JP2013190659A - Double eye camera device, range finder, and method for manufacturing the double eye camera device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車載用、監視用、医療用、測量用、ロボット用、ゲーム用などの各種用途に用いられ、対象物までの距離を計測する際に使用する複眼カメラ装置、複眼カメラ装置を用いた測距装置、及び複眼カメラ装置の製造方法に関する。 The present invention is used for various purposes such as in-vehicle use, monitoring use, medical use, surveying use, robot use, and game use, and uses a compound eye camera device and compound eye camera device used when measuring the distance to an object. The present invention relates to a distance measuring apparatus and a compound eye camera apparatus manufacturing method.
従来、三角測量に基づいて対象物(被写体)までの距離を計測する測距装置が提案されている。
三角測量に基づいて被写体までの距離を計測する測距装置は、被写体の像をそれぞれ2つの受光素子上に結像させる結像光学系をそれぞれの受光光軸が平行になるよう配置し、それぞれの撮影画像を比較し、同一被写体のズレを検出して被写体までの距離を測定するようにしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, distance measuring devices that measure the distance to an object (subject) based on triangulation have been proposed.
A distance measuring device that measures the distance to a subject based on triangulation arranges an imaging optical system that forms an image of a subject on two light receiving elements so that the respective light receiving optical axes are parallel, The detected images are compared, and the distance to the subject is measured by detecting the deviation of the same subject.
図8は、測距装置による三角測量の基本原理を示す図である。
図8おいては、被写体101からの光を同一の光学系からなる2台のカメラ(第1のカメラ102a、第2のカメラ102b)を配置して撮影する場合を考える。
第1のカメラ102aと第2のカメラ102bは、例えばベース基板106上に固定されており、それぞれの光軸が平行になるように配置されている。
第1のカメラ102aでは、第1のレンズ103aを通して取得した被写体像107aは被写体像上の同一点がΔ1だけ光軸からずれて撮像素子104aに投影され、撮像素子104a上の撮像領域にある多数の受光素子(画素)で受光され電気信号に変換される。
同様に、第2のカメラ102bでは、第2のレンズ103bを通して取得した被写体像107bは被写体像上の同一点がΔ2だけ光軸からずれて撮像素子104bに投影され、撮像素子104b上の撮像領域にある多数の受光素子(画素)で受光され電気信号に変換される。
視差δは、2つの光軸を含む面内で2つの光軸とは垂直な方向のずれとして生じる。よって、被写体101の矢印方向をプラス座標、その反対方向をマイナス座標とした場合、被写体像107aはプラス方向にδ1だけずれ、被写体像107bはマイナス方向にδ2だけずれるので、δ=δ1−(−δ2)で表すことが出来る。
FIG. 8 is a diagram showing the basic principle of triangulation by the distance measuring device.
In FIG. 8, a case is considered in which light from the
The
In the
Similarly, in the
The parallax δ occurs as a shift in a direction perpendicular to the two optical axes in a plane including the two optical axes. Therefore, when the arrow direction of the
ここで、レンズ103a、103bの光軸間の距離は基線長と呼ばれ、これをDとし、被写体からレンズまでの距離をL、レンズの焦点距離をfとし、L≫fであるとき、距離Lは、
L=D×f/δ・・・・・(1)
となる。
式1により、基線長D、およびレンズの焦点距離fは、設計値であり既知であるから、視差Δを検出すれば被写体101までの距離Lを算出することができる。
Here, the distance between the optical axes of the
L = D × f / δ (1)
It becomes.
Since the base line length D and the focal length f of the lens are known design values and are known, the distance L to the
なお、測距装置の測距精度を確保する技術は、例えば特許文献1、2等に開示されている。
特許文献1には、温度、湿度の周囲環境が変化し、樹脂成形品である測距用レンズやこれらを保持するハウジングが膨張、収縮しても、所期の測距精度を維持する目的で、測距用の一対のレンズと、これら各レンズの結像面上に配置させるセンサ面を有する測距用回路基板とを所定の間隔をおいて保持するハウジングとを備え、このハウジングを導電性熱硬化型樹脂で成形する構成が開示されている。
特許文献2には、簡単な初期補正だけで経時変化や周辺温度変化に対して安定な距離測定ができる複眼式カメラモジュールを提供する目的で、互いに光軸が異なる複数のレンズによる複数の被写体像を、前記複数のレンズのそれぞれに1対1に対応した複数の撮像領域に結像し、前記複数の撮像領域からそれぞれ出力される電気信号を比較することにより前記被写体の距離情報を得るカメラモジュールであって、前記複数のレンズは、光軸が互いに略平行となる配置で一体化されているとともに、前記複数の撮像領域は、単一の半導体ウェハ上に形成されている構成が開示されている。
In addition, the technique which ensures the ranging accuracy of a ranging apparatus is disclosed by patent document 1, 2, etc., for example.
