JP2011153965A - 測距装置、測距用モジュール及びこれを用いた撮像装置及び測距用モジュールの製作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測距用レンズとガラス基板と半導体チップとを一体化して、小型化と低コスト化とを図ることのできる加工方法を用いた場合においても、高精度な遮光を実現することが可能な測距装置を提供する。
【解決手段】本発明の測距装置は、互いに光軸Ｏ１、Ｏ２に平行な一対の測距用レンズ１１ａ、１１ｂを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域１６ａ、１６ｂに形成するレンズアレイ板１１と、撮像領域が形成されたウエハ板１４と、レンズアレイ板１１とウエハ板１４との間に介在されかつ各測距用レンズに入射する像形成光束を各測距用レンズに対応する各撮像領域に導く透明板１２とを一体に有する。透明板１２には、レンズアレイ板１１に臨む面の側からウエハ板１４に臨む面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝１７ａと、ウエハ板１４に臨む面の側からレンズアレイ板１１に臨む面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝１７ｂとが形成されている。この両遮光用溝の少なくとも一方に遮光用樹脂１８が充填されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型で安価な複眼式の測距装置、測距用モジュール及びこれを用いた撮像装置及び測距用モジュールの製作方法に関するものである。

従来から、測距装置には、同一の測距光学系の光軸を互いに平行に配置し、各測距光学系により得られた測距対象としての被写体の画像を比較し、同一被写体に対する画像のずれ(視差)を検出して、装置本体から被写体までの距離を計測するステレオ式（複眼式）のものが知られている。

図１２は、この種の測距装置の測距光学系による距離計測の基本原理を示す説明図であって、この種のステレオ式の測距装置では三角測量法に基づき被写体までの距離測定を行っている。

その図１２において、１は被写体、２は測距装置、符号Ａ’は被写体１から測距装置２までの距離（より厳密には、被写体１から後述する測距用レンズの主点までの距離）である。測距装置２は、第１測距光学系３と第２測距光学系４とからなる。

第１測距光学系３は、測距用レンズ３Ａと測距用受像素子３Ｂとから概略なり、第２測距光学系４は、測距用レンズ４Ａと測距用受像素子４Ｂとからなる。その第１測距光学系３と第２測距光学系４とは、固定台（ステージ）５に固定して配設される。
その測距用受像素子３Ｂ、４Ｂは図１３に示すように、所定ピッチ間隔で縦に配置された多数の画素からなる。

その第１測距光学系３の光軸Ｏ１とその第２測距光学系４の光軸Ｏ２とは互いに平行とされ、光軸Ｏ１と光軸Ｏ２との距離を基線長といい、この図１２においては、この基線長が符号Ｄで示されている。

ここで、被写体１をこの測距装置２を用いて測距する場合、すなわち、被写体１を第１測距光学系３、第２測距光学系４を用いて撮像する場合を考える。

被写体１からの像形成光束Ｐ１は、第１測距光学系３の測距用レンズ３Ａを通して、測距用受像素子３Ｂの受像画素３Ｃに結像する。被写体１からの像形成光束Ｐ２は、第２測距光学系４の測距用レンズ４Ａを通して、測距用受像素子４Ｂの受像画素４Ｃに結像する。その受像画素３Ｃ、４Ｃに結像された画像は光電変換されて、次段の測距用演算回路に入力される。

被写体１の同一点１Ａは、視差が存在するために、測距用受像素子３Ｂにおける受像画素３Ｃと測距用受像素子４Ｂにおける受像画素４Ｃとの受像位置が異なる。その視差は光軸Ｏ１、Ｏ２を含む平面内で両光軸Ｏ１、Ｏ２に対する垂直方向のずれとして生じる。

ここで、両測距用レンズ３Ａ、４Ａの焦点距離をｆとし、距離Ａ’が測距用レンズ３Ａ、４Ａの焦点距離ｆよりも非常に大きく、数学的に、Ａ’≫ｆの関係があるときには下記の[数１]の関係式が成り立つ。

[数１]
Ａ’＝Ｄ×（ｆ/Δ）

基線長Ｄ、及び両測距用レンズ３Ａ、４Ａの焦点距離ｆは既知であるので、上記[数１]の関係式から、視差Δを求めれば、被写体１から測距装置２までの距離Ａ’を算出できる。

視差Δは、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、 受像画素３Ｃ、４Ｃの位置を演算により求めることによって得られる。その図１３（ａ）、図１３（ｂ）において、○印はそれぞれ、その受像画素３Ｃ、４Ｃの位置に結像された被写体１の同一点１Ａの画像を示している。なお、測距用受像素子４Bにおける破線のまる印は、測距用受像素子３Bに形成された被写体の画像を仮想的に示している。
視差Δは、測距用受像素子３Ｂの画素の中心Ｏから受像画素３Ｃまでの横方向のずれ量ΔＹ１と、測距用受像素子４Ｂの画素の中心Ｏから受像画素４Ｃまでの横方向のずれ量ΔＹ２との和として求められる。

