感測裝置以及感測方法【專利摘要】一種感測裝置以及感測方法。該感測裝置包含一紅外光產生元件、一影像感測單元、一處理電路以及一控制電路。該影像感測單元用以于該紅外光產生元件開啟時，檢測反射自一物件的一第一紅外光訊號以產生一第一感測訊號，以及于該紅外光產生元件關閉時，檢測反射自該物件的一第二紅外光訊號以產生一第二感測訊號。該處理電路耦接于該影像感測單元，用以至少依據該第一感測訊號與該第二感測訊號來產生該物件的一三維影像信息。該三維影像信息包含一深度信息。該控制電路用以控制該紅外光產生元件的開啟與關閉、該影像感測單元的感測操作，以及該處理電路的訊號處理操作。【專利說明】感測裝置以及感測方法【
技術領域：
】[0001]本發明涉及感測裝置，特別是涉及一種通過紅外光感測機制來檢測影像以產生三維影像信息的感測裝置及其相關的感測方法。【
背景技術：
】[0002]傳統的影像感測器(imagesensor)是擷取二維(two-dimensional,2D)影像，并無法判斷所感測的物件的影像深淺變化，因此，所擷取的影像會比較單調且容易失真。[0003]另外，傳統的移動裝置(例如，智能型手機(smartphone)、平板計算機(tabletcomputer)或筆記型計算機)中設置影像感測器與其他類型的感測器以檢測物件影像或周圍環境信息。舉例來說，具有影像感測器的用戶攝像鏡頭(userfacingcamera)可用于擷取影像，其中用戶攝像鏡頭的附近會安裝環境光感測器(ambientlightsensor,ALS)以及近接感測器(proximitysensor,PS)與紅外光發射器(infraredemitter,IRemitter)。環境光感測器會依據環境光的強弱來調整顯示屏幕的亮度，此外，當用戶攝像鏡頭被啟用以擷取影像時，環境光感測器也可用于開啟閃光燈。近接感測器與紅外光發射器則是用來檢測移動裝置是否貼近使用者的耳朵，或檢測移動裝置是否被置于背包內。當移動裝置被檢測出其是貼近使用者的耳朵或被置于背包內時，近接感測器會致使移動裝置關閉背光源以及觸控感測器，以延長移動裝置的電池壽命，并且減少誤觸的情形。然而，移動裝置之中的多種感測器分別設置不同的模塊或集成電路(integratedcircuit,IC),這會造成成本與尺寸的增加。[0004]因此,需要一種可擷取更為真實的影像信息(例如,三維(three-dimensional,3D)影像信息)并將多種感測器整合于單一模塊或單一集成電路的感測裝置。【
發明內容】[0005]有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種通過紅外光感測機制來檢測影像以產生三維影像信息的感測裝置及其相關的感測方法，以解決上述問題。[0006]本發明的另一目的在于提供一種整合多種感測器于單一模塊或單一集成電路的三維影像感測裝置，以利光機系統(optical-mechanicalsystem)的整合和/或光機電系統(optical-mechanical-electricalsystem)的整合,進而降低成本并提升性能。[0007]依據本發明的一實施例，其揭示一種感測裝置。該感測裝置包含一紅外光產生元件、一影像感測單元、一處理電路以及一控制電路。該影像感測單元用以于該紅外光產生元件開啟時，檢測反射自一物件的一第一紅外光訊號以產生一第一感測訊號，以及于該紅外光產生元件關閉時，檢測反射自該物件的一第二紅外光訊號以產生一第二感測訊號。該處理電路耦接于該影像感測單元，用以至少依據該第一感測訊號以及該第二感測訊號來產生該物件的一三維影像信息，其中該三維影像信息包含一深度信息。該控制電路耦接于該紅外光產生元件、該影像感測單元以及該處理電路，用以控制該紅外光產生元件的開啟與關閉、該影像感測單元的感測操作，以及該處理電路的訊號處理操作。[0008]依據本發明的一實施例，其揭示一種感測方法。該感測方法包含下列步驟:致能一紅外光產生元件，以檢測反射自一物件的一第一紅外光訊號來產生一第一感測訊號；禁能該紅外光產生元件，以檢測反射自該物件的一第二紅外光訊號來產生一第二感測訊號；以及至少依據該第一感測訊號與該第二感測訊號之間的一訊號差來產生該物件的一三維影像息，其中該二維影像信息包含一深度信息。[0009]本發明所提供的感測裝置與感測方法可得到物件的深度信息/三維影像信息，以更真實地呈現影像。另外，本發明所提供的感測裝置是將影像感測、環境光感測(包含環境色彩感測、環境色溫感測)、近接感測、紅外光發射以及手勢辨識整合于單一模塊/單一集成電路之中，可大幅降低成本并提升系統效能。【專利附圖】【附圖說明】[0010]圖1為本發明影像處理系統的一實施例的方塊示意圖。[0011]圖2為圖1所示的感測裝置的一實作范例的示意圖。[0012]圖3為圖2所示的紅外光產生元件與影像感測單元的控制訊號的訊號時序圖。[0013]圖4為圖2所示的影像感測單元、可見光檢測單元、暗感測單元與紅外光檢測單元的一實作范例的示意圖。[0014]圖5為圖4所示的影像感測單元的感測元件架構的截面圖。[0015]圖6為圖5所示的濾光片的入射光波長與穿透率之間的關系。[0016]圖7為圖4所示的影像感測單元的元件架構的另一實作范例的截面圖。[0017]圖8為圖4所示的影像感測單元的元件架構的另一實作范例的截面圖。[0018]圖9為本發明影像感測操作的一實施例的流程圖。[0019]圖10為本發明環境光感測操作的一實施例的流程圖。[0020]圖11為本發明近接感測操作的一實施例的流程圖。[0021]圖12為本發明手勢辨識操作的一實施例的流程圖。