JP4016275B2

JP4016275B2 - 測距装置

Info

Publication number: JP4016275B2
Application number: JP2003181171A
Authority: JP
Inventors: 敏男山本; 晶雄泉
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: KR20050004687A; US20040263824A1; JP2005017078A; US7046344B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカメラなどに用いられる光学式の測距装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラ等に用いられる光学測距方法として、アクティブ測距方法とパッシブ測距方法とが知られている。アクティブ測距方法は、光を投光して三角測量で距離を測る方式であり、パッシブ測距方法は、測距対象である対象物体から放たれる光の位相差から距離を測る方式である。
【０００３】
最初にアクティブ測距方法の具体例について説明する。
アクティブ測距装置（図示せず）は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子を有する投光部、投光レンズ、受光レンズ、および、ＰＳＤ (Position Sensitive Detector)等の受光素子を有する受光部を備え、投光部から投光レンズを通して対象物体に向けて光を発し、対象物体で反射した反射光を受光レンズを通して受光部の受光素子が受光する。
【０００４】
受光素子は、対象物体からの反射光が受光面のどこに当たるかに応じて電気信号を出力する。従って、この出力に基づいて受光面上の反射光位置から投光レンズから発せられた光がどれだけの角度で入射したかを知ることができ、投光レンズと受光レンズとの間隔と入射角度から、三角測距の原理により対象物体までの距離を測定する。
【０００５】
続いてパッシブ測距方法の具体例について図を参照しつつ説明する。
図１１はパッシブ型の測距装置の構成図で、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）はＸ−Ｘ線断面図、図１１（ｃ）は側面図である。図１２はパッシブ測距方法の測距原理の説明図である。
この測距装置５００は、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すように、パッケージ５０１、リード５０２、半導体チップ５０３、ワイヤ５０４、光学ケース５０５、レンズ５０６を備えている。
【０００６】
レンズ５０６は、図１１（ａ）や図１２で示すように、決められた間隔ｂをおいて離間する左右一対の第１レンズ５０６Ｌ，第２レンズ５０６Ｒ（以下、第１，第２レンズ５０６Ｌ，５０６Ｒという）からなる。このレンズ５０６は、図１１（ａ）で示すように、例えば樹脂成形などにより左右レンズが一体に構成されている。
【０００７】
半導体チップ５０３は、図１２で示すように、左右一対の第１受光部５０３Ｌ，第２受光部５０３Ｒ（以下、第１，第２受光部５０３Ｌ，５０３Ｒという）を備えている。第１，第２受光部５０３Ｌ，５０３Ｒには、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（charge coupled device）という受光素子が多数隣接して並べられて受光素子群を形成している。
【０００８】
測距装置５００には信号処理のため、Ａ／Ｄ変換部５０７、演算部５０８、ＣＰＵ５０９が設けられる。
半導体チップ５０３は検出信号を出力し、リード５０２を介して接続されるＡ／Ｄ変換部５０７、演算部５０８、ＣＰＵ５０９により信号処理が行われ、測距がなされる。
【０００９】
続いて測距方法について説明する。
図１２で示すように、第１，第２レンズ５０６Ｌ，５０６Ｒは基準となる間隔ｂを隔てて配置されている。そして、第１，第２レンズ５０６Ｌ，５０６Ｒの焦点距離ｆ離れた箇所には、表面に第１，第２受光部５０３Ｌ，５０３Ｒが形成された半導体チップ５０３が配置されている。測距装置５００から距離ｄだけ離れている対象物体の映像を得るため、対象より発せられた光を、第１レンズ５０６Ｌが受光して第１受光部５０３Ｌへ、また、第２レンズ５０６Ｒが受光して第２受光部５０３Ｒへそれぞれ集光し、対象物体の映像を得る。
【００１０】
この測距装置５００が、無限遠にある対象物体に正対すると仮定する場合、第１，第２レンズ５０６Ｌ，５０６Ｒをそれぞれ通過するお互いに平行な２本の光線ｉ_０が、第１，第２受光部５０３Ｌ，５０３Ｒ上の基準位置Ｐ_０に結像するものとする。
そして、有限距離ｄに位置する対象物体の映像を得る場合、基準位置Ｐ_０からずれた位置Ｐ_ＬとＰ_Ｒに結像し、そのときの基準位置Ｐ_０からのズレ量をＸ_ＬとＸ_Ｒとすると次式が成り立つ。
【００１１】
【数１】

【００１２】
ここで、ｂとｆとは測距装置５００に固有の既知な値なので、第１，第２受光部５０３Ｌ，５０３Ｒに結像した対象映像の相対的な位置関係Ｘ_ＬとＸ_Ｒから、対象物体までの距離ｄが求められる。
【００１３】
このような測距原理に基づいて、それぞれの受光素子により光の強度に応じて信号が出力され、測距装置５００は対象物体の映像信号を出力する。この映像信号は、Ａ／Ｄ変換部５０７によりアナログデジタル変換されて映像データとして出力され、演算部５０８により演算処理されて最終的に距離ｄを算出し、距離データとして出力する。ＣＰＵ５０９は、距離データを用いて、例えば、図示しない表示部に距離を表示させるなどの制御を行う。
測距装置および測距原理はおよそこのようなものである。
【００１４】
ところで従来技術の測距装置は、温度変化に起因する熱膨張または熱収縮（以下、単に熱膨張収縮という）により測距誤差が発生するという問題があった。この測距誤差について図を参照しつつ説明する。図１３は、測距装置における測距誤差の発生原理を説明する説明図である。
従来技術の測距装置は、温度変化に起因する熱膨張収縮により第１，第２レンズ５０６Ｌ，５０６Ｒの光軸中心の間隔であるレンズ間隔ｂが変化し、また、第１，第２受光部５０３Ｌ，５０３Ｒと左右２箇所の基準となる素子間隔が変化する。
温度ｔ_０の初期状態においてレンズ間隔をｂ_０とし、レンズ材料の熱膨張係数をτ_Ｌとすると、Δｔ変化したときの第１，第２レンズ５０６Ｌ，５０６Ｒのレンズ間隔ｂは次式のように変化する。
【００１５】
【数２】

【００１６】
ここにｂ_０×Δｔ×τ_Ｌは熱膨張収縮により拡大縮小する間隔となる。
また、半導体チップ材料の熱膨張係数をτ_Ｃとすると、第１，第２受光部５０３Ｌ，５０３Ｒの素子間隔（左右二個のＰ_０を結ぶ間隔）が次式で示すように変化する。
【００１７】
【数３】

【００１８】
先に数１を挙げて説明したように、対象物体までの距離ｄは、第１，第２レンズ５０６Ｌ，５０６Ｒのレンズ間隔ｂを用いて測定しているため、これらレンズ間隔ｂと素子間隔ｂとが相対的に変化するような場合、基準位置Ｐ_０からのズレ量Ｘ_ＬとＸ_Ｒもともに変化してしまうため、これが測距誤差となる。
【００１９】
この測距誤差について検討する。温度ｔ_０の初期状態において、第１，第２レンズ５０６Ｌ，５０６Ｒの間隔ｂ_０とし、レンズの焦点距離ｆ_０とする。対象物体までの距離ｄは前出式の数１により次式のように表される。
【００２０】
【数４】

【００２１】
ここにｂ_０，ｆ_０は既知の定数として扱う。
測距装置５００の温度がΔｔ変化すると、数４における分子の項ｂ_０×ｆ_０も影響を受けるが、温度変化が数十度であればｂ_０×ｆ_０の値に対しては僅かな変化に過ぎない。むしろ問題となるのは、レンズ側でのレンズ間隔ｂと半導体チップ側での素子間隔ｂとの温度変化に対する熱膨張収縮量の差である。
レンズ材料の熱膨張係数をτ_Ｌ、半導体チップ材料の熱膨張係数をτ_Ｃとし、温度がΔｔ変化したときの距離ｄ’の近似式は次式のように表される。
【００２２】
【数５】

