CN103229085A

CN103229085A - 成像设备

Info

Publication number: CN103229085A
Application number: CN2011800570917A
Authority: CN
Inventors: 北岛达敏; 大内田茂
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: EP2622396B1; US9185358B2; JP2012073316A; EP2622396A4; JP5742152B2; EP2622396A1; CN103229085B; US20130182102A1; WO2012043847A1

Abstract

一种成像设备，包括：成像光学***，获得照相被摄体的光学图像；多个图像传感器元件，根据成像光学***获得的照相被摄体的光学图像来输出图像数据；电功率供给控制器，控制对多个图像传感器元件的电功率供给；以及测距装置，包括多个图像传感器元件和电功率供给控制器，并且根据图像传感器元件的输出测量到照相被摄体的距离，其中多个图像传感器元件排成一行并形成于一个半导体晶片上，并且电功率供给控制器根据对成像设备设置的操作条件执行对多个图像传感器元件的电功率供给。

Description

成像设备

技术领域

本发明涉及具有测量到照相被摄体的距离的测距装置的成像设备。

背景技术

具有自动对焦（AF）功能的成像设备具有用于测量到照相被摄体的距离的测距装置。已知用于测距装置的多种距离测量方法。例如，三角测量方法是公知的距离测量方法（请参见第3761383号日本专利）。第3761383号日本专利公开的距离测量装置（在第3761383号日本专利中，描述了一种外部AF传感器）具有以预定间隔布置的一对用于距离测量的透镜和分别对应于每个用于距离测量的透镜布置的用于距离测量的图像传感器。每个用于距离测量的图像传感器都具有光接收表面，并且通过每个用于距离测量的透镜在光接收表面上形成照相被摄体的图像。根据在每个光接收表面上形成的照相被摄体的图像，从每个用于距离测量的图像传感器输出像素信号。利用这两个像素信号计算视差，并且根据该视差，计算到照相被摄体的距离。

对于如上所述的采用三角测量方法的测距装置，需要将两个用于距离测量的图像传感器的光接收表面精确布置于同一平面上。即，为了具有角位移，每个用于距离测量的图像传感器的每个光接收表面都不重叠。此外，还需要将每个用于距离测量的图像传感器的每个光接收表面精确布置于互相离开预定距离（基线长度）的位置。因此，在应用三角测量方法的传统测距装置中，要求在生产过程中在电路板上精确布置用于距离测量的图像传感器，并且对位置位移和角位移的调节操作非常麻烦。因此，这种测距装置的生产率低下。

因此，已知在生产过程中的调节操作不麻烦的测距装置中，用于距离测量的图像传感器的每个光接收表面都布置于同一平面上，并且互相离开预定距离，并且还包括布置于其上布置了用于距离测量的图像传感器的同一半导体上的视差计算电路（请参见第2007-322128号日本专利申请公布）。

发明内容

然而，第2007-322128号日本专利申请公布公开的测距装置仅具有用于距离测量的图像传感器，使得基线长度恒定，并且在视差计算电路中固定地输入图像传感器的输出。

本发明的目的是提供一种具有测距装置的成像设备，该测距装置包括：图像传感器阵列，由包括以预定间隔形成在通用半导体晶片上的多个用于距离测量的图像传感器元件的多个图像传感器元件形成并且被裁剪；以及视差计算器，根据用于距离测量的图像传感器元件的输出数据计算视差，并且其中至少一个用于距离测量的图像传感器元件能够用于与视差计算不同的用途。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供了一种成像设备，该成像设备包括：成像光学***，获得照相被摄体的光学图像；多个图像传感器元件，根据由成像光学***获得的照相被摄体的光学图像输出图像数据；电功率供给控制器，控制对多个图像传感器元件的电功率供给；以及测距装置，包括多个图像传感器元件和电功率供给控制器，并且根据图像传感器元件的输出，测量到照相被摄体的距离，其中多个图像传感器元件排成一行并形成于一个半导体晶片上，并且电功率供给控制器根据对成像设备设置的操作条件执行对多个图像传感器元件的电功率供给。