[0022]附圖符號說明[0023]100影像處理系統[0024]110透鏡[0025]120感測裝置[0026]130影像處理功能方塊[0027]132數字影像處理器[0028]134影像壓縮器[0029]136傳輸接口[0030]138儲存裝置[0031]212紅外光產生元件[0032]222、722、822影像感測單元[0033]224可見光檢測單元[0034]226暗感測單元[0035]228紅外光檢測單元[0036]232處理電路[0037]233相關雙取樣電路[0038]234放大器[0039]235相加電路[0040]236模擬數字轉換電路[0041]237暗階補償電路[0042]238數字處理電路[0043]239串行接口[0044]242控制電路[0045]243時序控制器[0046]244紅外線發光二極管驅動器[0047]245電壓調節器[0048]246時鐘產生器[0049]247控制寄存器[0050]248電源控制電路[0051]249中斷電路[0052]522_VR、722_VR可見光感測元件[0053]522_IR、722_IR紅外光感測元件[0054]522_R、722_R紅光感測元件[0055]522_G、722_G綠光感測元件[0056]522_B、722_B藍光感測元件[0057]822_VI紅外光通過且可見光通過感測元件[0058]822_R紅外光通過且紅光通過感測元件[0059]822_G紅外光通過且綠光通過感測元件[0060]822_B紅外光通過且藍光通過感測元件[0061]LED_A、LED_C、GND、RSTB、接點[0062]ADRSEL、D[9:0]、PCLK、HSYNC、[0063]VSYNC,SCL、SDA、INTB,PffDN,[0064]MCLK、IR_LED、VDD[0065]S_R1、S_R2紅外光訊號[0066]S_VR可見光反射訊號[0067]S_C1、S_C2控制訊號[0068]DR1、DR2、DR3感測訊號[0069]R、G、B子像素[0070]D暗像素[0071]I紅外光檢測器[0072]ST基板[0073]DL介電層[0074]D_R、D_G、D_B、D_IR、D_R1、光檢測器[0075]D_G1、D_BI[0076]F_R紅色濾光片[0077]F_G綠色濾光片[0078]F_B藍色濾光片[0079]F_IRP紅外光通過濾光片[0080]F_IRC紅外光截止濾光片[0081]F_RI紅外光通過且紅光通過濾光片[0082]F_GI紅外光通過且綠光通過濾光片[0083]F_BI紅外光通過且藍光通過濾光片[0084]T_R、T_G、T_B、T_IRC、T_TRP、穿透曲線[0085]T_IRB[0086]T1、T2、T3、T4時間點[0087]910、912、914、916、918、920、步驟[0088]922、924、926、928、930、932、934、[0089]936、938、1010、1012、1014、1016、[0090]1018、1020、1022、1024、1026、1028、[0091]1030、1032、1110、1112、1114、1116、[0092]1118、1120、1122、1124、1126、1128、[0093]1130、1132、1134、1210、1212、1214、[0094]1216、1218、1220、1222、1224、1226、[0095]1228、1230、1232、1234【具體實施方式】[0096]為了更真實地呈現物件影像，本發明藉由在紅外光產生元件處于開啟狀態(亦即，發射紅外光)與關閉狀態(亦即，未發射紅外光)下，分別對物件所反射的紅外光訊號進行檢測以得到相對應的感測訊號，并對所得到的感測訊號進行處理，以去除/消弭環境光對感測訊號的影響，進而得到準確的物件深度信息和/或三維影像信息。[0097]請參閱圖1，其為本發明影像處理系統的一實施例的方塊示意圖。由圖1可知，影像處理系統100包含一透鏡110，一感測裝置120以及一影像處理功能方塊130。以擷取使用者的手的影像為例，透鏡110可將手所反射的光匯集并傳送至感測裝置120，感測裝置120接著可根據所接收的光訊號產生影像信息予影像處理功能方塊130。影像處理功能方塊130包含一數字影像處理器132、一影像壓縮器134、一傳輸接口136(例如，一并行傳輸接口(parallelinterface)或一串行傳輸接口(serialinterface))以及一儲存裝置136(例如，儲存完整的影像幀(imageframe))。由于本領域技術人員應可了解感測裝置120所產生的影像信息經由數字影像處理器132、影像壓縮器134、傳輸接口136以及儲存裝置136處理的操作細節，故關于影像處理功能方塊130的進一步說明在此便不再贅述。[0098]值得注意的是，感測裝置120為一整合式感測裝置，更具體地說，感測裝置120可將影像感測、環境光感測(包含環境色彩感測、環境色溫感測)、近接感測、溫度感測、物件位置檢測和/或手勢辨識等功能整合于單一集成電路(或單一模塊)之中。另外，感測裝置120可擷取使用者的手部三維影像，以提供更真實的輸出影像。進一步的說明如下。[0099]請參閱圖2，其為圖1所示的感測裝置120的一實作范例的示意圖。于此實作范例中，感測裝置120可包含(但不限于)一紅外光產生元件212(例如，一紅外線發光二極管(infraredlight-emittingdiode,IRLED))、一影像感測單元222、一可見光檢測單元224、一暗感測單元226、一紅外光檢測單元228、一處理電路232、一控制電路242以及一溫度感測器252。于此實作范例中，接點(pad)VDD耦接于一電源(未顯示于圖2中)、接點GND耦接于一接地電壓(未顯示于圖2中)、紅外光產生元件212耦接于接點LED_A與LED_C之間，接點RSTB用來接收一重置訊號(未顯示于圖2中)，以及接點ADRSEL用來接收一位址選擇訊號(未顯示于圖2中)。