光学指向装置的制作方法

专利名称：光学指向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学指向装置(optical pointing device),且更确切 地说，特别是涉及一种使用图像传感器来获得物体的运动数据的光学指向 装置。
背景技术：
一般来说，图像传感器是一种包含多个光电管(pho toce 11)的光学转换 装置，每个光电管将从物体反射的光转换成对应于其强度的电信号。
光学指向装置通过一系列信号处理程序将以上光电管的信号(即对应 于从物体反射的光的强度的电信号)转换成物体的图像数据，将物体的当前 图像数据与先前的图像数据进行比较，并计算和输出物体的运动数据。
图1是常规光学指向装置的方框图。所述光学指向装置包含图像传感 器11、 A/D转换器12(模拟/数字转换器)、预过滤器电路(pre-filter circuit) 13、图4象处理器14和快门控制电3各(shutter control circuit) 15。
现在将描述图1所示的方框的相应功能。
用于发射光的光源(未图示)和用于控制光源的光源控制电路(未图示) 调整发射的光的量，并用此光照明物体(未图示)。
图像传感器11包含像素阵列(未图示)，用于检测由物体反射的光、并 输出对应于光量的电模拟信号PSA。
A/D转换器12从图像传感器11接收所述电模拟信号PSA、并输出数字 信号PSAD。
快门控制电路15从A/D转换器12接收输出信号PSAD、并输出快门控 制信号CSH,以用于控制图像传感器中的电子快门(electronic shutter)(未 图示)。快门控制信号CSH将图像传感器的像素阵列的信号平均值维持在特 定电平。
预过滤器电路13从A/D转换器12接收输出信号PSAD,并将输出信号 PSAD转换成1比特的数据(1-bit data),即根据预定规则(predetermined rule)对于运动检测来说必需的最小数据结构。
所述预定规则大体上可以是边缘4全测算法(edge detection algori thffl)。
图像传感器14接收预过滤器电路13的输出信号DSO,并计算和输出物 体的运动数据Vk。图1所示的常规光学指向装置必然包含A/D转换器12和预过滤器电路 13,这两者会增加光学指向装置的布局面积，且进而增加半导体集成电路
的芯片尺寸。
图2是另一常规光学指向装置的方框图。此常规光学指向装置包含图 像传感器21、图像处理器24和快门控制电路25。 现在将描述图2所示的方框的相应功能。
图像传感器21检测出光，将光转换成对应于光量的电模拟信号，并将 电模拟信号作为1比特数字信号ISO而输出。
图像处理器24接收图像传感器21的输出信号IS0，并导出和输出物体 的运动数据Vk。图像处理器24也输出快门数据信号IP0以提供给快门控制 电路25，并输出像素选择信号PS以用于选择提供给图像传感器21的像素。
快门控制电路25从图像处理器24接收快门数据信号IP0，并输出快门 控制信号CSH以用于控制图像传感器21中的电子快门(未图示)。也就是说， 快门控制电路25输出快门控制信号CSH，以用于响应于快门数据信号IP0 而将图像传感器21中的像素阵列(未图示)的信号平均值维持在特定电平。
图3是图2所示的常规光学指向装置的图像传感器的方框图。
请参看图3，图像传感器21包含多个单位像素(unit pixel) 36到39。 所述单位像素36到39中的每一者包含光电管PC1、比较器C0MP1和开关 SW1。
光电管PC1接收光，并产生对应于光量的模拟电压。响应于快门控制 信号CSH,比较器C0MP1将光电管PC1的输出信号PC001与邻近单位像素 37中的光电管PC2的输出信号PC002进行比较，并输出1比特的数字信号 COMOl。
在此情况下，最后一个单位像素39中的比较器C0MP N使用任何参考 电压VREF1作为参考电压。
响应于像素选择信号PS，开关SW1将来自比较器C0MP1的1比特数字 信号COM01作为图像传感器21的输出信号ISO而输出。
通过使用图3所示的包含比较器COMP和开关SW的图像传感器21，来 解决与图1所示的常规光学指向装置相关联的问题。然而，在图2所示的 光学指向装置的图像传感器21中，在单位像素36到39中包含比较器COMP 和开关SW的做法具有减小单位像素尺寸的限制，且无法补偿单位像素36 到39中的光电管PC1到PC(N)中的每一者的偏移。