附图说明

图1是根据本发明实施例的成像设备的框图；

图2是根据本发明实施例的成像设备的框图的放大图的一部分；

图3是根据本发明实施例的成像设备的框图的放大图的一部分；

图4A和图4B是在根据本发明实施例的成像设备中通过镜头图像的显示的示例；

图5是包括在根据本发明实施例的成像设备中的用于距离测量的图像传感器元件的框图；

图6是示出用于距离测量的图像传感器元件在包括在根据本发明实施例的成像设备中的半导体晶片上的位置关系的示意图；

图7是包括在根据本发明实施例的成像设备中的用于距离测量的图像传感器元件的图像数据输出部分的框图；

图8A和图8B是根据本发明实施例的成像设备中的图像处理的示例的说明图；

图9示出根据本发明实施例的成像设备中采用的用于距离测量的图像传感器元件的平面图和截面图；

图10是包括在根据本发明实施例的成像设备中的测距装置的距离测量方法的说明图；

图11是示出上述距离测量方法中的匹配计算结果的示例的曲线图；

图12是包括在根据本发明实施例的成像设备中的另一测距装置的结构原理图；

图13A和图13B是根据本发明实施例的成像设备执行的图像处理的示例的说明图；

图14是示出根据本发明实施例的成像设备的图像处理中的数字滤波的示例的示意图。

具体实施方式

下面将解释根据本发明实施例的成像设备。

图1是示出根据本发明实施例的成像设备的示例的框图。在图1中，成像设备10具有：图像传感器1、电功率控制器2、CPU3、数据传送控制器4、存储器5、视差计算器6、显示控制器7以及显示器8。

图像传感器1是包括三个或者三个以上图像传感器元件的图像传感器阵列，该三个或者三个以上的图像传感器元件从形成于半导体晶片上的多个图像传感器元件裁剪出集成地排成一行并且是用于距离测量的图像传感器元件。例如，图像传感器1具有：图像信号输出部分，包括由CMOS传感器形成的光接收表面；图像数据输出部分，对从图像信号输出部分输出的图像信号执行图像处理并且输出图像数据；以及操作控制器，设置图像处理的操作参数。图1示出包括集成地裁剪出的三个成行的图像传感器元件。下面将详细解释图像传感器1。

图像传感器1根据通过用于距离测量的透镜（未示出）形成于光接收表面上的照相被摄体的图像来输出图像数据。每个用于距离测量的透镜都是在每个光接收表面上形成照相被摄体的图像的透镜，并且对应于包括在图像传感器1中的每个图像传感器元件排列。在视差计算器6中，从图像传感器1输出的图像数据用于视差计算，这将在后面描述。为了计算视差，需要两个图像数据。因此，可以使用从在图像传感器1中排成一行的三个或者三个以上的图像传感器元件的两端排列的两个图像传感器元件输出的图像数据。在图像传感器1中，位于两端的两个图像传感器元件以等于基线长度的间隔排列。

电功率控制器2包括开关电路，该开关电路根据来自CPU3的指令将电功率送到图像传感器1。此外，电功率控制器2是用于通过开关电路的操作控制对作为用于距离测量的图像传感器的图像传感器1的电功率供给的电功率供给控制器。电功率控制器2执行电功率供给控制，以例如，对输出用于视差计算的图像数据的图像传感器元件（于图像传感器1的两端排列的图像传感器元件）供给电功率，而不对上述之外的图像传感器元件（于图像传感器1的中心排列的图像传感器元件）供给电功率。并且，在由用户操作包括在成像设备10中的操作部分（未示出），并且改变成像设备的操作模式（操作条件）的情况下，根据改变之后的操作模式执行电功率供给控制，以对排列于图像传感器1的中心的图像传感器元件供给电功率。因此，电功率供给控制器2对包括在测距装置中的图像传感器1的操作所需的电功率供给进行控制，因此，能够降低浪费的功率消耗。

CPU3对成像设备10执行操作控制。CPU3对电功率控制器2、数据传送控制器4、视差计算器6以及显示控制器7的操作进行控制。

数据传送控制器4将从图像传感器1输出的图像数据输出到存储器5，并且将图像数据临时存储在存储器5中。然后，数据传送控制器4将存储在存储器5内的图像数据输出到视差计算器6。此外，数据传送控制器4将不用于计算从图像传感器1输出的图像数据的视差计算的图像数据输出到显示控制器7。即，数据传送控制器4控制从图像传感器1输出的图像数据传送到适当的模块。