Patent Document 1 describes the purpose of maintaining the desired distance measurement accuracy even when the ambient environment of temperature and humidity changes and the distance measurement lens, which is a resin molded product, and the housing that holds them expand and contract. A housing for holding a pair of distance measuring lenses and a distance measuring circuit board having a sensor surface disposed on an image forming surface of each of the lenses at a predetermined interval. A configuration for molding with a thermosetting resin is disclosed.
In Patent Document 2, a plurality of subject images by a plurality of lenses having different optical axes are provided for the purpose of providing a compound eye type camera module capable of measuring a stable distance with respect to a change with time and ambient temperature with a simple initial correction. Is imaged in a plurality of imaging areas corresponding to each of the plurality of lenses on a one-to-one basis, and distance information of the subject is obtained by comparing electric signals output from the plurality of imaging areas, respectively. The plurality of lenses are integrated with an arrangement in which optical axes are substantially parallel to each other, and a configuration in which the plurality of imaging regions are formed on a single semiconductor wafer is disclosed. Yes.
しかしながら、特許文献1においては、一対のレンズをそれぞれ独立した部品として取り付けているので、製造時にそれぞれのレンズ間に精度上のばらつきが生じる。また、特許文献1においては、ハウジングに取り付けたレンズの光軸の平行度にばらつきが生じる。このため、特許文献1では測距精度の低下を招くという問題点があった。
また、特許文献2においては、一対のレンズを一体化した部品により形成して、製造時にそれぞれのレンズ間に精度上のばらつきが生じるのを防止するようにしているが、引用文献2では、レンズの組み付けを、鏡筒底面を基準に行うようにしているため、以下のような問題点があった。すなわち、引用文献2では、レンズが鏡筒底面へ取り付けられ、固体撮像素子がDSPを含む基板を介して鏡筒底面上に取り付けられている。しかしながら、基板は、基板表面の平面度、基板表裏の平行度の点で精度が悪いという問題点があった。また、基板を介して固体撮像素子を鏡筒底面に取り付けた場合はレンズの光軸と固体撮像素子の撮像面との垂直性が悪化するという問題点があった。
本発明は、上記したような問題点を鑑みてなされたものであり、製造時のばらつきを抑制することができる複眼カメラ装置を提供することを目的とする。
However, in Patent Document 1, since a pair of lenses are attached as independent components, variations in accuracy occur between the lenses during manufacturing. Moreover, in patent document 1, dispersion | variation arises in the parallelism of the optical axis of the lens attached to the housing. For this reason, Patent Document 1 has a problem in that the distance measurement accuracy is lowered.
In Patent Document 2, a pair of lenses are formed by an integrated part to prevent variations in accuracy between the lenses during manufacturing. As a result, the following problems have been encountered. That is, in Cited Document 2, the lens is attached to the bottom surface of the lens barrel, and the solid-state imaging device is attached to the bottom surface of the lens barrel via the substrate including the DSP. However, the substrate has a problem that the accuracy is poor in terms of the flatness of the substrate surface and the parallelism of the front and back surfaces of the substrate. Further, when the solid-state imaging device is attached to the bottom surface of the lens barrel via the substrate, there is a problem that the perpendicularity between the optical axis of the lens and the imaging surface of the solid-state imaging device is deteriorated.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a compound eye camera device that can suppress variations during manufacturing.
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、複数の結像レンズを備えた結像レンズアレイと、半導体ウェハ上に複数の撮像領域が形成され、各前記結像レンズから出射された結像光束を各前記撮像領域でそれぞれ受光する撮像素子アレイと、前記結像レンズと前記撮像領域との間隔を保持する間隔保持部材と、を備え、前記撮像素子アレイの撮像領域面側が前記間隔保持部材の一方に直接接続され、前記結像レンズアレイの出射面側が前記間隔保持部材の他方に直接接続されている複眼カメラ装置を特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes an imaging lens array having a plurality of imaging lenses and a plurality of imaging regions formed on a semiconductor wafer, and emitted from each imaging lens. An imaging element array that receives the imaging light flux in each of the imaging areas, and a spacing holding member that holds a spacing between the imaging lens and the imaging area, and the imaging area surface side of the imaging element array is the spacing A compound-eye camera device that is directly connected to one of the holding members and in which the exit surface side of the imaging lens array is directly connected to the other of the spacing members.