【００２３】
温度変化Δｔによる項ｂ_０×Δｔ（τ_Ｌ−τ_Ｃ）の影響は大きく、その結果、測定値ｄ’は、真値ｄと大幅に異なった値となる。この測距誤差を具体例を挙げて説明する。
初期状態の温度を２５℃、温度変化をΔｔ＝＋２０℃、レンズ間隔ｂ_０＝５．５ｍｍ、レンズの焦点距離ｆ_０＝６．０ｍｍ、レンズ材料を樹脂ポリカーボネイトとしてτ_Ｌ＝７．０×１０^−５／℃、半導体チップをシリコンとしてτ_Ｃ＝２．５×１０^−６／℃、対象物体までの距離の真値ｄ＝１０００ｍｍとする。
前出式である数１を用いて計算すると、
【００２４】
【数６】

【００２５】
一方、温度変化による影響分は
【００２６】
【数７】

【００２７】
これらより温度変化後の値ｄ’を計算すると、ｄ’≒１２９０ｍｍとなる。この様に、ｄの真値に対し測距値は温度変化に大きく影響され、許容できないものとなる。そこで測距装置では、温度変化による影響を低減するような各種の配慮がなされている。
【００２８】
このような温度変化による影響の低減する従来技術として、例えば特許文献１，２，３が知られている。
特許文献１に示すように、レンズ間隔大小２種類の測距装置を組み合わせて、温度に応じて測距装置を切り替えて誤差を低減する方法を提案している。
また、特許文献２に示すように、温度変化に対する測距誤差の関係を予め測定しておき、組み込み装置内に別途設けられた温度測定素子によって毎回温度を測定し、温度変化によって生じていると予想される測距誤差分を予測し補正している。
また、特許文献３は、レンズを保持する保持部材の環境変化に対する膨張若しくは収縮を、前記レンズの膨張若しくは収縮が軽減するように、前記レンズを前記保持部材に位置決め・取り付けされているものである。
【００２９】
【特許文献１】
特許第３３１００７９号公報
（段落番号００１４〜００２６，図１〜図６）
【特許文献２】
特開平１０−２３２１２８号公報
（段落番号００２３〜００４７，図１〜図９）
【特許文献３】
特許第２８８０８２１号公報
（段落番号０００９〜００２２，図１〜図４）
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１，２，３に開示された先行技術では各種の問題があった。
例えば特許文献１の先行技術は、その本質において測距誤差が低減されるわけではなく、かつ２個の測距装置を搭載する必要があるため、組み込む装置、例えばカメラ内でより多くのスペースを占有するため、実用性からみると魅力が少ないという問題があった。
【００３１】
また、特許文献２の先行技術は、別途測距装置周辺に温度測定素子を設けると共に、その値を制御系に組み込み、温度に応じて補正制御を行うので、温度測定素子や温度データ取り込み回路が余分に必要になり、かつまた煩雑な補正制御を実行するので、コスト面・電気回路面・制御操作面で負担が増えるという問題があった。
【００３２】
また、特許文献３の先行技術は、レンズの膨張若しくは収縮を軽減するが、完全にキャンセルはしないものである。従って、温度による膨張・収縮に精度良く対応するためには、特許文献２と同様に温度測定が必要になるという問題があった。
【００３３】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構成で熱膨張収縮の影響を低減するような測距装置を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
温度が変化しても、熱膨張収縮により２つのレンズ間隔と半導体チップの第１，第２受光部上の左右２箇所の基準となる素子間隔が相対的に変化しない、もしくは、変化が少ないように構成する。
具体的には、独立した２つのレンズを用い、半導体チップの熱膨張係数に等しい材料、もしくは、近い熱膨張係数を有する材料によってレンズを保持するレンズホルダを製作し、このレンズホルダに２つのレンズを組み合わせて連結結合することによって、２つのレンズ光軸中心間隔と半導体チップ上の第１，第２受光素子部の間隔が相対的に変化しない、もしくは、変化が少ないようにするものである。
これにより温度が変化しても、測距誤差が生じ難く、結果、対象物体までの距離を従来に比べてより正確に測定することが可能になる。
【００３５】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明の測拒装置は、
リードが一体に形成されたパッケージと、
表面に左右一対の第１，第２受光部が形成され、かつ、パッケージに対してダイボンディングされる半導体チップと、
半導体チップとリードとを電気的に接続する接続手段と、
パッケージに固着される光学ケースと、
材料がガラスである左右一対の第１，第２レンズと、
半導体チップの熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有し、第１，第２レンズが接着により取り付けられる左右一対の第１，第２取付孔を有し、かつ、光学ケースに固着されるレンズホルダと、
を備え、
前記レンズホルダには、前記第１，第２取付孔の中心を結ぶ線の垂直二等分線上に二個の孔が設けられ、
前記光学ケースには、前記レンズホルダの二個の孔に嵌め合わされる二個のボスが設けられ、
前記レンズホルダの二個の孔と前記光学ケースの二個のボスとを嵌め合わせつつ前記光学ケースに前記レンズホルダを固着することを特徴とする。
【００３６】
熱膨張収縮が少ないガラスレンズであるため、レンズホルダとともに相対的な位置の変動を抑えることができる。
【００３７】
また、光学ケースのボスを基準としてレンズホルダが位置決めされるため、光学ケースが熱膨張収縮したとしても、ボス間を結ぶ中心線を基準に半導体チップとレンズホルダとが相対的に移動しないような位置を保つ。これにより、光学ケースの熱膨張収縮により測距誤差が影響されないようにすることができる。
【００３８】
また、本発明の請求項２に係る発明の測距装置は、
リードが一体に形成されたパッケージと、
表面に左右一対の第１，第２受光部が形成され、かつ、パッケージに対してダイボンディングされる半導体チップと、
半導体チップとリードとを電気的に接続する接続手段と、
パッケージに固着される光学ケースと、
材料が透明樹脂である左右一対の第１，第２レンズと、
半導体チップの熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有し、第１，第２レンズが接着により取り付けられる左右一対の第１，第２取付孔を有し、かつ、光学ケースに固着されるレンズホルダと、
を備え、
前記第１，第２レンズは、それぞれ基準ボスと振止めボスとが設けられ、
前記レンズホルダは、前記第１，第２取付孔の中心を結ぶ線上に基準円孔と振止め長孔とが設けられ、
前記レンズホルダの第１，第２取付孔に第１，第２レンズを取り付ける場合、基準ボスと基準円孔とが弾力性を有するような接着層により固着され、かつ、振止めボスと振止め長孔とは遊嵌されて取り付けられ、
前記レンズホルダには、前記第１，第２取付孔の中心を結ぶ線の垂直二等分線上に二個の孔が設けられ、
前記光学ケースには、前記レンズホルダの二個の孔に嵌め合わされる二個のボスが設けられ、
前記レンズホルダの二個の孔と前記光学ケースの二個のボスとを嵌め合わせつつ前記光学ケースに前記レンズホルダを固着することを特徴とする。
【００３９】
樹脂製のレンズは、ガラス製のレンズと比較して熱膨張膨張量が多い。そこで、温度が変化した際のレンズホルダに対するレンズの熱膨張収縮変化を振止めボス（振止め円孔）側で逃すようにし、熱膨張収縮を許容できる機械的構成とした。
【００４０】
光学ケースのボスを基準としてレンズホルダが位置決めされるため、光学ケースが熱膨張収縮したとしても、ボス間を結ぶ中心線を基準に半導体チップとレンズホルダとが相対的に移動しないような位置を保つ。これにより、光学ケースの熱膨張収縮により測距誤差が影響されないようにすることができる。
【００４１】
また、本発明の請求項３に係る発明の測距装置は、
リードが一体に形成されたパッケージと、
表面に左右一対の第１，第２受光部が形成され、かつ、パッケージに対してダイボンディングされる半導体チップと、
半導体チップとリードとを電気的に接続する接続手段と、
パッケージに固着される光学ケースと、
材料が透明樹脂である左右一対の第１，第２レンズと、
半導体チップの熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有し、第１，第２レンズが接着により取り付けられる左右一対の第１，第２取付孔を有し、かつ、光学ケースに固着されるレンズホルダと、
を備え、
前記第１，第２レンズは、それぞれ基準ボスと振止めボスとが設けられ、
前記レンズホルダは、前記第１，第２取付孔の中心を結ぶ線上に基準円孔と振止め長孔とが設けられ、
前記レンズホルダの第１，第２取付孔に第１，第２レンズを取り付ける場合、基準ボスと基準円孔とが弾力性を有するような接着層により固着され、かつ、振止めボスと振止め長孔とは遊嵌されて取り付けられ、
前記レンズホルダには、前記第１取付孔側の基準円孔と、前記第２取付孔側の基準円孔と、の中心を結ぶ線の垂直二等分線上に二個の孔が設けられ、
前記光学ケースには、前記レンズホルダの二個の孔に嵌め合わされる二個のボスが設けられ、
前記レンズホルダの二個の孔と前記光学ケースの二個のボスとを嵌め合わせつつ前記光学ケースに前記レンズホルダを固着することを特徴とする。
【００４２】
樹脂製のレンズは、ガラス製のレンズと比較して熱膨張膨張量が多い。そこで、温度が変化した際のレンズホルダに対するレンズの熱膨張収縮変化を振止めボス（振止め円孔）側で逃すようにし、熱膨張収縮を許容できる機械的構成とした。
【００４３】
光学ケースとレンズホルダとの連結を、第１取付孔側の基準円孔（第１レンズの基準ボス）と、前記第２取付孔側の基準円孔（第２レンズの基準ボス）とを結んだ線の垂直二等分線上に配置することにより、左右の第１，第２レンズの光軸中心位置でのレンズホルダの熱膨張収縮量と第１，第２レンズの熱膨張収縮量とのバランスをとり、結果的に第１，第２レンズの光軸中心位置の移動が同方向に均等に生ずるようにして、温度変化による熱膨張収縮による測距誤差を小さくした。
【００４４】