このように、2つの画像の視差Δから距離Ａ’を算出する方式が三角測量方式である。
しかしながら、第１、第２測距光学系３、４による三角測量では各種の誤差要因により、視差Δを正確に求めることが困難である。

例えば、両測距用レンズ３A、４Aの光軸Ｏ１、Ｏ２が平行でない場合、視差Δに誤差が含まれる。
また、両測距用受像素子３Ｂ、４Ｂの画素が互いに平行ではなく傾いていたり、測距用受像素子３Ｂ、４Ｂの画素の中心Ｏの間隔が所定間隔からずれていたりする場合にも、視差Δに誤差が含まれる。

更に、プラスティックを測距用レンズ３Ａ、４Ａに用いた場合等には、熱膨張率の違いにより測距用受像素子３Ｂ、４Ｂがシフトしないで測距用レンズ３Ａ、４Ａだけがシフトするため、そのシフト量がそのまま視差Δの誤差要因となる。

これらの誤差要因に加えて、測距用受像素子３Ｂ、４Ｂのいずれかに外乱光が入射すると、左右の被写体の受像画素が一致しなくなり、このため、これが、視差Δの誤差要因となる。

例えば、特許文献１に開示の技術では、測距用受像素子３Ｂ（４Ｂ）にこの測距用受像素子３Ｂ（４Ｂ）に対応していない測距用レンズ４Ａ（３Ａ）からの光が外乱光として入射するのを防止するために、遮光壁を設けた複眼方式の測距装置が開示されている。

この遮光壁は表面が凹凸形状を呈しており、これにより、測距用受像素子３Ｂ（４Ｂ）に映り込む被写体の画像の高周波成分を平滑化し、これにより、外乱光に起因する誤差要因を除去して測距精度を高めている。

また、例えば、特許文献２に開示の技術では、結像レンズと半導体チップとの位置合わせ工程を簡略化する撮像モジュールが開示されている。
この撮像モジュールでは、結像レンズとガラス基板と半導体チップとが一体化されたＣＯＧ（chip on glass）構造となっており、プラスチック等によるセンサパッケージが不要となり、製造コストを比較的低く抑えることができる。

この加工は、いわゆるウエハレベルカメラと呼ばれる加工方法であり、半導体プロセスによるウェハの高精度なアライメントとＵＶ接着により製作することができるため、モジュールごとの調整が不要となり、調整が簡素化できて、低コスト化が実現される。

しかしながら、特許文献1に開示の複眼方式の測距装置は、モジュールごとの調整が必要なため生産性が低下する。また、鏡筒や遮光ブロックが必要なため、コストアップにもつながる。また、部品点数が増加するため、測距用モジュールのサイズが大きくなる。

一方、特許文献２に開示の技術では、測距用レンズとガラス基板と半導体チップとが一体化されたＣＯＧ構造となっているため、モジュールごとの調整は不要で、鏡筒や遮光ブロックも必要がなく、小型化と低コスト化とが図れる。
しかしながら、このＣＯＧ構造では、遮光壁がガラス基板をハーフカットダイシングして形成された溝に黒色樹脂を流し込んで製作されるため、遮光が不完全なものとなり、測距用受像素子に外乱光が入射し、正確な測距ができない。

完全な遮光を実現するには、ガラス基板に形成されるべき溝をダイシングによって深く形成しなければならないが、ダイシングにより深く溝を形成することにすると、ダイシングによる溝の形成の際に、ガラス基板が割れやすくなったり、反ったりするため、十分な深さにガラス基板をカットすることができない。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、測距用レンズとガラス基板と半導体チップとを一体化して、小型化と低コスト化とを図ることのできる加工方法を用いた場合においても、高精度な遮光を実現することが可能な測距装置、測距用モジュール、及びこれを用いた撮像装置及び測距用モジュールの製作方法を提供することにあり、ひいては、小型で、低コストでかつ信頼性の高い距離測定を行うことができる測距装置、測距用モジュール、及びこれを用いた撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の測距装置又は測距用モジュールは、互いに光軸が平行な一対の測距用レンズを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域に形成するレンズアレイ板と、その撮像領域が形成されたウエハ板と、そのレンズアレイ板とそのウエハ板との間に介在されかつその各測距用レンズに入射する像形成光束を各測距用レンズに対応する各撮像領域に導く透明板とを一体に有する。
その透明板には、そのレンズアレイ板に臨む面の側からそのウエハ板に臨む面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝と、そのウエハ板に臨む面の側からそのレンズアレイ板に臨む面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝とが形成されている。この両遮光用溝の少なくとも一方に遮光用樹脂が充填されている。好ましくは、両遮光用溝に遮光用樹脂が充填される。
この発明によれば、透明板の両面から遮光用溝を形成し、遮光用樹脂を遮光用溝に充填したので、従来の透明板の片面の側から遮光用溝を形成するものに較べて、外乱光の遮光効率を確実に高めることができる。

