温度センサともいう）が作り込まれているが、その構成、動作については後述する。
【００２３】
プラスチック筐体１には、配線部材としてのほぼＬ字形のリードフレーム５が内部から外部へ貫通しており、光センサチップ７の表面の内部端子とリードフレーム５とはボンディングワイヤ８を介して接続されている。
プラスチック筐体１の上面外縁部には、レンズ部３が固着されており、このレンズ部３にはレンズ３ａが一体成形されている。
【００２４】
ここで、プラスチック筐体１及びレンズ部３には、同一の材料か、または、ほぼ同一の熱膨張率を有する材料を用いることが望ましい。こうすることにより、周囲温度の変化によってプラスチック筐体１及びレンズ部３が一体的に変形し、両者の位置関係を不変としてレンズ３ａの焦点位置を光センサチップ７上に位置させることができる。
しかしながら、後述する如く光センサチップ７内の温度センサと透明充填剤とを併用することにより、一層安定した光学特性を有する光センサデバイスを実現することができる。
【００２５】
プラスチック筐体１とレンズ部３及びレンズ３ａにより包囲される空間には、透明充填剤としてのシリコーンゲル９が充填され、このシリコーンゲル９は前記開放部１ａ，１ｂにおいて外部に露出している。
上記シリコーンゲル９には、例えば熱伝導率が０．１７［Ｗ／ｍ・Ｋ］のものが用いられており、空気（熱伝導率は２．４１×１０−２［Ｗ／ｍ・Ｋ］（ａｔ ０℃）または３．１７×１０−２［Ｗ／ｍ・Ｋ］（ａｔ １００℃））に比べて熱伝導率が１桁程度高いため、レンズ３ａの温度が光センサチップ７側に正確に伝えられるようになっている。
【００２６】
前述したように、光センサチップ７及びボンディングワイヤ８はシリコーンゲル９により完全に封止され、保護されている。また、透明シリコーンゲル９が開放部１ａ，１ｂから露出しているので、温度変化により膨張または収縮するシリコーンゲル９の体積変動を、前記開放部１ａ，１ｂによって吸収することが可能である。
【００２７】
光センサチップ７に内蔵される温度センサとしては、例えば半導体のＰＮ接合とカレントミラー回路とを組み合わせた半導体温度センサを用いることができる。
この温度センサとレンズ３ａとの間には、熱伝導率の高いシリコーンゲル９が充填されているため、レンズ３ａの温度はシリコーンゲル９を介して損失なく温度センサに伝達され、この温度センサによりレンズ３ａの温度をほぼ正確に測定することが可能である。
なお、この実施形態により検出したレンズ３ａの温度は、後述する第３実施形態のように、いわゆるアクティブ自動合焦システム（ＡＦシステム）における光学特性の補正に用いることができる。
【００２８】
次に、図４は半導体光センサデバイスの第２実施形態を示す平面図、図５は図４のV−V断面図である。この実施形態は請求項４，５に記載した発明の実施形態に相当し、一対のレンズからなるペアレンズと光センサチップとを備えて被写体までの距離を測定する測距装置としての半導体光センサデバイスに関するものである。
【００２９】
この種の光センサデバイスによる測距原理を略述すると、図６に示す通りである。
図６において、７ａ，７ｂは、一対のレンズ３Ａ，３Ｂを介して被写体Ｍが結像されるＣＣＤ画像センサ、ＭＯＳ画像センサ等の光センサアレイ、１０ａ，１０ｂは光センサアレイ７ａ，７ｂの出力信号をディジタル信号に変換する量子化回路、１１は量子化回路１０ａ，１０ｂの出力信号に基づいてレンズ３Ａ，３Ｂから被写体Ｍまでの距離Ｌを演算する演算部である。
【００３０】
ここで、前記距離Ｌは、三角測量の原理に基づいて数式１により与えられる。
［数式１］
Ｌ＝Ｂ・ｆ／（ｘａ＋ｘｂ）＝Ｂ・ｆ／ｘ
