JP2003167186A - センサ装置及びそれを有する光学機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置全体の小型化を図りつつ測距用センサや
測光用センサ等を同一基板（チップ）上に容易に形成す
ることができ、高精度に測距及び測光を行うことができ
るセンサ装置及びそれを有する光学機器を得ること。 【解決手段】 一定の基線長隔てて配置された第１と第
２のラインセンサと、該第１と第２のラインセンサの配
列方向の延長線上にあり、被写界からの光を受光するた
めの第３のセンサと、被写界からの光を各々該第１、第
２、第３のラインセンサに集光させる第１、第２、第３
の受光光学系を有し、該第１、第２のラインセンサと該
第３のセンサは同一基板上に設けられており、該第１、
第２、第３の受光光学系の焦点距離を各々ｆ１、ｆ２、
ｆ３とするとき、ｆ１＝ｆ２≧ｆ３を満足すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセンサ装置及びそれ
を有する光学機器に関し、特に被写界からの光を受光し
被写界に存在する物体までの距離を測定するための測距
用センサと、被写界からの光を受光し被写界の輝度を測
定するための測光用センサとを有し、測距と測光を高精
度に行うことのできるデジタルカメラ、ビデオカメラ、
フィルム用カメラ等の光学機器に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、カメラ等における光学機器に
おいて、被写体までの距離を測定する測距装置はよく知
られている。例えば被写体からの光を一定の間隔で配置
された２つの光学系を通して、別々の２つのラインセン
サ上に被写体像の一部を形成し、２つのラインセンサか
らの出力信号より、２つの被写体像の相関を求めること
により被写体までの距離を測定する測距装置が良く知ら
れている。

【０００３】また、カメラ等における光学機器におい
て、被写体の輝度（明るさ）を測定する測光装置も良く
知られている。例えば被写界からの光を光学系を通して
エリアセンサにより受光させ、その出力信号の強度に応
じて被写界輝度を測定し、光学機器の露出制御に使用し
ている。被写界輝度の測定に使用されるセンサを複数に
分割し、撮影するべき主被写体とその背景との輝度差を
検出し、輝度差が所定量以上ある場合は主被写体が逆光
状態にあるものとしてストロボを発光するなどにより、
主被写体の露光状態を適正にする工夫をしたカメラ等の
測光装置も種々提案されている。

【０００４】前記測距装置に使用されるラインセンサ及
びその光学系と前記測光装置に使用されるエリアセンサ
及びその光学系は、独立した別々のセンサ及び光学系を
用いるのが一般的である。従ってカメラ等に両装置が搭
載される場合、それぞれの装置を配置する別々の空間が
要求され、カメラ等の設計的制約となると共にカメラの
大型化を招いていた。また、測距装置と測光装置との間
隔が大きいと、測距中心と測光中心の視差（所謂パララ
ックスずれ）が発生してくるため、例えば被写体距離に
応じて測距中心は主被写体を捕らえていても、測光中心
は背景を捕らえてしまい、結果的に撮影された写真（画
像）のピントは合っているが、露出が適正にならない場
合も生じてくる。

【０００５】上記問題を解決するため、米国特許第５，
３０２，９９７号や特開平９−３２９８１８号公報等に
おいて、測距装置と測光装置を一体化する提案もされて
いる。これら提案では、測距用の一定の基線長隔てて配
置される一対のラインセンサと、前記一対のラインセン
サの間の位置に測光用のエリアセンサ配置し、更に両セ
ンサを１つの基板（チップ）上に形成すると共に各セン
サに対応する光学系を設けている。

【０００６】これらの提案によりカメラ等では前記一体
化された装置の空間のみを準備すればよいので設計的制
約がなくなると共に、測距装置と測光装置の間隔を極端
に縮められるため、前記測距中心と測光中心の視差の問
題も最小限に押さえられるというメリットがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記米国特許第５，３
０２，９９７号や特開平９−３２９８１８号公報では、
センサとしての構成についてはある程度述べられている
が、光学系を含む装置としての構成及び、装置をカメラ
等の光学機器に組み込まれたときの詳細な記述が無く、
製品化するためには以下のような問題点がある。 （ア） 測距装置と測光装置が別々に構成されている場
合は図７（ａ），（ｂ）に示すようにセンサも別チップ
であり、測距用センサのチップ３０１のサイズは測距用
センサ３０１ａ，３０１ｂのサイズでほぼ決まってお
り、測光用センサのチップ３０２のサイズは測光用セン
サ３０２ｃのサイズで決まっており、各センサチップと
しては効率的で、チップコストの面では比較的優れてい
た。

【０００８】一方、図８のように各センサを１チップ化
すると、センサチップ４０１の同図縦方向サイズは測光
用センサ４０１ｃの寸法で決まってくる。又、同図横方
向サイズは測距用センサ４０１ａ，４０１ｂと測光用セ
ンサ４０１ｃの寸法で決まっている。図８を見れば分か
るとおり、測距用センサ４０１ａ，４０１ｂの上下は空
きスペースとなっており、チップとしての効率が悪いた
め、チップコストが非常に高くなってしまう。 （イ）測距装置と測光装置が別々に構成されている場合
は図９（ａ）の測距装置や，図９（ｂ）の測光装置のよ
うに、各センサ３０１ａ、３０１ｂ、３０２ｃに対応す
る光学系３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃから入射する光
以外の光が入射しないように、一般的にはセンサ面から
垂直方向に遮光壁５０１〜５０５をレンズとセンサの間
に配置している。