また、この場合光学ケース、レンズホルダおよび第１，第２レンズの嵌合連結位置を最適配置することにより、光学ケース材料、レンズホルダ材料およびレンズ材料の熱膨張係数の差を利用し、温度変化時の各部の膨張収縮量と膨張収縮方向のバランスをとり、温度変化に伴う変位が打ち消しあい、レンズの光軸中心の移動が左右対称で、かつ、半導体チップ側との膨張収縮差がほとんど無い様にし、結果、測距誤差がほとんど生じないようにした。
【００４５】
また、本発明の請求項４に係る発明の測距装置は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の測距装置において、
前記レンズホルダの二個の孔は、何れか一方が円孔で他方が長孔であることを特徴とする。
【００４６】
長孔が軸間方向と垂直方向（ボス間を結ぶ線の方向やボス間を結ぶ中心線方向）に伸びるような孔とし、垂直方向に光学ケースが熱膨張収縮しても、レンズホルダに影響を与えないようにすることができる。
【００４７】
また、本発明の請求項５に係る発明の測距装置は、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の測距装置において、
前記レンズホルダの材料は、４２アロイ合金、５０アロイ合金、アンバー合金、スーパーアンバー合金、コバール、結晶化ガラス、耐熱ガラス、ボロン系セラミックの何れかであることを特徴とする。
【００４８】
本発明の測距装置は、半導体チップの熱膨張係数とほぼ等しい熱膨張係数を有する材料でレンズホルダを構成することにより、温度変化によって生ずるレンズ間隔の熱膨張収縮と半導体チップの素子間隔の熱膨張収縮とを整合し、温度変化によって生ずる測定距離の誤差を低減する。
【００４９】
また、本発明の請求項６に係る発明の測距装置は、
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の測距装置において、
前記光学ケースと前記レンズホルダとを固着する接着層は弾力性を有することを特徴とする。
【００５０】
また、本発明の請求項７に係る発明の測距装置は、
請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の測距装置において、
前記パッケージと前記半導体チップとをダイボンディングする接着層は弾力性を有することを特徴とする。
【００５１】
光学ケースとレンズホルダとを固着する接着層、および、パッケージと半導体チップとをダイボンディングする接着層は、接着剤として塗布し、硬化終了後も完全に固くならずに弾性を有するような層とした。これにより、温度変化による熱膨張収縮の変位差を吸収・平均化し、相対的な位置の変動を抑える。
【００５６】
【発明の実施の形態】
続いて、請求項１，請求項４〜請求項７に係る発明の第１実施形態の測距装置について、図を参照しつつ説明する。図１は本実施形態の測距装置の構成図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、図１（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。図２は部品の構成図で、図２（ａ）は光学ケースの平面図、図２（ｂ）はレンズホルダの平面図である。図３はレンズの一般的な結像関係を示す模式図である。
【００５７】
この測距装置１は、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すように、パッケージ１０、リード２０、半導体チップ３０、接続手段の具体例であるワイヤ４０、光学ケース５０、レンズホルダ６０、レンズ７０、接着層８０を備えている。レンズ７０は、左側に第１レンズ７１，右側に第２レンズ７２（以下、第１，第２レンズ７１，７２という）というそれぞれ独立する左右一対のレンズである。
【００５８】
続いて各構成について説明する。
パッケージ１０は、透明窓１１と、パッケージ筐体１２と、裏蓋１３と、封止物１４で構成される。リード２０は、鉄もしくは銅を主材料とする合金で形成されている。このパッケージ筐体１２は、リード２０と一体に形成され、更にパッケージ筐体１２と連結して形成されたダイパッド部１２ａに、半導体チップ３０がダイボンディングされている。このパッケージ筐体１２に半導体チップ３０をダイボンディングする際に、予めパッケージ筐体１２のダイパッド部１２ａには、接着剤が塗布され、これを介して半導体チップ３０はパッケージ筐体１２に接着される。接着剤は硬化後、接着層８０となる。
【００５９】
この半導体チップ３０は、その表面に受光するための第１受光部，第２受光部（図示せず）が形成されている。
第１，第２受光部はＣＭＯＳやＣＣＤ等の受光素子によって成り、後述するが、それぞれの受光素子からは光の強度に応じて信号が出力される。この半導体チップ３０は、ワイヤ４０によってリード２０と電気的に接続される。
そして、パッケージ１０は、パッケージ筐体１２に透明窓１１を溶着等により貼り合わせ、裏面を上側に向けて封止物１４を裏側から充填し、裏蓋１３を貼り合わせてパッケージ１０を完成する。
【００６０】
光学ケース５０は、遮光性のある樹脂を材料とし、後述するが絞りとしての機能を併せ持つ。この光学ケース５０は、パッケージ１０の透明板１１に固着されている。図２（ａ）で示すように、光学ケース５０の上側には、２個のボス５１，５２、台座部５３，５４，５５、絞り孔５６，５７が設けられている。２個のボス５１，５２は台座５４上に突設される。
【００６１】
レンズホルダ６０は、図２（ｂ）で示すように板状に形成され、第１取付孔６１、第２取付孔６２、円孔６３、長孔６４が設けられている。第１，第２取付孔６１，６２は、光を透過し、かつ第１，第２レンズ７１，７２の位置決めを行うための孔である。
第１，第２レンズ７１，７２の外周のコバ（切削面）には図１（ｃ）の拡大図で示すように段差が設けられ、段側面部７３、段下面部７４、外周コバ７５が形成され、段下面部７４が接着代となり、また、段側面部７３が第１，第２取付孔６１，６２に対して嵌合位置決めのために設けられる。
【００６２】
第１取付孔６１に第１レンズ７１が、また、第２取付孔６２に第２レンズ７２が、それぞれはめ込まれ、第１，第２レンズ７１，７２の段側面部７３と第１，第２取付孔６１，６２との間に僅かな隙間をもって精密に嵌合される。
組み合せに際して、図２（ｂ）で示すように、第１，第２取付孔６１，６２の外周近傍には接着剤（例えばエポキシ樹脂、封止ガラス等）が塗布され、これに第１，第２レンズ７１，７２の段側面部７３，段下面部７４が当てられて接着され、硬化後接着層（図示せず）が形成される。
また、図２（ｂ）で示すように、レンズホルダ６０の円孔６３、長孔６４は、第１取付孔６１と第２取付孔６２の中心を結ぶ線（第１レンズ７１，第２レンズ７２の光軸中心を結ぶ線）の垂直二等分線上に位置するように設けられる。長孔６４が伸びる方向は、垂直二等分線と略同じ方向である。
【００６３】
このようなレンズホルダ６０を光学ケース５０に取り付けるが、この場合、光学ケース５０決められた範囲（例えば図２（ａ）の斜線で示すように台座５４上のボス５１周辺という接着層８０の形成面）に予め接着剤を塗布しておき、光学ケース５０のボス５１，５２にレンズホルダの円孔６３，長孔６４を嵌め合わせた上で接着・固定する。なお、左右両側の台座部５３，５５上およびボス５２の周辺には接着層が形成されない。これらの点については後述する。
測距装置１の構成はこのようなものである。
【００６４】
続いて光学的機能について説明する
第１，第２レンズ７１，７２は、測距の対象物体から放たれる光を受け、半導体チップ３０の表面近傍に集光する。第１，第２レンズ７１，７２と半導体チップ３０との間隔は、第１，第２レンズ７１，７２の焦点距離ｆに応じて決定される。
【００６５】
光学ケース５０は先に説明した遮光機能を有し、外部からの余分な光を遮へいしつつ、第１，第２レンズ７１，７２を通過した光を、絞り孔５６，５７が光量調整しつつ、半導体チップ３０へ集光させる。
半導体チップ３０の表面近傍に集光する光は、第１，第２受光部により受光され電気的な信号に変換される。
測距装置１の光学的機能の概略はこのようなものである。
【００６６】
続いて本実施形態の特徴点となる測距誤差の低減について述べる。本実施形態の測距装置１は、レンズホルダ６０の熱膨張係数と半導体チップ３０の熱膨張係数とをほぼ等しくし、温度変化によって生ずるレンズ間隔の熱膨張収縮と半導体チップの素子間隔の熱膨張収縮を整合して、測距誤差を低減する点にある。なお、半導体チップ３０は、その機能に応じて優先的に決定されて変更できないため、レンズホルダ６０を調整することで、熱膨張係数を一致させる。これは請求項１，２に係る発明に関するものである。
【００６７】
続いて、レンズホルダ６０の熱膨張係数を、半導体チップ３０の熱膨張係数と略等しくすることによる測距誤差の低減原理について説明する。
測距装置１を２５℃で使用する場合を基準とする例を考える。
主にシリコンを材料とする半導体チップ３０の熱膨張係数は、およそτ_Ｃ２５＝２．５×１０^−６（１／℃）である。そこで、第１，第２レンズ７１，７２を取り付けるレンズホルダ６０を、半導体チップ３０の熱膨張係数に近い係数を持つ材料、例えば４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）で形成したならば、レンズホルダ６０の熱膨張係数はτ_Ｌ２５＝４．７×１０^−６（１／℃）である。
【００６８】
第１レンズ７１と第２レンズ７２とは独立しており、それぞれがレンズホルダ６０に取り付けられている。従って、温度変化によるレンズ光軸中心間距離の変化はレンズホルダ６０によって決まると考えて差し支えない。
【００６９】
前出の数４，５を用いる。
初期状態の温度を２５℃、温度変化をΔｔ＝２０℃、レンズの間隔ｂ＝５．５ｍｍ、レンズの焦点距離ｆ＝６．０ｍｍ、レンズホルダ６０の材料を４２アロイとして熱膨張係数τ_Ｌ２５＝４．７×１０^−６（１／℃）、半導体チップ３０をシリコンとして熱膨張係数τ_Ｃ２５＝２．５×１０^−６（１／℃）、対象物体までの距離ｄを真値で１０００ｍｍとする。
前出の数４を用いて計算すると次式のようになる。
【００７０】
【数８】