另外，可見光檢測單元224設置于影像感測單元222的周邊，用以進行環境光感測(ambientlightsensing)與色彩感測(colorsensing)的至少其一；暗感測單元226設置于影像感測單元222的周邊，用以產生一參考訊號(未顯示于圖2中)供暗階補償(dark/blacklevelcompensation)之用；以及紅外光檢測單元228設置于影像感測單元222的周邊，用以進行近接感測(proximitysensing)、物件位置檢測與手勢檢測的至少其一。于此實施例中，暗感測單元226設置于可見光檢測單元224的外圍，紅外光檢測單元228設置于暗感測單元226的外圍，然而，此僅供說明之需，并非用來作為本發明的限制。舉例來說，將紅外光檢測單元228設置于可見光檢測單元224與影像感測單元222之間也是可行的。[0100]控制電路242耦接于紅外光產生元件212(經由接點IR_LED)、影像感測單元222、可見光檢測單元224、暗感測單元226、紅外光檢測單元228以及處理電路232，其中影像感測單元222與處理電路232亦彼此耦接。另外，控制電路242可用來控制紅外光產生元件212、影像感測單元222、可見光檢測單元224、暗感測單元226、紅外光檢測單元228以及處理電路232的操作。當紅外光產生元件212開啟時(亦即，發射紅外光)，影像感測單元222可檢測反射自一物件(例如，圖1所示的手)的一第一紅外光訊號S_R1，并據以產生一第一感測訊號DRl(例如，光電流訊號)。由于影像感測單元222所接收的第一紅外光訊號S_R1主要是因為該物件反射紅外光產生元件212所發射的紅外光而產生，因此，可藉由第一紅外光訊號S_R1的能量來判斷該物件與影像感測單元222之間的距離，也就是說，影像感測單元222所產生的第一感測訊號DRl包含該物件與感測裝置120之間的距離信息。[0101]然而，第一感測訊號DRl可能還包含來自于環境中的紅外光信息(例如，該物件反射環境中的紅外光所產生的反射訊號)，因此，控制電路242還可關閉紅外光產生元件212(亦即，未發射紅外光)，并致使影像感測單元222檢測反射自該物件的一第二紅外光訊號S_R2來產生一第二感測訊號DR2，其中第二感測訊號DR2可視為對于該物件反射環境中的紅外光所產生的反射訊號進行感測所得到的感測結果。接下來，處理電路232便可依據第一感測訊號DRl以及第二感測訊號DR2來產生該物件的一三維影像信息。舉例來說，該三維影像信息可包含一深度信息(cbpthinformation)，其中該深度信息可指示出該物件與一參考點(或參考面)之間的距離(例如，該物件的表面上的某一點與感測裝置120之間的距離)或者是該物件的影像深淺變化(例如，該物件的三維灰階影像)。[0102]舉例來說，處理電路232可依據第一感測訊號DRl以及第二感測訊號DR2之間的訊號差來產生該物件的該深度信息，更具體地說，處理電路232可直接將第一感測訊號DRl與第二感測訊號DR2相減，以去除/消弭環境光對感測結果的影響，進而得到準確的物件深度信息。然而，此僅供說明之需，并非用來作為本發明的限制。于一設計變化中，處理電路232也可參照第二感測訊號DR2來調整第一感測訊號DRl，接著再對第一感測訊號DRl進行處理以產生該深度信息。[0103]影像感測單元222還可檢測反射自該物件的一可見光反射訊號S_VR以產生一第三感測訊號DR3，因此，第三感測訊號DR3包含有該物件的色彩信息。由于處理電路232可依據第一感測訊號DRl與第二感測訊號DR2來產生該物件的該深度信息(例如，三維灰階影像)，因此，處理電路232便可依據第一感測訊號DR1、第二感測訊號DR2以及第三感測訊號DR3來產生該物件的一三維影像信息(亦即，彩色立體影像信息)。關于可同時檢測紅外光以及可見光的影像感測單元的實作方式容后再敘。[0104]于一實作范例中，可控制紅外光產生元件212與影像感測單元222的致能時機以得到較佳的訊號品質。請連同圖2來參閱圖3。圖3為圖2所示的紅外光產生元件212與影像感測單元222的控制訊號的訊號時序圖。于此實作范例中，控制電路242可產生多個控制訊號S_C1與S_C2來分別控制紅外光產生元件212的開啟/關閉以及影像感測單元222的感測操作。由圖3可知，控制電路242在致能紅外光產生元件212之后，會致能影像感測單元222以接收第一紅外光訊號S_R1(例如，時間點Tl)，以及在紅外光產生元件212與影像感測單元222均被致能之后(例如，對第一感測訊號DRl積分一預定時間之后)，控制電路242可同時禁能影像感測單元222與紅外光產生元件212(例如，時間點T2)。于一設計變化中，控制電路242也可以同時致能紅外光產生元件212與影像感測單元222。簡言之，在影像感測單元222進行感測時，紅外光產生元件212會處于啟用的狀態(亦即，發射紅外光)，以確保所接收的第一紅外光訊號S_R1主要來自于紅外光產生元件212所發射的紅外光。[0105]當紅外光產生元件212關閉時，控制電路242可致能影像感測單元222以接收第二紅外光訊號S_R2(例如，時間點T3),并于一預定時間(例如，第二感測訊號SR2的積分時間)之后，禁能影像感測單元222(例如，時間點T4)。于此實作范例中(但本發明并不局限于此)，當紅外光產生元件212關閉時，控制電路242可致能影像感測單元222以檢測反射自該物件的可見光反射訊號S_VR以產生第三感測訊號DR3(例如，時間點T3?時間點T4)，如此一來，影像感測單元222便可同時完成影像深度信息與影像色彩信息的檢測。[0106]另外，當控制電路242禁能影像感測單元222時(亦即，處于關閉狀態(turnedoff)的期間)，控制電路242可致能可見光檢測單元224(亦即，處于開啟狀態(turnedon))來進行環境光感測或色彩感測的至少其一，以對此整合式感測裝置120進行功率消耗最佳化。相似地，當控制電路242禁能影像感測單元222時(亦即，處于關閉狀態的期間)，控制電路242可致能紅外光檢測單元228(亦即，處于開啟狀態)來進行近接感測、物件位置檢測與手勢檢測的至少其一，以對此整合式感測裝置120進行功率消耗最佳化。