【０００９】測距用センサ３０１ａ、３０１ｂと測光用
センサ３０２ｃを１チップ化すると、たとえば測光用レ
ンズ３０３ｃから入射した外来光が測距用センサ３０１
ａ、３０１ｂに入射したり、あるいは測距用レンズ３０
３ａ、３０３ｂから入射した外来光が測光用センサ３０
２ｃに入射したりすることが予想され、そのような場合
それぞれ測距精度、測光精度に悪影響を及ぼすことにな
るため、前記米国特許第５，３０２，９９７号では、適
切な防止壁を設ければよいとの記載がある。これを具体
的に示すと、図１０に示すようにセンサ面４０１ａ、４
０１ｂ、４０１ｃから垂直方向に遮光壁６０１〜６０４
を構成させることになる。

【００１０】しかしながら上記従来例には各センササイ
ズや、各センサに対応する光学系サイズ及び焦点距離等
に関する記載が無く、これらを考慮すると遮光壁をセン
サ面に対して垂直方向に配置できない場合も生じてく
る。

【００１１】本発明は、装置全体の小型化を図りつつ測
距用センサや測光用センサ等を同一基板（チップ）上に
容易に形成することができ、高精度に測距及び測光を行
うことができるデジタルカメラ、ビデオカメラ、フィル
ム用カメラ等に好適なセンサ装置及びそれを有する光学
機器の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のセンサ
装置は、一定の基線長隔てて配置された第１と第２のラ
インセンサと、該第１と第２のラインセンサの配列方向
の延長線上にあり、被写界からの光を受光するための第
３のセンサと、被写界からの光を該第１のラインセンサ
に集光させる第１の受光光学系と、被写界からの光を該
第２のラインセンサに集光させる第２の受光光学系と、
被写界からの光を該第３のセンサに集光させる第３の受
光光学系とを有し、該第１、第２のラインセンサと該第
３のセンサは同一基板上に設けられており、該第１、第
２、第３の受光光学系の焦点距離を各々ｆ１、ｆ２、ｆ
３とするとき、 ｆ１＝ｆ２≧ｆ３ を満足することを特徴としている。

【００１３】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記第３のセンサは、前記第１と第２のラインセン
サの間に配置されていることを特徴としている。

【００１４】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記第１と第２のラインセンサは、複数の受光
素子を一方向に配列した構成より成り、かつ双方は同じ
形状より成っていることを特徴としている。

【００１５】請求項４の発明は請求項１、２又は３の発
明において、前記第３のセンサは、単一の受光素子より
成っていることを特徴としている。

【００１６】請求項５の発明は請求項１、２又は３の発
明において、前記第３のセンサは、外部からのリモコン
信号を受信する機能を有していることを特徴としてい
る。

【００１７】請求項６の発明は請求項１、２、３、４又
は５の発明において、前記第１の受光光学系から前記第
１のラインセンサまでの光路を第１の光路とし、前記第
２の受光光学系から前記第２のセンサまでの光路を第２
の光路とするとき、該第１の光路を他の光路から遮光す
る遮光壁を該第１のラインセンサから該第１の受光光学
系に向かって広がる方向に伸ばすように設け、該第２の
光路を他の光路から遮光する遮光壁を該第２のセンサか
ら前記第２の受光光学系に向かって広がる方向に伸ばす
ように設けたことを特徴としている。

【００１８】請求項７の発明のセンサ装置は、一定の基
線長隔てて配置された第１と第２のラインセンサと、該
第１と第２のラインセンサの配列方向の延長線上にあ
り、被写界からの光を受光するための第３のセンサと、
被写界からの光を該第１のラインセンサに集光させる第
１の受光光学系と、被写界からの光を該第２のラインセ
ンサに集光させる第２の受光光学系と、被写界からの光
を該第３のセンサに集光させる第３の受光光学系とを有
し、該第１、第２のラインセンサと該第３のセンサは同
一基板上に設けられており、該第１および第２のライン
センサの基線長方向の寸法をそれぞれｗ１，ｗ２、該第
３のセンサの基線長方向の寸法をｗ３、該第１、第２、
第３の受光レンズ焦点距離を各々ｆ１、ｆ２、ｆ３とす
るとき、 ｆ１＝ｆ２ （ｆ３／ｆ１）≦（ｗ３／ｗ１） を満足することを特徴としている。