【００７１】
一方、温度変化Δｔ＋２０℃による影響分は数５により次式のようになる。
【００７２】
【数９】

【００７３】
これにより温度変化後の測定値ｄ’を計算すると次式のようになる。
【００７４】
【数１０】

【００７５】
測定距離はおよそ７ｍｍの変化となり、従来技術と比較しても大幅に改善されている。
一方、実際に映像を記録するカメラのレンズ側の性能から、許容される結像面位置の裕度、焦点深度が与えられる。図３で示すように、レンズの結像関係より、対象物体から前側焦点までの距離Ｚ、レンズの焦点距離ｆ_０ｂ、対象物体の大きさと結んだ像の大きさの比（倍率）Ｍ（≡ｙ’／ｙ）、後側焦点から像までの距離Ｚ’とする。距離Ｚは次式のように表される。
【００７６】
【数１１】

【００７７】
また、距離Ｚ’は次式のように表される。
【００７８】
【数１２】

【００７９】
これら数１１，数１２の数式を元に、撮影するレンズの焦点距離ｆ_０ｂ＝２５ｍｍ、対象物体とレンズまでの距離ｄ＝１０００ｍｍの場合、倍率Ｍを計算する。
【００８０】
【数１３】

【００８１】
後側焦点から像までの距離Ｚ’を計算する。
【００８２】
【数１４】

【００８３】
ここで、温度が変化し、熱膨張収縮によって測距装置１から得られる値に誤差が生じる場合、先の値を用いｄ’≒１００７ｍｍとすると、対象物体から前側焦点までの距離を計算すると次式のようになる。
【００８４】
【数１５】

【００８５】
後側焦点から像までの距離を計算すると次式のようになる。
【００８６】
【数１６】

【００８７】
従って、結像面位置のズレは、その差０．００４６ｍｍである。
一般的に撮影レンズにおける結像面位置の裕度を示す焦点深度は、結像面上の許容錯乱円径をεとし、レンズのＦナンバーをＦとすると、理想的な結像面位置に対し焦点深度＝±ε×Ｆとなる。なお、Ｆナンバーはレンズの焦点距離ｆをレンズの口径Ｄで割った値である。
【００８８】
例を挙げると、フィルムを使用するカメラの場合、一般的に許容錯乱円径ε＝３０μｍ程度、レンズのＦナンバーがＦ＝２であると、焦点深度を計算すると次のようになる。
【００８９】
【数１７】

【００９０】
またもう一例を挙げると、ＣＣＤ等の受光素子を用いたデジタルカメラの場合、１画素の大きさがおよそ縦横３．５μｍ四方である。但し、一般的なデジタルカメラ用ＣＣＤの受光素子表面には青、赤、緑に対応するフィルターが取りつけられて、４受光素子で１組の構成になっているので、正方４受光素子の対角線長を許容錯乱円径と考えるとε’は次式のようになる。
【００９１】
【数１８】

