JP2013190659A - Double eye camera device, range finder, and method for manufacturing the double eye camera device - Google Patents

Double eye camera device, range finder, and method for manufacturing the double eye camera device Download PDF

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純一 安住
Jun Watabe
順 渡部
Shigeru Ouchida
茂 大内田
Daisei Minegishi
大生 峯岸
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a double eye camera device capable of suppressing variation in manufacturing accuracy.SOLUTION: A double eye camera device comprises: an imaging lens array 11 formed with a plurality of imaging lenses on a singular lens material; an image taking element array 14 formed with a plurality of image taking areas, on a singular semiconductor wafer, that respectively receive imaging luminous fluxes emitted from the respective imaging lenses; and a spacer 13 for holding a space between the imaging lenses 11a, 11b and the image taking areas 14a, 14b. An imaging surface side of the image taking element array 14 is directly connected to one side of the spacer 13 and a light emitting surface side of the imaging lens array 11 is directly connected to the other side of the spacer 13.

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 subject 101 is photographed by arranging two cameras (first camera 102a and second camera 102b) having the same optical system.
The first camera 102a and the second camera 102b are fixed on the base substrate 106, for example, and are arranged so that their optical axes are parallel to each other.
In the first camera 102a, the subject image 107a acquired through the first lens 103a is projected onto the image sensor 104a with the same point on the subject image shifted from the optical axis by Δ1, and there are many in the image area on the image sensor 104a. The light receiving element (pixel) receives the light and converts it into an electrical signal.
Similarly, in the second camera 102b, the subject image 107b acquired through the second lens 103b is projected onto the image sensor 104b with the same point on the subject image shifted from the optical axis by Δ2, and the image area on the image sensor 104b is projected. Are received by a number of light receiving elements (pixels) and converted into electrical signals.
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 subject 101 is a plus coordinate and the opposite direction is a minus coordinate, the subject image 107a is displaced by δ1 in the plus direction and the subject image 107b is displaced by δ2 in the minus direction, so that δ = δ1-(− δ2).

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 lenses 103a and 103b is called a base line length, which is D, where L is the distance from the subject to the lens, f is the focal length of the lens, and L >> f. L is
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 subject 101 can be calculated by detecting the parallax Δ.

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.

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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the ranging device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 固体撮像素子の他の構成例を示した図である。It is the figure which showed the other structural example of the solid-state image sensor. 汎用品の半導体ウェハとカスタム品の半導体ウェハの説明図である。It is explanatory drawing of the semiconductor wafer of a general purpose goods, and the semiconductor wafer of a custom goods. 第1の実施の形態に係る測距装置における複眼カメラ装置の製造工程を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing process of the compound eye camera apparatus in the distance measuring device which concerns on 1st Embodiment. 固体撮像素子の撮像領域間の距離(ピッチ)と基線長との関係を示した概略説明図である。It is the schematic explanatory drawing which showed the relationship between the distance (pitch) between the imaging regions of a solid-state image sensor, and a base line length. 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。It is sectional drawing which showed the structure of the spacer used for the ranging apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing which showed the structure of the spacer used for the ranging apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 測距装置による三角測量の基本原理を示す図である。It is a figure which shows the basic principle of the triangulation by a distance measuring device.

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 eye camera device 10 and an image sensor substrate 16. The compound-eye camera device 10 includes an imaging lens array 11, an aperture (light-shielding member) 12, a spacer (interval holding member) 13, a solid-state imaging device 14, and a cover glass (protective member) 15.
In the imaging lens array 11, two imaging lenses 11a and 11b are formed on the same imaging lens material. The imaging lenses 11a and 11b are, for example, aspheric lenses.
The optical axes c1 and c2 of the two imaging lenses 11a and 11b are parallel to the normal line N of the plane on which the two imaging lenses 11a and 11b are arranged.