在视差计算器6利用从图像传感器1输出的图像数据执行视差计算的情况下，存储器5操作为工作区。此外，在显示控制器7将要在从图像传感器1输出的图像数据的显示器8上显示的图像数据转换为以可显示格式的图像数据的情况下，存储器5操作为工作区。另外，存储器5还操作为其上顺序存储被转换为可显示格式的图像数据的缓冲存储器。显示控制器7顺序读取存储在存储器5内的图像数据，并且将其输出到显示器8。例如，DRAM构成存储器5。

视差计算器6是利用从图像传感器1输出的图像数据计算到照相被摄体的距离的计算器。成像设备10通过驱动器（未示出）根据由视差计算器6计算的到照相被摄体的距离来移动包括在成像光学***（未示出）中的透镜。

显示控制器7对从图像传感器1输出的图像数据执行图像处理，以转换为显示器8上的可显示数据。此外，显示控制器7控制已转换图像数据在显示器8上显示为通过其用户可以确认照相被摄体的图像（所谓的通过镜头图像）。例如，由显示控制器7转换的数据格式是YUV数据。即，显示控制器7执行控制，以将从图像传感器1输出的图像数据转换为YUV数据，并且将该YUN数据存储在存储器5内、以预定时间间隔从存储器5读取YUV数据、以及将YUV数据输出到显示器8。

例如，在成像设备10设置为执行监视操作的情况下，在显示器8上显示由成像光学***获得的照相被摄体的图像。监视操作是当成像设备10操作时顺序显示由成像光学***获得的照相被摄体的图像的操作。例如，显示器8是布置于成像设备10的后侧的液晶显示监视器。用于显示在显示器8上的图像数据是从位于图像传感器1的中心的图像传感器元件输出的图像数据。将执行监视操作时显示在显示器8上的图像称为通过镜头图像。

在通过镜头图像显示在显示器8上的情况下，可以利用主图像传感器之外的图像传感器获得图像数据。在此，主图像传感器是不同于包括在测距装置中的图像传感器的图像传感器，并且主要用于对照相被摄体的图像成像并记录。为了获得良好图像，主图像传感器通常具有大量像素。因此，通常，与包括在具有比主图像传感器的像素更少的像素的测距装置中的图像传感器相比，主图像传感器的电功率消耗更大。因此，成像设备10利用包括在测距装置中的图像传感器显示通过镜头图像。在显示通过镜头图像时，可以停止主图像传感器的操作。这样使得能够降低电功率消耗，并且延长成像设备10的操作电源的寿命。

接着，将参考图2和图3解释成像设备10的更详细构造。图2是成像设备10中的部分100（请参见图1）和CPU3的放大框图。该部分100包括：图像传感器1、电功率控制器2以及数据传送控制器4。图3是成像设备10的部分200（请参见图1）和CPU3的放大框图。该部分200包括：数据传送控制器4、存储器5、视差计算器6以及显示控制器7。

如图2所示，图像传感器1具有三个图像传感器元件11、12和13。排成一行的图像传感器元件11、12和13集成地从形成于同一半导体晶片上的多个图像传感器元件裁剪出。

电功率控制器2由CPU3控制，并且具有晶体管Tr21、22和23，该晶体管Tr21、22和23对送到构成图像传感器1的图像传感器元件11、12和13的操作功率进行控制。例如，晶体管Tr21对送到布置于图像传感器1的第一端的图像传感器元件11的操作功率进行控制。晶体管Tr22对送到布置于图像传感器1的中心的图像传感器元件12的操作功率进行控制。晶体管Tr23对送到布置于图像传感器1的第二端的图像传感器元件13的操作功率进行控制。

在用户操作成像设备10的操作部分（未示出）并且改变成像设备10的操作状况的情况下，CPU3控制晶体管Tr21、22和23以操作，并将电功率送到图像传感器元件11和13，并且控制晶体管Tr22以不操作，从而不将电功率送到图像传感器元件12。此外，例如，在操作条件由用户的操作变更为显示通过镜头图像的情况下，CPU3控制晶体管Tr22，从而还将电功率送到图像传感器元件12。图像传感器元件11、12和13输出的每个图像数据都输出到数据传送控制器4。

接着，将解释图3。在图3中，数据传送控制器4将从图像传感器1收到的图像数据传送到视差计算器6或者显示控制器7。更具体地说，数据传送控制器4将从图像传感器元件11收到的图像数据传送到存储器5的预定存储区Ach51，并且数据传送控制器4将从图像传感器元件13收到的图像数据传送到存储器5的预定存储区Bch52。根据CPU3的指令，数据传送控制器4在预定定时读取存储在存储区Ach51内的图像数据和存储在存储区Bch52内的图像数据，并且传送到视差计算器6。

