(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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１１と、単一の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前記撮像領域でそれぞれ受光する撮像素子アレイ１４と、結像レンズ１１ａ、１１ｂと撮像領域１４ａ、１４ｂとの間隔を保持するスペーサ１３と、を備え、撮像素子アレイ１４の撮像面側がスペーサ１３の一方に直接接続され、結像レンズアレイ１１の光出射面側がスペーサ１３の他方に直接接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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２】固体撮像素子の他の構成例を示した図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】測距装置による三角測量の基本原理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
＜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。
【００３１】
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。
【符号の説明】
【００３２】
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
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】特開平０９−３１８８６７号公報
【特許文献２】特開２００７−３２２１２８公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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