ウエハ板は測距用演算回路を含む回路基板と一体化されていることが望ましい。
両遮光用溝は、その透明板の厚さ方向に二分の一程度の深さで形成されていることが望ましい。また、両遮光用溝は互いに位置がずらされて形成されているのが望ましい。
また、両遮光用溝の厚さ方向の深さは二分の一程度でも、外乱光の遮光効率を従来に較べてはるかに向上させることができるので、従来のように必要以上に深く遮光用溝を形成する必要はなく、透明板としてのガラス基板が割れやすくなったり、反ったりすることを回避でき、従って、測距装置の生産効率が向上し、ひいては、コスト低減につながる。
測距用レンズと透明板との間に絞り部材が介在していることが望ましい。
これにより、ピントが合った被写体像を得ることができる。

透明板に形成される遮光溝は、以下に説明するようにして製作するのが望ましい。
まず、透明板に両遮光用溝のいずれか一方を形成する。この透明板に形成された一方の遮光用溝に遮光用樹脂を充填して硬化させる。ついで、透明板に両遮光用溝のいずれか他方を形成する。そして、この透明板に形成された他方の遮光用溝に遮光用樹脂を充填して硬化させる。
このように、一方の面に遮光用溝を充填した後、遮光用樹脂を充填して硬化させて遮光用溝を塞いだ後、他方の面に遮光用溝を形成すれば、先に形成された遮光用溝の存在により、透明板が割れたり、変形したりするのを確実に防止できる。

この測距装置は、互いに光軸が平行な一対の測距用レンズを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域に形成するレンズアレイ板を単位とする単位部を複数個有するレンズアレイ板形成素体と、その撮像領域に対応する撮像領域を単位とする単位部が複数個形成されたウエハ板形成素体と、そのレンズアレイ板形成素体とそのウエハ板形成素体との間に介在されかつその各測距用レンズに入射する像形成光束を各測距用レンズに対応する各撮像領域に導く透明板を単位とする単位部が複数個形成された透明板形成素体とを準備して、これらを一体化して組立体を形成し、この組立体を単位毎に切断すれば、一度に多数個製作できる。
また、一対の測距用レンズの光軸間の距離を基線長と定義してこの透明板の厚さを基線長よりも大きく設計すれば、一度に形成する測距装置の個数を更に増やすことができる。
この測距装置を撮像装置に搭載し、撮像装置が、測距装置により得られた被写体までの距離の近傍を走査して被写体までの合焦位置を検出するオートフォーカス手段を有する構成とすれば、合焦時間の短縮化を図ることができる。

本発明の測距装置及び測距用モジュール及びこの測距装置の製作方法を用いた測距装置によれば、測距用レンズとガラス基板と半導体チップとを一体化して、小型化と低コスト化とを図ることのできる加工方法を用いた場合においても、外乱光の影響を回避でき、信頼性の高い高精度な距離測定を実現することが可能である。

