专利名称：具硅视网膜架构的光学鼠标芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学鼠标芯片，特别关于一种可应用于影像边缘萃取和运动物体的侦测的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片。
如
图1所示，为习知光学鼠标芯片的方块图，包括一影像捕捉单元1a、一数字讯号处理单元2a及一转换单元3a，其中该影像捕捉单元1a用以侦测影像变化，并将捕捉到的模拟影像讯号转成一数字讯号输出；该数字讯号处理单元2a连接于影像捕捉单元1a，将数字讯号作一运算处理，借以计算出影像的移动方向；该转换单元3a连接于数字讯号处理单元2a，将影像的移动方向转成一PS/2或四象规格输出至计算机的鼠标插座或给鼠标控制器使用。
但，上述习知的数字讯号处理单元2a计算影像捕捉单元1a快速捕捉到的影像变化，并加以辨识影像的运动方向，当影像捕捉单元1a捕捉到的资料量变大时，该数字讯号处理单元2a所须处理的资料量亦跟着变多，导致处理的时间就变长，造成无法快速侦测更细微或更快速的影像移动的缺失。
请参阅图2所示，为习知运动影像侦测器的架构图，具有数个硅视网膜细胞，每个硅视网膜细胞8a包括一侦测单元4a、一萃取单元5a、一延迟单元6a及一比对单元7a，该侦测单元4a侦测影像变化，并将模拟讯号转成一数字讯号；该萃取单元5a连接于侦测单元4a输出端，将数字讯号转成一影像移动讯号；该延迟单元6a连接于萃取单元5a的输出端，将萃取单元5a输出的讯号延迟输出；该比对单元7a连接于萃取单元5a及前一硅视网膜细胞8a中延迟单元6a的输出端，比对影像移动讯号是否有移动。
据此，可利用上述单元建构成单一硅视网膜细胞8a，并借由增加硅视网膜细胞8a的数量来组成一类神经网络，再通过延迟和比对的交谈运算法以判断出特定影像边缘的移动方向和速度；其架构已经不需数字讯号处理单元2a即可算出特定影像的移动方向及速度，且判别影像移动的方向及速度并不会因影像移动讯号资料量的增加，而造成所需处理时间亦跟着增加。
但在上述习知运动影像侦测器中，该等延迟单元6a均需调整时间，以符合在某特定状况下影像移动的速度，且侦测影像运动时在其所判定的方向上，会于上、下、左、右四个方向分别输出有一二进制脉冲，但在实际使用时有些方向并不会输出脉冲，以致会有实时性运动方向误判的缺失。
是以，由上可知，上述习知光学鼠标芯片及运动影像侦测器，在实际使用上，显然具有不便与缺失存在，而可待加以改善。
本发明的主要目的，在于可提供一种具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，利用固定的延迟时间，并配合系统操作频率，借以达到快速侦测细微运动影像。
本发明的另一目的，在于可提供一种具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，统计所有硅视网膜细胞于扫描一次后，各方向的输出总数并取其中最大值所代表的方向为影像运动方向，借以精确无误判断出影像的移动方向。
本发明的又一目的，在于可提供一种具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，利用双载子接面晶体管，以萃取影像边缘变化。
为了达成上述目的，本发明的一种具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，包括一影像感测数组单元、一累加单元及一比较选择单元，其中该影像感测数组单元由复数个硅视网膜细胞所连接组成的类神经网络，并由硅视网膜细胞将感测到的影像运动各方向值加以输出；该累加单元连接于影像感测数组单元的输出端，累加统计所有硅视网膜细胞在影像运动不同方向的输出总值；该比较选择单元连接于累加单元的输出端，将影像运动不同方向的输出总值，择一最大值所代表的方向并加以输出，以代表该影像的运动方向；借此可快速侦测出细微的影像运动及精准的判断出影像运动的正确方向。