【００１９】請求項８の発明のセンサ装置は、一定の基
線長隔てて配置された第１と第２のラインセンサと、該
第１と第２のラインセンサの配列方向の延長線上にあ
り、被写界からの光を受光するための第３のセンサと、
被写界からの光を該第１のラインセンサに集光させる第
１の受光光学系と、被写界からの光を該第２のラインセ
ンサに集光させる第２の受光光学系と、被写界からの光
を該第３のセンサに集光させる第３の受光光学系とを有
し、該第１、第２のラインセンサと該第３のセンサは同
一基板上に設けられており、該第１および第２のライン
センサの基線長方向と垂直方向の寸法をそれぞれｈ１，
ｈ２、該第３のセンサの基線長方向と垂直方向の寸法を
ｈ３、該第１、第２、第３の受光レンズ焦点距離を各々
ｆ１、ｆ２、ｆ３とするとき、 ｆ１＝ｆ２ （ｆ３／ｆ１）≦（ｈ３／ｈ１） を満足することを特徴としている。

【００２０】請求項９の発明は請求項７又は８の発明に
おいて、 ｆ１＝ｆ２≧ｆ３ を満足することを特徴としている。

【００２１】請求項１０の発明は請求項１の発明におい
て、前記第１および第２のラインセンサの基線長方向の
寸法をそれぞれｗ１、ｗ２、前記第３の線さの基線長方
向の寸法をｗ３、該第１および第２のラインセンサの基
線長方向と垂直方向の寸法をそれぞれｈ１、ｈ２、該第
３のセンサの基線長方向と垂直方向の寸法をｈ３とする
とき、 （ｆ３／ｆ１）≦（ｗ３／ｗ１） （ｆ３／ｆ１）≦（ｈ３／ｈ１） を満足することを特徴としている。

【００２２】請求項１１の発明は請求項１から１０のい
ずれか１項の発明において、前記第１、第２のラインセ
ンサは被写界からの光を受光し被写界に存在する物体ま
での距離を測定するためのものであり、前記第３のセン
サは被写界からの光を受光し被写界の輝度を測定するた
めのものであることを特徴としている。

【００２３】請求項１２の発明の光学機器は、請求項１
から１１のいずれか１項に記載のセンサ装置を有するこ
とを特徴としている。

【００２４】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１〜図４は、本
発明の実施形態１を説明する図である。

【００２５】尚、本実施形態における測距方式は、対物
レンズで撮像された所定面上における物体像に基づく２
つの物体像の相対的位置関係を求めて焦点検出を行な
う、所謂像ズレ方式を用いたときを想定している。

【００２６】カメラ等の光学機器では撮影画面内の測距
するべき視野（測距視野）は一般的に撮影画面に対して
横長であればその機能を満足できるが、測光するべき視
野（測光視野）は一般的には撮影画面の中央部を含む広
い領域である必要がある。このことを図１を用いて説明
する。同図はカメラによる撮影画面１における撮影作例
を示しており、背景が明るく黒い服を着た主被写体２を
所謂逆光状態で撮影したものである。

【００２７】図１（ａ）において、１１は撮影画面１上
の測距用ラインセンサ（センサ）に相当する領域を示し
ており、主被写体２である人物を測距可能な領域をカバ
ーした形状となっている。

【００２８】また、図１（ｂ）において１２は撮影画面
上の測光用エリアセンサ（センサ）に相当する領域を示
しており、同図（ａ）における測距用ラインセンサ１１
のカバーする領域よりも広い領域、すなわち主被写体２
である人物と共に背景の山までも含む領域をカバーした
形状となっている。その為、測光用エリアセンサ１２か
らの出力は、撮影画面１全体の輝度の平均出力となり、
その情報を基にカメラの露出制御をすれば、図１（ｂ）
のような逆光シーンにおいても画面全体が適正な露出状
態の写真を撮影することが出来る。

【００２９】一方、図１（ｃ）のように測光用エリアセ
ンサ１３の領域が撮影画面１に対して狭く、人物２の領
域のみをカバーしている形状であった場合は、人物２は
適正な露出を得ることが可能であるが、背景の露出状態
が適正でなくなる（図１の例でいえば、主被写体１であ
る逆光状態にある人物が適正となるような露光状態とな
り、背景がまったく写らない所謂白とび現象）ことが想
像される。このため撮影画面１上では測光用エリアセン
サ１３の範囲は、測距用ラインセンサ１１の範囲と同じ
かそれ以上の範囲にあることが望ましい。

【００３０】ここで、上記内容を実現する装置を示すと
以下のようになる。

【００３１】図２（ａ）は測距用と測光用のセンサとを
含むセンサチップ２０、それに対応する光学系２０２を
光軸方向に垂直な方向から見た図であり、図２（ｂ）は
図２（ａ）のセンサ（センサチップ）２０を光学系２０
２方向から見た図である。

【００３２】図２（ａ）、（ｂ）において、２０２は被
写界からの光を集光する受光光学系で、測距用受光レン
ズ（第１、第２の受光光学系）２０２ａ、２０２ｂと、
測光用受光レンズ（第３の受光光学系）２０２ｃを有し
ている。２０１はセンサで１対の測距用ラインセンサ
（第１、第２のラインセンサ）２０１ａ、２０１ｂと測
光用エリアセンサ（第３のセンサ）２０１ｃ及びそれら
センサからの出力を処理する回路（不図示）が１チップ
化されており、そのチップサイズは図２（ｂ）の縦方向
ｈ、横方向ｗである。