図１は本発明の実施の形態の測距装置を示す断面図である。 図２は図１に示す撮像領域に形成された被写体像の説明図である。 図３は従来構造の測距装置の不具合の一例を示す説明図である。 図４は図３に示す透明板にダイシングにより深い遮光用溝が形成された場合の不具合の一例を示す模式図であって、（ａ）は透明板の割れの状態を示す説明図、（ｂ）は透明板の反りの状態を示す説明図である。 図５はダイシングによる透明板の切り幅と遮光用樹脂の充填量との関係を示す模式図であって、（ａ）はその遮光用溝が浅くかつ切り幅が狭い状態の場合の遮光用樹脂の充填量を説明するための図、（ｂ）はその遮光用溝が深くかつ切り幅が広い状態の場合の遮光用樹脂の充填量を説明するための図である。 図６は透明板の両側の面から遮光用溝と遮光用樹脂とにより遮光壁を形成した場合の外乱光の遮光効果を説明するための図である。 図７は透明板に形成する遮光壁の形成工程を説明するための説明図であって、（ａ）は複数個の遮光壁を形成する前の円盤状のウエハ状態の透明板形成素体を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す透明板形成素体の側面図、（ｃ）は（ｂ）に示す透明板形成素体の一方の面に遮光用溝の一方を単位毎の間隔で複数個形成した状態を示す側面図、（ｄ）は（ｃ）に示す遮光用溝への遮光用樹脂の充填後にこの遮光用樹脂を硬化させた状態を示す側面図、（ｅ）は透明板形成素体の他方の面に遮光用溝の他方を単位毎の間隔で複数個形成した状態を示す側面図、（ｆ）は（ｅ）に示す遮光用溝への遮光用樹脂の充填後にこの遮光用樹脂を硬化させた状態を示す側面図である。 図８は互いに光軸に平行な一対の測距用レンズを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域に形成するレンズアレイ板を単位とする単位部を複数個有するレンズアレイ板形成素体と、撮像領域を単位とする単位部が複数個形成されたウエハ板形成素体と、レンズアレイ板形成素体とウエハ板形成素体との間に介在されかつ各測距用レンズに入射する像形成光束を各測距用レンズに対応する各撮像領域に導く透明板を単位とする単位部が複数個形成された透明板形成素体と、一対の測距用レンズに対応する一対の開口を単位とする単位部が複数個形成された絞り部材形成素体とを準備した状態を示す側面図である。 図９は図８に示す各形成素体からなる組立体をダイシングにより切断して図１０に示す測距用モジュールを形成する工程を説明するための図である。 図９に示す組立体を切断して得られた測距用モジュールの断面図である。 図１１は本発明に係る測距装置が搭載されたデジタルカメラのブロック回路図である。 図１２は従来のステレオカメラによる三角測量の原理を説明するための説明図である。 図１３は従来のステレオカメラによる視差検出方法の説明図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
図１は本発明の測距装置の光学系の構成図を示している。
図１において、１１はレンズアレイ板、１２は透明板、１３は回路基板、１４は半導体からなるウエハ板である。レンズアレイ板１１は平板部１１’を有し、この平板部１１’には、互いに光軸Ｏ１、Ｏ２が平行な一対の測距用レンズ１１a、１１ｂが一体に形成されている。この測距用レンズ１１a、１１ｂはその光軸Ｏ１、Ｏ２の間隔が基線長Ｄとされている。なお、その測距用レンズ１１a、１１ｂの焦点距離は等しい。

そのレンズアレイ板１１の材質は、例えばプラスティック材料やガラス材料からなる。また、平板部１１’にガラス平板を使用し、このガラス平板に樹脂を用いて測距用レンズ１１a、１１ｂを形成したハイブリットレンズでも良い。
この図1において、光軸Ｏ１、Ｏ２方向をＺ軸とし、Ｚ軸に垂直でかつ光軸Ｏ１から光軸Ｏ２に向かう方向をＹ軸とし、Ｚ軸とY軸との両方に直交する方向をX軸とすると、測距用レンズ１１ａ、１１ｂはＸＹ平面上に存在し、Ｙ軸上に両レンズ１１a、１１ｂの中心Ｏが位置することになり、この場合、視差Δが発生する方向はＹ軸方向となる。

その透明板１２は例えばプラスティック材料やガラス材料から構成されている。そのレンズアレイ板１１と透明板１２との間には、絞り部材１５が介在されている。
絞り部材１５は、開口１５ａ、１５ｂを有し、この絞り部材１５は後述する撮像素子１６の撮像領域１６ａ、１６ｂにピントの合った被写体像を形成するのに用いられる。

ウエハ板１４にはＣＭＯＳ、ＣＣＤ等の撮像素子１６が形成され、この撮像素子１６はマトリックス状に配設された画素からなる矩形状の撮像領域１６a、１６ｂ（図２参照）を有する。この撮像領域１６ａ、１６ｂは互いに離間して配置されている。
撮像領域１６ａと撮像領域１６ｂとは同じ大きさの矩形領域であり、これらの各撮像領域１６ａ、１６の対角中心Ｐｔ１、Ｐｔ２と、各測距用レンズ１１ａ、１１ｂの光軸Ｏ１、Ｏ２はほぼ一致する構成とされている。
なお、符号Ｐｑ１、Ｐｑ２は後述する像形成光束により形成された被写体像を示している。

そのウエハ板１４は、マスク（図示を略す）を用いてパターニングが行われている。ここでは、撮像領域１６ａ、１６ｂの画素マトリックスが平行であるようなパターンをもつマスク（図示を略す）を用いる。
ウェハ板１４の表面は平面であるため、２つの撮像領域１６ａ、１６ｂの法線N１、N１は必然的に平行となる。従って、２つの被写体像を比較する際に、従来は必要であった角度ずれ補正は不要である。また、一つの撮像素子１６を実装すれば足りるので、部品点数の削減と実装工程の簡略化ができる。
レンズアレイ板１１と透明板１２と絞り部材１５と半導体ウエハ板１４とは一体化されている。