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 aperture 12 is provided on the upper surface side (subject side) of the imaging lens array 11 and shields light so that the apertures of the imaging lenses 11a and 11b formed in the imaging lens array 11 are substantially equal.
The spacer 13 is an interval holding member that is provided on the lower surface side (the side opposite to the subject) of the imaging lens array 11 and secures an imaging distance from the imaging lens array 11 to the solid-state imaging device 14. The spacer 13 has openings (through holes) 13a and 13b having optical axes c1 and c2 as centers. The insides of the openings 13a and 13b are cavities (air layers), and the inner wall surfaces of the openings 13a and 13b are subjected to a light reflection preventing process. Examples of the antireflection processing include black coating processing, rough surface processing, matting processing, and the like. When antireflection processing is performed on the inner wall surfaces of the openings 13a and 13b, stray light reflected by the inner wall surfaces of the openings 13a and 13b can be prevented from entering a solid-state imaging device 14 described later.

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 openings 13a and 13b, light transmission can be suppressed even if the base material of the spacer 13 is transparent to visible light. Crosstalk of light to the imaging regions 14a and 14b adjacent to the imaging element 14 can be suppressed.
A solid-state imaging device 14 is attached to the lower surface of the spacer 13 (the surface opposite to the attachment surface of the imaging lens array 11).

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-state imaging device 14, for example, three imaging regions 14a, 14b, and 14c are arranged in a line, and the centers of the imaging regions 14a and 14b at both ends thereof are the lights of the two imaging lenses 11a and 11b of the imaging lens array 11. It is arranged to be on the axis. That is, the distance between the imaging regions 14a and 14b of the solid-state imaging device 14 is configured to be the baseline length of the distance measuring device. The baseline length may be determined according to the distance to the object to be measured and the measurement accuracy.
In the present embodiment, the distance between the imaging regions 14a and 14b at both ends of the three imaging regions 14a to 14c is configured to be the baseline length of the distance measuring device. As shown in FIG. 2A, a solid-state imaging device is configured using two imaging regions 14a and 14b, or the four imaging regions 14a to 14d arranged in a row are arranged at both ends thereof. You may make it comprise the solid-state image sensor 14 using 14a, 14b.
Although details will be described later, the solid-state image sensor 14 of the compound-eye camera device used for the distance measuring device using the imaging regions 14a and 14b at both ends of the image sensor array in which a plurality of image sensors are arranged in a line is used. If comprised, the cost reduction of a solid-state image sensor can be achieved.

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 cover glass 15 is provided on the light receiving surface side of the solid-state imaging device 14 in order to protect the imaging regions 14a and 14b of the solid-state imaging device 14 from scratches and dust.
Although not shown, a TSV (Through Silicon Via) is formed in the solid-state imaging device 14, and an extraction electrode for drawing out the output of each imaging region 14 a, 14 b, 14 c is provided on the lower surface side (light receiving surface) of the solid-state imaging device 14. Is formed on the opposite side.
The image pickup device substrate 16 includes an electrical component such as a digital signal processor (DSP) as a calculation means for executing calculation processing for calculating the distance from the output signal of the solid-state image pickup device 14 to the subject. A lead electrode (not shown) of the solid-state image sensor 14 is mounted (SMT (Surface Mount Technology) on the electrode pad 17 of the image sensor substrate 16 via a BGA (Ball Grid Array).

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-state imaging device 14 of the present embodiment will be described.
In the present embodiment, the solid-state imaging device 14 is formed using a general-purpose product in which a large number of imaging regions 32 are formed in a matrix on a single semiconductor wafer 31 as shown in FIG. Yes. If the solid-state imaging device 14 is formed using a general-purpose semiconductor wafer 31, the cost of a distance measuring device including a compound eye camera device can be reduced.
This is because the solid-state imaging device 14 used in the compound-eye camera device has the same base line length and the wafer size cut out from the semiconductor wafer 31 is almost the same, so that it can be taken out from a single semiconductor wafer. 14 is the same for the general-purpose semiconductor wafer 31 shown in FIG. 3A and the custom-made semiconductor wafer 41 shown in FIG. Therefore, when the solid-state imaging device 14 is taken out as shown in FIG. 3C from the inexpensive general-purpose semiconductor wafer 31 shown in FIG. 3A, and the expensive custom-made semiconductor shown in FIG. When the solid-state imaging device 14 is taken out from the wafer 41 as shown in FIG. 3D, the imaging region is wasted when the solid-state imaging device 14 is taken out from the general-purpose semiconductor wafer 31 shown in FIG. The solid-state image sensor 14 can be manufactured at a lower cost than when the solid-state image sensor is taken out from the expensive custom-made semiconductor wafer 41 shown in FIG.