本発明によれば、間隔保持部材の一方に撮像素子アレイを直接接続し、間隔保持部材の他方に結像レンズアレイを直接接続するようにしているので、結像レンズ間での光軸の平行度、及び結像レンズの光軸と撮像領域の垂直性のばらつきを抑制することができる。 According to the present invention, the imaging element array is directly connected to one of the interval holding members, and the imaging lens array is directly connected to the other of the interval holding members, so that the optical axes are parallel between the imaging lenses. And variation in perpendicularity between the optical axis of the imaging lens and the imaging region can be suppressed.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
<第1の実施の形態>
図1は本発明の第1の実施の形態に係る測距装置の概略構成を示す断面図である。
図1に示す測距装置1は、複眼カメラ装置10と撮像素子基板16により構成されている。また、複眼カメラ装置10は、結像レンズアレイ11、アパーチャ(遮光部材)12、スペーサ(間隔保持部材)13、固体撮像素子14、及びカバーガラス(保護部材)15により構成されている。
結像レンズアレイ11は、同一結像レンズ材料の上に2つの結像レンズ11a、11bが形成されている。結像レンズ11a、11bは例えば非球面レンズとされる。
2つの結像レンズ11a、11bの各光軸c1、c2は2つの結像レンズ11a、11bが配置された平面の法線Nと平行である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a distance measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
A distance measuring device 1 shown in FIG. 1 includes a compound
In the
The optical axes c1 and c2 of the two
アパーチャ12は、結像レンズアレイ11の上面側(被写体側)に設けられ、結像レンズアレイ11に形成される結像レンズ11a、11bの口径が略等しくなるように遮光する。
スペーサ13は、結像レンズアレイ11の下面側(被写体とは反対側)に設けられ、結像レンズアレイ11から固体撮像素子14までの結像距離を確保する間隔保持部材である。スペーサ13には、光軸c1、c2をそれぞれ中心とする開口(貫通孔)13a、13bが形成されている。開口13a、13bの内部は、空洞(空気層)であり、各開口13a、13bの内壁面は光の反射防止処理が施されている。反射防止処理としては、例えば黒塗り処理や粗面処理、つや消し処理などが挙げられる。各開口13a、13bの内壁面に反射防止処理を施すようにすると、各開口13a、13bの内壁面で反射した迷光が後述する固体撮像素子14に入射するのを防止することができる。
The
The
また、各開口13a、13bの内壁面に反射防止処理を施した場合は、スペーサ13の母材が可視光に対して透明でも光の透過を抑制することができるため、スペーサ13を介して固体撮像素子14の隣接する撮像領域14a、14bへの光のクロストークを抑制することができる。
スペーサ13の下面(結像レンズアレイ11の取り付け面とは反対側の面)には固体撮像素子14が取り付けられている。
Further, when antireflection treatment is applied to the inner wall surfaces of the
A solid-
固体撮像素子14は、例えば三つの撮像領域14a、14b、14cが一列に並んでおり、その両端の撮像領域14a、14bの中心が結像レンズアレイ11の二つの結像レンズ11a、11bの光軸上となるように配置されている。すなわち、固体撮像素子14の撮像領域14a、14bの距離が測距装置の基線長となるように構成している。なお、基線長は、測定する対象物までの距離、測定精度に応じて決定すれば良い。
なお、本実施形態では、三つの撮像領域14a〜14cのうち、その両端の撮像領域14a、14bの距離が測距装置の基線長となるように構成しているが、例えば、必要な基線長に応じて、図2(a)に示すように、二つの撮像領域14a、14bを用いて固体撮像素子を構成したり、或いは一列に並んだ四つの撮像領域14a〜14dのうち、その両端の撮像素子を14a、14bを用いて固体撮像素子14を構成するようにしても良い。
なお、詳細は後述するが、複数個の撮像素子が一列に配列されている撮像素子アレイの両端の撮像領域14a、14bを利用して測距装置に使用する複眼カメラ装置の固体撮像素子14を構成すると、固体撮像素子の低コスト化を図ることができる。
In the solid-
In the present embodiment, the distance between the
Although details will be described later, the solid-
カバーガラス15は、固体撮像素子14の撮像領域14a、14bをキズやゴミ等から保護するために、固体撮像素子14の受光面側に設けられている。