由此可见，上述现有的常规光学指向装置在结构与使用上，显然仍存 在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决常规光学指向装置存在 的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用 的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的常规光学指向装置存在的缺陷，本发明人基于从事 此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积 极加以研究创新，以期创设一种新型结构的光学指向装置，能够改进一般 现有的常规光学指向装置，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并 经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的常规光学指向装置存在的缺陷，而 提供一种新型结构的光学指向装置，所要解决的技术问题是使其能够减小 半导体集成电路的芯片尺寸，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价 值。
本发明的另一目的在于，提供一种光学指向装置，所要解决的技术问 题是使其能够通过使用具有位于图像传感器外部的偏移去除电路和偏移 校正电路的比较器，来获得高质量的图像输出并输出准确的运动数据， 从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据
本发明提出的一种光学指向装置包括图像传感器，其包含光电管阵列， 所述光电管阵列包含多个光电管以用于感测光并产生对应于光的模拟信 号，所述图像传感器循序地输出来自多个光电管的模拟信号；比较器，其 用于对从图像传感器输出的信号进行比较以产生相对比较信号，并将从 图像传感器输出的至少一个信号与比较信号进行比较，以产生绝对比较 信号；以及控制器，其用于使用相对比较信号输出运动数据，并使用绝 对比较信号输出快门控制信号。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的光学指向装置，其中所述的图像传感器可包拾多个光电管，其布 置在第一方向和第二方向上；光电管线选择电路，其用于响应于第一控 制信号而选择布置在第一方向上的多个光电管；以及开关电路，其用于 响应于第二控制信号而选择和输出从由光电管线选择电路选择的多个光
电管输出的模拟信号。
前述的光学指向装置，其中所述的控制器可包拾运动数据输出单元，其 用于接收相对比较信号，且计算和输出运动数据；以及快门控制信号控 制器，其用于接收绝对比较信号，计算信号的平均值，并输出快门控制 信号，其中所述控制器输出第 一控制信号以用于控制图像传感器的光电
管线选择电路，且输出第二控制信号以用于控制图像传感器的开关电路。 前述的光学指向装置，其中所述的比较器可包括至少一个第一比较器，其用于比较从开关电路输出的至少两个模拟信号，并输出相对比较
信号；以及至少一个第二比较器，其用于将从开关电路输出的至少一个 模拟信号与比较信号进行比较，并输出绝对比较信号。
前述的光学指向装置，其中所述的比较器还包括偏移校正电路，其 用于校正第一比较器自身的偏移；以及偏移去除电路，其用于去除从开 关电路输出的信号的偏移。
前述的光学指向装置，其中所述的偏移校正电路可包括使用开关电 容器方案来执行偏移校正的偏移校正电路。
前述的光学指向装置，其中所述的偏移去除电路可包括使用相关双 取样方案来去除偏移的偏移去除电路。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据 本发明提出的另一种光学指向装置包括图像传感器，其包含光电管阵 列，所述光电管阵列包含多个第一光电管以用于感测光并产生对应于光 的模拟信号，所述图像传感器循序地输出从所述多个第 一光电管输出的
模拟信号；至少一个第二光电管，其用于感测光并产生对应于光的模拟信 号；比较器，用于比较从图像传感器输出的信号以产生相对比较信号，并 将从第二光电管输出的信号与比较信号进行比较，以产生绝对比较信
号；以及控制器，其用于使用相对比较输出信号输出运动数据，并使用 绝对比较输出信号输出快门控制信号。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的光学指向装置，其中所述的图像传感器可包括多个光电 管，其布置在第一方向和第二方向上；光电管线选择电路，其用于响应于 第一控制信号而选择布置在第一方向上的多个光电管，以及开关电路，用 于响应于第二控制信号而选择和输出从由光电管线选择电路选择的多个 光电管输出的模拟信号。