此外，数据传送控制器4将从图像传感器元件12收到的图像数据传送到显示控制器7。传送到显示控制器7的图像数据被转换为预定格式数据并且存储在存储器5的预定存储区（YUV区53）中。根据来自CPU3的指令，显示控制器7以预定时间间隔读取存储在YUV区53内的图像数据，并且将其输出到显示器8。输出到显示器8的图像数据显示为通过镜头图像。因此，成像设备10的用户可以确认照相被摄体的图像。

接着，将利用图4A和图4B解释成像设备10中的通过镜头图像的示例。图4A是显示为通过镜头图像的图像的示例。图4B是距离测量获得的图像的示例。如图4A所示，对于显示为通过镜头图像的图像，对于视角中心附近的人物的图像进行曝光调节，以使视觉识别更容易。然而，在这种情况下，背景过曝光。另一方面，如图4B所示，对于用于距离测量的图像，视角中心附近的人物的图像曝光不足，并且背景的过曝光被抑制。因此，可以更精确地比较两个图像。

因此，图像传感器1根据图像传感器1输出的图像数据的用途分别执行每个不同的图像处理。因此，输出用于从图像传感器1输出的图像数据的用于距离测量的视差计算的图像数据的图像传感器元件11和13将γ系数和平均AE会聚范围设置得低并且执行图像处理。对于如上设置的从图像传感器元件11和13输出的图像数据，视角的中心曝光不足，并且抑制了背景的过曝光。因此，可以根据整个视角的像素信号利用图像数据来执行视差计算。另一方面，输出用于通过镜头图像的图像数据的图像传感器元件12将γ系数和平均AE会聚范围设置得高于图像传感器元件11和13的γ系数和平均AE会聚范围；因此，位于视角中心的主照相被摄体的图像的色调范围变大，并且中心与背景之间的色调差也变得清晰。因此，能够获得适于通过镜头图像的图像数据。

接着，将利用图5解释构成图像传感器1的每个图像传感器元件的更详细构成。图5是示出图像传感器元件11的构成示例的框图。由于在此图像传感器元件11、12和13具有相同构造，所以将利用图像传感器元件11进行解释。在图5中，图像传感器元件11具有：图像信号输出部分111、ADC112、图像数据输出部分113以及操作控制器114。

图像信号输出部分111具有作为光接收表面的光传感器的传感器像素、水平扫描电路、垂直扫描电路以及CDS/增益部分，并且该图像信号输出部分111是根据形成于光接收表面上的照相被摄体的图像输出图像信号的电路。ADC112是数字地将从图像信号输出部分111输出的图像信号转换为图像数据并且输出其的电路。

图像数据输出部分113对ADC112数字地转换的图像数据执行预定图像处理，并且将其输出到数据传送控制器4（请参见图1）。

例如，在图像数据输出部分113中的预定图像处理中，对于用于视差计算的图像数据，γ系数和平均AE会聚范围设置得低，而对于用于通过镜头图像的图像数据，γ系数和平均AE会聚范围设置得高。由CPU3（请参见图1）通过操作控制器114指令用于由图像数据输出部分113执行的图像处理的参数的设置。

操作控制器114对图像数据输出部分113进行控制，以执行预定图像处理。此外，例如，在图像传感器元件12（请参考图2）中，直到指令输出通过镜头图像为止，操作控制器114控制图像信号输出部分111以停止，或者控制图像信号输出部分111的操作状态以放慢操作时钟。通过从CPU3接收操作指令来执行上述控制。在CPU3的操作指令放慢操作时钟的情况下，构成操作控制器114的PLL电路放慢控制器114的CPU和图像信号输出部分111的操作时钟。

接着，将利用图6解释图像传感器1的制造方法。如图6所示，图像传感器1是包括利用公知的半导体处理形成于半导体晶片50上的多个图像传感器元件的排成一行的三个图像传感器元件（例如，图6中的点表示的3个图像传感器元件）的图像传感器阵列，并且图像传感器1以半导体晶片50集成地裁剪出。