固体撮像素子14には、図示しないがTSV(Through Silicon Via)が形成されており、各撮像領域14a、14b、14cの出力を引き出すための引き出し電極が固体撮像素子14の下面側(受光面とは反対側)に形成されている。
撮像素子基板16は、固体撮像素子14の出力信号から被写体までの距離を算出する演算処理等を実行する演算手段としてのデジタル信号プロセッサ(DSP)等の電装部材を備えている。そして、固体撮像素子14の図示しない引き出し電極を、BGA(Ball Grid Array)を介して撮像素子基板16の電極パット17上に(SMT(Surface Mount Technology)実装している。
The
Although not shown, a TSV (Through Silicon Via) is formed in the solid-
The image
ここで、本実施形態の固体撮像素子14について説明する。
本実施形態では、図3(a)に示すような単一の半導体ウェハ31上に多数の撮像領域32がマトリクス状に形成された汎用品を利用して固体撮像素子14を形成するようにしている。固体撮像素子14を、汎用品の半導体ウェハ31を利用して形成すると、複眼カメラ装置を備えた測距装置の低コスト化を図ることができる。
これは、複眼カメラ装置に使用する固体撮像素子14は、基線長が同じであれば、半導体ウェハ31から切り出すウェハサイズはほぼ同じになるため、単一の半導体ウェハから取り出すことができる固体撮像素子14の個数は、図3(a)に示す汎用品の半導体ウェハ31と、図3(b)に示すカスタム品の半導体ウェハ41では同じになる。このため、図3(a)に示す安価な汎用品の半導体ウェハ31から図3(c)に示すように固体撮像素子14を取り出す場合と、図3(b)に示す高価なカスタム品の半導体ウェハ41から図3(d)に示すように固体撮像素子14を取り出す場合では、図3(a)に示す汎用品の半導体ウェハ31から固体撮像素子14を取り出すほうが撮像領域は無駄になるものの、図3(b)に示す高価なカスタム品の半導体ウェハ41から固体撮像素子を取り出す場合より固体撮像素子14を安価に作製することができる。
Here, the solid-
In the present embodiment, the solid-
This is because the solid-
また、ウェハ面内の歩留を考慮すると、比較例にあるようなカスタム品の半導体ウェハ41の場合は素子領域の不良の数だけ歩留は低下するが、汎用品の半導体ウェハ31を用いた場合は不良の撮像領域をセンシングに使用しない位置(図3(d)の領域14c、14d)となるように切り出すことで、歩留の低下を抑制することができるので、その点からも低コスト化を図ることができる。
なお、引用文献2では、単一の半導体ウェハ上へマトリクス状に形成された撮像領域の中から2つの撮像領域を含むようダイシングして固体撮像素子を形成しているが、引用文献2では基線長に応じてフォトマスクを変える必要があるため、引用文献2の半導体ウェハは、上記したようなカスタム品の半導体ウェハ41となる。よって、引用文献2では、部材の中で最も高価な固体撮像素子の低コスト化を実現することはできないものである。
Further, in consideration of the yield in the wafer plane, in the case of the custom-made
In Cited Reference 2, a solid-state imaging device is formed by dicing so as to include two imaging areas out of imaging areas formed in a matrix on a single semiconductor wafer. Since it is necessary to change the photomask according to the length, the semiconductor wafer of the cited document 2 becomes the custom-made
次に、本実施の形態に係る測距装置の製造方法について説明する。
図4は、第1の実施の形態に係る測距装置の製造工程を示した図である。なお、図1と同一部位には同一符号を付して説明は省略する。
先ず、図4(a)に示す工程では、固体撮像素子14を準備する。
図4(a)に示す固体撮像素子14は、3つの撮像領域14a、14b、14cが一直線上に並んだ三連のCMOSセンサアレイにより構成される。このような固体撮像素子14は、口径が6インチまたは12インチのシリコンウェハの上面(表面)に複数の撮像領域14a、14b、14c・・・を形成し、その上面にカバーガラス15を貼り付けられている。またシリコンウェハには、図示しないがTSV加工が施されており、各撮像領域14a、14b、14cの出力がシリコンウェハの下面に設けた引き出し電極から引き出すことができるように構成されている。そして、シリコンウェハの下面の引き出し電極にはBGA18が形成されている。さらに、固体撮像素子14は、基線長に合わせてシリコンウェハが切断されている。
Next, a method for manufacturing the distance measuring device according to the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of the distance measuring apparatus according to the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same site | part as FIG. 1, and description is abbreviate | omitted.