前述的光学指向装置，其中所述的控制器可包括运动数据输出单 元，其用于接收相对比较信号，并计算和输出运动数据；以及快门控制 信号控制器，其用于接收绝对比较信号，计算信号的平均值，并输出快 门控制信号，其中所述控制器输出第一控制信号以用于控制图像传感器 的光电管线选择电路，且输出第二控制信号以用于控制图像传感器的开 关电路。
前述的光学指向装置，其中所述的比较器可包括至少一个第一比较 器，其用于比较从开关电路输出的至少两个模拟信号，并输出相对比较 信号；以及至少一个第二比较器，其用于将从第二光电管输出的模拟信 号与比较信号进行比较，并输出绝对比较信号。
前述的光学指向装置，其中所述的比较器还包括偏移校正电路，其
8用于校正第一比较器自身的偏移；以及偏移去除电路，其用于去除从开 关电路输出的模拟信号的偏移。
前述的光学指向装置，其中所述的偏移校正电路可包括使用开关电 容器方案来执行偏移校正的偏移校正电路。
前述的光学指向装置，其中所述的偏移去除电路可包括使用相关双 取样方案来去除偏移的偏移去除电路。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案 可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下
本发明提出 一种光学指向装置，所述光学指向装置包含图像传感 器，其包含光电管阵列，光电管阵列包含多个光电管以用于感测光并产生 对应于光的模拟信号，图像传感器循序地输出来自多个光电管的模拟信号； 比较器，其用于比较从图像传感器输出的信号，以产生相对比较信号，并 将从图像传感器输出的至少 一个信号与比较信号进行比较，以产生绝对比 较信号；以及控制器，其用于使用相对比较信号输出运动数据，并使用绝 对比较信号输出快门控制信号；本发明能够减小半导体集成电路的芯片尺 寸，且能够通过使用具有位于图像传感器外部的偏移去除电路和偏移校 正电路的比较器，来获得高质量的图像输出并输出准确的运动数据，从 而更加适于实用。
借由上述技术方案，本发明光学指向装置至少具有下列优点
l,本发明光学指向装置能够减小半导体集成电路的芯片尺寸，从而更 加适于实用，且具有产业上的利用价值。
2，本发明光学指向装置能够通过使用具有位于图像传感器外部的偏 移去除电路和偏移校正电路的比较器，来获得高质量的图像输出并输出 准确的运动数据，从而更加适于实用。
综上所述，本发明特殊结构的光学指向装置，其具有上述诸多的优点 及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确 属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进 步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的常规光学指向装置具有增进 的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新 颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例 并配合附图详细说明如后。
本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。


图l是常规光学指向装置的方框图。
图2是另一常规光学指向装置的方框图。
图3是图2所示的图像传感器的方框图。 图4是本发明光学指向装置的方框图。 图5是本发明第一实施例的光学指向装置。 图6是本发明第二实施例的光学指向装置。
图7是本发明的具有偏移去除电路和偏移校正电路的相对电平比较器 的方框图。
图8a是图5所示的光电管的电路图。
图8b是图7所示的偏移去除电路的电路图。
图9是图7所示的偏移校正电路的电路图。
110图像传感器
111光电管112:开关电路
113光电管线选择电路(photocell-line selection array)114光电管阵列(photocellarray)
130比较器电路
131相对电平比较器132:绝对电平比较器
140图像处理器
141运动数据输出单元142:快门控制信号控制器
230比较器电路231:相对电平比较器
232绝对电平比较器233:第二光电管