由于在半导体晶片50的图像传感器元件上执行利用掩膜的图形化，所以对于图像传感器（图像传感器阵列）1，包括在图像传感器1中的图像传感器元件11、12和13（请参见图2）以高精度排成一行。并且，每个图像传感器元件的像素矩阵变得平行。此外，半导体晶片50的表面是高精度平面，因此，三个图像传感器元件的法线变得平行。因此，无需校正位置位移和角度，就可以获得精确地排列三个图像传感器元件的图像传感器1。

接着，将利用图7解释包括在图像传感器元件11中的图像数据输出部分113（请参见图5）的示例。在图7中，图像数据输出部分113具有：颜色分离部分1131、信号内插部分1132、消隐电平控制部分1133、白平衡增益控制部分1134、数字增益控制部分1135、γ转换部分1136、矩阵部分1137以及视频输出部分1138。

颜色分离部分1131执行用于将从ADC112（请参见图5）收到的数字图像数据分为R（红）图像数据、G（绿）图像数据和B（蓝）图像数据的操作。信号内插部分1132执行内插在颜色分离部分1131中分离的R图像数据、G图像数据和B图像数据的操作。消隐电平控制部分1133执行对在信号内插部分1132内已经执行了内插操作的R图像数据、G图像数据和B图像数据的黑色电平进行控制的操作。白平衡增益控制部分1134执行控制R图像数据和B图像数据的白电平的操作。数字增益控制部分1135执行根据CPU3的指令设置的增益而控制R图像数据、G图像数据和B图像数据中每个的增益的操作。γ转换部分1136执行R图像数据、G图像数据和B图像数据的γ转换操作。矩阵部分1137执行将γ转换的R图像数据、G图像数据和B图像数据分离为色差信号（Cb和Cr）和亮度信号（Y）的操作。视频输出部分1138通过数据传送控制器4将在矩阵部分1137分离的色差信号（Cb和Cr）和亮度信号（Y）顺序输出到存储器5。

由操作控制将对应于该用途的图像数据从图像数据输出部分113输出到包括上述构造的图形输出部分113。CPU3（请参见图1）根据成像设备10的操作条件通过操作控制器114对图像数据输出部分113执行操作控制。

在此，将解释对图像数据输出部分113的操作控制的示例。如上所述，通过操作该操作部分（未示出）等并且设置操作模式，执行来自CPU3的操作控制的指令。利用该操作控制的指令，设置关于图像数据输出部分113执行的图像处理的参数。例如，根据该设置改变γ系数。γ系数是γ转换部分1136执行的γ转换操作使用的参数。

将利用图8A和图8B解释利用不同γ系数的图像处理的示例。在图8A和图8B的每个曲线图中，水平轴表示输入数据的值，而垂直轴表示输出数据的值。输入数据是输入到γ转换部分1136的图像数据。输出数据是γ转换部分1136中γ转换的图像数据。例如，在输出图像数据用于通过镜头图像的情况下，设置变更为使用γ系数，以在输入数据与输出数据之间建立如图8A所示的关系。

对于图8A所示的γ系数，随着输入数据的值增大，输出数据的值被抑制得低。在利用该γ系数执行γ转换操作的情况下，对应于具有小的值的输入数据的范围（例如，对应于图8A中的Pin所示的人物的范围）的输出范围（图8A中的Pout）变大，并且信号电平变大。因此，该部分（人物）的图像变得清晰，并且容易看到。因此，图像数据适合通过镜头图像。

然而，对应于具有大的值的输入数据的范围（例如，图8A中的Bin所示的对应于背景的范围）的输出范围（图8A中的Bout）变得极窄。即，与输入数据的值相比，输出数据的值变小。此外，由于输入数据与输出数据之间的关系不是线性关系，所以输出电平的差相对于输入电平的差不恒定。该特性导致通过利用两个图像数据执行视差计算而进行距离测量的三角测量方法的距离测量结果中的错误。即，利用如图8A所示的γ系数的图像处理适合用于通过镜头图像的图像数据，但是不适合利用两个图像数据的视差计算。

对于图8B所示的γ系数，相对于输入数据线性地输出该输出数据。在利用该γ系数执行γ转换操作的情况下，整个图像数据的色调保持稳定，并且输出电平的差相对于输入电平的差是恒定的。因此，利用如图8B所示的γ系数进行图像处理适合通过利用两个图像数据进行视差计算而进行距离测量的三角测量方法。