回路基板１３には、測距用演算回路、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）を含む回路が設けられている。これにより、２つの撮像領域１６a、１６ｂ上の画素マトリックスで検知された画像信号を比較して、被写体までの距離情報が得られる。
測距用レンズ１１aによる像形成光束P１は、絞り部材１５の開口１５ａ、透明板１２を透過して撮像素子１６の撮像領域１６aに導かれ、その撮像領域１６aに被写体像Ｐｑ１が形成される。
測距用レンズ１１ｂによる像形成光束P２は、絞り部材１５の開口１５ｂ、透明板１２を通過して撮像素子１６の撮像領域１６ｂに導かれ、その撮像領域１６ｂに被写体像Ｐｑ２が形成される。

その回路基板１３もレンズアレイ板１１と透明板１２と絞り部材１５と半導体ウエハ板１４とからなる測距用モジュールに一体化されている。
透明板１２には、遮光用溝１７ａ、１７ｂが形成されている。その遮光用溝１７ａはレンズアレイ板１１に臨む面１７ｃの側からウエハ板１４に臨む面１７ｄの側に向かって厚さ方向に延びている。その遮光用溝１７ｂはそのウエハ板１４に臨む面１７ｄの側からレンズアレイ板１１に臨む面１７ｃの側に向かって厚さ方向に延びている。

この両遮光用溝１７ａ、１７ｂは、一対の測距用レンズ１１ａ、１１ｂの間に互いにその位置がずらされて形成されている。
その各遮光用溝１７ａ、１７ｂには、その少なくとも一方に、遮光用樹脂１８が充填されている。この遮光用樹脂１８には遮光性能の良好な樹脂材料、例えば、紫外線効果型、熱効果型の樹脂材料を用いる。
これにより、撮像領域１６ａ、１６ｂへの外乱光の入射を阻止できる。

従来、図３に示すように、例えば、ハーフカットダイシングにより、透明板１２の片面側からのみ遮光用溝１７ｂを形成していたので、外乱光ＮＰを完全には遮ることはできなかった。
このため、遮光効率を高めるために、ダイシングにより遮光用溝１７ｂを透明板１２に深く形成すると、透明板１２の強度が低下し、透明板１２がガラス基板やプラスティック材料により形成されている場合、図４（ａ）に模式的に示すように、割れてしまう可能性がある。

また、透明板１２が割れないまでも、充填した遮光用樹脂１８の硬化時の歪み力により透明板１２が、図４（ｂ）に模式的に示すように、反ってしまうことがある。更に、ダイシングにより遮光用溝１７ｂを透明板１２に深く形成するためには、図５（ａ）に示すように遮光用溝１８が浅い場合の切り幅Ｗに比較して、図５（ｂ）に示すように、その切り幅Ｗを大きく確保しなければならないため、遮光用樹脂１８の充填量が多くなり、ＵＶ硬化や熱硬化させるために時間がかかり、生産効率が低下する。

この発明の実施例では、透明板１２の両面の側からそれぞれ遮光用溝１７ａ、１７ｂを形成することにしているので、図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、遮光用溝１７ａを深く形成しなくとも、図１、図６に示すように、両遮光用溝１７ａ、１７ｂを透明板１２の厚さ方向二分の一かこれよりも若干深い程度に形成することにより、図６に示すように、透明板１２の強度低下に起因する割れや反りを回避しつつ、外乱光ＮＰの遮光効率の向上を図ることができる。

更には、透明板１２の両面側から遮光用溝１７ａ、１７ｂを形成し、この両遮光用溝１７ａ、１７ｂに遮光効率の良好な紫外線硬化型樹脂、熱硬化樹脂型等の遮光用樹脂１８を充填して、この遮光用樹脂１８を硬化させる際、効果時の応力歪みが互いに反りを相殺する方向に作用するので、歩留まりも向上し、ひいては、コスト低減にも寄与することになる。