[0107]于圖2所示的實作范例中，控制電路242可包含(但不限于)一時序控制器243、一紅外線發光二極管驅動器(IRLEDdriver)244、一電壓調節器245、一時鐘產生器246、一控制寄存器247、一電源控制電路248以及一中斷電路249。時序控制器243可用來產生控制訊號S_C1以控制紅外線發光二極管驅動器244，以及產生控制訊號S_C2以控制影像感測單元222。紅外線發光二極管驅動器244可根據控制訊號S_C1來致能/禁能紅外光產生元件212。時鐘產生器246可自接點MCLK接收一外部時鐘(例如，主時鐘；未顯示于圖2中)。電源控制電路248可自接點PWDN接收一電源控制訊號(未顯示于圖2中)以控制電源操作模式。中斷電路250可自接點INTB接收一中斷訊號(未顯示于圖2中)。由于本領域的技術人員應可了解控制電路242所包含的電路元件的運作細節，故進一步說明在此便不再贅述。[0108]另外，處理電路232可包含(但不限于)一相關雙取樣電路(correlateddoublesamplingcircuit,Q)Scircuit)233、一放大器234、一相加電路235、一模擬數字轉換器236、一暗階補償電路(dark/blacklevelcompensationcircuit)237、一數字處理電路238以及一串行接口(serialinterface,serialI/F)239(例如,雙線內部整合電路(twowireinter-1ntegratedcircuit,two-wireI2C))。影像感測單元222所輸出的訊號(例如，第一感測訊號DRl與第二感測訊號DR2)可經由相關雙取樣電路233與放大器234所組成的具有可編程增益設定的相關雙取樣架構來處理。相加電路235可將放大器234的輸出與暗階補償電路237的輸出相加為一模擬訊號(亦即，相加電路235的輸出),模擬數字轉換器236接著會將該模擬訊號轉換為一數字訊號(亦即，模擬數字轉換器236的輸出)，其中暗階補償電路237的輸出是依據該數字訊號而產生。數字處理電路238可對該數字訊號進行后續處理(例如，閾值比較、磁滯檢測以及其他檢測演算法)，并藉由多個接點D[9:0]、PCLK、HSYNC與VSYNC來將數據傳送圖1所示的影像處理功能方塊130。串行接口239則可用來芯片之間的同步串行通訊，并耦接于對應串行時鐘線(serialclockline，SCL)(未顯示于圖2中)的接點SCL以及對應串行數據線(serialdataline,SDA)(未顯示于圖2中)的接點SDA。由于本領域技術人員應可了解處理電路232之中各電路元件的運作細節，故進一步的說明在此便不再贅述。[0109]請連同圖2來參閱圖4與圖5。圖4為圖2所示的影像感測單元222、可見光檢測單元224、暗感測單元226與紅外光檢測單元228的一實作范例的示意圖，而圖5為圖4所示的影像感測單元222的感測元件架構的截面圖。于此實作范例中，影像感測單元222可由一M行、N列的感測器陣列(例如,一主動式像素感測器陣列(activepixelsensorarray,APSarray))來實作出(如圖4所示)，其中M與N為正整數。另外，由圖5可知，影像感測單元222可包含至少一紅外光感測元件522_IR以及至少一可見光感測元件522_VR。紅外光感測元件522_IR耦接于處理電路232，用來檢測第一紅外光訊號S_R1與第二紅外光訊號S_R2，以分別產生第一感測訊號DRl與第二感測訊號DR2;可見光感測元件522_VR耦接于處理電路232，用來檢測可見光反射訊號S_VR以產生第三感測訊號DR3。于此實作范例中，第三感測訊號DR3可包含一紅光轉換訊號、一綠光轉換訊號以及一藍光轉換訊號，分別由可見光感測元件522_VR所包含的一紅光感測元件522_R、一綠光感測元件522_G以及一藍光感測元件522_B檢測可見光反射訊號S_VR而產生。[0110]實作上,可將多個光檢測器D_R、D_G、D_B與D_IR設置于一基板ST上,于多個光檢測器D_R、D_G、D_B與D_IR上沉積一介電層DL,再于介電層DL上設置/涂布一紅色濾光片F_R、一綠色濾光片F_G、一藍色濾光片F_B以及一紅外光通過濾光片F_IRP，以分別實作出紅光感測元件522_R、綠光感測元件522_G、藍光感測元件522_B以及紅外光感測元件522_IR。[0111]于此實作范例中，各濾光片均可由一薄膜濾光片來實作(但本發明并不局限于此)，此外，各濾光片的入射光波長與穿透率之間的關系可參閱圖6。由圖6可知，可見光可被紅色濾光片F_R、綠色濾光片F_G與藍色濾光片F_B過濾為三個波段，其分別對應于穿透曲線T_R、T_G與T_B，而紅外光可被紅外光通過濾光片F_IRP過濾為對應穿透曲線T_IRP的波段。因此，當影像感測單元222接收可見光反射訊號S_VR時，光檢測器D_R可通過紅色濾光片F_R來檢測可見光反射訊號S_VR以產生該紅光轉換訊號(例如,一電流訊號)，光檢測器D_G可通過綠色濾光片F_G來檢測可見光反射訊號S_VR以產生該綠光轉換訊號，以及光檢測器D_B可通過藍色濾光片F_B來檢測可見光反射訊號S_VR以產生該藍光轉換訊號。另外，光檢測器D_IR可通過紅外光通過濾光片F_IRP來檢測第一紅外光訊號S_R1以及第二紅外光訊號S_R2以分別產生相對應的紅外光轉換訊號(亦即，第一感測訊號DRl以及第二感測訊號DR2)。處理電路232便可依據所產生的紅外光轉換訊號、該紅光轉換訊號、該綠光轉換訊號以及該藍光轉換訊號來產生該物件的彩色的三維影像信息。[0112]以上影像感測單元的元件結構僅供說明之需，并非用來作為本發明的限制。于一設計變化中，圖5所示的元件結構還可包含一黃色濾光片及其相對應的光檢測器(未顯示于圖5中)，以增加色彩的鮮艷度。于另一設計變化中，也可以采用青色、品紅色、黃色與黑色濾光片(亦即，印刷四原色)及其相對應的光檢測器來取代上述紅色、綠色、藍色濾光片及其相對應的光檢測器。