專利名稱：具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學鼠標芯片，特別關(guān)于一種可應(yīng)用于影像邊緣萃取和運動物體的偵測的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片。
如

圖1所示，為習知光學鼠標芯片的方塊圖，包括一影像捕捉單元1a、一數(shù)字訊號處理單元2a及一轉(zhuǎn)換單元3a，其中該影像捕捉單元1a用以偵測影像變化，并將捕捉到的模擬影像訊號轉(zhuǎn)成一數(shù)字訊號輸出；該數(shù)字訊號處理單元2a連接于影像捕捉單元1a，將數(shù)字訊號作一運算處理，借以計算出影像的移動方向；該轉(zhuǎn)換單元3a連接于數(shù)字訊號處理單元2a，將影像的移動方向轉(zhuǎn)成一PS/2或四象規(guī)格輸出至計算機的鼠標插座或給鼠標控制器使用。
但，上述習知的數(shù)字訊號處理單元2a計算影像捕捉單元1a快速捕捉到的影像變化，并加以辨識影像的運動方向，當影像捕捉單元1a捕捉到的資料量變大時，該數(shù)字訊號處理單元2a所須處理的資料量亦跟著變多，導致處理的時間就變長，造成無法快速偵測更細微或更快速的影像移動的缺失。
請參閱圖2所示，為習知運動影像偵測器的架構(gòu)圖，具有數(shù)個硅視網(wǎng)膜細胞，每個硅視網(wǎng)膜細胞8a包括一偵測單元4a、一萃取單元5a、一延遲單元6a及一比對單元7a，該偵測單元4a偵測影像變化，并將模擬訊號轉(zhuǎn)成一數(shù)字訊號；該萃取單元5a連接于偵測單元4a輸出端，將數(shù)字訊號轉(zhuǎn)成一影像移動訊號；該延遲單元6a連接于萃取單元5a的輸出端，將萃取單元5a輸出的訊號延遲輸出；該比對單元7a連接于萃取單元5a及前一硅視網(wǎng)膜細胞8a中延遲單元6a的輸出端，比對影像移動訊號是否有移動。
據(jù)此，可利用上述單元建構(gòu)成單一硅視網(wǎng)膜細胞8a，并借由增加硅視網(wǎng)膜細胞8a的數(shù)量來組成一類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，再通過延遲和比對的交談運算法以判斷出特定影像邊緣的移動方向和速度；其架構(gòu)已經(jīng)不需數(shù)字訊號處理單元2a即可算出特定影像的移動方向及速度，且判別影像移動的方向及速度并不會因影像移動訊號資料量的增加，而造成所需處理時間亦跟著增加。
但在上述習知運動影像偵測器中，該等延遲單元6a均需調(diào)整時間，以符合在某特定狀況下影像移動的速度，且偵測影像運動時在其所判定的方向上，會于上、下、左、右四個方向分別輸出有一二進制脈沖，但在實際使用時有些方向并不會輸出脈沖，以致會有實時性運動方向誤判的缺失。
是以，由上可知，上述習知光學鼠標芯片及運動影像偵測器，在實際使用上，顯然具有不便與缺失存在，而可待加以改善。
本發(fā)明的主要目的，在于可提供一種具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，利用固定的延遲時間，并配合系統(tǒng)操作頻率，借以達到快速偵測細微運動影像。
本發(fā)明的另一目的，在于可提供一種具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，統(tǒng)計所有硅視網(wǎng)膜細胞于掃描一次后，各方向的輸出總數(shù)并取其中最大值所代表的方向為影像運動方向，借以精確無誤判斷出影像的移動方向。
本發(fā)明的又一目的，在于可提供一種具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，利用雙載子接面晶體管，以萃取影像邊緣變化。
為了達成上述目的，本發(fā)明的一種具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，包括一影像感測數(shù)組單元、一累加單元及一比較選擇單元，其中該影像感測數(shù)組單元由復數(shù)個硅視網(wǎng)膜細胞所連接組成的類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并由硅視網(wǎng)膜細胞將感測到的影像運動各方向值加以輸出；該累加單元連接于影像感測數(shù)組單元的輸出端，累加統(tǒng)計所有硅視網(wǎng)膜細胞在影像運動不同方向的輸出總值；該比較選擇單元連接于累加單元的輸出端，將影像運動不同方向的輸出總值，擇一最大值所代表的方向并加以輸出，以代表該影像的運動方向；借此可快速偵測出細微的影像運動及精準的判斷出影像運動的正確方向。
本發(fā)明的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，具有如下述的特點(1)可快速偵測出細微的影像運動；(2)可準確判斷出影像的運動方向；(3)可處理大量的影像資料。