【００３３】尚、３つの受光レンズ２０２ａ、２０２
ｂ、２０２ｃの焦点距離ｆ１、ｆ２、ｆ３はそれぞれ同
じであり、撮影画面１上で図１（ａ）、（ｂ）のような
センサ領域となるように、測距用センサ２０１ａ、２０
１ｂはそれぞれ図２（ｂ）の縦方向サイズｈ１、ｈ２、
横方向サイズｗ１、ｗ２である。また、測光用センサ２
０１ｃの縦方向サイズｈ３、横方向サイズｗ３となって
いる。本実施の形態では説明の簡略化のため、以下、ｗ
１＝ｗ２、ｈ１＝ｈ２として説明を進める。

【００３４】また、測距用受光レンズ２０２ａの光軸２
０２ａ１と受光レンズ２０２ｂの光軸２０２ｂ１は基線
長Ｂ１だけ隔てて配置してあり、測距用センサ２０１ａ
の横方向サイズの中心と測距用センサ２０１ｂの横方向
サイズの中心も同様に基線長Ｂ１と同じ距離だけ隔てて
配置されている。基線長Ｂ１は、必要とされる測距精度
によって決定されるものである。一般的に、基線長と測
距用受光レンズの焦点距離は長いほうが測距精度がよ
い。

【００３５】ここで、３つの受光レンズ２０２ａ、２０
２ｂ、２０２ｃの焦点距離ｆ１、ｆ２、ｆ３が等しいの
で、撮影画面１上の測距エリアよりも測光エリアを大き
くするために、３つの受光センサ２０１ａ、２０１ｂ、
２０１ｃのサイズの関係を以下のようにしている。

【００３６】ｈ１＜ｈ３ ｗ１＜ｗ３ 但し一対の測距センサ２０１ａ、２０１ｂの間に測光セ
ンサ２０１ｃを配置するので、 ｗ３＜（Ｂ１−ｗ１） である。

【００３７】本実施形態では、センサ装置の構成を、第
３のセンサは、第１と第２のラインセンサの間に配置し
ていることで、第１〜第３のセンサが被写界からの光を
受光する際の視差の影響をなくしている。

【００３８】また、センサ装置の構成を、前記第１と第
２のラインセンサは、被写界に存在する物体までの距離
を測定するためのセンサとしていることで、センサ装置
を測距装置として使用することが可能となると共に、被
写界の適当な領域を測距することを可能としている。

【００３９】そして第３のセンサは、被写界の輝度を測
定するためのセンサとすることで、センサ装置を測光装
置として使用することが可能となると共に、被写界の適
当な領域を測光することを可能としている。

【００４０】これまでの説明からわかるように、上記条
件では１チップ２０で構成されたセンサの縦方向サイズ
ｈは、実質的には測光用センサ２０１ｃの縦方向サイズ
ｈ３によって支配される。同様に横方向サイズｗは、実
質的には基線長Ｂ１と測距用センサ２０１ａ、２０１ｂ
の横（基線長）方向サイズｗ１，ｗ２によって支配され
る。

【００４１】要するに、チップサイズが支配される要因
が測距用センサ２０１ａ、２０１ｂと測光用センサ２０
１ｃの２つのセンサにあるので、どちらかのサイズを他
方のサイズに近づけることで、全体のチップサイズを小
さくすることが出来る。

【００４２】図２（ｃ）は、図２（ｂ）に対して、セン
サチップ１０のサイズを小さくしたものである。図２
（ｃ）では測光用センサ１０３ｃの縦方向サイズをｈ３
ａ（ｈ３ａ＜ｈ３）とし、測光用センサ１０３ｃの縦方
向サイズを測距用センサ１０３ａ、１０３ｂに近づける
ことで、センサチップ１０の縦方向サイズをｈ１（ｈ１
＜ｈ）としている。このとき測光用センサ１０３ｃの横
方向サイズｗ３ａ（ｗ３ａ＜ｗ３）も、縦方向サイズと
同じ比率で小さくしている。しかしながら、測距用セン
サ１０３ａ，１０３ｂ及び測光用センサ１０３ｃの各セ
ンサに対応する受光レンズの焦点距離が等しいと、測距
用センサ１０３ａ、１０３ｂの撮影画面上の領域は図１
（ａ）のようになり特に問題ないが、測光用センサ１０
３ｃの撮影画面１上の領域は図１（ｃ）のように、測光
用センサの領域が狭くなってしまうことがある。

【００４３】そこで本実施形態では、図３（ａ）に示す
ように、測光用受光レンズ１０４ｃの焦点距離ｆ３を ｆ３≦ｆ１ ・・・（１） とし、上記問題を解決している。

【００４４】但し、 ｆ１＝ｆ２ ・・・（２） である。

【００４５】即ち本実施形態では、 ｆ１＝ｆ２≧ｆ３ とすることで、センサチップサイズを画期的に小さくで
きるため、低コストなセンサ装置を作っている。更に詳
しく説明すると、測光用センサ１０３ｃサイズを小さく
したのと同じ比率で、測光用受光レンズ１０４ｃ焦点距
離ｆ３を短くする。すなわち、 （ｗａ３／ｗ３）＝（ｆ３／ｆ１） を満足できるような焦点距離（ｆ３）とすることで、図
１（ｂ）と同等の撮影画面上での測光センサエリアを確
保している。