換言之，只要是可同時檢測可見光訊號與紅外光訊號來產生物件的三維影像信息的影像感測單元，均遵循本發明的發明精神而落入本發明的范疇。[0113]請注意，由于本領域技術人員應可了解圖5所示的多個子像素(例如，紅光感測元件522_R、綠光感測元件、藍光感測元件522_B與紅外光感測元件522_IR)于圖2所示的感測器陣列具有多種的排列方式(例如，條狀排列、三角排列或正方形排列)，故在此便不再贅述。另外，圖6所示的濾光片的穿透曲線是僅供說明之需，舉例來說，紅外光通過濾光片F_IRP所對應的穿透曲線也可以是帶通穿透曲線T_IRB。[0114]請參閱圖7，其為圖4所示的影像感測單元222的元件架構的另一實作范例的截面圖。圖7所示的影像感測單元722的元件架構基于圖5所示的影像感測單元222的元件架構，而兩者之間主要的差別在于圖7所示的感測元件架構還包含一紅外光截止濾光片F_IRC。更具體地說，影像感測單元722所包含的紅外光感測元件722_IR的元件架構與圖5所示的紅外光感測元件722_IR的元件架構大致相同，而影像感測單元722所包含的可見光感測元件722_VR可以是一紅外光截止而可見光通過感測元件，并可包含一紅光感測元件722_R、一綠光感測元件722_G以及一藍光感測元件722_B。相較于圖5所示的紅光感測元件522_R/綠光感測元件522_G/藍光感測元件522_B來說，由于紅光感測元件722_R/綠光感測元件722_G/藍光感測元件722_B還具有紅外光截止濾光片F_IRC，故可濾除紅外光波段的訊號，以提升相對應的光檢測器所產生的轉換訊號(例如，上述的紅光轉換訊號、綠光轉換訊號以及藍光轉換訊號)的品質，其中紅外光截止濾光片F_IRC所對應的入射光波長與穿透率之間的關系可由圖6所示的穿透曲線乙〗!^來表示之。由于本領域技術人員經由閱讀圖1~圖6的相關說明之后，應可了解影像感測單元722的運作細節及其設計變化(例如，包含其他顏色的濾光片)，故進一步說明在此便不再贅述。[0115]于一設計變化中，圖2所示的影像感測單元222也可以同時包含圖5所示的可見光感測元件522_VR以及圖7所示的可見光感測元件722_VR的元件架構。[0116]請連同圖2來參閱圖8。圖8為圖4所示的影像感測單元222的元件架構的另一實作范例的截面圖。圖8所示的影像感測單元822的元件架構是基于圖5所示的影像感測單元222的元件架構，而兩者之間主要的差別在于圖8所示的感測元件架構是采用雙帶通濾光片(dualbandbandpassfilter)。更具體地說,影像感測單元822可包含至少一紅外光通過且可見光通過感測元件822_VI，其耦接于處理電路232，用來檢測第一紅外光訊號S_R1與第二紅外光訊號S_R2以分別產生第一感測訊號DRl與第二感測訊號DR2，以及用來檢測可見光反射訊號S_VR以產生第三感測訊號DR3。于此實作范例中，第三感測訊號DR3可包含一紅光轉換訊號、一綠光轉換訊號以及一藍光轉換訊號，分別由紅外光通過且可見光通過感測元件822_VI所包含的一紅外光通過且紅光通過感測元件822_R、一紅外光通過且綠光通過感測元件822_G以及一紅外光通過且藍光通過感測元件822_B檢測可見光反射訊號S_VR而產生。另外，紅外光通過且紅光通過感測元件822_R、紅外光通過且綠光通過感測元件822_G以及紅外光通過且藍光通過感測元件822_B的至少其一還可檢測第一紅外光訊號S_R1與第二紅外光訊號S_R2以分別產生第一感測訊號DRl與第二感測訊號DR2。[0117]實作上，可將多個光檢測器D_R1、D_GI與0_81設置于一基板ST上，于多個光檢測器D_R1、D_GI與D_BI上沈積一介電層DL，再于介電層DL上設置/涂布一紅外光通過且紅光通過濾光片F_R1、紅外光通過且綠光通過濾光片F_GI以及紅外光通過且藍光通過濾光片F_BI，以分別實作出紅外光通過且紅光通過感測元件822_R、紅外光通過且綠光通過感測元件822_G以及紅外光通過且藍光通過感測元件822_B。于此實作范例中，紅外光通過且紅光通過濾光片F_RI所對應的穿透曲線可以是圖6所示的穿透曲線T_R與T_IRB的迭加，紅外光通過且綠光通過濾光片F_GI所對應的穿透曲線可以是圖6所示的穿透曲線T_G與T_IRB的迭加，以及紅外光通過且藍光通過濾光片F_BI所對應的穿透曲線可以是圖6所示的穿透曲線T_B與T_IRB的迭加。[0118]當影像感測單元822接收圖2所示的第一紅外光訊號S_R1、第二紅外光訊號S_R2以及可見光反射訊號S_VR時，光檢測器D_RI可通過紅外光通過且紅光通過濾光片F_RI來檢測可見光反射訊號S_VR以產生該紅光轉換訊號(例如，一電流訊號)；光檢測器0_61可通過紅外光通過且綠光通過濾光片F_GI來檢測可見光反射訊號S_VR以產生該綠光轉換訊號；以及光檢測器D_BI可通過紅外光通過且藍光通過濾光片F_BI來檢測可見光反射訊號S_VR以產生該藍光轉換訊號。另外，各光檢測器另可通過相對應的雙帶通濾光片來檢測第一紅外光訊號S_R1與第二紅外光訊號S_R2以分別產生相對應的紅外光轉換訊號(例如，第一感測訊號DRl以及第二感測訊號DR2)。處理電路232便可依據所產生的紅外光轉換訊號、該紅光轉換訊號、該綠光轉換訊號以及該藍光轉換訊號來產生該物件的彩色的三維影像信肩、O[0119]請連同圖2來參閱圖4。由圖4可知，可見光檢測單元224可包含多個像素(由紅色子像素R、綠色子像素G與藍色子像素B所組成)。于一實作范例中，紅色子像素R、綠色子像素G與藍色子像素B可分別采用圖5所示的紅光感測元件522_R、綠光感測元件522_G與藍光感測元件522_B的元件架構。于另一實作范例中，紅色子像素R、綠色子像素G與藍色子像素B可分別采用圖7所示的紅光感測元件722_R、綠光感測元件722_G與藍光感測元件722_B的元件架構。