CN104978050A - 光学指向装置以及使用于光学指向装置的方法 - Google Patents

光学指向装置以及使用于光学指向装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光学指向装置和使用于所述光学指向装置的方法。所述光学指向装置包括一发光单元、一画素数组、一增益控制电路以及一处理电路。所述发光单元用来发光至一表面，所述画素数组用来传感反射自所述表面的光以产生至少一传感结果信号，所述增益控制电路用来针对所述至少一传感结果信号来控制一增益值。所述处理电路用来对一轨迹进行图像获取。所述增益控制电路及所述处理电路同时控制所述增益值及对所述轨迹进行图像获取。通过本发明，由于所述功率控制操作以及所述对于光学指向装置的轨迹的图像获取操作是同时执行，因此不需要针对所述功率控制操作以及图像获取操作来分别开启光学指向装置的发光二极管两次，进而可节省电源消耗。

Description

光学指向装置以及使用于光学指向装置的方法
技术领域
本发明涉及一种光学指向架构，尤其涉及一种光学指向装置以及用于所述光学指向装置的方法。
背景技术
一般而言，现有技术的光学鼠标具有传感器来接收反射自其所在的表面的光，并且传感产生图像数据。在实际操作上，现有技术的光学鼠标必须开启其内的一发光二极管(light emitting diode,LED)两次，使所述发光二极管分别发光两次，例如，当所述光学鼠标第一次开启所述发光二极管时，一对应的功率控制操作会被执行；当所述光学鼠标第二次开启所述发光二极管时，针对所述光学鼠标的轨迹(navigation)的一图像获取操作会基于功率控制操作的结果而被执行。对所述光学鼠标而言，用来执行功率控制操作所占用的时段(time period)会比起用来执行所述图像获取操作所占用的时间稍微来得长。此外，不但所述图像获取操作是基于所述功率控制操作来执行，上述两种操作都是通过所述光学鼠标中同样的画素单元来执行的，这就是所述光学鼠标必须开启发光二极管两次的原因。然而，使所述光学鼠标进行两次发光会造成所述光学鼠标有更多的电源消耗，尤其是对于无线光学鼠标而言，在使用上会带来更大的不便。因此，有需要提供一种新的架构来降低光学鼠标的电源消耗。
发明内容
本发明的目的之一在于公开一种光学指向装置以及用于光学指向装置的方法以解决上述问题。
本发明的一实施例公开一种光学指向装置，包括一发光单元、一画素数组、一增益控制电路以及一处理电路。所述发光单元是用来发光至一表面，所述画素数组是用来传感反射自一表面的光以产生至少一传感结果信号，所述增益控制电路是耦接于所述画素数组来针对所述至少一传感结果信号来控制一增益值，以避免信号所述至少一传感结果信号饱和，所述处理电路是耦接于所述增益控制电路以对所述光学指向装置的一轨迹执行一图像获取，其中所述增益控制电路以及所述处理电路同时控制所述增益值以及执行所述图像获取。
本发明的另一实施例公开一种使用于一光学指向装置的方法，包括：使用一画素数组来传感反射自一表面的光，以产生至少一传感结果信号；针对所述至少一传感结果信号来控制一增益值，以避免所述至少一传感结果信号饱和；以及对所述光学指向装置的一轨迹进行图像获取；其中控制所述增益值的步骤以及进行图像获取的步骤是同时被执行。
根据本发明的实施例，由于所述功率控制操作以及所述对于光学指向装置的轨迹的图像获取操作是同时执行，因此不需要针对所述功率控制操作以及图像获取操作来分别开启光学指向装置的发光二极管两次，进而可节省电源消耗。
附图说明
图1为根据本发明的一实施例的光学指向装置的示意图。
图2为图1所示的增益控制电路以及处理电路的时序图。
图3为图1所示的画素数组的画素的示意图。
图4为图3所示的虚设画素的简化电路的示意图。
其中，附图标记说明如下：
100                        光学指向装置
105                        发光单元
110                        画素数组
115                        增益控制电路
120                        处理电路
1051                       电阻单元
1052                       发光二极管