なお、Ｂはレンズ３Ａ，３Ｂ間の基線長（中心軸（光軸）相互間の距離）、ｆはレンズ３Ａ，３Ｂから光センサアレイ７ａ，７ｂまでの距離、ｘａ，ｘｂは光センサアレイ７ａ，７ｂ上の実際の受光位置と被写体Ｍが無限遠点にある時の受光位置との間の距離、ｘ（＝ｘａ＋ｘｂ）は光センサアレイ７ａ，７ｂ上の被写体Ｍの相対的なずれ量（位相量）である。
すなわち、演算部１１は上記数式１の演算によって距離Ｌを算出可能であり、図６の構成により自動焦点カメラ等における測距装置を実現することができる。なお、上記の測距原理は、例えば特開２００２−２０２１２１号公報等に記載されている。
図４、図５に示した第２実施形態は、上述したような測距装置を構成するものである。
【００３１】
図４、図５において、１ｃはプラスチック筐体１に設けられた開放部、３Ｐはレンズ３Ａ，３Ｂからなるペアレンズ、２は絞り板、２ａ，２ｂは絞り孔である。
また、７は前記光センサアレイ７ａ，７ｂが形成された半導体光センサチップであり、この光センサチップ７の表面には、第１実施形態と同様に半導体温度センサが作り込まれている。
更に、この実施形態でも、レンズ３Ａ，３Ｂ、絞り板２及びプラスチック筐体１により包囲された空間に、透明充填剤としての熱伝導率の高いシリコーンゲル９が充填されている。従って、レンズ３Ａ，３Ｂの温度はシリコーンゲル９を介して損失なく温度センサに伝達されることになり、この温度センサによってレンズ３Ａ，３Ｂの温度をほぼ正確に検出することが可能である。
そして、検出した温度に基づき、後述するように、レンズ３Ａ，３Ｂ間の基線長Ｂやレンズ３Ａ，３Ｂと光センサチップ７との間の距離等を補正し、正確に測距を行うことができる。
【００３２】
次に、第１実施形態、第２実施形態において光センサチップ７に作り込まれる半導体温度センサの回路構成を、図７を参照しつつ説明する。
図７において、Ｑ１，Ｑ２は同一特性のＮＰＮトランジスタ、Ｑ３〜Ｑ１１は同一特性のＭＯＳＦＥＴ、ＩＳは電流源、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２は抵抗、Ｃはコンデンサ、Ａはアンプであり、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ８，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ１０のゲートは電流源ＩＳに共通接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３，Ｑ４のゲートは共にＭＯＳＦＥＴ Ｑ４のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ９，Ｑ１１のゲートは共にＭＯＳＦＥＴ Ｑ９のドレインに接続されている。
なお、ＮＰＮトランジスタＱ２は１個だけ図示されているが、実際にはｍ個のＮＰＮトランジスタが並列に接続されており、図ではこれらｍ個のＮＰＮトランジスタを一括して符号Ｑ２にて示してある。同様に、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１１も１個だけ図示されているが、実際にはｎ個のＭＯＳＦＥＴが並列に接続されており、図ではこれらｎ個のＭＯＳＦＥＴを一括して符号Ｑ１１にて示してある。
【００３３】
ＮＰＮトランジスタＱ１、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３，Ｑ５の直列回路とＮＰＮトランジスタＱ２、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４，Ｑ６の直列回路とは第１のカレントミラー回路を構成しており、これら二つの直列回路には、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ５によって決定される電流ＩＰＴＡＴが流れる。また、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ９，Ｑ１０の直列回路とＭＯＳＦＥＴ Ｑ１１及び抵抗Ｒ２の直列回路とは第２のカレントミラー回路を構成しており、抵抗Ｒ２にはＭＯＳＦＥＴ Ｑ９，Ｑ１０の直列回路を流れる電流ＩＰＴＡＴのｎ倍の電流（ｎ・ＩＰＴＡＴ）が流れる。