于又一實作范例中，為了決定照度計算的系數，可見光檢測單元224可包含具有紅外光截止濾光片的一第一像素(未顯示于圖4中)以及具有衰減的可見光感測度的一第二像素(未顯示于圖4中)，其中該第一像素會檢測可見光以得到一第一可見光感測訊號，該第二像素會檢測主紅外光光譜以得到一第二可見光感測訊號。處理電路232可依據該第一可見光感測訊號與該第二可見光感測訊號之間的訊號比例來決定照度計算的系數。另外，處理電路232也可以根據可見光檢測單元224的感測結果來調整影像信息(例如，明度)。[0120]紅外光檢測單元228可包含多個紅外光檢測器(IRdetector)(標示為「I」)。在紅外光檢測單元228應用于近接感測操作的情形下，當控制電路242致能紅外光產生元件212時，該多個紅外光檢測器會被致能，以及紅外光檢測單元228會產生一第一紅外光感測訊號；當控制電路242禁能紅外光產生元件212時，該多個紅外光檢測器仍處于開啟狀態，因此，紅外光檢測單元228還可產生一第二紅外光感測訊號。該第一紅外光感測訊號與該第二紅外光感測訊號之間的訊號電平差可被輸出至處理電路232以供近接感測。在紅外光檢測單元228應用于手勢辨識操作的情形下，當控制電路242致能紅外光產生元件212時，該多個紅外光檢測器可依據一特定次序來致能，其中在某一時段內僅會有一紅外光檢測器被致能。舉例來說，于一第一時段內，控制電路242可致能一紅外光檢測器，并依序致能與禁能紅外光產生元件212，使該紅外光檢測器可分別產生相對應的一第一感測訊號與一第二感測訊號予處理電路232，處理電路232便可得到該第一感測訊號與該第二感測訊號的一訊號電平差；于一第二時段內，控制電路242可致能另一紅外光檢測器，處理電路232便可得到相對應的另一訊號電平差。以此類推，處理電路232便可依據該特定次序來接收該多個紅外光檢測器的感測訊號(訊號電平差)，進而依據感測訊號強度與時間之間的關系來辨識手勢。另外，處理電路232也可以僅依據單一紅外光檢測器的感測訊號強度與時間之間的關系來辨識手勢(亦即，判斷物件是否遠離或靠近)。[0121]暗感測單元226可包含多個暗像素(darkpixel)(標示為「D」)。由于該多個暗像素所產生的感測訊號并非由照光所產生，故可自影像感測單元222/可見光檢測單元224/紅外光檢測單元228所得到的感測訊號中扣除該多個暗像素所產生的感測訊號，以對影像感測單元222/可見光檢測單元224/紅外光檢測單元228所得到的感測訊號進行補償。[0122]于圖4所示的實施例中，可見光檢測單元224、暗感測單元226與紅外光檢測單元228均可包含多個感測元件(例如，多個像素(包含紅、綠、藍子像素)、多個暗像素以及多個紅外光檢測器)，其中該多個感測元件是圍繞于影像感測單元222(亦即，上述感測器陣列)，以更完整地取得對應于圖1所示的透鏡110的可視范圍的影像信息。另外，由于可見光檢測單元224/紅外光檢測單元228可具有與影像感測單元222相同/相似的感測元件架構，因此，可通過相同/相似的制程來實作出整合多種感測功能的感測裝置，并可降低生產成本。[0123]另外，影像感測單元222、可見光檢測單元224與紅外光檢測單元228可被獨立地致能或禁能。以下簡單說明影像感測、環境光感測、近接感測與手勢辨識的流程。請連同圖2來參閱圖9。圖9為本發明影像感測操作的一實施例的流程圖，其中該影像感測操作可簡單歸納如下。[0124]步驟910:開始。[0125]步驟912:選擇感測裝置120的感測模式(例如，影像感測、環境光感測、近接感測、手勢辨識與溫度感測模式)。[0126]步驟914:設定感測訊號的積分時間。[0127]步驟916:致能相對應的芯片(亦即，感測裝置120，或包含感測裝置120的芯片)。[0128]步驟918:將影像感測單元222的感測位址設為第O行。[0129]步驟920:將影像感測單元222的一感測訊號的一訊號電平(signallevel)傳送到相關雙取樣電路233。[0130]步驟922:將該感測訊號重置，以將該感測訊號的一重置電平(resetlevel)傳送到相關雙取樣電路233。[0131]步驟924:輸出該訊號電平與該重置電平之間的一電平差至放大器234。[0132]步驟926:將該電平差放大。[0133]步驟928:利用暗階補償電路237來進行暗階補償。[0134]步驟930:利用模擬數字轉換器236來將相加電路235所產生的一模擬訊號轉換為一數字訊號。[0135]步驟932:利用數字處理電路238來對該數字訊號進行處理，并據以輸出一數字數據輸出。[0136]步驟934:將影像感測單元222的感測位址增加I行。[0137]步驟936:判斷影像感測單元222的感測位址是否為最后一行？若是，執行步驟938;反之，執行步驟920。[0138]步驟938:讀取下一影像幀。[0139]于步驟920中，可依據不同感測元件的感度來調整積分時間，以得到較佳的感測結果。以上是以對單一影像幀進行處理為例。由于本領域技術人員經由閱讀圖1?圖8的相關說明之后，應可了解圖9所示的每一步驟的操作細節，故進一步的說明在此便不再贅述。[0140]請參閱圖10，其為本發明環境光感測操作(或色彩感測操作)的一實施例的流程圖，其中該環境光感測流程可簡單歸納如下。[0141]步驟1010:開始。[0142]步驟1012:選擇環境光感測模式。[0143]步驟1014:設定感測訊號的積分時間。[0144]步驟1016:設定放大增益。[0145]步驟1018:致能相對應的芯片。[0146]步驟1020:對一第一像素與(例如，圖4所示的包含紅色、綠色、藍色子像素的一像素)一第二像素(例如，圖4所示的包含紅色、綠色、藍色子像素的另一像素)進行檢測，以分別產生一第一感測訊號以及一第二感測訊號。[0147]步驟1022:對該第一感測訊號進行模擬數字轉換處理，以及對該第二感測訊號進行模擬數字轉換處理。