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 semiconductor wafer 41 as in the comparative example, the yield decreases by the number of defects in the element region, but the general-purpose semiconductor wafer 31 was used. In such a case, it is possible to suppress a decrease in yield by cutting out a defective imaging region so that it becomes a position not used for sensing (regions 14c and 14d in FIG. 3D). Can be achieved.
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 semiconductor wafer 41 as described above. Therefore, in Cited Document 2, it is impossible to realize a cost reduction of the most expensive solid-state imaging device among the members.

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-state imaging device 14 is prepared.
The solid-state imaging device 14 shown in FIG. 4A is configured by a triple CMOS sensor array in which three imaging regions 14a, 14b, and 14c are arranged in a straight line. In such a solid-state imaging device 14, a plurality of imaging regions 14a, 14b, 14c,... Are formed on the upper surface (front surface) of a 6-inch or 12-inch silicon wafer, and a cover glass 15 is attached to the upper surface. It has been. Further, although not shown in the figure, the silicon wafer is subjected to TSV processing so that the output of each imaging region 14a, 14b, 14c can be extracted from the extraction electrode provided on the lower surface of the silicon wafer. A BGA 18 is formed on the lead electrode on the lower surface of the silicon wafer. Further, in the solid-state imaging device 14, the silicon wafer is cut according to the baseline length.

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 cover glass 15 is made of, for example, AF45 manufactured by shot, which has a linear expansion coefficient close to that of the silicon wafer that is the material of the solid-state imaging device 14.
The BGA 18 can be mainly made of a tin (Sn), silver (Ag), or copper (Cu) based alloy that does not contain lead. Sn-30% Ag-0.5% Cu is the mainstream, but a high silver content leads to an increase in cost, so Sn-10% Ag-0.7% Cu, Sn-0. 3% Ag-0.7% Cu, Sn-0.1% Ag-0.7% Cu, or the like may be used.

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-state imaging device 14 and the baseline length.
The solid-state imaging device 14 according to the present embodiment includes three imaging regions 14a, 14b, and 14c having a distance P between the imaging regions of 3.3 mm, and the distance between the centers of the imaging regions 14a and 14b at both ends thereof is the baseline. It becomes the length D. Therefore, in the present embodiment, the base line length D of the solid-state imaging device 14 is 6.6 mm. The distance between the two imaging lenses 11a and 11b was set to 6.6 mm according to the baseline length D.
The solid-state imaging device 14 of the present embodiment uses a general-purpose semiconductor wafer used in a monocular camera module that has been put on the market in large quantities such as mobile phones by cutting it to a required baseline length. Therefore, there is an advantage that it can be manufactured at low cost.

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 spacer 13 is directly attached to the upper surface (front surface) of the cover glass 15 attached to the upper surface of the solid-state imaging device 14. The centers of the openings (through holes) 13a and 13b of the spacer 13 are pasted with their positions aligned so as to be the centers of the imaging regions 14a and 14b located at both ends of the solid-state imaging device 14, respectively.
For the spacer 13, for example, a glass material is used as a base material. The glass material used as the base material of the spacer 13 was selected from materials having a linear expansion coefficient higher than that of the solid-state imaging device 14 and lower than that of the imaging lens array 11. In particular, it is preferable to select a material having a linear expansion coefficient intermediate between the linear expansion coefficients of the solid-state imaging device 14 and the imaging lens array 11.
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 spacer 13 can be polished to ensure a flat and smooth joint surface in a wide range, and when optical glass is used, by satisfying the required linear expansion coefficient of the spacer 13, There is an effect that it is easy to secure the bonding strength of the imaging lens array 11 and the solid-state imaging device 14 and the spacer 13.

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 imaging lens array 11 is directly attached to the surface of the spacer 13. At this time, the imaging lenses 11a and 11b are pasted with their positions aligned so that the centers of the imaging lenses 11a and 11b become the centers of the imaging regions 14a and 14b located at both ends of the solid-state imaging device 14, respectively.
The imaging lens array 11 is formed by heating a mold of an optical glass material with an infrared lamp and pressing it with vacuum. Since the imaging lenses 11a and 11b are simultaneously formed using a single optical glass material as a base material, the characteristics of the two imaging lenses 11a and 11b can be made uniform, which is suitable for a distance measuring device.
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 imaging lens array 11 of this structure.