【００３４】
いま、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧をＶＢＥ１、トランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧をＶＢＥ２とすると、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ３，Ｑ４のソース電位は同一であるから、数式２が成り立つ。
［数式２］
ＶＢＥ１＝ＶＢＥ２＋ＩＰＴＡＴ・Ｒ１
ここで、トランジスタのコレクタ電流ＩＣは、数式３により与えられることが知られている。
［数式３］
ＩＣ＝ＩＳ・ｅｘｐ（ＶＢＥ／ＶＴ）
なお、ＩＳは飽和電流（定数）である。また、ＶＴ＝ｋＴ／ｑ（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、ｑ：電子の電荷量（絶対値））である。
【００３５】
トランジスタＱ１のコレクタ電流はＩＰＴＡＴに等しいため、数式３により数式４が成り立つ。
［数式４］
ＩＰＴＡＴ＝ＩＳ・ｅｘｐ（ＶＢＥ／ＶＴ）
これを変形して数式５、数式６を得る。
［数式５］
ＩＰＴＡＴ／ＩＳ＝ｅｘｐ（ＶＢＥ／ＶＴ）
［数式６］
ｌｎ（ＩＰＴＡＴ／ＩＳ）＝ＶＢＥ／ＶＴ
よって、数式７が得られる。
［数式７］
ＶＢＥ＝ＶＴ・ｌｎ（ＩＰＴＡＴ／ＩＳ）
【００３６】
数式７から、数式２は数式８に置き換えることができ、この数式８から数式９を得る。
［数式８］
ＶＴ・ｌｎ（ＩＰＴＡＴ／ＩＳ）＝ＶＴ・ｌｎ（ＩＰＴＡＴ／ｍＩＳ）＋ＩＰＴＡＴ・Ｒ１
［数式９］
ＩＰＴＡＴ＝ＶＴ・ｌｎ（ｍ）／Ｒ１
【００３７】
前述の如く、ＶＴは絶対温度Ｔに比例するため、電流ＩＰＴＡＴは絶対温度Ｔに比例した値となる。この電流ＩＰＴＡＴを抵抗Ｒ２及びアンプＡにより電圧に変換して数式１０に示す電圧として取り出すことにより、ＮＰＮトランジスタひいてはこの半導体温度センサが内蔵されている光センサチップの温度に比例した電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。
［数式１０］
Ｖｏｕｔ＝（２ｎＲ２／Ｒ１）・ＶＴ・ｌｎ（ｍ）
なお、図８は温度センサの温度特性の一例を示す図である。
【００３８】
以上のように動作する半導体温度センサを用いれば、第１実施形態、第２実施形態における光センサチップ７の温度を検出可能であり、熱伝導率の高いシリコーンゲル９を介して光センサチップ７の反対側に配置されているレンズ３ａまたは３Ａ，３Ｂの温度をほぼ正確に検出することができる。
【００３９】
ここで、図９は、例えば第２実施形態の半導体光センサデバイスを用いて測距を行う場合の測距誤差の説明図である。
第２実施形態の光センサデバイスを測距装置としてカメラに取り付け、初期調整を行う場合の温度を基準温度Ｔ０（例えば２５℃）とし、そのときの測距誤差を０とする。光センサチップ上に作られた半導体温度センサは個体差によってチップ毎に同一温度に対する出力が異なるが、温度センサの温度係数は一定であるため、図９における特性線の傾きは等しくなる。
【００４０】
従って、実際の測距時における測定温度Ｔｘと基準温度Ｔ０との差であるΔＴに温度センサの温度係数（レンズの温度係数）を乗じた値は、すべての光センサチップについて同じ値になる。このため、初期調整時における基準位置（測距誤差が０の位置）を共通にしておけば、すべての光センサチップについて同一の測距誤差を検出することができ、補正するべき誤差を一意に求めることができる。
