(57)【要約】【課題】測距及び測光センサー装置が形成される半導体チップのサイズを小さくする。【解決手段】外界からの光を受光して測距を行う為に一定の基線長を隔てて配置された、測距センサーを成す一対の第１と第２のラインセンサー１ａ，１ｂと、前記第１と第２のラインセンサー１ａ，１ｂの間に、外界からの光を受光して対象物の輝度を測定する為の測光センサー５を有し、前記各センサーが同一面上に配置されて半導体チップとして形成される測距及び測光センサー装置において、前記一対の第１と第２のラインセンサー１ａ，１ｂの各センサー中心を結ぶ基線長方向と垂直な方向へ前記測光センサー５のセンサー中心を所定距離ずらして配置する構成にしている。【選択図】        図１
2004226678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外界からの光を受光して測距を行う為に一定の基線長を隔てて配置された、測距センサーを成す一対の第１と第２のラインセンサーと、
前記第１と第２のラインセンサーの間に、外界からの光を受光して対象物の輝度を測定する為の測光センサーとを有し、前記各センサーが同一面上に配置されて半導体チップとして形成される測距及び測光センサー装置において、
前記一対の第１と第２のラインセンサーの各センサー中心を結ぶ基線長方向と垂直な方向へ前記測光センサーのセンサー中心を所定距離ずらして配置したことを特徴とする測距及び測光センサー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズシャッタカメラなどに好適な測距及び測光センサー装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズシャッタカメラ用の測光センサーと測距センサーを搭載した装置として、特許文献１に示された測距及び測光センサー装置がある。この測距及び測光センサー装置の概略的平面レイアウトを図７に示す。なお、上記測距とは、距離情報もしくはデフォーカス情報、つまり焦点調節情報を得ることを意味するものとして用いている。
【０００３】
同図において、３０は、測光用センターセグメント３２、測光用インナーセグメント３４Ａ〜３４Ｄ、測光用アウターセグメント３６Ａ〜３６Ｄより成る測光センサーである。４０と４２は画素を成す複数のフォトダイオード（１〜ｎ）より成るラインセンサーであり、これらで測距センサーを成す。５０は半導体基板であり、前記測光センサー及びその信号処理を行う回路部や測距センサー及びその信号処理を行う回路部（アンプ、ノイズ除去回路、最大値検出回路、信号出力回路、レジスタ）が実装され、これらで測距及び測光センサー装置を構成している。ＨとＷは測光領域の高さと幅を示すサイズ、Ｄは基線長である。
【０００４】
上記測距センサーは位相差検出による測距を行うため、４０と４２の二つのラインセンサーが必要となる。通常、ある程度の分解能を得ようとすると、ラインセンサー４０と４２間は、ある程度の距離、いわゆる基線長Ｄが数ｍｍ程度必要になる。よって、ラインセンサー４０と４２の間にレイアウト上、空間が存在する。したがって、ラインセンサー４０と４２の間に、測光センサー３０を設けることにより、半導体基板５０に２種類のセンサーを効率よく配置している。
【０００５】
また、撮影画面上からの反射光を測距センサー（ラインセンサー４０，４２）、および測光センサー３０の各センサー面上に結像するための不図示の結像レンズが、それぞれのセンサーに対応して設けられている。また、被写体上への投影位置を一致させるために、図示のように測距センサーと測光センサーは、基線長方向と平行な方向において同軸上（６０で示す線上）に各センサーの中心が来るように配置されている。
【０００６】
【特許文献】
米国特許第５３０２９９７号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、測距センサーの構成要素であるラインセンサー４０，４２と測光センサー３０が、半導体基板５０の同一平面状に配置され、かつラインセンサー４０，４２のセンサー中心と測光センサー３０のセンサー中心が、基線長方向と平行な方向において同軸上に来るため、半導体チップの基線長方向と垂直方向（図７において、上下方向）のサイズをあまり小さくできない。
