影像感測裝置以及使用這個影像感測裝置的光學導航裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種影像感測裝置以及使用這個影像感測裝置的光學導航裝置，特別 有關一種可避免過曝的影像感測裝置以及使用這個影像感測裝置的光學導航裝置。
【背景技術】
[0002] 現有的光學導航裝置（例如光學鼠標或光學觸控裝置）都是以一光源產生光來照 射對象（例如手指、觸控筆，或是光學導航裝置放置的表面），然后以一影像感測裝置擷取 包含對象影像的多張圖框來計算出對象的位置。為了避免環境光的干擾而造成誤判，其中 一種做法是將光源關閉而擷取一張圖框，然后再將光源打開擷取一張圖框，將兩張圖框相 減便可計算出僅有光源光照射下的圖框，以增加判斷對象位置的精確度。影像感測裝置會 包含多個感測像素，用以根據感測到的光產生影像感測信號，而這些影像感測信號經過后 續處理后會產生前述的圖框。圖1繪示了現有技術中部分感測像素結構的電路圖。如圖1 所示，感測像素100中會包含一光感應元件ro(例如光二極管）以及一電荷存儲元件C(例 如電容）。光感應元件ro會根據接收到的光產生電荷而存儲在電荷存儲元件c中。
[0003] 圖2繪示了現有技術中，光源開啟時和關閉時，電荷存儲元件存儲光感應電荷的 示意圖。如圖2所示，在圖1的光源LS關閉時，光感應元件ro根據環境光產生了光感應電 荷數量CRe的光感應電荷（以白色圓圈表示），這些光感應電荷會傳送至電荷存儲元件C并 被存儲。而在圖2的光源LS開啟時，光感應兀件根據環境光以及光源LS發出的光源光 而產生了光感應電荷數量CR6+C&的光感應電荷（因光源光而產生的光感應電荷以黑色圓 點表示），這些光感應電荷也會傳送至電荷存儲元件C并被存儲。光源開啟和關閉的光感應 電荷會分別被讀出而據以產生影像感測信號，然后再據以產生圖框。而將這兩狀態下產生 的圖框相減，便可得到僅有光源光時的圖框。
[0004] 然而，當環境光太強時，就可能影響前述步驟的精確度。圖3繪示了現有技術中， 環境光過強而使得光感應電荷大于電荷存儲元件的最大電荷存儲數量（即所謂的過曝）的 示意圖。如圖3所示，當環境光相當強時，有可能使光感應元件ro根據環境光產生的光感 應電荷（以白色圓圈表示）的電荷數量超出電容的最大電荷存儲數量。或者，光感應元件 ro根據環境光產生的光感應電荷（以白色圓圈表示）的電荷數量未超出電容的最大電荷存 儲數量，但根據環境光產生的光感應電荷加上根據光源光所產生的光感應電荷（以黑色圓 點表示）的總電荷數量超出電容的最大電荷存儲數量。這兩種情形下，都無法得到正確的 僅有光源光時的圖框。

【發明內容】

[0005] 因此，本發明一目的是公開一種影像感測裝置，其可避免現有技術中圖框過曝的 問題。
[0006] 本發明另一目的是公開一種光學導航裝置，其可通過未過曝的圖框計算出對象的 相對位移。
[0007] 本發明一實施例公開了影像感測裝置，包含感測像素以及控制電路。感測像素包 含：電荷儲存組件；光感應組件，在第一模式下依據所接收的光量產生第一光感應電荷數 量的電荷，并在第二模式下依據所接收的光量產生第二光感應電荷數量的電荷，其中該第 二光感應電荷數量大于該第一光感應電荷數量；以及開關組件，根據控制電壓決定該光感 應組件能傳送至該電荷儲存組件的電荷數量；以及控制電路，用以產生該控制電壓，使得該 第一模式下該光感應電荷能傳送至該電荷儲存組件的電荷數量為第一電荷數量，而該第二 模式下該光感應電荷能傳送至該電荷儲存組件的電荷數量為第二電荷數量，其中該第一電 荷數量為該第一光感應電荷數量減去一第三電荷數量，該第二電荷數量為該第二光感應電 荷數量減去該第三電荷數量；其中該第一電荷數量和該第二電荷數量均小于該電荷儲存組 件的最大電荷儲存數量。此處的第三電荷數量是開關組件部份導通時，未流入電荷儲存組 件的光感應電荷的數量，將在底下以圖示詳述。