[0148]步驟1024:將轉換后的該第一感測訊號與轉換后的該第二感測訊號輸出至一數據寄存器。[0149]步驟1026:讀取數據寄存器的數據。[0150]步驟1028:判斷是否讀取下一筆數據？若是，執行步驟1020;反之，執行步驟1030。[0151]步驟1030:禁能相對應的芯片。[0152]步驟1032:結束。[0153]于步驟1026中，可依據轉換后的該第一感測訊號與轉換后的該第二感測訊號之間的訊號比例來決定照度計算的系數。于步驟1028中，若環境光感測操作持續進行，則回到步驟1020以讀取下一筆數據。由于本領域技術人員經由閱讀圖1?圖9的相關說明之后，應可了解圖10所示的每一步驟的操作細節，故進一步的說明在此便不再贅述。[0154]請參閱圖11，其為本發明近接感測操作的一實施例的流程圖，其中該近接感測流程可簡單歸納如下。[0155]步驟1110:開始。[0156]步驟1112:選擇近接感測模式。[0157]步驟1114:設定積分時間。[0158]步驟1116:設定放大增益。[0159]步驟1118:致能相對應的芯片。[0160]步驟1120:于一紅外線發光二極管開啟時，檢測一像素(例如，圖4所示的標示為「I」的一像素)的一第一感測訊號。[0161]步驟1122:于該紅外線發光二極管關閉時，檢測該像素的一第二感測訊號。[0162]步驟1124:對該第一感測訊號進行模擬數字轉換處理，以及對該第二感測訊號進行模擬數字轉換處理。[0163]步驟1126:將轉換后的該第一感測訊號與轉換后的該第二感測訊號輸出至一數據寄存器。[0164]步驟1128:讀取數據寄存器的數據。[0165]步驟1130:判斷是否讀取下一筆數據？若是，執行步驟1120;反之，執行步驟1130。[0166]步驟1132:禁能相對應的芯片。[0167]步驟1134:結束。[0168]于步驟1128中，可依據轉換后的該第一感測訊號與轉換后的該第二感測訊號之間的訊號電平差來判斷物件與感測裝置之間的距離。由于本領域技術人員經由閱讀圖1?圖10的相關說明之后，應可了解圖11所示的每一步驟的操作細節，故進一步的說明在此便不再贅述。[0169]請參閱圖12，其為本發明手勢辨識操作的一實施例的流程圖，其中該手勢辨識流程可簡單歸納如下。[0170]步驟1210:開始。[0171]步驟1212:選擇手勢辨識模式。[0172]步驟1214:設定積分時間。[0173]步驟1216:設定放大增益。[0174]步驟1218:選擇一紅外線發光二極管。[0175]步驟1220:于該紅外線發光二極管開啟時，檢測一像素(例如，圖4所示的標示為「I」的一像素)的一第一感測訊號。[0176]步驟1222:于該紅外線發光二極管關閉時，檢測該像素的一第二感測訊號。[0177]步驟1224:對該第一感測訊號進行模擬數字轉換處理，以及對該第二感測訊號進行模擬數字轉換處理。[0178]步驟1226:將轉換后的該第一感測訊號與轉換后的該第二感測訊號輸出至一數據寄存器。[0179]步驟1228:讀取數據寄存器的數據。[0180]步驟1230:判斷是否讀取下一筆數據？若是，執行步驟1218;反之，執行步驟1232。[0181]步驟1232:禁能相對應的芯片。[0182]步驟1234:結束。[0183]于步驟1228中，可依據感測訊號的強度與時間的關系來辨識手勢。于此實施例中，是以辨識單一像素的感測訊號強度與時間的關系為例。于一設計變化中，也可以同時參照多個像素個別的感測訊號強度與時間的關系，來辨識物件位置/使用者的手勢。由于本領域技術人員經由閱讀圖1?圖11的相關說明之后，應可了解圖12所示的每一步驟的操作細節，故進一步的說明在此便不再贅述。[0184]值得注意的是，由于圖4所示的影像感測單元222具有紅外光檢測器/近接感測器(proximitysensor)的元件架構(例如，圖5所示的紅外光感測元件522_IR),因此，圖2所示的感測裝置120也可依據第一感測訊號DRl與一第二感測訊號DR2來判斷物件的位置和/或辨識物件對應的手勢。也就是說，圖2所示的處理電路232還可依據所得到的深度信息與時間之間的關系來辨識物件對應的手勢，舉例來說，若所得到的深度信息指示出物件與感測裝置120之間的距離減少，可代表使用者對感測裝置120施加一靠近手勢。再者，由于圖4所示的影像感測單元222可檢測物件影像，因此，圖2所示的感測裝置120也可以直接依據所得到的三維影像信息來判斷物件的位置和/或辨識物件對應的手勢。于一實作范例中，也可以將多個近接感測器直接嵌入至紅綠藍影像感測器陣列之中，以實現多功能的整合感測裝置。另外，圖2所示的影像感測單元222也可以僅通過近接感測器來得到三維影像信息(例如，灰階三維影像)，并可辨識物件位置與相對應的手勢，換言之，圖4所示的感測器陣列也可以只包含近接感測器的元件架構。[0185]由上可知，本發明影像處理系統整合了影像感測器、近接感測器與環境光感測器，并利用跨功能感測器(cross-functionsensor)(例如,用來檢測影像以及辨識手勢的近接感測器以及用來檢測環境光以及色彩的可見光檢測器)來提升系統性能。【權利要求】1.一種感測裝置，包含:一紅外光產生元件；一影像感測單元，用以于該紅外光產生元件開啟時，檢測反射自一物件的一第一紅外光訊號以產生一第一感測訊號，以及于該紅外光產生元件關閉時，檢測反射自該物件的一第二紅外光訊號以產生一第二感測訊號；一處理電路，耦接于該影像感測單元，用以至少依據該第一感測訊號以及該第二感測訊號來產生該物件的一三維影像信息，其中該三維影像信息包含一深度信息；以及一控制電路，耦接于該紅外光產生元件、該影像感測單元以及該處理電路，用以控制該紅外光產生元件的開啟與關閉、該影像感測單元的感測操作，以及該處理電路的訊號處理操作。2.如權利要求1所述的感測裝置，其中該處理電路依據該第一感測訊號與該第二感測訊號之間的訊號差來產生該物件的該深度信息。3.