除了如上所述根据成像设备1的操作条件改变包括在图像传感器1中的图像数据输出部分113的操作参数的操作控制外，例如，通过数据传送控制器4，CPU3从图像传感器元件12输出的图像数据的亮度信号Y中检测曝光量，并且可以设置电子快门（未示出）的快门速度，使得曝光量在预定值的范围内。

接着，将利用图9解释作为用于距离测量的图像传感器的图像传感器1的构成的示例。如上所述，图像传感器1是包括从形成于半导体晶片50上的多个图像传感器元件裁剪出的集成地排成一行的三个或者三个以上图像传感器元件的图像传感器阵列（请参见图6）。在半导体晶片50上，在由半导体形成图像信号输出部分111（请参见图5）的传感器电路90上，包括图像数据输出部分113（请参见图5）等，安装了隔板91，并且在隔板91上安装防护玻璃92。传感器电路90通过布线层93连接到焊盘94。焊盘94通过导电孔95连接到焊球96。焊球96可以用于关于电路板（未示出）的软熔焊接处理。具有上述构造的图像传感器1形成于半导体晶片50上。

在此，将解释应用于包括在根据本发明实施例的成像设备中的测距装置的三角测量方法。图10是示出作为以基线长度的间隔排列的两个用于距离测量的图像传感器元件的图像传感器元件11和13，分别对应于图像传感器元件11和13中的每个的用于距离测量的透镜L和R，以及分别形成于图像传感器元件11和13的每个光接收表面上的照相被摄体X的图像的示例。

在图10中，在取透镜L与透镜R之间的距离作为基线长度B情况下，取透镜L和透镜R的焦距作为焦距f，取由透镜L形成于图像传感器元件11上的照相被摄体的图像的中心与透镜L的中心之间的距离作为距离dL，取由透镜R形成于图像传感器元件13上的照相被摄体的图像的中心与透镜R的中心之间的距离作为距离dR，以及由下面的表达式（表达式1）计算到照相被摄体的距离L。

表达式1

L=(B×f)/(dL+dR)

因此，测量距离dL和距离dR，并由此计算到照相被摄体的距离L。

在下面的表达式中，由透镜L获得的图像称为基准图像，而由透镜R获得的图像称为比较图像。将解释距离dL和距离dR的特定方法。首先，将希望测量其距离的基准图像中的照相被摄体的图像设置为8像素×8像素的基准块S1。接着，在比较图像中，设置比较块S2。比较块S2a是垂直范围与基准块S1相同，并且在向右方向距离从与基准块S1相同的水平位置具有预定水平范围的块。接着，在与基准块S1相同尺寸（8像素×8像素）的范围上从比较块S2的左端开始，执行匹配计算。由下面的表达式（表达式2）计算匹配计算的值M。

表达式2

M=ΣΣ(|A[x][y]―B[x][y]|)

在表达式2中，y=0至7，并且x=0至7。此外，取基准块S1的8像素×8像素的图像中的像素阵列作为像素阵列A，并且取从比较块S2提取的8像素×8像素的图像中的像素阵列作为像素阵列B。在比较块S2中在向右方向水平位移1个像素的位置，执行利用表达式2的匹配计算。如表达式2所示，匹配计算是每个像素的差的总和，并且在高相关情况下，匹配值M小。该位置逐个地位移一个像素，并且重复执行利用表达式2的匹配计算，并且最后，取匹配值M变得最小的位置作为部分m，在图10中以灰色示出。

在如上所述利用表达式2执行的匹配计算中，图11的曲线图示出基准块S的位移量与匹配值M之间的关系的示例。在图11中，水平轴表示位移量，而垂直轴表示匹配值M。匹配值变得最小的位移量等于距离dL+距离dR。通过在图11所示的曲线图中内插点来计算该位移量。在内插计算方法中，采用作为实际测量值匹配值M变得最小的点P₀(x,y)、前一点P_-1(x_-1,y_-1)和后一点P₊₁(x₊₁,y₊₁)。

在图11中，利用粗实线A1示出连接点P_-1和P₀的直线的斜率，并且利用点划线A2示出连接点P₀和P₊₁的直线的斜率。将粗实线A1的斜率和点划线A2的斜率进行比较，并且在点P₊₁的位置绘制取上述斜率乘-1的更大斜率（斜率大）的值作为斜率的直线（实线A3）。取实线A1和实线A3的交叉点在x方向上的位置作为匹配值M变得最小的内插位置。在此，像素间隔例如约为2μm，并且通过上述内插运算，计算精度小于或者等于该像素间隔（小于或者等于2μm）的像素间隔的位置。因此，需要将多个图像传感器元件的相对物理位置的精度保持在1μm的量级。如上所述，为了实现高精度的物理位置，在包括在根据本发明实施例的成像设备中的测距装置中，由半导体处理形成于半导体晶片上的多个图像传感器元件中的排成一行的多个图像传感器元件（图像传感器阵列）从半导体晶片集成地裁剪出并使用。