331相对电平比较器
334偏移校正电路(offset correction circuit)335偏移去除电路(offsetremoval circuit)
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光学指向装置其具体 实施方式、结构、特4正及其功效，详细"^兌明如后。
请参阅图4所示，是本发明较佳实施例的光学指向装置的方框图。其 主要包括
图像传感器110、比较器电路130和图像处理器140。 现在将描述图4所示的方框的相应功能。
用于发射光的光源(未图示)和用于控制光源的光源控制电路(未图示) 调整发射的光的量，并用此光照明物体(未图示)。
图像传感器110检测由物体所反射的光，将光转换成对应于光量的电模拟信号，并输出由图像传感器110中的多个光电管(未图示)产生的电模
拟信号OUT-EVEN和OUT—0DD。
比较器电路130对从图像传感器110输出的模拟信号0UT_EVEN和 OUT—ODD进行比较，并输出数字信号，即相对比较输出信号OUT—RE和绝对 比较输出信号0UT_ABS。
图像处理器140从比较器电路130接收相对比较输出信号OUT-RE和绝 对比较输出信号OUT-ABS，导出并输出物体的运动数据Vk。图像处理器140 也输出控制信号S-CON、 P-CON和CSH以用于控制图像传感器110。
请参阅图5所示，是本发明第一较佳实施例的光学指向装置，其主要 包括
图像传感器110、比较器电路130和图像处理器140。 现在将描述图5所示的方框的相应功能。
用于发射光的光源(未图示)和用于控制光源的光源控制电路(未图示) 调整发射的光的量，并用此光照明物体(未图示)。
图像传感器110包含光电管阵列(photocell array) 114、光电管线选 4奪电3各(photocell—line selection array)113、和开关电3各112。在光电 管阵列114中，每个光电管111产生对应于积累的光的量的电模拟信号。
响应于来自图像传感器140的控制信号P-CON,光电管线选择电路113 选择连接到光电管阵列的列线(co 1 u m 1 ine)上的多个光电管的光电管选择 线SEL_0A到SEL_NA和SEL-0B到SEL_NB,并打开连接到选定的光电管选才奪 线的光电管的输出线。
开关电路112响应于来自图像处理器140的控制信号S-C0N，通过多个 打开的输出线0UT_ 0到OUT-M中的两者而进行选4奪。
比较器电^各130包含相对电平比较器131和绝对电平比较器132。相对 电平比较器131比较/人开关电路112所输出的两个信号OUT—EVEN和 0UT_0DD，并输出1比特的相对比较输出信号0UT_RE。
绝对电平比较器132将比较信号(即，预定电平的电压)与开关电路112 的输出信号进行比较，并输出1比特的绝对比较输出信号OUT—ABS。
图像处理器140包含运动数据输出单元141和快门控制信号控制器 142,并输出控制信号P-CON到光电管线选择电路113,且输出控制信号 S-CON到开关电路112。运动数据输出单元141响应于相对电平比较器131 的输出信号0UT_RE而输出运动数据信号Vk。快门控制信号控制器142输出 快门控制信号CSH，以用于响应于绝对电平比较器132的输出信号OUT—ABS 而控制图像传感器110的电子快门(未图示)。
虽然未图示用于发射光的光源、和用于控制光学指向装置的光源的光 源控制器(未图示)，但可通过光源控制器(例如快门控制信号控制器142)来输出来自光电管111的物体的图像信号，作为更清楚的图像信号。
将使用对图5所示的光学指向装置中的方框的功能的描述，来描述光
学指向装置的操作。
在图像传感器110中，多个光电管111产生对应于由物体所反射的光
的量的电模拟信号。
图像传感器110中的光电管线选择电路113响应于来自图像处理器140 的控制信号P-CON而输出线选择信号，以便选择多个光电管选择线SEL-OA 到SEL_NA中的两者。连接到选定的光电管选择线SEL-OA到SEL—OB的多个 光电管输出线OUT_0到OUT-M是打开的。