【００９２】
レンズのＦナンバーがＦ＝２であると、焦点深度を計算すると次式のようになる。
【００９３】
【数１９】

【００９４】
以上の焦点深度に対し、計算によって得られた測距装置の温度変化により生ずる誤差は、温度変化Δ２０℃に対して４．６μｍであり、小さく抑えられている。
従って、本発明による測距距離１は、カメラの様な映像を記録する装置、特にデジタルカメラのように受光素子面サイズが小さく、かつ、受光素子単体のサイズが小さい焦点深度の余裕が少ない機器において使用され、対象までの距離情報を提供する場合に効果的である。
測距誤差の低減はこのようなものとなる。
【００９５】
さて本発明では、レンズホルダ６０の材料を４２アロイ合金として説明をしたが、もちろんこれに限定されるわけではなく、半導体チップ３０の熱膨張特性に近い熱膨張係数を有する材料であればよい。
【００９６】
レンズホルダ６０は、特に−２０℃から６０℃の温度範囲において、半導体チップ３０の熱膨張係数に等しい、もしくは、近い熱膨張係数をもつ材料、例えば４２アロイ合金（５８％Ｆｅ−４２％Ｎｉ、熱膨張係数＝４．７×１０^−６）、５０アロイ合金（５０％Ｆｅ−５０％Ｎｉ、熱膨張係数＝９．５×１０^−６）、アンバー合金（６３％Ｆｅ−３２％Ｎｉ−５％Ｃ、熱膨張係数＝（０〜１）×１０^−６）、コバール（Ｆｅ−２７％Ｎｉ−１５％Ｃ、熱膨張係数＝５×１０^−６）といった合金系材料、結晶化ガラス（熱膨張係数＝１．５×１０^−６）、耐熱ガラス（熱膨張係数＝（３．９〜５．３）×１０^−６）、ボロン系セラミック（熱膨張係数＝（５．５〜８．５）×１０^−６）といったガラス系材料、もしくは同様の性質を示す材料で作られる。これらどの材料を選択するかは、半導体チップ３０に応じて決定されるが、半導体チップ３０がシリコン製であるならば、上記熱膨張係数に対して許容内の誤差とすることができる。
【００９７】
なお、本発明では他にも熱膨張収縮に影響されないようにする各種の配慮がなされている。例えば、本実施形態では光学ケース５０とレンズホルダ６０とを固着する接着層は硬化終了後でも弾力性を有するような接着剤が選択されている。さらに、パッケージ１０と半導体チップ３０とをダイボンディングする接着層も硬化終了後でも弾力性を有するような接着剤が選択されている。これらは請求項３，４の発明に係るものである。
【００９８】
先の説明において、パッケージ１０に半導体チップ３０をダイボンディングする際に、予めパッケージ筐体１２のダイパッド部１２ａには、接着剤が塗布され、硬化後に接着層８０により半導体チップ３０がパッケージ１０に接着・一体化されることを説明した。
また、光学ケース５０の２個のボス５１，５２に、レンズホルダ６０の円孔６３、長孔６４が嵌め合わされて組み立てられ、予めボス５１の周辺に塗布された接着剤が硬化後に接着層８０となり、この接着層８０によりレンズホルダ６０が光学ケース５０に接着・固定されることを説明した。
【００９９】
半導体チップ３０をパッケージ１０に固着する接着層８０、及び、レンズホルダ６０を光学ケース５０に固定する接着層８０は、硬化後においても特にゴムの様な弾力性を有する。この接着層８０の硬度は、デュロメータ硬さにて４０から７０の値を示す。なおデュロメータ硬さは米国材料試験協会規格ＡＳＴＭＤ２２４０（ＩＳＯ国際規格ＩＳＯ８６８、ＪＩＳ規格ＪＩＳＫ７２１５）に規定される。
【０１００】
接着層８０がゴムの様な弾力性を有することにより、温度変化時に半導体チップ３０とパッケージ１０との間、および、光学ケース５０とレンズホルダ６０との間で、熱膨張収縮差により生ずる変位差とこれに起因する内部応力を緩和し、半導体チップ３０やレンズホルダ６０を変形させないようにする。
また、低温高温を繰り返すヒートサイクルにおいても半導体チップ３０とパッケージ１０との間やレンズホルダ６０と光学ケース５０との間で、繰り返しに熱膨張収縮が起こる場合でも、接着層８０やその界面において疲労破壊を生じないようにする。
【０１０１】
更に、パッケージ１０と半導体チップ３０との間、または、光学ケース５０とのレンズホルダ６０と間が、この弾力性を有する接着層８０により接合連結されるので、温度変化時の熱膨張収縮により生ずる変位差は接合面内において分散・平均化され、パッケージ１０に対する半導体チップ３０の相対的な位置あるいは光学ケース５０に対するレンズホルダ６０の相対的な位置の変動を抑えるように機能するものである。
【０１０２】
続いて、熱膨張収縮に影響されないようにする他の配慮として、例えば、本実施形態では第１，第２レンズ７１，７２として熱膨張係数がレンズホルダ６０に近い特性を有するガラスを材料として形成されるガラスレンズとし、レンズホルダ６０の第１取付孔６１に第１レンズ７１を、また、第２取付孔６２に第２レンズ７２をそれぞれを独立させてレンズホルダ６０に接着して一体化している。これらは請求項５の発明に係るものである。
【０１０３】
図１で示す測距装置１において、レンズホルダ６０に対して第１，第２レンズ７１，７２を取り付ける際に、一般的には接着剤を用いて接合することが考えられる。このとき、高温低温を繰り返す温度変化サイクルに第１，第２レンズ７１，７２や接着剤が曝されることを考慮して採用された構成である。
第１，第２レンズ７１，７２とレンズホルダ６０は、大きさが小さく、かつ、これら各々材料の熱膨張係数自体も小さく、また接着層も封止ガラスのように熱膨張係数が近いものを採用し、更に材料間での熱膨張係数の差も僅かなので、温度変化のサイクルに曝されても、接着層やその接合界面が破壊されることはない。
【０１０４】
続いて、熱膨張収縮に影響されないようにする他の配慮として、例えば、本実施形態ではレンズホルダ６０は、第１，第２取付孔６１，６２の中心を結ぶ線（第１，第２レンズ７１，７２の光軸中心を結ぶ線）の垂直二等分線上に円孔６３，長孔６４が設けられ、光学ケース５０の二個のボス５１，５２に嵌め合わせて組立てるように構成されている。これらは請求項６，７の発明に係るものである。
【０１０５】
光学ケース５０とレンズホルダ６０との間で温度変化による膨張収縮の変位差がある。特に、光学ケースが樹脂製の場合は変位差が大きい。しかしながら、光学ケース５０のボス５１，５２に円孔６３，長孔６４とがはめ込まれたレンズホルダ６０はこの嵌合箇所が基準となり、光学ケース５０が横方向（図１（ａ）では左右方向）に膨張収縮しても、レンズホルダ６０は基準に留まるため、第１，第２レンズ７１，７２の位置やレンズ間隔ｂは光学ケース５０の熱膨張収縮に影響されず、光軸がずれることはない。また、図２（ａ）で示した台座部５４上の接着層８０（図１（ｂ），（ｃ）参照）は弾力性を有するため、光学ケース５０の熱膨張収縮に影響を受けない。
【０１０６】
さらに光学ケース５０が前後方向（図１（ａ）では上下方向）に膨張収縮してもボス５２側の台座部５４は接着されておらず、ボス５１を基点にして、ボス５２と長孔６４とにおいて容易に移動して熱膨張収縮を吸収するため、光学ケース５０の熱膨張収縮に影響されない。なお、受光素子は前後方向（図１（ａ）では上下方向）に長い素子であるため、前後方向の膨張収縮は光学的に許容できる。
【０１０７】
以上本実施形態について説明した。本実施形態で説明した構成は、この構成に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更されるものである。
【０１０８】
続いて請求項２，請求項４〜請求項７に係る第２実施形態の測距装置について図を参照しつつ説明する。図４は本実施形態の測距装置の構成図で、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図、図４（ｃ）はＤ−Ｄ線断面図である。図５は部品の構成図で、図５（ａ）はレンズホルダ平面図、図５（ｂ）はレンズの正面図、図５（ｃ）はレンズの底面図、図５（ｄ）はレンズの側面図である。図６は測距装置の接着と熱膨張収縮とを説明する説明図である。
【０１０９】
この測距装置２は、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すように、パッケージ１０、リード２０、半導体チップ３０、ワイヤ４０、光学ケース５０、レンズホルダ１００、レンズ１１０、接着層８０を備えている。レンズ１１０は、左側の第１レンズ１１１，右側の第２レンズ１１２という左右一対のレンズである。
【０１１０】
本実施形態は、特に樹脂製のレンズを用いる。透明樹脂は、それ自体が温度変化による熱膨張収縮が大きく、先に説明したガラスレンズと異なり、レンズホルダ１００と第１，第２レンズ１１１，１１２とを接着によって組み合わせた場合、その熱膨張収縮度合いの差によって第１，第２レンズ１１１，１１２に負荷がかかり表面に変形を生じ、結果、光学的特性に影響を与える恐れがある。
また、温度変化が繰り返されると第１，第２レンズ１１１，１１２とレンズホルダ１００間を連結接合している接着剤内部及び接合界面に繰り返し応力が生じ、結果、疲労によって接着剤もしくは界面が破壊される恐れがある。
【０１１１】
このため、第１実施形態の構成の一部を変更し、左右一対の第１，第２レンズ１１１，１１２を、透明樹脂を材料として形成される樹脂レンズとし、さらにレンズホルダ１００の左右一対の第１，第２取付孔１０１，１０２に第１，第２レンズ１１１，１１２を、弾性を有する接着層によって一体化し、第１，第２レンズ１１１，１１２の熱膨張収縮に配慮した構成となっている。
本実施形態は、第１実施形態と比較するとレンズホルダ１００とレンズ１１０とが相違しているが、他は第１実施形態と同様であり、同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。
【０１１２】
レンズホルダ１００は、第１実施形態と同様に、半導体チップ３０と熱膨張係数が近い材料とし、図５（ａ）で示すように、第１取付孔１０１、第２取付孔１０２、円孔１０３、長孔１０４、基準円孔１０５、振止め長孔１０６、スリット１０７が形成されている。
また、第１，第２レンズ１１１，１１２は、透明樹脂、例えばポリカーボネイトを材料として製造され、図５（ｂ）で示すように、透明樹脂製の外周のコバ（レンズ切削面）が段状に形成され、段側面部１１３、段下面部１１４、外周コバ１１５が設けられ、段下面部１１４の２箇所に基準ボス１１６と振止めボス１１７が設けられる。