綜上所述，本發(fā)明改善了習知光學鼠標芯片及運動影像偵測器無法處理大量的影像資料、需調(diào)整延遲時間及無法正確判斷出影像運動方向的缺失。
圖號說明(習知)1a影像捕捉單元2a數(shù)字訊號處理單元3a轉(zhuǎn)換單元4a偵測單元5a萃取單元6a延遲單元7a比對單元5a硅視網(wǎng)膜細胞(本發(fā)明)1影像感測數(shù)組單元2累加單元21累加模塊211排累加器212面累加器3比較選擇單元31比較選擇器32加強型N型金氧半場效晶體管4、4A、4B、4C、4D硅視網(wǎng)膜細胞41影像感測組件411平整雙載子接面晶體管412獨立雙載子接面晶體管413電流輸入比較器414加強型N型金氧半場效晶體管42第一移位暫存器
43第二移位暫存器44比對器45移位器請參閱圖3所示，為本發(fā)明的架構(gòu)示意圖。本發(fā)明一種具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，包括一影像感測數(shù)組單元1、一累加單元2及一比較選擇單元3，其中該影像感測數(shù)組單元1偵測影像運動辨識，由復數(shù)個硅視網(wǎng)膜細胞4所連接組成的類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有平行及分散處理的高速運算能力，可以處理大量的影像資料，并將感測到的影像運動各方向(上、下、左、右及無移動)值加以輸出。
該累加單元2連接于影像感測數(shù)組單元1的輸出端，并由五組不同方向的累加模塊21所組成，以累加統(tǒng)計所有硅視網(wǎng)膜細胞4在影像運動中五個方向的輸出總值，其中各累加模塊21由排累加器211及面累加器212所組成，該等排累加器211累加影像感測數(shù)組單元1每一排硅視網(wǎng)膜細胞4在影像運動中五個方向的輸出總值，該等面累加器212用來累加各排累加器211的輸出總值，而可得到所有硅視網(wǎng)膜細胞4在影像運動中五個不同方向的總值(如圖中+X、+Y、NO MOTION、-X、-Y)。
該比較選擇單元3連接于累加單元2的輸出端，將累加單元2中五個方向的輸出總值，擇一最大值所代表的方向并加以輸出，以代表該影像的運動方向。
請參閱圖4及圖5所示，分別為本發(fā)明硅視網(wǎng)膜細胞間相連的示意圖及硅視網(wǎng)膜細胞的架構(gòu)圖，在圖4中擇一硅視網(wǎng)膜細胞4與其它硅視網(wǎng)膜細胞4A～4D連接以方便說明，該硅視網(wǎng)膜細胞4本身和它的上、下、左、右四個方向的硅視網(wǎng)膜細胞4A、4B、4C、4D連接成一類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中硅視網(wǎng)膜細胞4輸出有影像運動中五個不同方向的輸出值(SHIFT_O、SHIFT+X、SHIFT-X、SHIFT+Y、SHIFT-Y)，且傳送至下一個相鄰于排方向的硅視網(wǎng)膜細胞4C，并接收相鄰硅視網(wǎng)膜細胞4A-4D的輸出值(OUT)所送出的方向值(CELL_L、CELL_U、CELL_R、CELL_D)，利用硅視網(wǎng)膜細胞4、4A、4B、4C、4D彼此間的傳輸接口作一數(shù)據(jù)傳輸，以實時做到影像運動方向的辨識；此外該硅視網(wǎng)膜細胞4亦可做成和自己的上、下、左、右、右上、右下、左上、左下或更多的方向以連接成一更龐大類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，借此能正確偵測出更細微的影像移動方向。
該硅視網(wǎng)膜細胞4包括有一影像感測組件41、一第一移位暫存器42、一第二移位暫存器43、五比對器44及五移位器45，其中該影像感測組件41偵測影像邊緣是否有變化，若偵測到影像邊緣有變化，其輸出端即會產(chǎn)生一高低位準變化的感測信號(RETINA_OUT)；該第一移位暫存器42連接于影像感測組件41的輸出端，儲存影像感測組件41所輸出的感測信號；該第二移位暫存器43連接于第一移位暫存器42的輸出端，儲存第一移位暫存器42所輸出的感測信號；該比對器44分別連接于第一移位暫存器42的輸出端，并比對輸出影像運動方向有無變化；該移位器45分別連接于比對器44輸出端，移出各運動方向值(SHIFT_O、SHIFT+X、SHIFT-X、SHIFT+Y、SHIFT-Y)至下一個相鄰于排位置的硅視網(wǎng)膜細胞4C。
該影像感測組件41于影像感測芯片每次掃描的開始，即將影像偵測所得到的感測信號存入第一移位暫存器42，并于下一掃描的開始通過第一移位暫存器42移入第二移位暫存器43，此時該硅視網(wǎng)膜細胞4的第二移位暫存器43的輸出端除了連接于本身的比對器44外，亦會連接至相鄰硅視網(wǎng)膜細胞4A～4D的比對器44，同理相鄰硅視網(wǎng)膜細胞4A～4D的第二移位暫存器43的輸出端亦會連接到硅視網(wǎng)膜細胞4的比對器44，其中該影像感測芯片掃描一次所需的延遲時間為固定，且此延遲時間受操作頻率所控制，故能有效改進習知需調(diào)整延遲時間長短的缺失，另外當操作頻率增加時，影像感測芯片掃描一次所需的延遲時間即跟著變少。