【０００８】
詳しくは、各ラインセンサーは複数のフォトダイオードによって構成され、フォトダイオードそれぞれには、アンプ、ノイズ除去回路、最大値検出回路、信号出力回路、レジスタといった信号処理を行う回路部が必要（後述の図３参照）であり、これら回路部はラインセンサーの図７中、基線長方向と垂直な方向に配置されるので（垂直方向のスペースを有効利用する為）、上記のように測距用のラインセンサーと測光センサーの各センサー中心が、基線長方向と平行な方向において同軸上に来るような構成にすると、上記各回路部がその位置より垂直方向に並んで配置されることから、測距及び測光センサー装置を成す半導体チップの基線長方向と垂直方向のサイズをあまり小さくできないといった課題があった。
【０００９】
（発明の目的）
本発明の目的は、測距及び測光センサー装置が形成される半導体チップのサイズを小さくすることのできる測距及び測光センサー装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、外界からの光を受光して測距を行う為に一定の基線長を隔てて配置された、測距センサーを成す一対の第１と第２のラインセンサーと、前記第１と第２のラインセンサーの間に、外界からの光を受光して対象物の輝度を測定する為の測光センサーとを有し、前記各センサーが同一面上に配置されて半導体チップとして形成される測距及び測光センサー装置において、前記一対の第１と第２のラインセンサーの各センサー中心を結ぶ基線長方向と垂直な方向へ前記測光センサーのセンサー中心を所定距離ずらして配置した測距及び測光センサー装置とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
（実施の第１の形態）
図１は本発明の実施の一形態に係る測距及び測光センサー装置の概略平面レイアウトを示す構成図である。
【００１３】
図１において、１ａ，１ｂは所定の基線長だけ離れて配置される距離情報もしくはデフォーカス情報、つまり焦点調節情報を得る為のラインセンサーであり、それぞれ複数のフォトダイオードの画素に分割されている。そして、これらで測距センサーを成している。また、各センサーの中心が基線長方向（図１において、左右方向）と平行な方向の同一の軸上に来るように配置されている。２ａ，２ｂは測距用信号処理回路、３は測距用信号処理回路２ａ，２ｂから順次出力される画素信号を増幅して出力する測距用アナログ回路、４はデジタル回路である。５はフォトダイオードより成る測光センサーであり、その位置は前記測距センサー１ａ，１ｂに対して図１に示すように距離ｄだけオフセットして、つまり基線長方向と垂直な方向（この例では、下の方向）に距離ｄだけずらして配置されている。６は測光センサー５の電流を電圧変換して出力する測光用アナログ回路、７は測距及び測光センサー装置が形成される半導体チップの基板を成す半導体基板である。
【００１４】
図２は、図１の測距及び測光センサー装置の回路構成を示すブロック図であり、図１に対応する部分には同一の符号を付してある。
【００１５】
図２において、１ａ，１ｂは測距センサーを構成するラインセンサー、２ａ，２ｂは測距用信号処理回路である。３は測距用アナログ回路であり、該回路内において、３ａはラインセンサー１ａ，１ｂの蓄積電荷量を適切に制御するためのＡＧＣ回路、３ｂは該センサーの各部に適切なバイアス電圧を供給するための中間電圧発生部、３ｃは中間電圧を生成するための基準電圧発生部、３ｄは前記測距用信号処理回路２ａ，２ｂの出力を増幅するための測距用増幅回路である。４はデジタル回路であり、該回路内において、４ａは測距用増幅回路および後述の測距用増幅回路からの出力電圧を選択して測距及び測光センサー装置（半導体チップ）から外部に出力するためのマルチプレクス回路（ＭＰＸ）、４ｂは測距及び測光センサー装置と制御用マイコン（ＣＰＵ）とインターフェイスするためのＩ／Ｏ、４ｃは測距及び測光センサー装置の駆動タイミングを生成するためのタイミングジェネレータ（ＴＧ）、５はフォトダイオードより成る測光センサーである。６は測光用アナログ回路であり、該回路内において、６ａは測光センサー５からの出力を対数圧縮するための公知の対数圧縮回路、６ｂは前記対数圧縮回路６ａの逆方向飽和電流をキャンセルするための公知のＩｓ補償回路、６ｃは前記Ｉｓ補償回路６ｂからの出力電圧を増幅して出力するための測光用増幅回路である。