この透明板１２への遮光用溝１７ａ、１７ｂの形成は、例えば、以下に説明する工程を経て行われる。
まず、図７（ａ）に示すように、円盤状のウエハ状態の透明板形成素体２０を準備する。
なお、この図７（ａ）において、符号Ｘ１はレンズアレイ板１１の単位部に相当する単位部を示し、符号Ｘ２は遮光用溝１７ａを形成する遮光溝形成線を示している。
図７（ｂ）は図７（ａ）に示す透明板形成素体２０の側面図を示している。次に、図７（ｃ）に示すように、透明板形成素体２０のいずれか一方の面２０ａに遮光用溝１７ａ、１７ｂのいずれか一方をダイシングにより単位毎の間隔で、測距用レンズ１１ａに対応する部分と測距用レンズ１１ｂに対応する部分との間に形成する。ここでは、面２０ａに遮光用溝１７ａを形成するものとして説明する。遮光用溝１７ａの深さは、透明板形成素体２０の厚さの半分程度とする。
なお、ここで、「単位」とは、測距装置として機能する構成単位をいう。

次に、図７（ｄ）に示すように、ダイシングにより形成された遮光用溝１７ａに遮光性の高い紫外線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂等の遮光用樹脂１８を充填する。遮光用溝１７ａの溝幅（切り幅Ｗ）が狭ければ、遮光用樹脂１８が毛細管現象により遮光用溝１７ａに充填される。その充填後、紫外線照射又は加熱手段により、遮光用樹脂１８を硬化させる。

次に、図７（ｅ）に示すように、透明板形成素体２０を裏返しにして、いずれか他方の面２０ｂに遮光用溝１７ｂをダイシングにより、単位毎の間隔で、測距用レンズ１１ａに対応する部分と測距用レンズ１１ｂに対応する部分との間に形成する。
遮光用溝１７ｂの深さは遮光用溝１７ａの深さと同程度とする。
次に、図７（ｆ）に示すように、遮光用溝１７ａに充填したと同様に、遮光用溝１７ｂに遮光用樹脂１８を充填する。そして、遮光用溝１７ｂに充填された遮光用樹脂１８を同様に硬化させる。
これにより、透明板形成素体２０の両面側から遮光用溝１７ａ、１７ｂと遮光用樹脂１８とからなる遮光壁を形成することができる。

次に、図８に示すように、互いに光軸が平行な一対の測距用レンズ１１ａ、１１ｂを有して各測距用レンズ１１ａ、１１ｂによりそれぞれ被写体像を一対の撮像領域１６ａ、１６ｂに形成するレンズアレイ板１１を単位とする単位部を複数個有するレンズアレイ板形成素体２１と、一対の撮像領域１６ａ、１６ｂを単位とする単位部が複数個形成されたウエハ基板形成素体２２と、レンズアレイ板形成素体２１とウエハ基板形成素体２２との間に介在されかつ各測距用レンズ１１ａ、１１ｂに入射する像形成光束Ｐ１、Ｐ２を各測距用レンズ１１ａ、１１ｂに対応する各撮像領域１６ａ、１６ｂに導く透明板１２を単位とする単位部が複数個形成された遮光壁形成済みの透明板形成素体２０と、一対の測距用レンズ１１ａ、１１ｂに対応する開口１５ａ、１５ｂを単位とする単位部が複数個形成された絞り部材形成素体２３とを準備する。

そして、レンズアレイ板形成素体２１、絞り部材形成素体２３、透明板形成素体２０、ウエハ基板形成素体２２を位置合わせした後、接着等の手段によって一体化して、図９に示す組立体２４を形成する。
そして、この組立体２４を図９に示す切断線Ｘ３に沿って切断することにより、図１０に示す測距用モジュール２６が形成される。この測距用モジュール２６に回路基板１３を組み付けることにより、図１に示す測距装置が形成される。

[数１]に示すように、測距装置により大きな視差を得るためには、基線長Ｄもしくは
焦点距離ｆを大きくしなければならない。
1個のウェハからより多くの測距装置を得るためには、基線長Ｄを大きくするよりも、焦点距離ｆを大きくした方が有利である。
焦点距離ｆを大きくすると必然的に透明板１２の厚さが厚くなるため、透明板１2の片側の面からダイシングにより、遮光用溝を形成する場合には極めて深い（高アスペクトな）ダイシングが必要となり実用的ではない。

この発明の実施例のように透明板１２の両側の面からダイシングして遮光用溝１７ａ、１７ｂを形成する製作方法によれば、遮光率を向上させることができるのみならず、加工方法の観点から見ても製作しやすく、歩留まり向上に寄与できる。

次に本発明の実施例に係る測距装置を撮像装置に適用した実施例を図１１を参照しつつ説明する。
その図１１において、３０は撮像装置としてのデジタルカメラである。デジタルカメラ３０は、電源３１、被写体３２を撮像する撮影光学系３３、撮像手段３４、プロセッサ３５、測距装置３６、制御手段３７、第１オートフォーカス手段３８、フォーカス駆動手段３９を有する。