假設(shè)該影像感測組件41這次存入于第一移位暫存器42內(nèi)的位準和某前次相鄰硅視網(wǎng)膜細胞4A～4D的第二移位暫存器43輸出的位準(CELL_L、CELL_R、CELL_U、CELL_D)比對結(jié)果一致，則該硅視網(wǎng)膜細胞4所連接的比對器44即會產(chǎn)生一脈沖，以表示該比對器44所代表的方向即是此硅視網(wǎng)膜細胞4偵測到影像運動的方向；若該影像感測組件41這次存入第一移位暫存器42內(nèi)的位準與前一次移入第二移位暫存器43的位準相比對是一致，則該比對器44即會產(chǎn)生一脈沖以代表至未運動的方向上(SHIFT_O)，以代表該硅視網(wǎng)膜細胞4所偵測到的影像變化沒有運動。
請參閱圖6所示，為本發(fā)明影像感測組件的架構(gòu)圖，該影像感測組件41包括有一平整雙載子接面晶體管411(SMOOTHING BJT)、一獨立雙載子接面晶體管412(ISOLATED BJT)及一電流輸入比較器413，其中該平整雙載子接面晶體管411及獨立雙載子接面晶體管412偵測影像移動，并分別輸出電流IES及IEI；該電流輸入比較器413分別連接于平整雙載于接面晶體管411及獨立雙載子接面晶體管412的射極端，用以比較電流(IES及IEI)變化，并輸出一感測信號(RETINA_OUT)，另外通過加強型N型金氧半場效晶體管414當作電阻，將其相鄰的平整雙載子接面晶體管411的基極端互相連接，借以形成一雙載子接面晶體管平整網(wǎng)絡(luò)。
該影像感測組件41在偵測影像邊緣有移動時，便會造成其本身平整雙載子接面晶體管411與獨立雙載于接面晶體管412在基極端的電流產(chǎn)生變化，但由于其本身平整雙載于接面晶體管411基極端受雙載子接面晶體管平整網(wǎng)絡(luò)的平整效應(yīng)影響，其電流變化和獨立雙載子接面晶體管412基極端的電流變化不一樣，再借由電流輸入比較器413以辨識出此電流的差異，而在電流輸入比較器413輸出端即會產(chǎn)生高低位準變化的感測信號，故本發(fā)明利用此架構(gòu)以萃取影像邊緣是否有變化。
請參閱圖7所示，為本發(fā)明累加單元其中一組累加模塊的連接示意圖，該累加單元2的輸入端連接于影像感測數(shù)組單元1的輸出端(配合圖1所示)，其中該排累加器211所需要的位數(shù)決定于此排硅視網(wǎng)膜細胞4的個數(shù)，排累加器211的輸出依序連接于下一列的排累加器211，并在最后一列的排累加器211輸出連接于面累加器212，該面累加器212所需要的位數(shù)決定于所有硅視網(wǎng)膜細胞4的個數(shù)，并輸出一方向累加總值(SUM_OUT)。
請參閱圖8所示，為本發(fā)明比較選擇單元的架構(gòu)圖，包括一個五輸入四輸出的比較選擇器31及復數(shù)個加強型N型金氧半場效晶體管32，該比較選擇器31于輸入端輸入有影像運動中五組不同方向的累加總值，選擇其中最大數(shù)所代表的方向，并輸出一脈沖，借以代表該影像的運動方向，故能有效改進習知技術(shù)會有方向誤判的缺失；該加強型N型金氧半場效晶體管32連接于比較選擇器31的輸出端，用以控制脈沖輸出，此外該脈沖的周期決定于影像感測芯片所外接的系統(tǒng)操作頻率(OUTPUT)，故當外接的操作頻率越快，影像偵測及比對運算所需的時間也就變短，而得以更進一步偵測更細微的移動，故能有效改進習知技術(shù)無法偵測細微影像移動的缺失。
上述影像感測數(shù)組單元1、累加單元2及比較選擇單元3皆整合于該光學鼠標芯片上，其芯片型號為DA-OPM。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實施例，并非因此即拘限本發(fā)明的專利范圍，故凡運用本發(fā)明說明書及圖式內(nèi)容所為的等效結(jié)構(gòu)變化，加以應(yīng)用于光學鼠標芯片、光學位置指示器或光學速度指示器，均同理皆包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是包括一影像感測數(shù)組單元，由復數(shù)個硅視網(wǎng)膜細胞所連接組成的類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并由硅視網(wǎng)膜細胞將感測到的影像運動各方向值加以輸出；一累加單元，連接于影像感測數(shù)組單元的輸出端，用以累加統(tǒng)計所有硅視網(wǎng)膜細胞在影像運動不同方向的輸出總值；及一比較選擇單元，連接于累加單元的輸出端，用以將影像運動不同方向的輸出總值，擇一最大值所代表的方向并加以輸出，以代表該影像的運動方向。
2.如權(quán)利要求1所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該硅視網(wǎng)膜細胞本身和它的上、下、左、右四個方向的硅視網(wǎng)膜細胞連接成一類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