在此情况下，只有一个光电管111连接到多个打开的光电管输出线 OUT-O到OUT-M中的每个光电管输出线OUT-O,以便输出来自光电管111的 模拟信号。可通过预过滤器规则来选择光电管选择线SEL-OA到SEL-NA和 SEL-OB到SEL-NB。或者，可随机地或循序地对其进行选择。通过设计者的 意图来确定预过滤器原则。然而，在本发明的示范性实施例中，将光电管 选择线描述为通过预过滤器规则来循序地选择。在从由开关电路112选 择的所有光电管的输出都结束之后，进行从选定的光电管选择线SEL-OA到 SEL-0B到其它选择线SEL-1A到SEL-1B的切换。将容易明白，可改变预过 滤器规则和光电管阵列的光电管之间的布线，以选择至少两个光电管选择 线，且可通过选择光电管选择线而只选择必要区域中的光电管。
响应于来自图像处理器140的控制信号S-CON，开关电路112通过线选 择信号所打开的所有输出线OUT—0到OUT-M中的两者((OUT—0， 0UT_1), (OUT—1, 0UT_2) .... (OUT_M-1， OUT_M)}来进行选择。光电管线选4奪电路 113直到开关电路112输出所有选定输出线OUT— 0到OUT_M的光电管的模拟 信号时，才改变选定的光电管线SEL-OA和SEL_OB。
在此情况下，与光电管线选择电路113中一样，通过开关电路112中 的预过滤器规则来选择输出线OUT-0到OUT—M。或者，可通过预过滤器规则 来随机地或循序地对其进行选择。通过设计者的意图来确定开关电路112 的预过滤器规则，以选择比较光电管。然而，在本发明的示范性实施例中， 选择邻近光电管的两个输出线以供输出。将容易明白，可改变预过滤器规 则，且可选择光电管的至少两个输出线。
在比较器电路130中，相对电平比较器131接收并比较来自开关电路 112的两个信号OUT_EVEN和OUT-ODD,并输出1比特的相对比较输出信号 OUT_RE。
将容易明白，可改变开关电路112的预过滤器规则，使得开关电路112 可具有至少两个输出，且提供至少两个相对电平比较器131。具体来说，也 将容易明白，通过将来自开关电路112的至少两个输出相加而获得的值，其可与来自指定的特定光电管的值进行比较。
在比较器电路130中，绝对电平比较器132将从开关电路112输出的两 个信号中的一个信号OUT—EVEN与比较信号(预定电平的电压)进行比较，并 输出1比特的绝对比较输出信号0UT-ABS。
将容易明白，绝对电平比较器132可采用开关电路112的另一输出信 号OUT—ODD作为比较信号，且可改变开关电路112的预过滤器规则，使得 开关电路112可具有至少两个输出，且可提供至少两个绝对电平比较器132。
在图像处理器140中，运动数据输出单元141接收并存储来自相对电 平比较器131的相对比较输出信号0UT-RE。运动数据输出单元141存储所 有光电管的输出并形成物体的图像，将所形成的图像与所存储的先前物体 图像进行比较，并计算和输出运动数据Vk。
图像处理器140的快门控制信号控制器142接收并存储来自绝对电平 比较器132的绝对比较输出信号0UT-ABS,且计算所存储的数据的平均值， 并输出用于控制图像传感器110的电子快门的快门控制信号CSH。
请参阅图6所示，本发明第二较佳实施例的光学指向装置，其主要包
括
图像传感器110、比较器电路230、以及图像处理器140。 现在将描述图6所示的方框的相应功能和操作。
将省略对具有与图5所示的那些参考数字相同的参考数字的图像传感 器110和图像处理器140的描述，因为其具有与图5中的那些配置相同的 配置且执行与其相同的操作。
比较器电路230包含相对电平比较器231和绝对电平比较器232。相对 电平比较器231比较/人开关电路112输出的两个信号OUT—EVEN和OUT—ODD, 并输出1比特的相对比较输出信号0UT_RE。绝对电平比较器232将比较信 号即，预定电平的电压与第二光电管233的输出进行比较，并输出绝对比 较输出信号0UT_ABS。
连接到绝对电平比较器232的第二光电管2 33与图像传感器110 分离，以便操控快门控制。第二光电管233输出对应于输入光的量的电压 电平。将容易明白，可改变开关电路112的预过滤器规则，使得开关电路 112具有至少两个输出，且提供至少两个相对电平比较器231,且可提供至 少两个第二光电管233和至少两个绝对电平比较器232。
本发明不包含A/D转换器和用于产生1比特数字信号的预过滤器电 路，因而当将根据本发明的光学指向装置实施为半导体装置时会减小芯片 尺寸，这不同于常规光学指向装置。此外，将第二光电管233用于快门控 制可减小图像处理器140中用于产生快门控制信号的快门控制信号控制器 142的输入数据计算复杂性，因而减少图像处理器140中的电流消耗。请参阅图7所示，是本发明较佳实施例的光学指向装置的进一步具有 偏移去除电路和偏移校正电路的相对电平比较器的方框图。