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 imaging lenses 11a and 11b. However, since the imaging lens array 11 formed monolithically has a length corresponding to the parallax as compared with a single-lens lens, it is better to use a glass lens having a smaller linear expansion coefficient difference from the solid-state imaging device 14. There is an effect that it becomes easy to secure the bonding strength between the imaging lens array 11 and the spacer 13. A glass lens is also advantageous in terms of heat resistance, and is a more preferable material in the present configuration in which reflow is performed after the lens is assembled.

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 aperture 12 is directly attached to the surface of the imaging lens array 11. At this time, the two aperture centers of the aperture 12 are pasted with their positions aligned with the centers of the imaging lenses 11a and 11b.
As the aperture 12, for example, a SUS430 material having a thickness of 0.25 mm was processed by etching. The aperture 12 may be a metal material other than the SUS430 material. Also, other materials and construction methods may be used. Of the light incident on the distance measuring device, light incident on the distance measuring device from other than the lens is cut to improve the S / N of the imaging regions 14a and 14b. You may make it show.
Thereby, the compound eye camera apparatus 20 of this embodiment is producible.
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 BGA 18 of the compound-eye camera device manufactured in FIG. 4D is aligned with the electrode pad 18 on the image sensor substrate 16 and is passed through a reflow furnace. Mechanically and mechanically. Further, in order to improve the reliability of the joint between the image pickup device substrate 16 and the compound eye camera device, the underfill agent 20 is filled.
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 imaging lenses 11a and 11b are integrally formed with the imaging lens array 11, the parallelism of the optical axes of the two imaging lenses 11a and 11b can be kept high.
Further, since the cover glass 15, the spacer 13, and the imaging lens array 11 are sequentially laminated on the basis of the upper surface of the solid-state imaging device 14, the imaging lenses 11a and 11b formed on the imaging lens array 11 and the solid image An error in the distance of the image sensor 14 can be reduced.
Furthermore, the spacer 13 can be polished to ensure a flat and smooth joint surface over a wide range, and the error in the distance between the imaging lenses 11a and 11b and the solid-state imaging device 14 can be reduced.
Further, since the members cut out into individual pieces are laminated, there is an advantage that they can be mounted on the image pickup device substrate 16 by reflow even after the members containing different materials are assembled.

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 imaging lens array 11, the spacer 13, and the solid-state imaging device 14 have a thickness of 2.3 mm, 1.4 mm, and 0.67 mm, respectively, and a bonding outer peripheral dimension is 10 mm × 3.3 mm. did.
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 imaging lens 11 is, for example, 16.9 ppm / k if the material is K-PG375 (Vidron) and 16.5 ppm / k if the material is K-PG325 (Supervidron).
The linear expansion coefficient of BK7 manufactured by shot which is the spacer 13 is 8.3 ppm / k.

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 spacer 13 is approximately halfway between the linear expansion coefficient of the cover glass 15 and the linear expansion coefficient of the imaging lens 11.
In this case, manufacture of the spacer 13 with silicon having a smaller linear expansion coefficient was attempted, but in this case, the difference in linear expansion coefficient with the imaging lens array 11 increased, and a problem of peeling occurred in the reflow process.
For this reason, in the present embodiment, the material is selected so that the linear expansion coefficient of the spacer 13 becomes a value approximately halfway between the linear expansion coefficients of the cover glass 15 and the imaging lens 11. Thereby, the problem of an above-mentioned reflow process can be solved.
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 spacer 13.

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 imaging lens 11 and the solid-state imaging device 14, the imaging lens array 11 having a large linear expansion coefficient with respect to the environmental temperature has a disadvantage that expansion and contraction becomes relatively large. Therefore, in this embodiment, although not shown, temperature measurement means such as a thermistor or a thermocouple may be provided, and the measurement accuracy may be ensured by correcting the measurement data.
<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 base material 51 of the spacer 13. The spacer base material 51 is a member that is transparent to the visible light region, such as glass, and suppresses crosstalk that affects the distance measurement due to light leaking to the imaging regions 14a and 14b located at both ends of the solid-state imaging device 14. A light shielding member is required as a suppression means.
Therefore, in the second embodiment, the crosstalk is suppressed by forming the light shielding film 52 on the glass material which is the base material 51 of the spacer 13. The light shielding film 52 is formed by forming a chromium or nickel metal film. As a film forming method, a vacuum deposition method, a sputtering method, a plating method, or the like is effective. In particular, the plating method is more practical in securing the adhesion of the film.