First, in the step shown in FIG. 4A, the solid-
The solid-
カバーガラス15は、固体撮像素子14の材料であるシリコンウェハと線膨張係数の近い、例えばshott社製のAF45を用いるようにしている。
BGA18は、鉛を含有しない、錫(Sn)、銀(Ag)、銅(Cu)系の合金が主に用いることが出来る。Sn−30%Ag−0.5%Cuが主流であるが、銀の含有量が多いとコストアップに繋がるため、低銀組成のSn−10%Ag−0.7%Cu、Sn−0.3%Ag−0.7%Cu、Sn−0.1%Ag−0.7%Cuなどを用いても構わない。
The
The
図5は、固体撮像素子14の撮像領域間の距離(ピッチ)と基線長との関係を示した図ある。
本実施の形態の固体撮像素子14は、撮像領域間の距離Pが3.3mmとなる三つの撮像領域14a、14b、14cからなり、その両端の撮像領域14a、14bの中心間の距離が基線長Dとなる。従って、本実施の形態では固体撮像素子14の基線長Dは6.6mmとなる。この基線長Dに合わせて2つの結像レンズ11a、11b間の距離も6.6mmで作製した。
本実施形態の固体撮像素子14は、携帯電話など大量に市場へ投入されている単眼のカメラモジュールで使われている汎用品の半導体ウェハを必要な基線長に合わせて切断して使用しているので安価に作製することができるという利点がある。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the distance (pitch) between the imaging regions of the solid-
The solid-
The solid-
次に、図4(b)に示す工程では、固体撮像素子14の上面に貼り付けられているカバーガラス15の上面(表面)にスペーサ13を直接貼り付けるようにする。スペーサ13の開口(貫通孔)13a、13bの中心は、固体撮像素子14の両端に位置する撮像領域14a、14bの各中心となるよう位置を整合させて貼り付けるようにする。
スペーサ13は、例えば母材にガラス材を用いた。スペーサ13の母材になるガラス材料は、固体撮像素子14の線膨張係数よりも高く、結像レンズアレイ11の材料よりも低い線膨張係数の材料から選定した。特に、固体撮像素子14と結像レンズアレイ11それぞれの線膨張係数の中間の線膨張係数を持つ材料を選定することが好ましい。
母材のガラス材料の一例としては、例えばshott製のBK7を用いた。なお、詳細は後述するが線膨張係数の関係からshott製のBK7以外にも一般に白板ガラスと呼ばれるshott製のB270も好ましい材料である。
スペーサ13で採用したガラス材料は、研磨仕上げして広い範囲で平坦、平滑な接合面確保が可能で、光学ガラスを用いた場合は、要求されるスペーサ13の線膨張係数を満足することで、結像レンズアレイ11及び固体撮像素子14とスペーサ13との接合強度の確保が容易になるという効果がある。
Next, in the step shown in FIG. 4B, the
For the
As an example of the glass material of the base material, for example, BK7 manufactured by shot was used. Although details will be described later, in addition to BK7 made by shot, B270 made by shot generally called white glass is also a preferable material because of the relationship of the linear expansion coefficient.
The glass material employed in the
次に、図4(c)に示す工程では、スペーサ13の表面に結像レンズアレイ11を直接貼り付ける。このとき、結像レンズ11a、11bの各中心が、固体撮像素子14の両端に位置する撮像領域14a、14bの各中心となるよう位置を整合させて貼り付けるようにする。
結像レンズアレイ11は、一枚の光学ガラス材料を赤外線ランプで金型を加熱し、真空化でプレスして成形するようにしている。一枚の光学ガラス材料を母材に結像レンズ11a、11bを同時に形成しているため、2つの結像レンズ11a、11bの特性を揃えることが出来るので、測距装置には適している。
光学ガラス材料は、例えば住田光学のK−PG375(ヴィドロン)を用いたが、K−PG325(スーパーヴィドロン)等の低温で成形できる材料、その他の光学材料でも構わない。但し、住田光学のK−PG375、K−PG325は低温で成形できる材料として適しており、本構造の結像レンズアレイ11を作成する上で相応しい光学ガラス材料といえる。
Next, in the step shown in FIG. 4C, the
The
As the optical glass material, for example, K-PG375 (Vidron) manufactured by Sumita Optical Co., Ltd. is used. However, a material that can be molded at a low temperature, such as K-PG325 (Super Vidron), or other optical materials may be used. However, Sumida Optical's K-PG375 and K-PG325 are suitable as materials that can be molded at a low temperature, and can be said to be suitable optical glass materials for producing the
また、結像レンズ11a、11bには、ガラスレンズとプラスチックレンズを選択することが出来る。但し、モノリシックに形成された結像レンズアレイ11は一眼のレンズと比較して、視差に相当する分長尺になるため、固体撮像素子14との線膨張係数差が小さいガラスレンズを用いる方が、結像レンズアレイ11とスペーサ13との接合強度の確保が容易になるという効果がある。また、ガラスレンズは耐熱性の点でも有利であり、レンズを組みつけてからリフローを行う本構成ではより好ましい材料である。
Moreover, a glass lens and a plastic lens can be selected as the
次に、図4(d)に示す工程では、結像レンズアレイ11の表面にアパーチャ12を直接貼り付ける。このとき、アパーチャ12の2つの開口中心が、結像レンズ11a、11bの各中心に位置を整合させて貼り付けるようにする。
アパーチャ12は、例えば厚さ0.25mmのSUS430材をエッチングで加工した。アパーチャ12はSUS430材以外のメタル材料でも良い。また、他の材料や工法でも構わず、測距装置に入射される光の内、レンズ以外から測距装置へ入射される光をカットして、撮像領域14a、14bのS/Nの向上を図るようにしても良い。
これにより、本実施形態の複眼カメラ装置20を作製することができる。
なお、上記図4(b)〜図4(d)に示す工程は、270℃程度の非鉛系リフローに耐え得る接着剤を使用することが好ましく、耐熱エポキシ接着剤、変性シリコン系接着剤等が適している。
Next, in the step shown in FIG. 4D, the
As the
Thereby, the compound
In addition, it is preferable to use the adhesive which can endure the lead free reflow of about 270 degreeC, and the process shown to the said FIG.4 (b)-FIG.4 (d), such as a heat resistant epoxy adhesive, a modified | denatured silicon adhesive, etc. Is suitable.