【００４６】図３（ｂ）は、図２（ｃ）と同じ図である
が、このセンサチップ１０を見ればわかる通り、測距用
センサ１０３ｃ，１０３ｂの上下の空きスペースは非常
に狭くなっており、効率的なセンサ配置となっている。

【００４７】更に別の言い方をすれば、測距用センサ１
０３ａ、１０３ｂの縦方向寸法ｈ１、測距用センサの横
方向寸法ｗ１、測光用センサの縦方向寸法ｈ３、測光用
センサの横方向寸法ｗ３とし、測距用受光レンズ焦点距
離をｆ１、測光用受光レンズ焦点距離をｆ３としたと
き、撮影画面１上で測距用センサエリアよりも測光用セ
ンサエリアを大きく又は等しくするためには、撮影画面
１の縦方向では、 （ｆ３／ｆ１）≦（ｈ３／ｈ１） ・・・（４） 但しｆ１＝ｆ２である。

【００４８】（４）式を満足することで、カメラ等に装
置を搭載した際、撮影画面上の測距センサ範囲よりも測
光センサ範囲を同じ又は大きくすることが出来るため、
ピント及び露出の合った高画質な画像を得られるように
カメラを制御することが可能となる。

【００４９】撮影画面１の横方向では、 （ｆ３／ｆ１）≦（ｗ３／ｗ１） ・・・（３） 但しｆ１＝ｆ２を満足させればよい。

【００５０】（３）式を満足することで、カメラ等に装
置を搭載した際、撮影画面上の測距センサ範囲よりも測
光センサ範囲を同じ又は大きくすることが出来るため、
ピント及び露出の合った高画質な画像を得られるように
カメラを制御することを可能としている。

【００５１】（３）、（４）式を更に解説すると、仮に
各センササイズが等しく、 ｈ１＝ｈ３ ・・・（５） ｗ１＝ｗ３ ・・・（６） とすると、撮影画面上で測距用センサエリアよりも測光
用センサエリアを大きく又は等しくするためには、 ｆ３≦ｆ１ ・・・（７） とすればよいということであり、上記（３）〜（７）式
のうち、特に（７）式を満足させることがセンサチップ
サイズを小さくすることに大きく寄与することがわか
る。

【００５２】また、本実施形態では上記（３）〜（７）
式の関係は、一対の測距用センサ１０３ａ、１０３ｂの
間に測光用センサ１０３ｃを配置した構成だけでなく、
図４（ａ）、（ｂ）のように一対の測距用センサ１０３
ａ、１０３ｂの外側に測光用センサ１０３ｃを配置した
場合においても適用することができる。

【００５３】更に、上記例では測距用センサと測光用セ
ンサを一体化した場合の装置の工夫についてのみ述べて
いるが、例えば前記例の測光用センサをリモコン受信用
センサと置き換え、測距用センサとリモコン受信用セン
サを一体化することを考えても、リモコン受信用センサ
は測距用センサに比べ広い視野からの信号光を受信する
必要があるので同様の問題が予想される。

【００５４】そこで本実施形態では、センサ装置の構成
を、前記第３のセンサは、外部からのリモコン信号を受
信するためのセンサとすることで、センサ装置をリモコ
ン受光装置として使用することが可能となると共に、被
写界の適当な領域からのリモコン信号を受光することを
可能としている。

【００５５】すなわち、同様の問題が予想される場合に
おいては、上記（３）〜（７）式の関係を適用すること
が望ましい。

【００５６】また、図２（ａ）に示す受光レンズ２０２
ａ，２０２ｂ，２０２ｃから構成されている光学系２０
２、図３（ａ）に示す受光レンズ１０４ａ，１０４ｂ，
１０４ｃから構成されている光学系１０４、図４（ａ）
に示す３つの受光レンズから構成されている光学系１０
４は、それぞれ一体成型された三眼レンズ構成としても
良い。

【００５７】また、上記測光用センサは、１つのエリア
センサを想定しているが、米国特許第５，３０２，９９
７号に開示されているような多分割センサとしても良
い。

【００５８】（実施形態２）次に本発明の実施形態２に
ついて説明する。

【００５９】図３では測光用センサ１０３ｃのサイズを
小さくし且つ、測光用受光レンズ１０４ｃの焦点距離ｆ
３を、測距用受光レンズ１０４ａ，１０４ｂの焦点距離
ｆ１よりも短くしたことにより、センサのチップサイズ
を小さくした測距兼測光装置を説明した。

【００６０】ところで、受光レンズの開口面積を一定と
して焦点距離を短くすると、レンズの明るさを示すＦナ
ンバ（レンズ焦点距離／レンズ開口直径）は小さくな
る。しかしながら一般的にＦナンバが１以下のレンズを
製造することは困難なため、レンズの焦点距離を大幅に
短くする場合は、Ｆナンバ＞１となるようにレンズ開口
直径を小さくする必要がある。