【０１１３】
レンズホルダ１００の第１取付孔１０１，第２取付孔１０２は、レンズ１１０の段側面部１１３に対して熱膨張収縮による大きさの変化を吸収するために十分な隙間を設定した大きさである。また、円孔１０３は、光学ケース５０のボス５１が嵌め合わされ、長孔１０４は光学ケース５０のボス５２が嵌め合わされる。
そして二カ所の基準円孔１０５には、第１，第２レンズ１１１，１１２の基準ボス１１６がそれぞれ嵌め合わされて固着され、また、二カ所の振止め長孔１０６には、第１，第２レンズ１１１，１１２の振止めボス１１７が遊嵌（固着せずに嵌め込む）されて取付けられる。
【０１１４】
基準円孔１０５と振止め長孔１０６は第１，第２取付孔１０１，１０２の中心間（二個の基準円孔１０５中心間）を結んだ線分の延長線上に配置されている。
さらに、振止め長孔１０６は、第１，第２取付孔１０１，１０２の中心間（二個の基準円孔１０５中心間）を結んだ線分方向に長円形である。
そして、基準円孔１０５の近傍に基準円孔１０５を挟むように扇状の切り欠きであるスリット１０７が設けられる。スリット１０７は第１，第２取付孔１０１，１０２と連通する。
【０１１５】
このようなレンズホルダ１００の第１，第２取付孔１０１，１０２に第１，第２レンズ１１１，１１２を接着により固定する。
図６で示すように、第１，第２レンズ１１１，１１２をレンズホルダ１００に組み合わせる接着剤は、硬化後でも弾力性を有するような接着剤を用い、第１，第２レンズ１１１，１１２の基準ボス１１６近傍の段下面部１１４および段側面部１１３にのみ塗布され、レンズホルダ１００の第１，第２取付孔１０１，１０２及び扇状の切り欠きであるスリット１０７（スリット１０７は図６の矢印Ａで示すように孔が形成されて接着剤の流れをとめることを目的として設けられている。）の境界内において接着する。接着剤の量が僅かなので、接着剤は図６の矢印Ｂで示した接合面境界内に留まり、はみ出し拡散していくことはない。
【０１１６】
なお、この接合面境界の形状は、第１，第２取付孔１０１，１０２（二個の基準円孔１０５）の中心を結んだ線分に対して線対称の形状であることが望ましい。
この接合面は面積が小さく、温度変化による熱膨張収縮差も僅かで、かつ、弾力性に富む接着剤を用いるので、形成される接着層８０は繰り返し温度変化により接着層８０の内部や接合界面が破壊されることはない。
【０１１７】
このような測距装置２は、図４（ａ）で示すように、光学ケース５０のボス５１，５２とレンズホルダの円孔１０３，長孔１０４との連結位置を嵌合連結位置とし、第１レンズ１１１の基準ボス１１６から嵌合連結位置までの距離をＳ_Ｌと、また、第２レンズ１１２の基準ボス１１６から嵌合連結位置までの距離をＳ_Ｒとすると、距離（Ｓ_Ｌ＋Ｓ_Ｒ）は、基準間隔ｂに等しく設定されている。
【０１１８】
続いて、このような構成による測距誤差の低減について説明する。この第１，第２レンズ１１１，１１２は熱により、次の二種類の挙動を行う。すなわち、（１）接着層８０の熱変化による挙動（２）第１，第２レンズ１１１，１１２の熱膨張収縮により挙動の二種類がある。
【０１１９】
（１）の接着層８０の熱変化による挙動の測距誤差の低減について説明する。
第１，第２レンズ１１１，１１２とレンズホルダ１００とは、第１，第２レンズ１１１，１１２レンズの基準ボス１１６の段側面部１１３・段下面部１１４とレンズホルダ１００との間に形成された接着層８０により結合保持されるが、この接着層８０の接合境界内における接着剤量や接合境界面積を厳密に左右均等とすることは難しく、温度変化に曝されたとき接着層８０内部の微妙なアンバランスによって、基準ボス１１６を支点として第１，第２レンズ１１１，１１２が第１，第２取付孔１０１，１０２内で微少距離移動して光軸ずれを生ずるおそれがある。特に基準ボス１１６を中心にした回転運動が問題となる。
このような移動は、第１，第２レンズ１１１，１１２の基準間隔ｂの線分方向にも及ぶので、間隔ｂの長さも微少変化させ、結果、距離の測定値に影響を与える。
【０１２０】
しかしながら、本実施形態のようにレンズホルダ１００の基準円孔１０５と振止め長孔１０６とは、第１，第２取付孔１０１，１０２（二個の基準円孔１０５）の中心を結んだ線分の延長線上に配置され、かつ振止め長孔１０６は延長線上に長いようにしたため、温度変化により基準ボス１１６と基準円孔１０５との組合せを支点としたレンズの移動は、振止め長孔１０６により振止めボス１１７が殆ど移動しないように拘束され、第１，第２レンズ１１１，１１２の基準間隔ｂに対する間隔の変化は非常に小さくなり、結果、距離の測定値に与える影響も無視できるほど僅かとなる。
【０１２１】
第１，第２取付孔１０１，１０２（二個の基準円孔１０５）の中心を結んだ線に対する直角方向の微妙な動きは、半導体チップ３０の第１，第２受光部の中心線分に対する第１，第２レンズ１１１，１１２の両光軸中心を結ぶ線分の平行度合いを変化させるが、その値は小さく、距離の測定値に与える影響は間隔ｂの変化に比べると遙かに小さい。
【０１２２】
（２）の熱膨張収縮による挙動の測距誤差の低減について説明する。
第１，第２レンズ１１１，１１２自体の熱膨張収縮の動きは、基準ボス１１６を起点に考えると、図６の矢印Ｃで示すように、振止めボス１１７は振止め長孔１０６内を移動するため制約を受けず、レンズホルダ１００と第１，第２レンズ１１１，１１２との間に熱膨張収縮差があっても第１，第２レンズ１１１，１１２に歪みを与えない。
【０１２３】
さらに光学ケース５０が前後方向（図４（ａ）では上下方向）に膨張収縮しても、図６の矢印Ｄで示すようにボス５１側の台座部５４（図２参照）はレンズホルダ１００と接着されているが、矢印Ｅで示すようにボス５２側の台座部５４（図２参照）はレンズホルダ１００と接着されておらず、ボス５１を基点にして、ボス５２と長孔６４とにおいて熱膨張収縮を吸収するため、光学ケース５０の熱膨張収縮に影響されない。なお、第１，第２受光部の受光素子は前後方向（図４（ａ）では上下方向）に長い素子であるため、前後方向の膨張収縮は光学的に許容できる。
【０１２４】
さらに、第１，第２取付孔１０１，１０２（二個の基準円孔１０５）の中心を結んだ線方向と、第１，第２レンズ１１１，１１２が、基準ボス１１６を基準として熱膨張収縮する方向は同じであり、温度変化によって第１，第２レンズ１１１，１１２に生じる熱膨張収縮は光軸が同じ方向に同じ量移動することでキャンセルされ、結果、温度変化による第１，第２レンズ１１１，１１２の光軸中心の間隔の変化は、第１，第２レンズ１１１，１１２のそれぞれの第１基準ボス１１５とホルダの孔１１１の接合部の間隔変化と同じとなり、測距誤差が原理上発生しない。
【０１２５】
続いて、請求項３〜請求項７に係る第３実施形態の測距装置について説明する。
図７は本実施形態の測距装置の構成図で、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）はＥ−Ｅ線断面図、図７（ｃ）は右側面図である。図８は部品図であり、図８（ａ）は光学ケースの平面図、図８（ｂ）はレンズホルダの平面図である。図９は熱膨張収縮のキャンセル原理を説明する説明図である。
【０１２６】
この測距装置３は、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すように、パッケージ１０、リード２０、半導体チップ３０、ワイヤ４０、光学ケース１２０、レンズホルダ１３０、レンズ１１０、接着層８０を備えている。レンズ１１０は、左側の第１レンズ１１１，右側の第２レンズ１１２という左右一対のレンズである。
【０１２７】
本実施形態は、第２実施形態と比較して、特に光学ケース１２０とレンズホルダ１３０との連結を、第１，第２取付孔１３１，１３２の二個の基準円孔１３５の中心を結ぶ線の垂直二等分線上であってそれぞれ図７（ａ）の上下両側に円孔１３３，長孔１３４を設け、光学ケース１２０の２箇所のボス１２１、１２２と、レンズホルダ１３０の２箇所の円孔１３３，長孔１３４とを嵌合・結合する構造とした。また、光学ケース１２０を、第１，第２レンズ１１１，１１２とほぼ等しい熱膨張係数を有するポリカーボネイト等の樹脂製で構成した。
【０１２８】
続いてこのような構造を採用する理由について説明する。
先に図４（ａ）で示した第２実施形態では、距離Ｓ_Ｌと、距離Ｓ_Ｒと、では長さが異なり、光学ケース１２０とレンズホルダ１００との嵌合・結合位置を基準とすると左右が非対称なため、温度変化時の半導体チップ３０側の変位と第１，第２レンズ１１１，１１２の光軸中心間隔の変位差自体は僅かであるが、若干の測距精度誤差を生じるという問題点があった。
【０１２９】
そこで次のようなキャンセル原理を考える。
光学ケース１２０とパッケージ１０とは、図７で示すようにその接合面全体で結合されているので、測距装置３の対象中心軸Ｚ−Ｚを基準に全方向に均等に膨張収縮すると考える。
更に、対称中心軸Ｚ−Ｚから光学ケース１２０のボス１２１，１２２とレンズホルダ１３０の円孔１３３，長孔１３４の組合せ位置までの距離Ｋ_Ｓを、第１，第２レンズ１１１，１１２の基準ボス１１６から第１，第２レンズ１１１，１１２の光軸中心までの距離Ｋ（第１，第２取付孔１３１，１３２の基準円孔から第１，第２取付孔１３１，１３２の中心までの距離Ｋ）と等しくする。
【０１３０】
この構成によると、第１，第２レンズ１１１，１１２、光学ケース１２０と、レンズホルダ１３０との組み合わせで、対称中心軸Ｚ−Ｚ位置を基準に左右対称に熱膨張収縮による変位が生ずる。この点について数式を挙げつつ説明する。
温度変化時、半導体チップ３０側からみると、光学ケース１２０は対称中心軸Ｚ−Ｚを起点として膨張収縮するので、光学ケース１２０のボス１２１，１２２位置にて結合されているレンズホルダ１３０及びレンズホルダ１３０上に置かれた第１，第２レンズ１１１，１１２は、一体となって移動し、その大きさは距離Ｋ_Ｓ、光学ケース１２０の熱膨張係数τ_Ａ、および温度変化Δｔによって決まり、次式のようになる。
【０１３１】
【数２０】