1053                       发光二极管驱动器
VRST、TAVG_EN、S_SHUTTER、 信号
LED_ON、LED ON/OFF、ADC_clock
TAVG                       脉冲宽度调变信号
V_threshold                电压临界值
CAP                        电容
VDDA                       电压电平
T1、T2                     时段
具体实施方式
请参考图1，图1为根据本发明的一实施例的光学指向装置100的示意图。如图1所示，光学指向装置100可例如是一光学鼠标，其包括一发光单元105、一画素数组110、一增益控制电路115以及一处理电路120。发光单元105包括一电阻单元1051、一发光二极管(light emitting diode, LED)1052以及一发光二极管驱动器1053，且发光单元105是用来发光至光学指向装置100所在的表面。画素数组110包括多个画素，且被使用作为一传感器来传感反射自所述表面的光，以产生并输出至少一传感结果信号(sense resultantsignal)至后续的电路(例如增益控制电路115或处理电路120)。所述至少一传感结果信号是用以触发(trigger)增益控制电路115的操作以及处理电路120的操作。增益控制电路115是用以针对所述至少一传感结果信号来控制一增益值，尤其是增益控制电路115可通过一自动增益控制器(auto-gaincontroller, AGC)来实现，所述自动增益控制器是用来为所述至少一传感结果信号决定出适当的增益值，以防止所述至少一传感结果信号饱和(saturate)。当决定出适当的增益值后，处理电路120会基于所述适当的增益值来进行图像获取，以使取得的光学指向装置100的轨迹具有较佳的图像质量。增益控制电路115以及处理电路120同时地分别控制增益值以及对光学指向装置100的轨迹进行图像获取，尤其是增益控制电路115会在一时段(time period)内决定所述增益值，其中处理电路120是在所述时段中开启(turn on)发光单元105以进行发光，并且开启一快门以对光学指向装置100的轨迹执行进行图像获取。
此外，发光单元105、画素数组110以及增益控制电路115是由处理电路120来控制，尤其是，处理电路120是用以通过传送一信号LED_ON来启用(enable)发光单元105以启用发光二极管驱动器1053，并通过传送一信号S_SHUTTER来对光学指向装置100进行图像获取以触发画素数组110，以及通过传送一信号TAVG_EN来进行自动增益控制以触发画素数组110以及增益控制电路115。在本实施例中，在发光单元105被启用以进行发光的一连续(consecutive)时段中，对光学指向装置100所进行的图像获取操作以及自动增益控制的操作是同时被触发且被进行/执行。所述自动增益控制的操作是对画素数组110所传感到的光信号的数据较为敏感，以快速地产生并且输出一脉冲宽度调变信号(pulse-width-modulated signal)TAVG至处理电路120，以使处理电路120可基于脉冲宽度调变信号TAVG而在发光单元105被启用以进行发光的所述连续时段中来对光学指向装置100的轨迹数据进行图像获取。因此，相较于现有技术的架构，本发明的光学指向装置100并不需要在所述连续时段的前就为了自动增益控制而启用发光单元105来进行发光，也就是说，通过将发光二极管于一连续时段中开启一次，自动增益控制的操作以及对于所述轨迹数据的图像获取的操作便都可被进行并完成，而不需要为了自动增益控制以及图像获取而开启发光二极管两次。因此，由于本实施例可大幅降低发光二极管被开启的时间，故可进而降低光学指向装置100的电源消耗。