言い換えれば、初期調整時に温度センサの出力温度がある範囲に収まるように調整する必要がなく、実際の測距時に測定温度の絶対値を測定する必要もないものである。
【００４１】
次に、図１０は本発明の第３実施形態を示す構成図であり、図１１は図１０における半導体光センサデバイス２０を拡大して示した説明図である。
この実施形態は、第１実施形態の半導体光センサデバイスを使用してアクティブ自動合焦システム（ＡＦシステム）を構成した場合の実施形態である。
【００４２】
図１０において、１３はＣＰＵであり、このＣＰＵ１３にはドライバー１５を介して赤外線ＬＥＤ１６が接続されている。１７は赤外線ＬＥＤ１６からの赤外線を被写体に照射するための投光レンズである。
また、第１実施形態により説明した半導体光センサデバイス２０には、前述の如くレンズ３ａ及び光センサチップ７が内蔵されている。この光センサチップ７上には前記半導体温度センサが形成されていると共に、レンズ３ａと光センサチップ７との間には透明充填剤としてのシリコーンゲル９が充填されている。
【００４３】
光センサチップ７から出力される電流信号ｉ１，ｉ２は測距用ＩＣ１８に入力され、このＩＣ１８の出力信号（ＡＦ信号）が前記ＣＰＵ１３に入力されている。また、光センサチップ７内の半導体温度センサの出力信号がＡ／Ｄコンバータ１４に入力され、温度センサによる測定温度をディジタル信号に変換してＣＰＵ１３における測距演算に用いるように構成されている。
なお、Ｂ’は投光レンズ１７の中心線（光軸）とレンズ３ａの中心線（光軸）との間の距離を示す。
【００４４】
光センサデバイス２０を拡大して示した図１１（シリコーンゲルの図示は省略してある）において、光センサチップ７は中心の左右両側に光センサアレイ７Ａ，７Ｂを備えており、これらの光センサアレイ７Ａ，７Ｂ上の受光位置に応じた電流信号ｉ１，ｉ２が出力される。このため、電流信号ｉ１，ｉ２の大きさに基づいて、光センサチップ７上の受光位置の中心線（レンズ３ａの中心線）からの距離ｘ１を算出することができる。以下では、この距離ｘ１を受光位置と同等なものとして説明する。
【００４５】
上記の構成において、光センサデバイス２０のレンズ３ａの基準温度からの温度変化（温度差をΔＴとする）により、レンズ３ａと光センサチップ７との間の距離ｆ１が相対的にｆ２に変化し、これに伴って光センサチップ７上の距離もｘ１からｘ２に変化したとする。
レンズ３ａから被写体（図示せず）までの距離Ｌは、三角測量の原理にもとづき、Ｌ＝（Ｂ'・ｆ１）／ｘ１により求められる。
いま、図１１において、ｆ１：ｘ１＝ｆ２：ｘ２の関係が成り立ち、ｆ１は設計値として既知であり、温度差ΔＴに対応した変化後の距離ｆ２は予め算出可能である。また、ｘ２は電流信号ｉ１，ｉ２から求められるので、ｘ１＝（ｆ１・ｘ２）／ｆ２を求めることができる。
よって、上述したＬ＝（Ｂ'・ｆ１）／ｘ１の関係式から、レンズ３ａから被写体までの距離Ｌを算出することができる。
【００４６】
図１２、図１３は、上記温度補正の処理を示すフローチャートである。このうち、図１２は請求項６の実施形態に相当し、距離ｘ２をｘ１に補正した後で被写体までの距離Ｌを演算するものである。また、図１３は請求項７の実施形態に相当し、距離ｘ２に基づいて被写体までの距離Ｌ’を演算し、その後、距離Ｌ’を補正して距離Ｌを求めるものである。
図１２では、距離ｘ２及び温度センサの温度データを取り込み（Ｓ１，Ｓ２）、その後、距離ｘ２をｘ１に補正してから（Ｓ３）、距離Ｌを計算する（Ｓ４）。また、図１３では、距離ｘ２及び温度センサの温度データを取り込み（Ｓ１１，Ｓ１２）、その後、距離Ｌ’を計算してから（Ｓ１３）、この距離Ｌ'を補正して距離Ｌを得る（Ｓ１４）。
いずれの方法を用いても、温度差ΔＴに関わらず正確に被写体までの距離Ｌを求めることが可能である。