【０１３２】
一方、第１，第２レンズ１１１，１１２は、ボス１２１，１２２とレンズホルダ１３０の円孔１３３，長孔１３４の結合位置を起点に、レンズホルダ１３０の熱膨張係数τ_Ｈ、距離Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒ、温度変化Δｔとで決まる大きさで左右対称に膨張収縮する。
【０１３３】
更に、第１，第２のレンズ１１１，１１２の光軸中心は、第１，第２レンズ１１１，１１２の基準ボス１１６を起点にして振止めボス１１７の方向へ膨張収縮する。膨張収縮量は、第１，第２レンズ１１１，１１２の熱膨張係数τ_Ｌ、距離ｋ、温度変化Δｔで決まる大きさとなる。
このとき、光学ケース１２０の熱膨張係数τ_Ａ、第１，第２レンズ１１１，１１２の熱膨張係数τ_Ｌは等しく、光学ケース１２０に対するレンズホルダ１３０と一体の第１，第２レンズ１１１，１１２の変位方向と、レンズホルダ１３０に対する第１，第２レンズ１１１，１１２の変位方向が逆なので、光学ケース１２０、レンズホルダ１３０、第１，第２レンズ１１１，１１２の組合せにおいて、対称中心軸Ｚ−Ｚを基準にみると膨張収縮量は相殺されて、レンズホルダ１３０で生じる変位（Ｓ_Ｌ＋Ｓ_Ｒ）×τ_Ｈ×Δｔのみが残る。
【０１３４】
この結果、距離測定に係わる変動、すなわち、基準位置Ｐ_０からのズレ量Ｘ_Ｌ、Ｘ_Ｒの和（Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｒ）は、半導体チップ３０とレンズホルダ１３０との熱膨張係数の差によって決まるので、第１，第２レンズ１１１，１１２とレンズホルダ１３０の取り付け構造とその配置を変えることで本発明の目的である温度変化に対して距離測定誤差がほとんど生じない測距装置が実現できる。
【０１３５】
続いて、請求項３〜請求項７に係る第４実施形態の測距装置について説明する。
図１０は本実施形態の測距装置の平面図である。本実施形態では構成は第３実施形態と同一であるが、キャンセル原理をより一般化したものである。なお基本的にＫＬ≠ＫＲを前提とする。
【０１３６】
図１０に示すように、光学ケース１２０の材料、レンズホルダ１３０の材料、および第１，第２レンズ１１１，１１２の材料で、それぞれ熱膨張係数が異なることを利用して、全体として半導体チップ３０に対する膨張収縮の差を無くす方法を提案する。
まず、光学ケース１２０のボス１２１，１２２とレンズホルダ１３０の孔１３３，１３４の結合位置を起点にして、レンズホルダ１３０上の第１，第２レンズ１１１，１１２それぞれの基準ボス１１６の熱膨張収縮に伴う移動が左右対称となるよう、次式とする。
【０１３７】
【数２１】

【０１３８】
次に、半導体チップ３０側での基準間隔ｂの熱膨張収縮と、第１，第２レンズ１１１，１１２とレンズホルダ１３との組合せは次式のようになる。
【０１３９】
【数２２】

【０１４０】
この式によって半導体チップ３０の基準間隔ｂの膨張収縮と第１，第２レンズ１１１，１１２の光軸中心間距離における膨張収縮とを、一致させるように各距離Ｓ_Ｒ，Ｓ_Ｌ，Ｋ_Ｒ，Ｋ_Ｌを決める。
次に、距離Ｋ_Ｓ（対称中心軸Ｚ−Ｚから光学ケース１２０のボス１２１，１２２まで、または、対称中心軸Ｚ−Ｚからレンズホルダ１３０の円孔１３３，長孔１３４まで）の距離の熱膨張収縮と、平均距離（Ｋ_Ｌ＋Ｋ_Ｒ）／２（第１レンズ１１１の光軸中心から基準ボス１１６までの距離Ｋ_Ｌと、第２レンズ１１２の光軸中心から基準ボス１１６までの距離Ｋ_Ｒとの平均）の膨張収縮と、を一致させる。つまり次式に示すようになる。
【０１４１】
【数２３】