【００１６】
図３は、図１及び図２に示す測距用信号処理回路２ａ，２ｂの回路構成および半導体基板７上での各回路のレイアウトを示した図である。なお、Ａ像側の符号は、説明簡略化のために図中には示していないが、Ｂ像と同一であるのは省略している。
【００１７】
１ｂは既に説明したように複数のフォトダイオードより成るラインセンサーである。２ｂ−１は前記各フォトダイオードに対応して設けられた複数のセンサーアンプであり、各フォトダイオーの蓄積電荷を電圧出力する。図示していないが、該センサーアンプには各フォトダイオードを所定電圧にリセットするリセット手段および各フォトダイオードの蓄積電荷を蓄積終了時にメモリーするメモリー手段を有している。２ｂ−２は複数のノイズ除去回路であり、各フォトダイオードのリセット直後の電圧を保持して、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）の除去を行って各センサーアンプの出力を伝達するものである。２ｂ−３は前記複数のノイズ除去回路２ｂ−２からの出力の最大値を検出する複数の最大値検出回路であり、最大値出力に基づいてＡＧＣ回路で処理して、蓄積制御を行う。２ｂ−４は前記複数のノイズ除去回路２ｂ−２と同様の複数のノイズ除去回路、２ｂ−５は前記複数のノイズ除去回路２ｂ−４からの信号を出力する複数の信号出力回路（バッファアンプ）である。２ｂ−６はシフトレジスタであり、外部からのクロック入力に基づいて信号出力回路２ｂ−５の出力を、図２に示した順次測距用増幅回路３ｄに出力するものである。
【００１８】
なお、上記図３に示した各回路は、特開２０００−１８０７０６号で提案された回路と同様であり、本願発明には直接その機能は関係しないので、これ以上の説明は割愛する。
【００１９】
上記ラインセンサー１ａ，１ｂ及びその信号処理を行う回路より成る測距センサー装置は、前記複数のシフトレジスタにより順次出力された各ラインセンサー１ａと１ｂの二つの信号（Ａ像信号とＢ像信号）の対により位相差検出によって測距（この例では、デフォーカス信号を想定しているが、距離に相当する信号でも良い）を行うものである。この測距の原理は、公知であるため、ここでは詳述しない。また、各ラインセンサーと測距用信号処理回路の半導体基板７上での寸法は、基線長方向については、所定の基線長のサイズおよび各フォトダイオードのセルサイズとその数（画素数）によって決定され、垂直方向については、各フォトダイオードの長手方向（基線長方向と垂直な方向）のサイズおよび測距用信号処理回路のレイアウト（基線長方向と垂直な方向に並置された各回路のスペース）により決定される。
【００２０】
図４は、上記の測距及び測光センサー装置に具備される光学系を示す正面図である。
【００２１】
同図において、８ａ，８ｂは結像レンズであり、該結像レンズ８ａ，８ｂによりラインセンサー１ａ，１ｂに対してそれぞれ被写体からの反射光が結像される。９は測光センサー５に対して撮影画面からの反射光を集光するための集光レンズである。なお、上記の結像レンズ、集光レンズの呼び名の使い分けについては後述する。また、結像レンズ８ａ，８ｂ、結像レンズ９内に示した十字はそれぞれのレンズの光軸中心を示しており、各レンズの光軸中心は、前述のラインセンサー１ａ，１ｂと測光センサー５の基線長方向と垂直な方向のずれ（オフセット）に対応して、同じ関係となるようにずらしている（オフセットしている）。つまり、測光用の集光レンズ９の光軸中心に対して、測距用の結像レンズ８ａ，８ｂの各光軸中心を、基線長方向と垂直な方向（この例では、上の方向）に距離ｄだけずれるように配置されている。
【００２２】
図５は、図４に示した測距及び測光用の各光学系の光路を示す図である。