所述相对电平比较器包含开关电路112、偏移去除电路(offset removal circuit335)以及偏移校正电路(off set correction circuit334)。 现在将描述图7所示的方框的相应功能。
将省略对具有与图5所示的参考数字相同的参考数字的开关电路112 的描述，因为其具有与图5中的配置相同的配置且执4亍与其相同的操作。
相对电平比较单元330包含相对电平比较器331、偏移去除电路335以 及偏移4吏正电^各334。
偏移去除电路335从开关电路112接收信号0UT_EVEN和OUT—0DD。偏 移去除电3各335 4吏用相关双取样方案(correlated double sampling scheme)，去除输入信号0UT_EVEN和0UT_0DD的偏移，并输出没有偏移的 信号EVEN—R和0DD_R。
为了校正相对电平比较器331的偏移，将相对电平比较器331连接到 使用开关电容器方案switched-capacitor scheme的偏移才交正电路334。相 对电平比较器331接收并比较来自偏移去除电路335的没有偏移的信号 EVEN—R和ODD—R,并输出1比特的相对比较输出信号0UT_RE。
请参阅图8a和图8b所示，本发明较佳实施例的光学指向装置，其主 要包括
图8a是图5所示的光电管的电路图。光电管111包含多个丽0S晶体 管M2到M4、以及光电二极管PD。
图8b说明使用相关双取样方案的偏移去除电路。偏移去除电路包含多 个NM0S晶体管M5到M7、多个PM0S晶体管M9到M14、两个电容器CS和CR 以及运算放大器BGl。
将参看图8a和图8b来描述光电管和偏移去除电路的操作。
一旦初始化，当向光电管lll淑o处于"高"电平的重设信号RST时，便 在节点TD上产生重i:殳电压VR,且丽0S晶体管M3输出对应于重^:电压VR 的电压。当施加处于"高，，电平的选择信号SEL_SL时，丽0S晶体管M4接 通，且向输出线OUT-O发送对应于重设电压VR的电压。经由开关电路112 将输出线OUT-0上的电压输出到偏移去除电路335的输入OUT-EVEN。当控 制信号SR-CON接通时，丽0S晶体管M6发送输入信号0UT-EVEN。在电容器 CR中积累对应于输入信号OUT-EVEN的电压的电荷。在此情况下，在电容器 CR中积累对应于重i殳电压VR加上偏移电压Voff即电压VR+Voff的电荷。
当施加处于"低"电平的重设信号RST、且快门未图示开启以便向光电 二极管PD施加光时，NMOS晶体管M2断开，且对应于施加到光电二极管PD 的光的电流流动。相应地，在节点TD上产生信号电压Vsig。当以"高"电平产生选4奪信号SEL-SL时，腿0S晶体管M3输出对应于节点TD上的电压的 电压。且薩0S晶体管M4接通，并向输出线OUT-0发送对应于节点TD上的 电压的电压。经由开关电路112将输出线OUT-0上的电压输出到偏移去除 电路335的输入OUT-EVEN。此后，当快门关闭且产生处于"高"电平的控 制信号SS-CON时，應OS晶体管M7发送输入信号OUT_EVEN,且在电容器CS 中积累对应于输入信号OUT-EVEN的电压的电荷。在此情况下，在电容器CS 中积累对应于信号电压Vsig加上偏移电压Voff即电压Vsig+Voff的电荷。 此后，当随后施加处于"低"电平的控制信号C-CON时，PM0S晶体管M9和 Mil接通，在节点Nl上产生对应于施加到PM0S晶体管Ml 0的电压Vs ig+Vof f 的电压，且在节点N2上产生对应于施加到PM0S晶体管M12的电压VR+Voff 的电压。运算放大器BG1放大两个电压之间的差值，并产生没有偏移电压 Voff的输出OUT—EVEN-A。以此方式，通过偏移去除电^各335产生没有偏移 的输出OUT—EVEN-A。
上文描述是基于信号电压包含晶体管M3所产生的偏移电压的事实。在 重设电压和信号电压中均存在偏移电压，且可通过从包含偏移电压的信号 电压中减去包含偏移电压的重设信号，而获得没有偏移的输出信号。
请参阅图9所示，是本发明较佳实施例的光学指向装置图7所示的偏 移去除电路的电路图。其主要包括
多个开关Sl到S6、多个电容器C1到C2以及比较器BG2。
现在将参看图9说明使用开关电容器方案的偏移校正电路的操作。