右辺はホルダに対する、２つのレンズをあわせたシステムの重心の移動距離に相当する。対称中心軸Ｚ−Ｚに対して第１，第２レンズ１１１，１１２の光軸中心の移動がチップの中心基準で考えると左右対称で、かつ、半導体チップ３０との膨張収縮差がほとんど無いようにする。
これらの条件を満足すると、温度変化に対して最も距離測定誤差が少ない測距装置となる。
なお、本実施形態では基本的にＫ_Ｌ≠Ｋ_Ｒを前提としたが、上記の数２１，２２を満たせばＫ_Ｌ＝Ｋ_Ｒでも適用できる。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、半導体チップと同等の熱膨張係数を有する材料を用いたホルダ上に第１のレンズと第２のレンズを独立して配置結合し、更に光学ケースとパッケージと一体に構成することにより、温度変化によって発生する距離測定誤差を低減し、温度変化に対して補正を行うことなく使用することができる光学式測距装置を提供する。
【０１４３】
更に、温度変化に対して距離測定誤差が小さいことにより、カメラのような映像を記録する装置、特にデジタルカメラのように受光素子面サイズが小さく、かつ、受光素子単体のサイズが小さい、焦点深度の余裕が少ない機器において、対象物体までの距離情報を提供する場合に効果的である。
【０１４４】
総じて、本発明によれば、簡易な構成で熱膨張収縮の影響を低減するような測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の測距装置の構成図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、図１（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】部品の構成図で、図２（ａ）は光学ケースの平面図、図２（ｂ）はレンズホルダの平面図である。
【図３】レンズの一般的な結像関係を示す模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態の距装置の構成図で、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図、図４（ｃ）はＤ−Ｄ線断面図である。
【図５】部品の構成図で、図５（ａ）はレンズホルダ平面図、図５（ｂ）はレンズの正面図、図５（ｃ）はレンズの底面図、図５（ｄ）はレンズの側面図である。
【図６】測距装置の接着と熱膨張収縮とを説明する説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態の測距装置の構成図で、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）はＥ−Ｅ線断面図、図７（ｃ）は右側面図である。
【図８】部品図であり、図８（ａ）は光学ケース平面図、図８（ｂ）はレンズホルダの平面図である。
【図９】熱膨張収縮のキャンセル原理を説明する説明図である。
【図１０】本発明の第４実施形態の測距装置の平面図である。
【図１１】パッシブ型の測距装置の構成図で、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）はＸ−Ｘ線断面図、図１１（ｃ）は側面図である。
【図１２】パッシブ測距方法の測距原理の説明図である。
【図１３】測距装置における測距誤差の発生原理を説明する説明図である。
【符号の説明】
１，２，３，４：測距装置
１０：パッケージ
１１：透明窓
１２：パッケージ筐体
１２ａ：ダイパッド部
１３：裏蓋
１４：封止物
２０：リード
３０：半導体チップ
３１：第１受光部
３２：第２受光部
４０：ワイヤ
５０：光学ケース
５１：ボス
５２：ボス
５３：台座部
５４：台座部
５５：台座部
５６：絞り孔
５７：絞り孔
６０：レンズホルダ
６１：第１取付孔
６２：第２取付孔
６３：円孔
６４：長孔
７０：レンズ
７１：第１レンズ
７２：第２レンズ
７３：段側面部
７４：段下面部
７５：外周コバ
８０：接着層
１００：レンズホルダ
１０１：第１取付孔
１０２：第２取付孔
１０３：円孔
１０４：長孔
１０５：基準円孔
１０６：振止め長孔
１０７：スリット
１１０：レンズ
１１１：第１レンズ
１１２：第２レンズ
１１３：段側面部
１１４：段下面部
１１５：外周コバ
１１６：基準ボス
１１７：振止めボス
１２０：光学ケース
１２１：ボス
１２２：ボス
１２３：台座部
１２４：台座部
１２５：台座部
１２６：台座部
１２７：絞り孔
１２８：絞り孔
１３０：レンズホルダ
１３１：第１取付孔
１３２：第２取付孔
１３３：円孔
１３４：長孔
１３５：基準円孔
１３６：振止め長孔
１３７：スリット

Claims

リードが一体に形成されたパッケージと、
表面に左右一対の第１，第２受光部が形成され、かつ、パッケージに対してダイボンディングされる半導体チップと、
半導体チップとリードとを電気的に接続する接続手段と、
パッケージに固着される光学ケースと、
材料がガラスである左右一対の第１，第２レンズと、
半導体チップの熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有し、第１，第２レンズが接着により取り付けられる左右一対の第１，第２取付孔を有し、かつ、光学ケースに固着されるレンズホルダと、
を備え、
前記レンズホルダには、前記第１，第２取付孔の中心を結ぶ線の垂直二等分線上に二個の孔が設けられ、
前記光学ケースには、前記レンズホルダの二個の孔に嵌め合わされる二個のボスが設けられ、
前記レンズホルダの二個の孔と前記光学ケースの二個のボスとを嵌め合わせつつ前記光学ケースに前記レンズホルダを固着することを特徴とする測距装置。
リードが一体に形成されたパッケージと、
表面に左右一対の第１，第２受光部が形成され、かつ、パッケージに対してダイボンディングされる半導体チップと、
半導体チップとリードとを電気的に接続する接続手段と、
パッケージに固着される光学ケースと、
材料が透明樹脂である左右一対の第１，第２レンズと、
半導体チップの熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有し、第１，第２レンズが接着により取り付けられる左右一対の第１，第２取付孔を有し、かつ、光学ケースに固着されるレンズホルダと、
を備え、
前記第１，第２レンズは、それぞれ基準ボスと振止めボスとが設けられ、
前記レンズホルダは、前記第１，第２取付孔の中心を結ぶ線上に基準円孔と振止め長孔とが設けられ、
前記レンズホルダの第１，第２取付孔に第１，第２レンズを取り付ける場合、基準ボスと基準円孔とが弾力性を有するような接着層により固着され、かつ、振止めボスと振止め長孔とは遊嵌されて取り付けられ、
前記レンズホルダには、前記第１，第２取付孔の中心を結ぶ線の垂直二等分線上に二個の孔が設けられ、
前記光学ケースには、前記レンズホルダの二個の孔に嵌め合わされる二個のボスが設けられ、
前記レンズホルダの二個の孔と前記光学ケースの二個のボスとを嵌め合わせつつ前記光学ケースに前記レンズホルダを固着することを特徴とする測距装置。
リードが一体に形成されたパッケージと、
表面に左右一対の第１，第２受光部が形成され、かつ、パッケージに対してダイボンディングされる半導体チップと、
半導体チップとリードとを電気的に接続する接続手段と、
パッケージに固着される光学ケースと、
材料が透明樹脂である左右一対の第１，第２レンズと、
半導体チップの熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を有し、第１，第２レンズが接着により取り付けられる左右一対の第１，第２取付孔を有し、かつ、光学ケースに固着されるレンズホルダと、
を備え、
前記第１，第２レンズは、それぞれ基準ボスと振止めボスとが設けられ、
前記レンズホルダは、前記第１，第２取付孔の中心を結ぶ線上に基準円孔と振止め長孔とが設けられ、
前記レンズホルダの第１，第２取付孔に第１，第２レンズを取り付ける場合、基準ボスと基準円孔とが弾力性を有するような接着層により固着され、かつ、振止めボスと振止め長孔とは遊嵌されて取り付けられ、
前記レンズホルダには、前記第１取付孔側の基準円孔と、前記第２取付孔側の基準円孔と、の中心を結ぶ線の垂直二等分線上に二個の孔が設けられ、
前記光学ケースには、前記レンズホルダの二個の孔に嵌め合わされる二個のボスが設けられ、
前記レンズホルダの二個の孔と前記光学ケースの二個のボスとを嵌め合わせつつ前記光学ケースに前記レンズホルダを固着することを特徴とする測距装置。
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の測距装置において、
前記レンズホルダの二個の孔は、何れか一方が円孔で他方が長孔であることを特徴とする測距装置。
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の測距装置において、
前記レンズホルダの材料は、４２アロイ合金、５０アロイ合金、アンバー合金、スーパーアンバー合金、コバール、結晶化ガラス、耐熱ガラス、ボロン系セラミックの何れかであることを特徴とする測距装置。
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の測距装置において、
前記光学ケースと前記レンズホルダとを固着する接着層は弾力性を有することを特徴とする測距装置。
請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の測距装置において、
前記パッケージと前記半導体チップとをダイボンディングする接着層は弾力性を有することを特徴とする測距装置。