ここでは高耐熱性エポキシ接着剤であるアレムコボンド570(米国 アレムコプロダクツ社が開発)を用いた。アレムコボンド570は耐熱上限が316℃で一液性の接着剤である。非鉛系リフローに耐え、一液性が故に取扱が容易な点で生産性の高い材料である。接着剤の厚みは、例えば0.2mmに調整した。
次に、図4(e)に示す工程では、図4(d)において作製した複眼カメラ装置のBGA18を撮像素子基板16上の電極パッド18に位置を整合させ、リフロー炉を通過させることで電気的、機械的に接合する。更に、撮像素子基板16と複眼カメラ装置との接合部の信頼性向上のために、アンダーフィル剤20を充填する。
以上のようにすれば、本実施の形態に係る測距装置を作製することができる。
Here, Alemco Bond 570 (developed by Alemco Products, USA), which is a high heat-resistant epoxy adhesive, was used. Alemcobond 570 is a one-component adhesive having a heat resistant upper limit of 316 ° C. It is a highly productive material that can withstand lead-free reflow and is easy to handle due to its one-part nature. The thickness of the adhesive was adjusted to 0.2 mm, for example.
Next, in the step shown in FIG. 4E, the position of the
In this way, the distance measuring device according to this embodiment can be manufactured.
上記した製造方法によれば、結像レンズアレイ11に二つの結像レンズ11a、11bを一体形成したことで二つの結像レンズ11a、11bの光軸の平行度を高く保つことができる。
また、固体撮像素子14の上面を基準にカバーガラス15、スペーサ13、結像レンズアレイ11を順次積層するようにしているので、結像レンズアレイ11に形成された結像レンズ11a、11bと固体撮像素子14の距離の誤差を小さくすることができる。
さらに、スペーサ13は、研磨仕上げすることで、広い範囲で平坦、平滑な接合面の確保が可能となり、結像レンズ11a、11bと固体撮像素子14の距離の誤差を小さくすることができる。
また各個片に切り出した部材を積層して構成しているので、各部材に異種材料を含むものを組んだ後でもリフローで撮像素子基板16へ実装できるという利点がある。
According to the manufacturing method described above, since the two
Further, since the
Furthermore, the
Further, since the members cut out into individual pieces are laminated, there is an advantage that they can be mounted on the image
次に、各部材の線膨張係数差について説明する。なお、以下に説明する線膨張係数の値は製造環境下での値の一例である。
なお、本実施の形態では、結像レンズアレイ11、スペーサ13、固体撮像素子14のそれぞれの厚さは2.3mm、1.4mm、0.67mmで、接合外周寸法は10mm×3.3mmとした。
固体撮像素子(シリコン半導体)14の線膨張係数は2〜3ppm/k、カバーガラス(shott製のAF45)15の線膨張係数は4.5ppm/kである。
また結像レンズ11の線膨張係数は、例えば材料がK−PG375(ヴィドロン)であれば16.9ppm/k、K−PG325(スーパーヴィドロン)であれば16.5ppm/kである。
スペーサ13であるshott製のBK7の線膨張係数は8.3ppm/kである。
Next, the difference in linear expansion coefficient of each member will be described. In addition, the value of the linear expansion coefficient demonstrated below is an example of the value in a manufacturing environment.
In the present embodiment, the
The linear expansion coefficient of the solid-state imaging device (silicon semiconductor) 14 is 2 to 3 ppm / k, and the linear expansion coefficient of the cover glass (AF45 manufactured by shott) 15 is 4.5 ppm / k.