【００４７】
次いで、図１４は本発明の第４実施形態を示す構成図であり、この実施形態は、第２実施形態の半導体光センサデバイスを使用した測距装置に関するものである。
図１４において、２１は第２実施形態として説明した半導体光センサデバイスであり、このデバイス２１から出力されるＡＦ信号及び温度センサデータがＡ／Ｄコンバータ２２に入力されている。ここで、ＡＦ信号とは図５の光センサチップ７（光センサアレイ７ａ，７ｂ）から出力される、前述の位相差ｘ＝ｘａ＋ｘｂに対応するディジタル信号である。
【００４８】
Ａ／Ｄコンバータ２２から出力されるディジタル信号は測距演算を行うＣＰＵ２３に入力されており、このＣＰＵ２３からは光センサデバイス２１に対する制御信号が出力されている。なお、２４は種々の定数（レンズ３Ａ，３Ｂと光センサチップ７との間の距離ｆ、無限遠点を撮像した際のＡＦ値、基準温度（例えば２５℃）における温度センサ出力電圧等）が記憶されたＥＰＲＯＭ、２５はプログラムが記憶されたＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ２４に記憶しても良い）、２６はＡＦ信号や温度センサ出力電圧等を記憶するＲＡＭである。
【００４９】
図１５は、図１４の測距装置における初期調整手順を示すフローチャートであり、実際の測距時に必要な種々のデータを前記ＥＰＲＯＭ２４に記憶させる処理を示している。なお、ここでは、測距装置をカメラに取り付けて使用するものとする。
【００５０】
まず、測距装置をカメラにセットし（Ｓ２１）、次いで現在温度が基準温度（２５℃）であるか否かを判断する（Ｓ２２）。
基準温度であることを確認したら、光センサチップ７内の温度センサの出力電圧（レンズ３Ａ，３Ｂの温度に相当する電圧）Ｖ２５をＡ／Ｄコンバータ２２を介してＣＰＵ２３が読み込む（Ｓ２３）。
その後、コリメータ等を使用して無限遠点のチャートを撮像し（Ｓ２４）、そのときに光センサチップ７から出力されるＡＦ信号をＣＰＵ２３が読み込む（Ｓ２５）。  
【００５１】
しかる後、前記ステップＳ２３で読み込んだ温度センサ出力電圧Ｖ２５、温度センサの温度係数、２５℃におけるレンズ３Ａ，３Ｂ間の基線長、この基線長の温度係数、光センサチップ７のセンサピッチＰ、２５℃におけるレンズ３Ａ，３Ｂと光センサチップ７との間の距離ｆ、及びステップＳ２５で読み込んだ無限遠点に対するＡＦ信号（位相差）をＥＰＲＯＭ２４に書き込む（Ｓ２６）。ここで、ステップＳ２３で読み込んだ温度センサ出力電圧及びステップＳ２５で読み込んだ無限遠点に対するＡＦ信号（位相差）以外の値は既知である。
以上のようにして、測距時に必要な種々のデータがＥＰＲＯＭ２４に記憶されることになる。
【００５２】
次に、図１６は、上記初期調整を行った測距装置を用いて実行される測距手順のフローチャートであり、請求項８の実施形態に相当する。
まず、光センサチップ７内の温度センサの出力電圧をＡ／Ｄコンバータ２２を介してＣＰＵ２３が読み込み、ＲＡＭ２６に記憶する（Ｓ３１）。
次いで、被写体を撮像した際に光センサチップ７から出力されたＡＦ信号（位相差）をＣＰＵ２３が読み込み、ＲＡＭ２６に記憶する（Ｓ３２）。
【００５３】
次に、ＣＰＵ２３は、ステップＳ３２で記憶したＡＦ信号と初期調整時に記憶した無限遠点撮像時のＡＦ信号との差を求め、距離ｘとする（Ｓ３３）。この距離ｘは、図６におけるｘａ＋ｘｂに相当する。
また、現在のレンズ３Ａ，３Ｂの温度と２５℃との差ΔＴを、以下の数式１１により求める（Ｓ３４）。
［数式１１］
ΔＴ＝（温度センサ出力電圧−Ｖ２５）／温度センサの温度係数
なお、Ｖ２５は前述のように２５℃における温度センサの出力電圧であり、温度センサの温度係数と共にＥＰＲＯＭ２４に記憶されている。すなわち、この場合にも、実際の測距時に測定温度の絶対値を測定する必要がない。