3.如權(quán)利要求1所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該硅視網(wǎng)膜細胞亦可和自己的上、下、左、右、右上、右下、左上、左下或更多的方向的硅視網(wǎng)膜細胞相連接成一類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
4.如權(quán)利要求1所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該硅視網(wǎng)膜細胞輸出有五個不同運動方向的輸出值，且依序傳送至下一個相鄰于排方向的硅視網(wǎng)膜細胞，并接收相鄰硅視網(wǎng)膜細胞的輸出值。
5.如權(quán)利要求1所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該硅視網(wǎng)膜細胞包括一影像感測組件，用以偵測影像邊緣，并輸出一高低位準變化的感測信號；一第一移位暫存器，連接于影像感測組件的輸出端，用以儲存感測信號；一第二移位暫存器，連接于第一移位暫存器的輸出端，用以儲存第一移位暫存器輸出的感測信號；復數(shù)個比對器，連接于第一移位暫存器的輸出端，用以比對輸出影像運動方向有無變化；及復數(shù)個移位器，連接于比對器輸出端，用以移出各運動方向值至下一個相鄰于排位置的硅視網(wǎng)膜細胞。
6.如權(quán)利要求5所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該影像感測組件包括一平整雙載子接面晶體管，用以偵測影像移動，并輸出一電流；一獨立雙載子接面晶體管，用以偵測影像移動，并輸出一電流；及一電流輸入比較器，分別連接于平整雙載于接面晶體管及獨立雙載子接面晶體管的射極端，用以比較電流變化，并輸出一感測信號。
7.如權(quán)利要求6所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該平整雙載子接面晶體管的基極端連接加強型金氧半場效晶體管當作電阻，用以形成一雙載子接面晶體管平整網(wǎng)絡(luò)。
8.如權(quán)利要求1所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該累加單元由數(shù)組不同方向的累加模塊所組成，用以累加統(tǒng)計所有硅視網(wǎng)膜細胞在影像運動不同方向的輸出總值。
9.如權(quán)利要求8所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該累加模塊由排累加器及面累加器所組成。
10.如權(quán)利要求9所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該排累加器用以累加影像感測數(shù)組單元每一排在數(shù)個方向的輸出總值。
11.如權(quán)利要求9所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該面累加器用以累加各排累加器的輸出總值。
12.如權(quán)利要求1所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該比較選擇單元包括一比較選擇器，于輸入端輸入有數(shù)組不同運動方向的累加總值，用以選擇其中的一最大數(shù)所代表的方向，以輸出一脈沖；及復數(shù)個加強型金氧半場效晶體管，連接于比較選擇器的輸出端，用以控制脈沖輸出。
13.如權(quán)利要求12所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該比較選擇器為一五輸入四輸出的比較選擇器。
14.如權(quán)利要求12所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該脈沖的周期決定于影像感測芯片所外接的系統(tǒng)操作頻率。
15.如權(quán)利要求14所述的具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，其特征是其中該系統(tǒng)操作頻率增加時，影像感測芯片掃描一次所需的延遲時間即跟著變少。
全文摘要
一種具硅視網(wǎng)膜架構(gòu)的光學鼠標芯片，包括一影像感測數(shù)組單元、一累加單元及一比較選擇單元，其中該影像感測數(shù)組單元是偵測影像運動方向，并分別輸出影像不同運動方向的值；該累加單元累加影像不同運動方向的所有輸出總值；該比較選擇單元將影像不同運動方向的輸出總值擇一最大值輸出，以代表該影像的運動方向。
文檔編號G06N3/00GK1410945SQ0114195
公開日2003年4月16日 申請日期2001年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月25日
發(fā)明者沈奇廷, 鄒明杰, 張玉盟, 黃冠勛, 林俐如, 吳重雨 申請人:敦南科技股份有限公司