请参考图2，图2为图1所示的增益控制电路115以及处理电路120的时序图。在本实施例中，在发光二极管被开启的时段中，增益控制电路115以及处理电路120是同时地分别对光信号进行自动增益控制以及对光学指向装置100的轨迹进行图像获取。如图2所示，在信号LED ON/OFF的时序中，高逻辑电平表示发光二极管1052是持续开启一时段T1，而低逻辑电平则表示发光二极管1052为关闭。同理，在信号TAVG_EN的时序中，时段T2的上升边缘(assertion)表示开始进行自动增益控制，而在时段T2的下降边缘(de-assertion)表示结束自动增益控制，也就是说，信号TAVG_EN由低位准至高位准的转变表示开始进行自动增益控制，而增益控制电路115会于开始进行自动增益控制时，为光信号决定出一个适当的增益值；而信号TAVG_EN由高位准至低位准的转变则表示结束自动增益控制，此时增益控制电路115会停止进行自动增益控制。信号SHUTTER的高逻辑电平即表示处理电路120针对光学指向装置100的轨迹进行图像获取所使用的时段T1，而信号SHUTTER的低逻辑电平则表示快门并未开启。
信号VRST为表示重置电容(reset capacitor)进行放电的一范例。处理电路120是用以在时段T1中开启快门，其中发光二极管1052会于时段T1被处理电路120启用以进行发光，而与此同时，在时段T1的一开始，处理电路120会控制增益控制电路115而在时段T2中进行自动增益控制，其中时段T2的长度是短于时段T1的长度，也就是说增益控制电路115所用来控制增益值的时段T2会短于开启快门以进行图像获取所使用的时段T1。在时段T2结束的后至时段T1结束的前的这段期间，处理电路120可基于增益控制电路115所决定的增益值来对光学指向装置100的轨迹进行图像获取，以改善图像质量。此外，在信号TAVG_EN为高电平的时段T2中，增益控制电路115以及处理电路120是用以估测传感结果信号在饱和的前的图像轮廓(imageprofile)，并且将估测到的图像轮廓的信息回传至控制器(未绘示于图2)，以定义出快门脉冲宽度/周期(当所述快门有开启时)。所述快门是同时被开启来获取或取得真实图像。当对所述快门的操作完成后，估测到的图像轮廓的信息会被一模拟数字转换器(analog-to-digital convertor,ADC)电路所取样并且被传送至所述控制器以进行图像处理。因此，增益控制以及图像获取的操作会同时进行，而脉冲宽度调变信号TAVG的操作时段是定义为自信号TAVG_EN的上升边缘至脉冲宽度调变信号TAVG的下降边缘的时段。
请参考图3，图3为图1所示的画素数组110的画素的示意图。如图3所示，画素数组110包括一部分的第一画素，例如虚设画素(dummy pixel)，以及一部分的第二画素，例如主动画素(active pixel)，在本实施例中，所述虚设画素是设置为环绕所述主动画素的一画素环(pixel ring)，然而这并非用以限制本发明的范畴。所述虚设画素是用以传感反射自光学指向装置100所在的表面的光以及产生被增益控制电路115所使用的一传感结果信号，来进行自动增益控制(也就是说决定出适当的增益值)。所述主动画素是用以传感反射自所述表面的光以及产生被处理电路120所使用的一传感结果信号，以对光学指向装置100的轨迹进行获取的操作。通过使用所述虚设画素以及所述主动画素，增益控制电路115以及处理电路120可同时地分别进行自动增益控制操作以及对光学指向装置100的轨迹进行获取的操作。
此外，自动增益控制的操作也可更加灵敏地运行，例如自动增益控制的操作可通过增加图3所示的所述虚设画素的数量而变得更加敏感，也就是说，通过应用更多的虚设画素来进行自动增益控制，自动增益控制的操作可被更快速地触发以及更快速地完成。
另外，自动增益控制的操作也可通过其他的方式来更加灵敏地运行，请一并参考图2以及图4，图4为图3所示的虚设画素的简化电路的示意图。如图4所示，对应于所述虚设画素中一虚设画素的电容CAP会先预充到VDDA的电平。当图2所示的信号TAVG_EN为高逻辑电平时，增益控制电路115会为图4中的光信号决定出一个适当的增益值，以进行自动增益控制，且电容CAP的一端的电压会放电至接地电压(ground voltage)的电平。一旦原先预充的电压电平VDDA与放电的后的电压电平之间的差量超过了有关于放电压降(voltage discharge difference)的一电压临界值V_threshold，增益控制电路115会完成自动增益控制并且输出脉冲宽度调变信号TAVG至处理电路120。通过将电容CAP的电容值设计/设置为小于所述主动画素中一主动画素的相对应电容的电容值，可使自动增益控制的操作变得更加灵敏。此外，降低上述的电压临界值可缩短电容CAP的放电时间，可进一步使自动增益控制的操作变得更灵敏，也就是说，通过缩短电容CAP的放电时间或是降低电压临界值，可缩短控制增益值所需的时间。例如，将相关于电压放电大小的电压临界值V_threshold设置为一较低值，电容CAP的放电量会在更短的时间就达到所述较低值，故可减少电容CAP的整体的放电时间，进而减少用来控制增益值的时段。以上所述的这些变化例都可促使自动增益控制的操作变得更加灵敏，以确保脉冲宽度调变信号TAVG可于时段T1内被触发并且被传送至处理电路120。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种光学指向装置，其特征在于，包括：