如權利要求1所述的感測裝置，其中該影像感測單元還檢測反射自該物件的一可見光反射訊號以產生一第三感測訊號，以及該處理電路是依據該第一感測訊號、該第二感測訊號以及該第三感測訊號來產生該物件的該三維影像信息。4.如權利要求3所述的感測裝置，其中該影像感測單元是于該紅外光產生元件關閉時，檢測反射自該物件的該可見光反射訊號以產生該第三感測訊號。5.如權利要求3所述的感測裝置，其中該影像感測單元包含:至少一紅外光感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該第一紅外光訊號與該第二紅外光訊號，以分別產生該第一感測訊號與該第二感測訊號；以及至少一可見光感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該可見光反射訊號以產生該第三感測訊號。6.如權利要求5所述的感測裝置，其中該第三感測訊號包含一紅光轉換訊號、一綠光轉換訊號以及一藍光轉換訊號，以及該至少一可見光感測元件包含:一紅光感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該可見光反射訊號以產生該紅光轉換訊號；一綠光感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該可見光反射訊號以產生該綠光轉換訊號；以及一藍光感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該可見光反射訊號以產生該藍光轉換訊號。7.如權利要求5所述的感測裝置，其中該至少一可見光感測元件包含至少一紅外光截止而可見光通過感測元件。8.如權利要求7所述的感測裝置，其中該第三感測訊號包含一紅光轉換訊號、一綠光轉換訊號以及一藍光轉換訊號，以及該至少一紅外光截止而可見光通過感測元件包含:一紅外光截止而紅光通過感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該可見光反射訊號以產生該紅光轉換訊號；一紅外光截止而綠光通過感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該可見光反射訊號以產生該綠光轉換訊號；以及一紅外光截止而藍光通過感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該可見光反射訊號以產生該藍光轉換訊號。9.如權利要求3所述的感測裝置，其中該影像感測單元包含:至少一紅外光通過且可見光通過感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該第一紅外光訊號與該第二紅外光訊號以分別產生該第一感測訊號與該第二感測訊號，以及檢測該可見光反射訊號以產生該第三感測訊號。10.如權利要求9所述的感測裝置，其中該第三感測訊號包含一紅光轉換訊號、一綠光轉換訊號以及一藍光轉換訊號，以及該至少一紅外光通過且可見光通過感測元件包含:至少一紅外光通過且紅光通過感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該可見光反射訊號以產生該紅光轉換訊號；至少一紅外光通過且綠光通過感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該可見光反射訊號以產生該綠光轉換訊號；以及至少一紅外光通過且藍光通過感測元件，耦接于該處理電路，用來檢測該可見光反射訊號以產生該藍光轉換訊號；其中該至少一紅外光通過且紅光通過感測元件、該至少一紅外光通過且綠光通過感測元件以及該至少一紅外光通過且藍光通過感測元件的至少其一還檢測該第一紅外光訊號與該第二紅外光訊號以分別產生該第一感測訊號與該第二感測訊號。11.如權利要求1所述的感測裝置，其中該處理電路還依據該深度信息與時間之間的關系來辨識一靠近手勢與一遠離手勢。12.如權利要求1所述的感`測裝置，還包含:一紅外光檢測單元，設置于該影像感測單元的周邊，并由該控制電路所控制以進行近接感測、物件位置檢測、手勢檢測的至少其一，其中近接感測、物件位置檢測、手勢檢測的至少其一是進行于該控制電路禁能該影像感測單元的期間。13.如權利要求1所述的感測裝置，還包含:一可見光檢測單元，設置于該影像感測單元的周邊，并由該控制電路所控制以進行環境光感測與色彩感測的至少其一，其中環境光感測與色彩感測的至少其一是進行于該控制電路禁能該影像感測單元的期間。14.如權利要求1所述的感測裝置，還包含:一暗感測單元，設置于該影像感測單元的周邊，并由該控制電路所控制以產生一參考訊號供暗階補償之用。15.一種感測方法，包含:致能一紅外光產生元件，以檢測反射自一物件的一第一紅外光訊號來產生一第一感測訊號；禁能該紅外光產生元件，以檢測反射自該物件的一第二紅外光訊號來產生一第二感測訊號；以及至少依據該第一感測訊號與該第二感測訊號之間的一訊號差來產生該物件的一三維影像息，其中該二維影像信息包含一深度信息。16.如權利要求15所述的感測方法，還包含:檢測反射自該物件的一可見光反射訊號以產生一第三感測訊號；以及至少依據該第一感測訊號與該第二感測訊號之間的該訊號差來產生該物件的該三維影像信息的步驟包含:依據該訊號差以及該第三感測訊號來產生該物件的該三維影像信息。17.如權利要求18所述的感測方法，其中檢測反射自該物件的該可見光反射訊號以產生該第三感測訊號的步驟進行于禁能該紅外光產生元件的期間。18.如權利要求15所述的感測方法，還包含:依據該深度信息與時間之間的關`系來辨識一靠近手勢與一遠離手勢。【文檔編號】G06F3/01GK103869973SQ201310695116【公開日】2014年6月18日申請日期:2013年12月17日優先權日:2012年12月17日【發明者】張鴻德,吳高彬,方智仁,洪尚銘申請人:義明科技股份有限公司