【００２３】
ラインセンサー１ａ，１ｂ用の光学系である結像レンズ８ａ，８ｂの焦点距離はｆａｆであり、図５では、被写体からの反射光を半導体基板７上の前記ラインセンサー１ａ，１ｂ面に結像させる状態に位置する。また、測光用の光学系である集光レンズ９の焦点距離はｆａｅであり、その結像位置は、同図から明らかなように、測光センサーの表面よりも後ろにある。したがって、被写体面の光を集光はするが、上記結像レンズ８ａ，８ｂにより結像される撮影面上では、測光センサーは被写体面の光を結像することはできない。よって、上記のように各光学系を、結像レンズ、集光レンズと区別して呼んでいる。
【００２４】
図６は、被写体面上に投影されたときの測距センサーと測光センサーのそれぞれの大きさを示す図である。
【００２５】
同図において、１０は測距センサーの投影図であり、被写体面上で結像された状態（焦点距離がｆａｆの状態）を示している。１１は測光用の集光レンズ９の焦点距離を測距用の結像レンズと同様にｆａｆとした場合の投影図を示している。この場合、同図から明らかなように、被写体面に対して測光範囲は極端に狭くなる。これに対し、１２は集光レンズ９の焦点距離を測距センサーの焦点距離とは異ならせて、図５のようにｆａｅに設定した場合の投影図であり、被写体面上では結像せず、ぼけ像（同図ではあたかも結像しているようにかかれているが、実際はぼけ像）になるため、かなり広い範囲を測光することが可能になる。１３は被写体面上での撮影範囲を示している。
【００２６】
以上説明したことから明らかなように、本発明の実施の一形態に係る測距及び測光センサー装置が形成される半導体チップの、基線長方向と垂直な方向のサイズは、フォトダイオードセルの長手方向のサイズと、測距用信号処理回路（センサーアンプ、ノイズ除去回路、最大値検出回路、ノイズ除去回路、信号出力回路、シフトレジスタ）のレイアウトにより決定され、本実施形態では、そのサイズは図３に示すように、Ｌとなる。したがって、測光センサーの基線長方向と垂直な方向、すなわち通常は撮影画面の短辺方向の配置は、上記測距センサーの各中心に対してずれるように配置した場合が、垂直方向のチップサイズを小さくするためには、最も効率がよい。また、そのサイズは、測距センサー部（回路部を含むことを意味する）のサイズＬと同等であれば、測距センサー単体の測距ＩＣに比べて、チップサイズを大きくせずに、測距センサーと測光センサーを複合化することが可能になる。この際、基線長方向と垂直な方向のみを考慮すれば，測光センサーの垂直方向のサイズは、測距センサー部のサイズＬに同等かもしくは小さくなければならず、この場合、３，４，６の各回路サイズは、図１のような大きさであれば配置可能である。また、測光センサーを小さくすることができれば、該測光センサーの上下に回路を配置する事も可能であり、図１の測距センサー部のサイズＬ以下に半導体チップの垂直方向のサイズをすることも可能である。
【００２７】
また、測光センサーと測距センサーは、撮影画面に対しては、そのセンサー中心が基線長方向において一致する（基線長方向と平行な方向の同軸上に来る）ことが好ましい。そのため、図４に示すように、測距用の一対の結像レンズ８ａ，８ｂの光軸と測光用の集光レンズ９の光軸の基線長方向と垂直な方向のずれ（距離ｄ）を、前記測距センサーと測光センサーの各センサー中心の基線長方向と垂直な方向おける距離ｄ（図１参照）とは同方向に同じ距離ｄだけずらして、つまりオフセットすることにより、撮影画面上で、その投影面を一致させるようにしている。
【００２８】
また、測光センサーは、撮影画面のできるだけ広範囲な部分を測光できるようにすることが適正露出を得る上では好ましい。このため、本実施の形態では、図５に示すように、結像レンズ８ａ，８ｂと集光レンズ９の焦点距離をｆａｆとｆａｅで示すように異ならしめ、かつ測光用の集光レンズ９の結像位置をセンサー面よりも後ろに設定するようにして、測光センサーを撮影画面上でぼかし、図６に示すように広範囲の測光を可能にしている。なお、前記集光レンズ９の結像位置を、図５に示すようにセンサー面の後ろに設定するのではなく、センサー面よりも前面に設定しても良いことは言うまでもない。