【００５４】
その後、ＣＰＵ２３は、上記ΔＴを用いて数式１２によりレンズ３Ａ，３Ｂ間の基線長Ｂを補正する（Ｓ３５）。
［数式１２］
Ｂ＝２５℃における基線長Ｂ２５＋基線長の温度係数×ΔＴ
ここで、基線長Ｂ２５と基線長の温度係数とは、ＥＰＲＯＭ２４に記憶されている。
以上により、レンズ３Ａ，３Ｂ間の基線長Ｂは温度差ΔＴによる誤差を補正したものとなる。
【００５５】
最後に、ＣＰＵ２３は、三角測量原理に基づき、レンズ３Ａ，３Ｂから被写体までの距離Ｌを数式１３により計算する（Ｓ３６）。
［数式１３］
距離Ｌ＝（Ｂ×ｆ）／（ｘ×センサピッチＰ）
ここで、ｆはレンズ３Ａ，３Ｂと光センサチップ７との間の距離である。
これにより、測距時のレンズ３Ａ，３Ｂの温度にかかわらず被写体までの距離Ｌを正確に測定することができる。なお、距離ｘ，ｆも測距時の温度の影響を受けているが、両者の比は変わらないため、特に考慮する必要はないものである。
【００５６】
なお、本発明の第４実施形態（図１４）では、第２実施形態（図４，図５）の光センサデバイスを用いて図６の測距原理（測距装置）により測距を行う場合を想定し、図６における量子化回路１０ａ，１０ｂ等の機能を図１４の光センサデバイス２１に持たせた場合を説明したが、これらの機能を図１４のＣＰＵ２３に持たせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる半導体光センサデバイスの平面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる半導体光センサデバイスの斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる半導体光センサデバイスの平面図である。
【図５】図４のV−V断面図である。
【図６】半導体光センサデバイスによる測距原理の説明図である。
【図７】本発明の実施形態における半導体温度センサの回路図である。
【図８】半導体温度センサの温度特性の一例を示す図である。
【図９】第２実施形態の半導体光センサデバイスを用いて測距を行う場合の測距誤差の説明図である。
【図１０】本発明の第３実施形態を示すアクティブ自動合焦システムの構成図である。
【図１１】図１０における半導体光センサデバイスを拡大して示した説明図である。
【図１２】第３実施形態における温度補正の手順を示すフローチャートである。
【図１３】第３実施形態における温度補正の手順を示すフローチャートである。
【図１４】第２実施形態の半導体光センサデバイスを用いた測距システムの構成図である。
【図１５】図１４の測距装置における初期調整手順を示すフローチャートである。
【図１６】図１４の測距装置による測距手順を示すフローチャートである。
【図１７】従来技術を示す斜視図である。
【図１８】他の従来技術を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１：プラスチック筐体
１ａ，１ｂ，１ｃ：開放部
２：絞り板
２ａ，２ｂ：絞り孔
３：レンズ部
３ａ，３Ａ，３Ｂ：レンズ
３Ｐ：ペアレンズ
５：リードフレーム
７：半導体光センサチップ
７ａ，７ｂ，７Ａ，７Ｂ：光センサアレイ
８：ボンディングワイヤ
９：シリコーンゲル（透明充填材）
１０ａ，１０ｂ：量子化回路
１１：演算部
１３，２３：ＣＰＵ
１４，２２：Ａ／Ｄコンバータ
１５：ドライバー
１６：赤外線ＬＥＤ
１７：投光レンズ
１８：測距用ＩＣ
２０，２１：半導体光センサデバイス
２４：ＥＰＲＯＭ
２５：ＲＯＭ
２６：ＲＡＭ
Ｍ：被写体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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