撮像手段３４は撮影光学系３３により撮像された被写体像を像形成信号に変換してプロセッサ３５と第１オートフォーカス手段３８とに向けて出力する。
プロセッサ３５は撮像手段３４からの像形成信号に所定の処理を行って、図示を略すモニターに出力する。測距装置３６は被写体３２までの距離を三角測距の原理に基づき測定する。

制御手段３７は測距装置３６の測距結果に基づいて後述する制御を行い、第１オートフォーカス手段３８は撮像手段３４の像形成信号に基づき後述する制御を行う。
フォーカス駆動手段３９は撮影光学系３３の一部を光軸方向に移動させて撮像手段３４に形成される被写体像のピント状態を変化させる。

第１オートフォーカス手段３８は、フォーカス駆動手段３９を制御してピント状態を順次変化させつつ、各ピント状態ごとに得られた像形成信号を逐次評価し、この評価値に基づいて所定のピント状態を得る。
制御手段３７は、測距装置３６によって得られた距離に対応するピント状態の近傍のピント範囲で評価を行うように第１オートフォーカス手段３８を制御する。

測距装置３６は、既述したように、レンズアレイ板１１の測距用レンズ１１a、１１ｂ、透明板１２、撮像素子１６、回路基板１３に搭載された測距用演算回路（図示を略す）を有する測距用モジュールから構成され、デジタルカメラ３０から被写体３２までの距離を測定する。

従来方式の第１オートフォーカス手段３８は、撮影光学系３３のフォーカスレンズ群を可動させてズーム全域を走査範囲として移動させつつ、各フォーカスレンズ群の各レンズ位置における被写体像のコントラストを算出し、全域走査後に最大のコントラストが得られる位置を最適ピント状態の位置すなわち最適焦点位置（合焦位置）として決定している。

この方法は、コントラストＡＦ方式又は山登りＡＦ方式と呼ばれ、実際に被写体像を見ながらフォーカス合わせを行うため、高精度で正確なフォーカス検出を行うことができる。
しかし、その反面、全域走査後に最適ピント位置（合焦位置）を求めるため、合焦するまでに時間がかかるという欠点がある。とりわけ、高倍率のズーム機能を持つデジタルカメラ３０においてはフォーカスが合焦するまでに時間がかかる。

そこで、制御手段３７は、測距装置３６によって得られた被写体３２までの距離に対応するフォーカスレンズ群のレンズ位置Ａを算出し、そのレンズ位置を中心として±ΔＢの走査範囲（Ａ−ΔＢ〜Ａ＋ΔＢ）を近傍のピント範囲に設定し、この近傍のピント範囲を走査範囲とするように、第１オートフォーカス手段３８を制御する。すなわち、制御手段３７は、距離に対応するレンズ位置を含む近傍が合焦検出の走査範囲となるように第１オートフォーカス手段３８を制御する。

これにより、フォーカスが合うまでの時間が短縮され、かつ正確なフォーカス合わせも実現する。もちろん、測距装置３６の測距情報だけでフォーカスレンズ群を可動させ、コントラストＡＦを行わずにフォーカス合わせを行っても良い。

この実施例による測距装置、測距用モジュールによれば、レンズアレイ板１１、透明板１２、撮像領域１６ａ、１６ｂが形成されたウエハ板１４を一体化して製作できるので、小型でかつ低コストのものが提供できると同時に、外乱光ＮＰも完全に遮光でき、信頼性の高い測距が可能である。
またレンズアレイ板１１としてガラス平板の両面に樹脂により測距用レンズを形成したいわゆるハイブリットレンズを採用した場合、温度変化による基線長Ｄの変化を小さく抑えることができるため、温度センサを設けなくても温度変化に安定な測距が可能となる。

また、この実施例に係る測距装置を用いた撮像装置では、小型でかつ低コスト化を図ることができ、しかも、高速で高精度にフォーカス合わせを行うことができることになり、シャッターチャンスを逃すことなく画像を取り込むことができる。

本発明の測距装置、測距用モジュールは、車載用測距装置やビデオカメラの測距装置、携帯機器搭載用カメラや3次元デジタルカメラや監視用カメラ等の用途に応用することが可能である。

１１…レンズアレイ板
１２…透明板
１４…ウエハ板
１８…遮光用樹脂
１１ａ、１１ｂ…測距用レンズ
１６ａ、１６ｂ…撮像領域
１７ａ、１７ｂ…遮光用溝
Ｏ１、Ｏ２…光軸

特許第４２４６２５８号 特開２００３―２０４０５３

Claims (10)