当偏移校正电路334的多个开关S5和S6断开、且多个开关Sl到S4 接通时，不输入信号。相应地，只经由接通的开关S3和S4向节点P和Q 输出和施加比较器BG2的偏移电压Voff。在电容器Cl和C2中存储施加到 节点P和Q的偏移电压Voff。在此状态下，当接通多个开关S5和S6且断 开多个开关Sl到S4时，向节点A和B输入光电管的^t拟信号0UT_EVEN_A 和0UT-0DD-A,且分别在节点P和Q处产生模拟信号OUT—EVEN—A和 0UT_0DD_A加上存储在电容器Cl和C2中的比较器的偏移电压Voff,即信 号0UT-EVEN_A+Voff和OUT—ODD—A+Voff。
比较器BG2接收和比较节点P和Q上的信号电压OUT-EVEN—A+Voff和 0UT_0DD_A+Voff,并输出相对比较信号0UT-RE。
输入信号必须高于输入偏移电压Voff,使得比较器比较输入信号并输 出比较信号。因此，偏移校正电路比较通过将比较器的偏移电压Voff与输 入信号求和而获得的信号，并输出比较信号，其中电容器用于存储比较器 的偏移电压Voff。
使用相关双取样方案的偏移去除电路和使用开关电容器方案的偏移校 正电路以去除或校正偏移。在光学指向装置中，图像传感器的光电管具有其偏移，这会引起固定图案的噪声，其百分比在预定量的光下增加，从而 使得光学指向较为困难。此外，当实际上实施比较器的电路时，组件的不 一致会引起偏移，从而导致比较器的比较操作中的输入信号出现差异，从
而引起装置出现故障。包含偏移去除电路335和偏移校正电路334的相对 电平比较器331解决了以上问题，且允许在光学信号的低信噪 signa卜to-noise， S/N比的环境中获得高质量的图像，使得光学指向装置 稳定地操作。
因此，根据本发明的光学指向装置不包含A/D转换器或预过滤器电路，因 而减少了半导体集成电路的装置面积和芯片尺寸，这不同于常规的光学指 向装置。
此外，根据本发明的光学指向装置通过使用具有位于图像传感器外部 的偏移去除电路和偏移校正电路的比较器以便获得物体的运动数据，可获 得高质量的图像输出且相应地获得准确的运动数据。此外，使用与图像传 感器分离的第二光电管可减少图像处理器的数据计算复杂性，因而减少了 整个电路以及图像处理器中的电流消耗。
虽然已出于说明目的揭示了本发明的示范性实施例，但所属领域的技 术人员将明白，在不偏离本发明的范围的情况下，可进行各种修改、添加 和替换。因此，本发明不限于上述实施例，而是由所附权利要求书连同其 等效物的全部范围来界定。
上述如此结构构成的本发明光学指向装置的技术创新，对于现今同行 业的技术人员来说均具有许多可取之处，而确实具有技术进步性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围 内。
权利要求
1、一种光学指向装置，其特征在于其包括图像传感器，其包含光电管阵列，所述光电管阵列包含多个光电管以用于感测光并产生对应于所述光的模拟信号，所述图像传感器循序地输出来自所述多个光电管的模拟信号；比较器，其用于比较从所述图像传感器输出的所述信号，以产生相对比较信号，并将从所述图像传感器输出的至少一个信号与比较信号进行比较，以产生绝对比较信号；以及控制器，其用于使用所述相对比较信号输出运动数据，并使用所述绝对比较信号输出快门控制信号。
2、 根据权利要求l所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的图像 传感器包括所述多个光电管，其布置在第一方向和第二方向上； 光电管线选择电路，其用于响应第一控制信号而选择布置在所述第一方向上的所述多个光电管；以及开关电路，其用于响应于第二控制信号而选择和输出从由所述光电管线选择电路选择的所述多个光电管输出的模拟信号。
3、 根据权利要求2所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的控制 器包括运动数据输出单元，其用于接收所述相对比较信号，并计算和输出运 动数据；以及快门控制信号控制器，其用于接收所述绝对比较信号，计算所述信号 的平均值，并输出快门控制信号，其中所述控制器输出所述第一控制信号 以用于控制所述图像传感器的所述光电管线选择电路，且输出所述第二控 制信号以用于控制所述图像传感器的所述开关电路。
4、 根据权利要求2所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的比较 器包括至少一个第 一比较器，其用于比较从所述开关电路输出的至少两个模 拟信号，并输出所述相对比较信号；以及至少一个第二比较器，其用于将从所述开关电路输出的至少一个模拟 信号与所述比较信号进行比较，并输出所述绝对比较信号。