The linear expansion coefficient of the
The linear expansion coefficient of BK7 manufactured by shot which is the
本実施形態では、スペーサ13の線膨張係数をカバーガラス15の線膨張係数と結像レンズ11の線膨張係数のほぼ中間の値になるように材料を選択した。
これは、スペーサ13をより線膨張係数の小さいシリコンでの製作を試みたが、その場合は、結像レンズアレイ11との線膨張係数差が大きくなり、リフロー工程で剥がれの問題が発生した。
このため、本実施の形態ではスペーサ13の線膨張係数を、カバーガラス15と結像レンズ11それぞれの線膨張係数のほぼ中間の値となるように材料を選択するようにした。これにより、上記したリフロー工程の問題を解決することができる。
なお、線膨張係数が8.3ppm/kであるshott製のBK7以外にも、線膨張係数が9.4ppm/kであるshott製のB270等もスペーサ13の材料を用いることも可能である。
In the present embodiment, the material is selected so that the linear expansion coefficient of the
In this case, manufacture of the
For this reason, in the present embodiment, the material is selected so that the linear expansion coefficient of the
In addition to the BK7 made of shot having a linear expansion coefficient of 8.3 ppm / k, B270 made of shot having a linear expansion coefficient of 9.4 ppm / k can also use the material of the
また、結像レンズ11と固体撮像素子14との間で線膨張係数が異なるため、環境温度に対して線膨張係数の大きい結像レンズアレイ11は相対的に伸縮が大きくなるという不具合がある。そこで、本実施の形態では、図示しないが、サーミスタ、熱電対などの温度計測手段を設け、測定データを、補正をすることで測定精度を確保するようにしても良い。
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態に係る測距装置について説明する。なお、第2の実施の形態に係る測距装置は、第1の実施の形態に係る測距装置とスペーサの構造のみが異なるため、ここではスペーサの構造についてのみ説明する。
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る測距装置に用いるスペーサの構成を示した断面図である。
第2の実施の形態では、第1の実施形態と同様に、スペーサ13の母材51にガラスの一種であるshott製のBK7を用いた。スペーサの母材51がガラスのように可視光域に対して透明な部材で、固体撮像素子14の両端に位置する撮像領域14a、14bそれぞれに光が洩れて距離測定に影響するクロストークを抑制する抑制手段として光遮蔽部材が必要になる。
そこで、第2の実施形態では、スペーサ13の母材51であるガラス材に光遮蔽膜52を成膜することで、クロストークの抑制を図っている。光遮蔽膜52はクロムやニッケルの金属膜を成膜して形成する。成膜方法としては真空蒸着法、スパッタ法、メッキ法などが有効である。特に膜の密着性を確保する上でメッキ法がより実用的である。
Further, since the linear expansion coefficient is different between the
<Second Embodiment>
Next, a distance measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. Since the distance measuring device according to the second embodiment is different from the distance measuring device according to the first embodiment only in the structure of the spacer, only the structure of the spacer will be described here.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the spacer used in the distance measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
In the second embodiment, as in the first embodiment, BK7 made of shot, which is a kind of glass, is used for the
Therefore, in the second embodiment, the crosstalk is suppressed by forming the
第2の実施形態で用いるスペーサの母材51になるガラス材料は、第1の実施形態においても説明したが、固体撮像素子14の線膨張係数よりも高い線膨張係数で、結像レンズアレイ11の線膨張係数よりも低い線膨張係数のガラスから選定する。
特に、固体撮像素子14と結像レンズアレイ11それぞれの線膨張係数の中間となる線膨張係数とされる材料を選定することが好ましい。
このように第2の実施の形態では、スペーサ13をガラス部材により形成し、このガラス部材にクロムやニッケルの金属膜を光遮蔽部材として成膜しているので結像光束のクロストークを防止できる。
またスペーサ13の母材にガラス材料を用いると、ガラス材料は光学研磨で広い範囲に渡り、平坦、平滑な接合面確保の可能となり、測距精度が向上するという利点もある。
As described in the first embodiment, the glass material used as the
In particular, it is preferable to select a material having a linear expansion coefficient that is intermediate between the linear expansion coefficients of the solid-
As described above, in the second embodiment, the
Further, when a glass material is used for the base material of the
<第3の実施の形態>
次に、本発明の第3の実施の形態に係る測距装置について説明する。なお、第3の実施の形態に係る測距装置は、第2の実施の形態に係る測距装置と同様、第1の実施の形態に係る測距装置とスペーサの構造のみが異なるため、ここではスペーサの構造についてのみ説明する。
図7は、本発明の第3の実施の形態に係る測距装置に用いるスペーサの構成を示した断面図である。
第3の実施形態では、スペーサ13をセラミックス61により形成している点に特徴がある。セラミックス61の材料はアルミナ、ジルコニア等が好ましい。これら材料は可視光域に対して不透明であり、この材料自体が光遮蔽効果を有しており、新たに光遮蔽部材を付与する必要が無い。
<Third Embodiment>
Next, a distance measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. Note that the distance measuring device according to the third embodiment differs from the distance measuring device according to the first embodiment only in the structure of the spacer, as in the distance measuring device according to the second embodiment. Now, only the structure of the spacer will be described.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the spacer used in the distance measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention.