【００２９】
以上の実施の形態によれば、高性能な測光機能と測距機能を有する測距及び測光センサー装置において、図１に示すように、測距センサーと該測距センサーを成す一対のラインセンサー間に配置される測光センサーの中心を基線長方向と垂直な方向にオフセットして配置する構成しているので、測距機能と測光機能を複合化したセンサー装置であっても、測距機能のみを有するセンサー装置に対して、チップサイズを増大させることなく、１チップ化することができる。
【００３０】
また、測距用及び測光用の光学系を図４に示すようにオフセットすることによって、撮影画面上において、測距センサーと測光センサーのセンサーの中心を一致させることができ、また、各光学系の焦点距離を図５に示すように異ならしめることによって、撮影画面上にそれぞれのセンサーに適した投影をさせることが可能になる。
【００３１】
最後に、請求項１に記載の発明以外の本発明に係る測距及び測光センサー装置の実施態様について、以下に列挙する。
【００３２】
（実施態様１）  外界からの光を受光して測距を行う為に一定の基線長を隔てて配置された、測距センサーを成す一対の第１と第２のラインセンサーと、前記第１と第２のラインセンサーの間に、外界からの光を受光して対象物の輝度を測定する為の測光センサーと、前記第１と第２のラインセンサーの各画素からの信号の一連の処理を行う複数の回路部より成る信号処理手段とを有し、前記各センサー及び前記信号処理手段が同一面上に配置されて半導体チップとして形成される測距及び測光センサー装置において、前記一対の第１と第２のラインセンサーの各センサー中心を結ぶ基線長方向へ前記測光センサーのセンサー中心を所定距離ずらして配置すると共に、前記信号処理手段を成す各回路部を、前記第１と第２のラインセンサーに対して、前記基線長方向と垂直な方向に並置したことを特徴とする測距及び測光センサー装置。
【００３３】
（実施態様２）  外界からの光を受光して測距を行う為に一定の基線長を隔てて配置された、測距センサーを成す一対の第１と第２のラインセンサーと、前記第１と第２のラインセンサーの間に、外界からの光を受光して対象物の輝度を測定する為の測光センサーと、前記第１と第２のラインセンサーの各画素からの信号の一連の処理を行う複数の回路部より成る信号処理手段と、前記第１と第２のラインセンサーに外界からの光を導く一対の第１、第２の光学系と、前記測光センサーに外界からの光を導く第３の光学系とを有し、前記各センサー及び前記信号処理手段が同一面上に配置されて半導体チップとして形成される測距及び測光センサー装置において、前記一対の第１と第２のラインセンサーの各センサー中心を結ぶ基線長方向へ前記測光センサーのセンサー中心を所定距離ずらして配置すると共に、前記一対の第１、第２の光学系の光軸と前記第３の光学系の光軸を、同じく前記基線長方向と垂直な方向に所定距離ずらして配置したことを特徴とする測距及び測光センサー装置。
【００３４】
（実施態様３）  前記信号処理手段を成す各回路部を、前記第１と第２のラインセンサー、前記測光センサーのうちの少なくとも前記第１と第２のラインセンサーに対して、前記基線長方向と垂直な方向に並置したことを特徴とする実施態様２に記載の測距及び測光センサー装置。
【００３５】
（実施態様４）  前記一対の第１、第２の光学系と前記第３の光学系の焦点距離を異ならせていることを特徴とする実施態様２又は３に記載の測距及び測光センサー装置。
【００３６】
（実施態様５）  前記一対の第１、第２の光学系は、外界の光を前記一対の第１と第２のラインセンサー上に結像させるものであり、前記第３の光学系は、外界の光を前記測光センサーに集光させるものであることを特徴とする実施態様４に記載の測距及び測光センサー装置。
【００３７】