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 base material 51 of the spacer used in the second embodiment has a linear expansion coefficient higher than the linear expansion coefficient of the solid-state imaging device 14 and has the imaging lens array 11. It is selected from glasses having a linear expansion coefficient lower than the linear expansion coefficient.
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-state imaging device 14 and the imaging lens array 11.
As described above, in the second embodiment, the spacer 13 is formed of a glass member, and the metal film of chromium or nickel is formed on the glass member as a light shielding member. .
Further, when a glass material is used for the base material of the spacer 13, the glass material can be obtained over a wide range by optical polishing, so that a flat and smooth joint surface can be secured, and there is an advantage that ranging accuracy is improved.

<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 spacer 13 is formed of ceramics 61. The material of the ceramic 61 is preferably alumina, zirconia or the like. These materials are opaque to the visible light region, and the materials themselves have a light shielding effect, and it is not necessary to newly provide a light shielding member.

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-state imaging device 14 and a linear expansion coefficient lower than that of the imaging lens array 11. 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-state imaging device 14 and the imaging lens array 11, and is preferably 7 to 13 ppm / k, for example.
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 spacer 13 is formed of a ceramic material, the ceramic material covers a wide range, and a flat and smooth joint surface can be ensured by polishing, so that the ranging accuracy is improved.
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 SYMBOLS 11 Imaging lens array, 11a 11b Imaging lens, 12 Aperture, 13 Spacer, 14 Solid-state image sensor, 14a 14b Imaging area, 15 Cover glass, 16 Image sensor board | substrate, 17 Electrode pad, 18 BGA, 20 Underfill agent

特開平09−318867号公報JP 09-318867 A 特開2007−322128公報JP 2007-322128 A

Claims (10)

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.
前記間隔保持部材の線膨張係数値が、前記撮像素子アレイの線膨張係数値と前記結像レンズアレイの線膨張係数値との範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の複眼カメラ装置。   2. The compound eye camera according to claim 1, wherein a linear expansion coefficient value of the spacing member is within a range between a linear expansion coefficient value of the imaging element array and a linear expansion coefficient value of the imaging lens array. apparatus. 前記撮像素子アレイは、前記撮像領域の表面を保護する保護部材を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の複眼カメラ装置。   The compound-eye camera device according to claim 1, wherein the imaging element array includes a protection member that protects a surface of the imaging region. 前記結像レンズアレイは、光学ガラス材料からなることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の複眼カメラ装置。   The compound-eye camera device according to any one of claims 1 to 3, wherein the imaging lens array is made of an optical glass material. 前記間隔保持部材は、ガラス材料からなることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の複眼カメラ装置。   The compound eye camera device according to claim 1, wherein the spacing member is made of a glass material. 前記間隔保持部材は、セラミクス材料からなることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の複眼カメラ装置。   The compound eye camera device according to claim 1, wherein the spacing member is made of a ceramic material. 前記間隔保持部材は、前記結像レンズと前記撮像領域との間の光路に貫通孔が形成されており、該貫通孔の内壁面に光遮蔽部材を備えたことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の複眼カメラ装置。   The through-hole is formed in the optical path between the imaging lens and the imaging region, and the interval holding member includes a light shielding member on an inner wall surface of the through-hole. The compound eye camera apparatus as described in any one of 6. 前記複数の結像レンズの有効径を略等しくする遮光部材を備えていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の複眼カメラ装置。   The compound-eye camera device according to claim 1, further comprising a light shielding member that makes the effective diameters of the plurality of imaging lenses substantially equal. 請求項1乃至8の何れか一項に記載の複眼カメラ装置と、前記複眼カメラ装置の出力信号から距離を算出する演算手段と、を備えていることを特徴とする測距装置。   9. A distance measuring device comprising: the compound eye camera device according to claim 1; and a calculation unit that calculates a distance from an output signal of the compound eye camera device. 単一の半導体ウェハ上に複数の撮像領域が形成され、該撮像領域の上面に保護部材が形成された撮像素子アレイを準備する工程と、
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.
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