一发光单元，用来发光至一表面；
一画素数组，用来传感反射自所述表面的光，以产生至少一传感结果信号；
一增益控制电路，耦接于所述画素数组，用以针对所述至少一传感结果信号来控制一增益值，以避免信号饱和；以及
一处理电路，耦接于所述增益控制电路，用以对所述光学指向装置的一轨迹进行图像获取；
其中所述增益控制电路以及所述处理电路同时地分别控制所述增益值以及执行所述图像获取。
2.如权利要求1所述的光学指向装置，其特征在于，所述增益控制电路是用以在一时段内决定所述增益值，而所述处理电路会在所述时段中开启所述发光单元以进行发光并且开启一快门以对所述光学指向装置的所述轨迹进行所述图像获取。
3.如权利要求1所述的光学指向装置，其特征在于，所述画素数组包括多个第一画素以及多个第二画素；当所述处理电路针对所述光学指向装置的所述轨迹来使用所述第二画素时，所述第一画素被所述增益控制电路使用来决定所述增益值。
4.如权利要求3所述的光学指向装置，其特征在于，所述第一画素为多个虚设画素，且所述第二画素为多个主动画素。
5.如权利要求4所述的光学指向装置，其特征在于，所述虚设画素是形成环绕所述主动画素的一画素环。
6.如权利要求3所述的光学指向装置，其特征在于，所述第一画素中的一画素所对应的一电容的电容值小于所述第二画素中的一画素所对应的一电容的电容值。
7.如权利要求1所述的光学指向装置，其特征在于，被所述增益控制电路使用来针对所述至少一传感结果信号控制所述增益值的一时段的长度短于所述处理电路执行所述图像获取而开启一快门的一时段的长度。
8.一种使用于一光学指向装置的方法，其特征在于，包括：
使用一画素数组来传感反射自一表面的光，以产生至少一传感结果信号；
针对所述至少一传感结果信号来控制一增益值，以避免信号饱和；以及
对所述光学指向装置的一轨迹进行图像获取；
其中控制所述增益值的步骤以及进行图像获取的步骤同时被执行。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，控制所述增益值的步骤包括：
在一时段内决定所述增益值，其中在所述时段中，一发光单元被开启以进行发光，且一快门被开启以进行图像获取。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述画素数组包括多个第一画素以及多个第二画素；控制所述增益值的步骤包括通过使用所述第一画素来决定所述增益值；以及进行图像获取的步骤包括通过使用所述第二画素来针对所述光学指向装置的所述轨迹来进行所述图像获取。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一画素为多个虚设画素，且所述第二画素为多个主动画素。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述虚设画素是形成环绕所述主动画素的一画素环。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述第一画素中的一画素所对应的一电容的电容值设置为小于所述第二画素中的一画素所对应的一电容的电容值。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
将用来控制所述增益值的一时段的长度设定为短于执行所述图像获取而开启一快门的一时段的长度。
15.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
通过将相关于放电压降的一电压临界值设置为一较低值，来减少用于控制所述增益值的操作的一电容的放电时间，以减少用来控制所述增益值的一时段。
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