【００６１】一方で、受光レンズのＦナンバは小さいほ
ど（明るいレンズほど）Ｓ／Ｎ比の良い測距装置及び測
光装置を提供できる。その為、測光用受光レンズの焦点
距離ｆ３及び開口直径を小さくすることで出来たスペー
スを利用して、測距用の受光レンズの開口直径をＦナン
バ＞１となる範囲内で大きく出来る。

【００６２】図５はこのことの説明図である。

【００６３】図５におけるセンサチップ１０の構成は図
３で説明したものと同一である。図５（ａ）において１
０５は被写界からの光を集光する受光光学系で、測距用
受光レンズ１０５ａ、１０５ｂと、測光用受光レンズ１
０５ｃを有している。

【００６４】測距用受光レンズ１０５ａ、１０５ｂの焦
点距離ｆ１、ｆ２は、図５（ｂ）における測距用受光セ
ンサ１０３ａ、１０３ｂが撮影画面上で図１（ａ）のよ
うなセンサ領域となるような同じ焦点距離ｆ１に設定さ
れている。また、測光用受光レンズ１０５ｃは、図５
（ｂ）における測光用受光センサ１０３ｃが撮影画面上
で図１（ｂ）のようなセンサ領域となるよな焦点距離ｆ
３に設定されていると共に、Ｆナンバ＞１となるように
開口直径を小さくしている。

【００６５】一方測距用受光レンズ１０５ａ、１０５ｂ
は、測距信号のＳ／Ｎ比を向上させるために、Ｆナンバ
が１以下にならない範囲で且つ、測光用受光レンズとオ
ーバーラップしない程度に開口直径を大きくしている。

【００６６】図５（ａ）は更に、装置に組み込んだとき
に必要となる遮光壁も示している。破線で示した６１〜
６４は図１０で示した遮光壁６０１〜６０４と同様に、
センサ面から垂直方向に遮光壁を構成した場合を示して
いる。

【００６７】図５（ａ）で遮光壁６１は測距用センサ１
０３ａの物体側から見て（以下同じ）、左外側から測距
用受光レンズ１０５ａに向けて垂直に伸びており、遮光
壁６２は測距用センサ１０３ａと測光用センサ１０３ｃ
の間から測光用受光レンズ１０５ｃを避けるように測距
用受光レンズ１０５ａに向けて垂直に伸びており、遮光
壁６３は測距用センサ１０３ｂと測光用センサ１０３ｃ
の間から測光用受光レンズ１０５ｃを避けるように測距
用受光レンズ１０５ｂに向けて垂直に伸びており、遮光
壁６４は測距用センサ１０３ｂの右外側から測距用受光
レンズ１０５ｂに向けて垂直に伸びている。

【００６８】図５（ａ）からわかるように、測光用受光
レンズ１０５ｃから入射する光に対して、遮光壁６１〜
６４は障害物となっていないが、測距用受光レンズ１０
５ａ，１０５ｂから入射する光に対して、遮光壁６１〜
６４は障害物となっている。すなわち、測距信号の高い
Ｓ／Ｎ比を得るために測距用受光レンズ１０５ａ，１０
５ｂの開口直径を大きくしたにもかかわらず、遮光壁６
１〜６４によって入射光が遮られＳ／Ｎ比の向上につな
がっていない。

【００６９】図５（ａ）において５１〜５４は本実施形
態における遮光壁である。

【００７０】図５（ａ）で遮光壁５１は測距用センサ１
０３ａの左外側から測距用受光レンズ１０５ａの左外側
に向けて斜めに伸びており、遮光壁５２は測距用センサ
１０３ａと測光用センサ１０３ｃの間から測光用受光レ
ンズ１０５ｃを避けるよう且つ測距用受光レンズ１０５
ａの右外側に向けて斜めに伸びており、遮光壁５３は測
距用センサ１０３ｂと測光用センサ１０３ｃの間から測
光用受光レンズ１０５ｃを避けるよう且つ測距用受光レ
ンズ１０５ｂの左外側に向けて斜めに伸びており、遮光
壁５４は測距用センサ１０３ｂの右外側から測距用受光
レンズ１０５ｂの右外側に向けて斜めに伸びている。

【００７１】このようにすると、測光用受光レンズ１０
５ｃから入射する光に対して、遮光壁５１〜５４は障害
物となっていないのはもちろんのこと、測距用受光レン
ズ１０５ａ，１０５ｂから入射する光に対しても、遮光
壁５１〜５４は障害物となりにくい構成とすることが出
来、測距信号のＳ／Ｎ比も十分に確保することが可能で
ある。

【００７２】ここで、遮光壁５１を測距用受光レンズ１
０５ａの左外側からセンサ面に対して垂直方向に伸ば
し、遮光壁５４を測距用受光レンズ１０５ｂの右外側か
らセンサ面に対して垂直方向に伸ばすようにしても、前
記測距信号のＳ／Ｎの観点だけを考えると良い。しか
し、測距用センサ１０３ａから受光レンズ１０５ａまで
の間の構成は、測距センサ１０３ａの中心から左右対称
な形状である必要がある。仮に測距用センサ１０３ａか
ら受光レンズ１０５ａまでの間の構成が左右非対称であ
った場合、測定対象物からの光以外の外来光が遮光壁上
で反射した場合を想定すると、その影響がセンサ上で左
右均等にならなくなり、結果的に測距誤差の一因となる
からである。