接着，将解释根据本发明另一实施例的成像设备。在上述实施例中，作为用于距离测量的图像传感器元件，已经解释了从半导体晶片集成地裁剪出形成于半导体晶片上的多个图像传感器元件中排成一行的三个图像传感器元件的示例。然而，成像设备并不局限于此，并且可以采用从半导体晶片裁剪出的排成一行的四个图像传感器元件。

图12是示出本实施例的示例的原理图。在图12中，图像传感器（图像传感器阵列）1a具有：集成地从半导体晶片裁剪出的四个图像传感器元件11a、12a、13a和14a和形成分别对应于图像传感器元件11a、12a、13a和14a中的每个的每个照相被摄体的图像的测距透镜61、62、63和64。构成电功率控制器2a的晶体管Tr21a、22a、23a和24a控制对图像传感器1a的电功率供给。

在图12中，例如，面对排列于图像传感器1a的两端的图像传感器元件11a和14a的测距透镜61和64构成远摄光学***。另一方面，面对排列于图像传感器1a的中心的图像传感器元件12a和13a的测距透镜62和63构成广角光学***。

在包括在成像设备中的主光学***（未示出）的镜头是广角的情况下，通过CPU3的控制来操作晶体管Tr22a和23a，并且将电功率送到图像传感器元件12a和13a。因此，图像传感器元件12a和13a操作，并因此，从形成于那些光接收表面中的每个上的照相被摄体的图像输出图像信号。通过利用图像信号执行距离测量，可以执行适合主光学***的距离测量。

此外，在包括在成像设备中的主光学***（未示出）的镜头是远摄的情况下，通过CPU3的控制来操作晶体管Tr21a和24a，并且将电功率送到图像传感器元件11a和14a。因此，图像传感器元件11a和14a操作，并且因此，从形成于那些光接收表面中的每个上的照相被摄体的图像输出图像信号。通过利用图像信号执行距离测量，可以执行适合主光学***的距离测量。

通过利用输出的图像信号，利用上述方法执行视差计算，并且因此，可以根据主光学***的操作状态执行距离测量。即，构成用于将电功率送到图像传感器元件的电功率供给控制器的晶体管Tr21a、22a、23a和24a可以根据成像设备的操作条件，即，镜头是广角的还是远摄的，选择性地将电功率送到作为用于距离测量的图像传感器元件的图像传感器元件。因此，在成像设备中，能够根据操作条件正确改变对用于距离测量的图像传感器元件的电功率供给，并且能够降低浪费的电功率消耗。

在使用排成一行的四个图像传感器元件的情况下，通过在两端使用图像传感器元件11a和14a，基线的长度B变长；因此，能够增大距离dL和距离dR每个相对于到照相被摄体的距离L的变化量。因此，可以增强距离测量的精度。

接着，将解释基准图像和比较图像中的采样误差。图13A和图13B是示出采样误差的示例的示意图。分别在图13A和图13B中，以等间隔排成一行的点划线130表示像素边界。曲线示出照相被摄体的轮廓131的示例。水平线132表示每个像素的值的示例。取图13A作为基准图像，而取图13B作为比较图像。

如图13A和图13B所示，当照相被摄体的等高线131被精确绘制并且它接近像素的尺寸时，对于图像传感器元件11和13的像素的位置，因为视差而发生位移。例如，如图13A所示，尽管在基准图像中每个像素的值的差存在（请参见图13A中的线132的区域A），但是如图13B所示，在比较图像中出现每个像素的值变得大致相同的部分（请参见图13B中的线132的区域B）。在这种情况下，由于利用线132表示的值执行视差计算，所以匹配值M变得最小的位置发生位移的概率高。即，视差计算中发生错误。

为了抑制上述错误，优选地对每个图像数据执行边缘增强操作。在矩阵部分1137中执行边缘增强操作（请参见图7）。例如，相对于用于显示通过镜头图像的图像数据，为了获得效果良好的边缘增强操作，CPU3通过操作控制器114对矩阵部分1137设置使用如图14所示的数字滤波器的滤波操作。