The third embodiment is characterized in that the
ここで、選定するセラミックス61の材料は、固体撮像素子14の線膨張係数よりも高い線膨張係数で、結像レンズアレイ11の線膨張係数よりも低い線膨張係数とされる材料から選定する。特に、固体撮像素子14と結像レンズアレイ11それぞれの線膨張係数の中間になる線膨張係数とされる材料を選定することが好ましく、例えば7〜13ppm/kが好ましい。
アルミナのセラミックス材料には7〜8ppm/k、ジルコニアのセラミックス材料には10〜11ppm/kの線膨張係数とされるものが多く製品化されており、好ましい材料である。
このように第3の実施の形態では、スペーサ13をセラミック材料により形成すると、セラミックス材料は広い範囲に渡り、平坦、平滑な接合面確保を研磨で行えるので、測距精度が向上する。
また、セラミック材料は不透明であるため、第2の実施形態のように光遮蔽部材を別途設けなくとも結像光束のクロストークを防止することができるという利点がある。
なお、本実施形態では、結像レンズと撮像素子を夫々2つ備えた複眼カメラ装置を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、結像レンズと撮像素子を夫々2つ以上備えた複眼カメラ装置にも適用可能である。
Here, the material of the ceramic 61 to be selected is selected from materials having a linear expansion coefficient higher than the linear expansion coefficient of the solid-
Many alumina ceramic materials having a linear expansion coefficient of 7 to 8 ppm / k and zirconia ceramic materials having a linear expansion coefficient of 10 to 11 ppm / k have been commercialized and are preferable materials.
As described above, in the third embodiment, when the
Further, since the ceramic material is opaque, there is an advantage that the crosstalk of the imaging light beam can be prevented without separately providing a light shielding member as in the second embodiment.
In the present embodiment, the compound eye camera apparatus provided with two imaging lenses and two imaging elements has been described as an example. However, this is merely an example, and two or more imaging lenses and imaging elements are provided. It is also applicable to a compound eye camera device.
11 結像レンズアレイ、11a 11b 結像レンズ、12 アパーチャ、13 スペーサ、14 固体撮像素子、14a 14b 撮像領域、15 カバーガラス、16 撮像素子基板、17 電極パッド、18 BGA、20 アンダーフィル剤
DESCRIPTION OF
Claims (10)
半導体ウェハ上に複数の撮像領域が形成され、各前記結像レンズから出射された結像光束を各前記撮像領域でそれぞれ受光する撮像素子アレイと、
前記結像レンズと前記撮像領域との間隔を保持する間隔保持部材と、を備え、
前記撮像素子アレイの撮像領域面側が前記間隔保持部材の一方に直接接続され、前記結像レンズアレイの出射面側が前記間隔保持部材の他方に直接接続されていることを特徴とする複眼カメラ装置。 An imaging lens array comprising a plurality of imaging lenses;
A plurality of imaging regions are formed on the semiconductor wafer, and an imaging element array that receives the imaging light flux emitted from each imaging lens in each of the imaging regions, and
An interval holding member that holds an interval between the imaging lens and the imaging region,
The compound eye camera device, wherein an imaging region surface side of the imaging element array is directly connected to one of the interval holding members, and an emission surface side of the imaging lens array is directly connected to the other of the interval holding members.
前記保護部材の上面に間隔保持部材を接合する工程と、
前記間隔保持部材の上面に単一のレンズ材料に複数の結像レンズが形成されている結像レンズアレイを接合する工程と、
を含むことを特徴とする複眼カメラ装置の製造方法。 Preparing an imaging element array in which a plurality of imaging regions are formed on a single semiconductor wafer and a protective member is formed on the upper surface of the imaging region;
Bonding a spacing member to the upper surface of the protective member;
Bonding an imaging lens array in which a plurality of imaging lenses are formed on a single lens material on the upper surface of the spacing member;
The manufacturing method of the compound eye camera apparatus characterized by including.
Priority Applications (1)
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JP2012057458A JP2013190659A (en) | 2012-03-14 | 2012-03-14 | Double eye camera device, range finder, and method for manufacturing the double eye camera device |
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KR101820378B1 (en) | 2016-02-16 | 2018-01-22 | 주식회사 세코닉스 | Spacer for Camera Lens Unit and Manufacturing Method thereby |
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- 2012-03-14 JP JP2012057458A patent/JP2013190659A/en active Pending
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