5、 根据权利要求4所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的比较 器还包括偏移校正电路，其用于校正所述第一比较器自身的偏移；以及 偏移去除电路，其用于去除从所述开关电路输出的所述信号的偏移。
6、 根据权利要求5所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的偏移校正电路包括使用开关电容器方案来执行偏移校正的偏移校正电路。
7、 根据权利要求5所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的偏移 去除电路包括使用相关双取样方案来去除所述偏移的偏移去除电路。
8、 一种光学指向装置，其特征在于其包括图像传感器，其包含光电管阵列，所述光电管阵列包含多个第一光电 管以用于感测光并产生对应于所述光的模拟信号，所述图像传感器循序地 输出从所述多个第 一光电管输出的模拟信号；至少一个第二光电管，其用于感测光并产生对应于所述光的模拟信号；比较器，其用于比较从所述图像传感器输出的所述信号以产生相对比 较信号，并将从所述第二光电管输出的所述信号与比较信号进行比较，以 产生绝对比较信号；以及控制器，其用于使用所述相对比较输出信号输出运动数据，并使用所 述绝对比较输出信号输出快门控制信号。
9、 根据权利要求8所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的图像 传感器包括所述多个光电管，其布置在第一方向和第二方向上； 光电管线选择电路，其用于响应于第一控制信号而选择布置在所述第一方向上的所述多个光电管；以及开关电路，其用于响应于第二控制信号而选择和输出从由所述光电管线选择电路选择的所述多个光电管输出的模拟信号。
10、 根据权利要求9所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的控 制器包括运动数据输出单元，其用于接收所述相对比较信号，并计算和输出运 动数据；以及快门控制信号控制器，其用于接收所述绝对比较信号，计算所述信号 的平均值，并输出快门控制信号，其中所述控制器输出所述第一控制信号 以用于控制所述图像传感器的所述光电管线选择电路，且输出所述第二控 制信号以用于控制所述图像传感器的所述开关电路。
11、 根据权利要求9所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的比 较器包括至少一个第 一比较器，其用于比较从所述开关电路输出的至少两个模 拟信号，并输出所述相对比丰支信号；以及至少一个第二比较器，其用于将从所述第二光电管输出的所述模拟信号与所述比较信号进行比较，并输出所述绝对比较信号。
12、 根据权利要求11所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的比 较器还包括偏移校正电路，其用于校正所述第一比较器自身的偏移；以及偏移去除电路，其用于去除从所述开关电路输出的所述模拟信号的偏移。
13、 根据权利要求12所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的偏 移校正电路包括使用开关电容器方案来执行偏移校正的偏移校正电路。
14、 根据权利要求12所述的光学指向装置，其特征在于其中所述的偏 移去除电路包括使用相关双 样方案来去除所述偏移的偏移去除电路。
全文摘要
本发明是关于一种光学指向装置，所述光学指向装置包含图像传感器，其包含光电管阵列，光电管阵列包含多个光电管以用于感测光并产生对应于光的模拟信号，图像传感器循序地输出来自多个光电管的模拟信号；比较器，其用于比较从图像传感器输出的信号，以产生相对比较信号，并将从图像传感器输出的至少一个信号与比较信号进行比较，以产生绝对比较信号；以及控制器，其用于使用相对比较信号输出运动数据，并使用绝对比较信号输出快门控制信号；本发明能够减小半导体集成电路的芯片尺寸，且能够通过使用具有位于图像传感器外部的偏移去除电路和偏移校正电路的比较器，来获得高质量的图像输出并输出准确的运动数据，从而更加适于实用。
文档编号G03B9/08GK101592848SQ20081009824
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者李芳远, 郑德暎 申请人:艾勒博科技股份有限公司