【００７３】すなわち、図５のような光学系をもつ測距
及び測光装置の構成において、測距用光路を他の光路か
ら遮光する遮光壁は、測距用センサ１０３ａ、１０３ｂ
から測距用レンズ１０５ａ、１０５ｂに向かって広がる
方向に伸ばした形状にすることで、遮光壁５１〜５４の
構成を左右対称に出来、また十分なＳ／Ｎの確保と測定
誤差（誤測距）の軽減が可能となる。

【００７４】また、上記遮光壁５１〜５４の構成は、一
対の測距用センサ１０３ａ、１０３ｂの間に測光用セン
サ１０３ｃを配置した構成だけでなく、図６（ａ）、
（ｂ）のように一対の測距用センサ１０３ａ、１０３ｂ
の外側に配置したセンサチップ１１１を用いる場合にお
いても適用することが望ましい。

【００７５】図６（ａ）において７１〜７５は遮光壁で
ある。

【００７６】また、上記のような光学系構成であれば、
上記測光用センサ１０３ｃ及び測距用センサは他のセン
サ１０３ａ、１０３ｂであっても、上記遮光壁の構成を
適用することが望ましい。

【００７７】また、図５（ａ）に示す受光レンズ１０５
ａ，１０５ｂ，１０５ｃから構成されている光学系１０
５、図６（ａ）に示す３つの受光レンズ１０５ａ，１０
５ｂ，１０５ｃから構成されている光学系１０５は、そ
れぞれ一体成型された三眼レンズ構成としても良い。

【００７８】尚、センサチップ１０３，１１０，１１
１，２０１，３０１，３０２，４０１は、装置に組み込
みやすくするために、一般的には所定のパッケージ内に
配置されるが、説明を簡略化するために各実施形態では
パッケージの図示を省略している。

【００７９】また、上記測光用センサは、１つのエリア
センサを想定しているが、米国特許第５，３０２，９９
７号のような多分割センサとしても良い。

【００８０】次に本発明のセンサ装置を有する一眼レフ
用のカメラ（光学機器）の実施形態を図１１を用いて説
明する。

【００８１】図１７において４０はカメラ本体、４１は
撮影レンズ、４２は撮像手段であり、フィルム、ＣＣＤ
等から成っている。４３はフォインダー系であり、被写
体像が形成される焦点板４５、像反転手段としてのペン
タプリズム４６、焦点板４５上の被写体像を観察する為
の接眼レンズ４７を有している。４４はクイックリター
ンミラーである。４８はサブミラー、４９は本発明に係
るセンサ装置である。

【００８２】被写体からの光は撮影レンズ４１を通過
し、センサ装置４９にはクイックリターンミラー４４の
光透過部（ハーフミラー面）を通過し、サブミラー４８
で反射して、センサ装置４９に入射する。センサ装置４
９により測距及び測光を行っている。

【００８３】このように本発明のセンサ装置をビデオカ
メラやデジタルスチルカメラ等の電子カメラやフィルム
カメラに適用することにより、高い光学性能を有する光
学機器を実現している。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、装置全体の小型化を図
りつつ測距用センサや測光用センサ等を同一基板（チッ
プ）上に容易に形成することができ、高精度に測距及び
測光を行うことができるデジタルカメラ、ビデオカメ
ラ、フィルム用カメラ等に好適なセンサ装置及びそれを
有する光学機器を達成することができる。

【００８５】この他本発明によれば、測距用センサや測
光用センサ等を同一基板（チップ）上に適切に形成し、
更にセンサに導光する光学系を適切に設定することによ
り、高精度なセンサ装置及びそれを有する光学機器を達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態を説明するカメラの撮影画
面図。

【図２】 本発明の実施形態１を説明するセンサ及びセ
ンサ装置の説明図。

【図３】 本発明の実施形態１におけるセンサ及びセン
サ装置の説明図。

【図４】 本発明の実施形態１の変形例におけるセンサ
及びセンサ装置の説明図。

【図５】 本発明の実施形態２におけるセンサ及びセン
サ装置の説明図。

【図６】 本発明の実施形態２の変形例におけるセンサ
及びセンサ装置の説明図。

【図７】 従来例における測距用及び測光用センサの説
明図。

【図８】 従来例における測距用及び測光用一体型セン
サの説明図。

【図９】 従来例における測距装置及び測光装置の構成
の説明図。

【図１０】 従来例における測距及び測光一体型センサ
の説明図。

【図１１】 本発明の光学機器の概略図。

【符号の説明】

１１ 撮影画面上の測距センサ １２，１３ 撮影画面上の測光センサ １０３、２０１ センサ １０、２０、１１１、３０１、４０１ センサチップ １０４、２０２、１０５ 光学系 ５１，５２，５３，５４，６１，６２，６３，６４ 遮
光壁 ５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，６０１，６
０２，６０３，６０４ 遮光壁