图14所示的数字滤波器是用作高通滤波器的数字滤波器的示例。通过将矩阵部分1137中的输入数据乘以该数字滤波器的系数α来抑制高频分量。当系数α的值增大时，边缘增强操作的效果变强，而当系数α的值减小时，边缘增强操作的效果弱。

因此，例如，在如图1所示的成像设备1中，CPU3优选地相对于位于图像传感器1的中心的图像传感器元件12，将系数α的值设置得大，以获得效果良好的边缘增强操作，而相对于位于输出用于距离测量的图像数据的图像传感器1的两端的图像传感器元件11和13，将系数α的值设置得小，以获得效果弱的边缘增强操作。

在根据本发明实施例的成像设备中，根据成像设备的操作条件，能够选择性地对包括在测距装置中的多个图像传感器元件的电功率供给进行控制，并且减少浪费的功率消耗。此外，在根据本发明实施例的成像设备中，根据成像设备的操作条件，能够每个包括在测距装置中的图像传感器元件单独地设置操作参数，并且因此能够执行适合拍摄条件的最佳距离测量。

在根据本发明实施例的成像设备中，测距装置包括：用于距离测量的透镜；包括图像传感器1、电功率控制器2等的部分100；视差计算器6以及CPU3。

根据本发明实施例，能够选择性地使用包括在以预定间隔形成于通用半导体晶片上并且从该半导体晶片上裁剪出的图像传感器阵列中的多个图像传感器元件，并且能够在不同于视差计算的用途中，使用用于多个图像传感器元件中的至少一个用于距离测量的图像传感器元件。此外，选择性地使用多个图像传感器元件使得能够降低浪费的功率消耗。

尽管根据典型实施例描述了本发明，但是本发明并不局限于此。应当明白，在不脱离下面的权利要求限定的本发明的范围的情况下，本技术领域内的技术人员可以对所描述的实施例进行各种变型。

Claims

1.一种成像设备，包括：

成像光学***，获得照相被摄体的光学图像；

多个图像传感器元件，根据所述成像光学***获得的照相被摄体的光学图像来输出图像数据；

电功率供给控制器，控制对所述多个图像传感器元件的电功率供给；以及

测距装置，包括所述多个图像传感器元件和所述电功率供给控制器，并且根据所述图像传感器元件的输出，测量到照相被摄体的距离，

其中，所述多个图像传感器元件排成一行并形成于一个半导体晶片上，并且所述电功率供给控制器根据对所述成像设备设置的操作条件执行对所述多个图像传感器元件的电功率供给。

2.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述电功率供给控制器对于所述多个图像传感器元件向需要电功率供给的图像传感器元件执行电功率供给。

3.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述测距装置包括：操作控制器，改变所述多个图像传感器元件的操作参数并且根据对所述成像设备设置的操作条件对每个图像传感器元件改变每个操作参数。

4.根据权利要求1所述的成像设备，包括：

显示器，

其中，所述测距装置包括：操作控制器，改变所述多个图像传感器元件的操作参数，并且当所述成像设备操作时在显示器上显示所述照相被摄体的图像的监视操作的开启/关闭设置包括在对所述成像设备设置的操作条件中，并且在监视操作的开启/关闭设置被设置为关闭的情况下，所述电功率供给控制器仅对包括在所述测距装置中的多个图像传感器元件中输出用于距离测量的图像数据的图像传感器元件执行电功率供给。

5.根据权利要求1所述的成像设备，包括：

显示器，

其中，所述测距装置包括：操作控制器，改变所述多个图像传感器元件的操作参数，并且当成像设备操作时在显示器上显示照相被摄体的图像的监视操作的开启/关闭设置包括在对所述成像设备设置的操作条件中，并且在监视操作的开启/关闭设置被设置为开启的情况下，所述电功率供给控制器仅对包括在所述测距装置中的多个图像传感器元件中输出用于在所述显示器上显示的图像数据的图像传感器元件执行电功率供给。

6.根据权利要求1所述的成像设备，其中，关于所述成像光学***的焦距的设置包括在对所述成像设备设置的操作条件中，并且根据关于焦距的设置，所述电功率供给控制器仅对所述多个图像传感器元件中的根据关于的焦距的设置而操作的图像传感器元件执行电功率供给。