1. 互いに光軸が平行な一対の測距用レンズを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域に形成するレンズアレイ板と、前記撮像領域が形成されたウエハ板と、前記レンズアレイ板と前記ウエハ板との間に介在されかつ前記各測距用レンズに入射する像形成光束を各測距用レンズに対応する各撮像領域に導く透明板とを一体に有し、
   該透明板には、前記レンズアレイ板に臨む面の側から前記ウエハ板に臨む面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝と、前記ウエハ板に臨む面の側から前記レンズアレイ板に臨む面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝とが形成され、
   前記両遮光用溝の少なくとも一方に遮光用樹脂が充填されていることを特徴とする測距装置。
2. 前記ウエハ板が測距用演算回路を含む回路基板と一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
3. 前記両遮光用溝は、前記透明板の厚さ方向に二分の一程度の深さで形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項２に記載の測距装置。
4. 前記測距用レンズと前記透明板との間に絞り部材が介在していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の測距装置。
5. 互いに光軸が平行な一対の測距用レンズを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域に形成するレンズアレイ板と、前記撮像領域が形成されたウエハ板と、前記レンズアレイ板と前記ウエハ板との間に介在されかつ前記各測距用レンズに入射する像形成光束を各測距用レンズに対応する各撮像領域に導く透明板とを一体に有し、
   該透明板には、前記レンズアレイ板に臨む面の側から前記ウエハ板に臨む面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝と、前記ウエハ板に臨む面の側から前記レンズアレイ板の面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝とが形成され、
   前記両遮光用溝の少なくとも一方に遮光用樹脂が充填されていることを特徴とする測距用モジュール。
6. 互いに光軸が平行な一対の測距用レンズを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域に形成するレンズアレイ板と、前記撮像領域が形成されたウエハ板と、前記レンズアレイ板と前記ウエハ板との間に介在されかつ前記各測距用レンズに入射する像形成光束を各測距用レンズに対応する各撮像領域に導く透明板とを一体に有し、
   該透明板には、前記レンズアレイ板に臨む面の側から前記ウエハ板に臨む面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝と、前記ウエハ板に臨む面の側から前記レンズアレイ板に臨む面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝とが形成され、
   前記両遮光用溝は、前記一対の測距用レンズの間に互いに位置がずらされて形成され、前記両遮光用溝の少なくとも一方に遮光用樹脂が充填されている測距装置の製作方法であって、
   前記透明板に前記両遮光用溝のいずれか一方を形成する形成工程と、
   前記透明板に形成された一方の遮光用溝に前記遮光用樹脂を充填して硬化させる工程と、
   前記透明板に前記両遮光用溝のいずれか他方を形成する形成工程と、
   前記透明板に形成された他方の遮光用溝に前記遮光用樹脂を充填して硬化させる工程と、
   を含む測距装置の製作方法。
7. 互いに光軸が平行な一対の測距用レンズを有して各測距用レンズによりそれぞれ被写体像を撮像領域に形成するレンズアレイ板を単位とする単位部を複数個有するレンズアレイ板形成素体と、前記撮像領域に対応する撮像領域を単位とする単位部が複数個形成されたウエハ板形成素体と、前記レンズアレイ板形成素体と前記ウエハ板形成素体との間に介在されかつ前記各測距用レンズに入射する像形成光束を各測距用レンズに対応する各撮像領域に導く透明板を単位とする単位部が複数個形成された透明板形成素体とを一体に有し、
   該透明板形成素体には、前記レンズアレイ板形成素体に臨む面の側から前記ウエハ板形成素体に臨む面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝と、前記ウエハ板形成素体に臨む面の側から前記レンズアレイ板形成素体に臨む面の側に向かって厚さ方向に延びる遮光用溝とが単位毎に形成され、
   前記両遮光用溝の少なくとも一方に遮光用樹脂が充填されている組立体を単位毎に切断して請求項１に記載の測距装置を製作する測距装置の製作方法であって、
   前記透明板形成素体に前記両遮光用溝のいずれか一方を複数個形成する形成工程と、
   前記透明板に形成された一方の遮光用溝に前記遮光用樹脂を充填して硬化させる工程と、
   前記透明板に前記両遮光用溝のいずれか他方を複数個形成する形成工程と、
   前記透明板に形成された他方の遮光用溝に前記遮光用樹脂を充填して硬化させる工程と、
   を含むことを特徴とする測距装置の製作方法。
8. 前記一対の測距用レンズの光軸間の距離を基線長と定義して前記透明板の厚さが大きいことを特徴とする請求項７に記載の測距装置の製作方法。
9. 請求項1ないし請求項４記載のいずれか１項に記載の測距装置を搭載したことを特徴とする撮像装置。
10. 前記測距装置により得られた被写体までの距離の近傍を走査して被写体までの合焦位置を検出するオートフォーカス手段を有することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。

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