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定の基線長隔てて配置された第１と第
   ２のラインセンサと、該第１と第２のラインセンサの配
   列方向の延長線上にあり、被写界からの光を受光するた
   めの第３のセンサと、被写界からの光を該第１のライン
   センサに集光させる第１の受光光学系と、被写界からの
   光を該第２のラインセンサに集光させる第２の受光光学
   系と、被写界からの光を該第３のセンサに集光させる第
   ３の受光光学系とを有し、該第１、第２のラインセンサ
   と該第３のセンサは同一基板上に設けられており、該第
   １、第２、第３の受光光学系の焦点距離を各々ｆ１、ｆ
   ２、ｆ３とするとき、 ｆ１＝ｆ２≧ｆ３ を満足することを特徴とするセンサ装置。
2. 【請求項２】 前記第３のセンサは、前記第１と第２の
   ラインセンサの間に配置されていることを特徴とする請
   求項１記載のセンサ装置。
3. 【請求項３】 前記第１と第２のラインセンサは、複数
   の受光素子を一方向に配列した構成より成り、かつ双方
   は同じ形状より成っていることを特徴とする請求項１又
   は２に記載のセンサ装置。
4. 【請求項４】 前記第３のセンサは、単一の受光素子よ
   り成っていることを特徴とする請求項１、２、又は３に
   記載のセンサ装置。
5. 【請求項５】 前記第３のセンサは、外部からのリモコ
   ン信号を受信する機能を有していることを特徴とする請
   求項１、２又は３に記載のセンサ装置。
6. 【請求項６】 前記第１の受光光学系から前記第１のラ
   インセンサまでの光路を第１の光路とし、前記第２の受
   光光学系から前記第２のセンサまでの光路を第２の光路
   とするとき、該第１の光路を他の光路から遮光する遮光
   壁を該第１のラインセンサから該第１の受光光学系に向
   かって広がる方向に伸ばすように設け、該第２の光路を
   他の光路から遮光する遮光壁を該第２のセンサから前記
   第２の受光光学系に向かって広がる方向に伸ばすように
   設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に
   記載のセンサ装置。
7. 【請求項７】 一定の基線長隔てて配置された第１と第
   ２のラインセンサと、該第１と第２のラインセンサの配
   列方向の延長線上にあり、被写界からの光を受光するた
   めの第３のセンサと、被写界からの光を該第１のライン
   センサに集光させる第１の受光光学系と、被写界からの
   光を該第２のラインセンサに集光させる第２の受光光学
   系と、被写界からの光を該第３のセンサに集光させる第
   ３の受光光学系とを有し、該第１、第２のラインセンサ
   と該第３のセンサは同一基板上に設けられており、該第
   １および第２のラインセンサの基線長方向の寸法をそれ
   ぞれｗ１，ｗ２、該第３のセンサの基線長方向の寸法を
   ｗ３、該第１、第２、第３の受光レンズ焦点距離を各々
   ｆ１、ｆ２、ｆ３とするとき、 ｆ１＝ｆ２ （ｆ３／ｆ１）≦（ｗ３／ｗ１） を満足することを特徴とするセンサ装置。
8. 【請求項８】 一定の基線長隔てて配置された第１と第
   ２のラインセンサと、該第１と第２のラインセンサの配
   列方向の延長線上にあり、被写界からの光を受光するた
   めの第３のセンサと、被写界からの光を該第１のライン
   センサに集光させる第１の受光光学系と、被写界からの
   光を該第２のラインセンサに集光させる第２の受光光学
   系と、被写界からの光を該第３のセンサに集光させる第
   ３の受光光学系とを有し、該第１、第２のラインセンサ
   と該第３のセンサは同一基板上に設けられており、該第
   １および第２のラインセンサの基線長方向と垂直方向の
   寸法をそれぞれｈ１，ｈ２、該第３のセンサの基線長方
   向と垂直方向の寸法をｈ３、該第１、第２、第３の受光
   レンズ焦点距離を各々ｆ１、ｆ２、ｆ３とするとき、 ｆ１＝ｆ２ （ｆ３／ｆ１）≦（ｈ３／ｈ１） を満足することを特徴とするセンサ装置。
9. 【請求項９】 ｆ１＝ｆ２≧ｆ３ を満足することを特徴とする請求項７又は８に記載のセ
   ンサ装置。
10. 【請求項１０】 前記第１および第２のラインセンサの
    基線長方向の寸法をそれぞれｗ１、ｗ２、前記第３の線
    さの基線長方向の寸法をｗ３、該第１および第２のライ
    ンセンサの基線長方向と垂直方向の寸法をそれぞれｈ
    １、ｈ２、該第３のセンサの基線長方向と垂直方向の寸
    法をｈ３とするとき、 （ｆ３／ｆ１）≦（ｗ３／ｗ１） （ｆ３／ｆ１）≦（ｈ３／ｈ１） を満足することを特徴とする請求項１のセンサ装置。
11. 【請求項１１】 前記第１、第２のラインセンサは被写
    界からの光を受光し被写界に存在する物体までの距離を
    測定するためのものであり、前記第３のセンサは被写界
    からの光を受光し被写界の輝度を測定するためのもので
    あることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項
    に記載のセンサ装置。
12. 【請求項１２】 請求項１から１１のいずれか１項に記
    載のセンサ装置を有することを特徴とする光学機器。