（実施態様６）  同一の半導体チップ上に被写体からの光を受光するために一定の基線長を隔てて配置された、測距用の一対の第１と第２のラインセンサーと、前記半導体チップ上の前記第１と第２のラインセンサーの間に、被写体からの光を受光して被写体の輝度を測定するための測光センサーと、前記測距、測光用の各センサーに、それぞれ被写体からの光を結像、あるいは集光する第１、第２および第３の光学手段とを有する測距及び測光センサー装置において、前記一対の第１、第２のラインセンサーと前記測光センサーは、基線長方向に垂直な方向に所定距離だけオフセットして配置されるとともに、前記光学手段の光軸を、前記センサーのオフセットされた距離に一致させたことを特徴とする測距及び測光センサー装置。
【００３８】
（実施態様７）  前記第１、第２のラインセンサーと、該第１、第２のラインセンサーの各画素の信号を電圧に変換して処理するための信号処理手段とを有し、前記測光センサーの基線長方向と垂直な方向のセンサーサイズを、前記第１、第２のラインセンサーと前記信号処理手段の基線長方向と垂直な方向のサイズよりも小さくしたことを特徴とする実施態様６に記載の測距及び測光センサー装置。
【００３９】
（実施態様８）  前記測距、測光用の各センサーに、それぞれ被写体からの光を結像、あるいは集光する第１、第２および第３の光学手段の焦点距離を異ならしめたことを特徴とする実施態様６に記載の測距及び測光センサー装置。
【００４０】
（実施態様９）  前記第１、第２の光学手段の焦点距離位置は、前記第１、第２のラインセンサーが配置される位置に一致し、前記第３の光学手段の焦点距離位置は、前記測光センサーが配置される位置の前、あるいは後ろにあることを特徴とする実施態様８に記載の測距及び測光センサー装置。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、測距及び測光センサー装置が形成される半導体チップのサイズを小さくすることができる測距及び測光センサー装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る測距及び測光センサー装置の概略平面レイアウトを示す構成図である。
【図２】図１の測距及び測光センサー装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３】図１及び図２に示す測距用信号処理回路の回路構成および半導体基板上での各回路のレイアウトを示した図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係る測距及び測光センサー装置に具備される光学系を示す正面図である。
【図５】図４に示した測距及び測光用の各光学系の光路を示す図である。
【図６】本発明の実施の一形態において被写体面上に投影されたときの測距センサーと測光センサーのそれぞれの大きさを示す図である。
【図７】従来の測距及び測光センサー装置の概略平面レイアウトを示す構成図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ  測距センサー
２ａ，２ｂ  測距用信号処理回路
３          測距用アナログ回路
３ａ        ＡＧＣ回路
３ｂ        中間電圧回路
３ｃ        基準電圧回路
３ｄ        測距用増幅回路
４          デジタル回路
５          測光センサー
６          測光用アナログ回路
７          半導体基板
８ａ        ラインセンサー１ａ用の結像レンズ
８ｂ        ラインセンサー１ｂ用の結像レンズ
９          測光センサー用の集光レンズ
１０        測距センサーの被写体面への投影図
１１        測距センサーの被写体面への投影図（結像の場合）
１２        測光センサーの被写体面への投影図（本実施形態の場合）
１３        撮影画面の範囲
【図１】
2004226678.tif 000003
【図２】
2004226678.tif 000004
【図３】
2004226678.tif 000005
【図４】
2004226678.tif 000006
【図５】
2004226678.tif 000007
【図６】
2004226678.tif 000008
【図７】
2004226678.tif 000009