[0008] 本發明另一實施例公開了一種光學導航裝置，包含了影像感測裝置、光源以及處 理單元。影像感測裝置于第一模式下產生第一影像感測訊號，而在第二模式下產生第二影 像感測訊號，包含感測像素以及控制電路。感測像素包含；電荷儲存組件；光感應組件，在 第一模式下依據所接收的光量產生第一光感應電荷數量的電荷，并在第二模式下依據所接 收的光量產生第二光感應電荷數量的電荷，其中該第二光感應電荷數量大于該第一光感應 電荷數量；開關組件，根據控制電壓決定該光感應組件能傳送至該電荷儲存組件的電荷數 量；以及影像感測訊號產生電路，用以根據該電荷儲存組件中所儲存的該電荷產生影像感 測訊號；以及控制電路，用以產生該控制電壓，使得該第一模式下該光感應電荷能傳送至該 電荷儲存組件的電荷數量為第一電荷數量，而該第二模式下該光感應電荷能傳送至該電荷 儲存組件的電荷數量為第二電荷數量，其中該第一電荷數量為該第一光感應電荷數量減去 第三電荷數量，該第二電荷數量為該第二光感應電荷數量減去該第三電荷數量；其中該第 一電荷數量和該第二電荷數量均小于該電荷儲存組件的最大電荷儲存數量，而該影像感測 訊號產生電路根據該第一電荷數量的該光感應電荷產生該第一影像感測訊號及根據該第 二電荷數量的該光感應電荷產生該第二影像感測訊號。光源于第一模式下不發光，而在第 二模式下提供占該第二光量的至少一部份的光給該光感應組件。處理單元將第二影像感測 訊號減去該第一影像感測訊號以計算出該光學導航裝置相對于一對象的移動。控制電路可 整合在處理單元中。
[0009] 通過前述的實施例，可避免現有技術中環境光過強而過曝的問題。而通過回饋機 制以及可自由設定控制電壓的機制，可讓感應像素中的開關有更適當的導通程度。
【附圖說明】
[0010] 圖1繪示了現有技術中部分感測像素結構的電路圖。
[0011] 圖2繪示了現有技術中，光源有開啟時和關閉時，電荷存儲元件存儲光感應電荷 的示意圖。
[0012] 圖3繪示了現有技術中，環境光過強而使得光感應電荷大于電荷存儲元件的最大 電荷存儲數量的示意圖。
[0013] 圖4和圖5繪示了根據本發明實施例的影像感測裝置的電路圖。
[0014] 圖6繪示了圖4所示的影像感測裝置的動作示意圖。
[0015] 圖7和圖8繪示了根據本發明實施例的光學導航裝置的方塊圖。其中，附圖標記 說明如下：
[0016] 100感測像素
[0017] 400、701、801影像感測裝置
[0018] 401影像感測矩陣
[0019] 402控制電路
[0020] 403信號讀取電路
[0021] 405放大器
[0022] 407模擬數字轉換器
[0023] 409回饋電路
[0024] 411環境光感測裝置
[0025] 501影像感測信號產生電路
[0026] 700光學導航裝置
[0027] 800光學鼠標
[0028] 703、803 處理單元
[0029] SWRiSWI^重置元件
[0030]C電荷存儲元件
[0031]PIX感測像素
[0032]PD光感應元件
[0033]SWT開關元件
[0034]Td晶體管
[0035]LS光源
[0036]Sr表面
[0037]SR^SR^SRn信號讀出單元
【具體實施方式】
[0038] 圖4和圖5繪示了根據本發明實施例的影像感測裝置的電路圖。但請留意圖4和 圖5的結構僅用以舉例，并非用以限定本發明。如圖4所示，影像感測裝置400包含了影像 感測矩陣401、控制電路402、信號讀取電路403、放大器405以及模擬數字轉換器407。影 像感測矩陣401具有至少一個感測像素PlXn-PIXm。這些感測像素PlXn-PIXm根據感測 到的一個影像產生至少一個影像感測信號ISn-IS.。信號讀取電路403用以讀出影像感測 信號ISn-IS.。放大器405用以根據至少一個放大參數將該影像感測信號ISn-IS.放大 成一個放大后影像感測信號AISn-AIS.。模擬數字轉換器407用以將放大后影像感測信號 AISn-AISm轉換成數字放大后影像感測信號DAISn-DAIS^，這些數字后的影像感測信號構 成了圖框。但請留意影像感測裝置400也可不包含放大器405。這個情況下模擬數字