本发明的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，具有如下述的特点(1)可快速侦测出细微的影像运动；(2)可准确判断出影像的运动方向；(3)可处理大量的影像资料。
综上所述，本发明改善了习知光学鼠标芯片及运动影像侦测器无法处理大量的影像资料、需调整延迟时间及无法正确判断出影像运动方向的缺失。
图号说明(习知)1a影像捕捉单元2a数字讯号处理单元3a转换单元4a侦测单元5a萃取单元6a延迟单元7a比对单元5a硅视网膜细胞(本发明)1影像感测数组单元2累加单元21累加模块211排累加器212面累加器3比较选择单元31比较选择器32加强型N型金氧半场效晶体管4、4A、4B、4C、4D硅视网膜细胞41影像感测组件411平整双载子接面晶体管412独立双载子接面晶体管413电流输入比较器414加强型N型金氧半场效晶体管42第一移位暂存器
43第二移位暂存器44比对器45移位器请参阅图3所示，为本发明的架构示意图。本发明一种具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，包括一影像感测数组单元1、一累加单元2及一比较选择单元3，其中该影像感测数组单元1侦测影像运动辨识，由复数个硅视网膜细胞4所连接组成的类神经网络，该类神经网络具有平行及分散处理的高速运算能力，可以处理大量的影像资料，并将感测到的影像运动各方向(上、下、左、右及无移动)值加以输出。
该累加单元2连接于影像感测数组单元1的输出端，并由五组不同方向的累加模块21所组成，以累加统计所有硅视网膜细胞4在影像运动中五个方向的输出总值，其中各累加模块21由排累加器211及面累加器212所组成，该等排累加器211累加影像感测数组单元1每一排硅视网膜细胞4在影像运动中五个方向的输出总值，该等面累加器212用来累加各排累加器211的输出总值，而可得到所有硅视网膜细胞4在影像运动中五个不同方向的总值(如图中+X、+Y、NO MOTION、-X、-Y)。
该比较选择单元3连接于累加单元2的输出端，将累加单元2中五个方向的输出总值，择一最大值所代表的方向并加以输出，以代表该影像的运动方向。
请参阅图4及图5所示，分别为本发明硅视网膜细胞间相连的示意图及硅视网膜细胞的架构图，在图4中择一硅视网膜细胞4与其它硅视网膜细胞4A～4D连接以方便说明，该硅视网膜细胞4本身和它的上、下、左、右四个方向的硅视网膜细胞4A、4B、4C、4D连接成一类神经网络，其中硅视网膜细胞4输出有影像运动中五个不同方向的输出值(SHIFT_O、SHIFT+X、SHIFT-X、SHIFT+Y、SHIFT-Y)，且传送至下一个相邻于排方向的硅视网膜细胞4C，并接收相邻硅视网膜细胞4A-4D的输出值(OUT)所送出的方向值(CELL_L、CELL_U、CELL_R、CELL_D)，利用硅视网膜细胞4、4A、4B、4C、4D彼此间的传输接口作一数据传输，以实时做到影像运动方向的辨识；此外该硅视网膜细胞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连接成一更庞大类神经网络，借此能正确侦测出更细微的影像移动方向。
该硅视网膜细胞4包括有一影像感测组件41、一第一移位暂存器42、一第二移位暂存器43、五比对器44及五移位器45，其中该影像感测组件41侦测影像边缘是否有变化，若侦测到影像边缘有变化，其输出端即会产生一高低位准变化的感测信号(RETINA_OUT)；该第一移位暂存器42连接于影像感测组件41的输出端，储存影像感测组件41所输出的感测信号；该第二移位暂存器43连接于第一移位暂存器42的输出端，储存第一移位暂存器42所输出的感测信号；该比对器44分别连接于第一移位暂存器42的输出端，并比对输出影像运动方向有无变化；该移位器45分别连接于比对器44输出端，移出各运动方向值(SHIFT_O、SHIFT+X、SHIFT-X、SHIFT+Y、SHIFT-Y)至下一个相邻于排位置的硅视网膜细胞4C。
该影像感测组件41于影像感测芯片每次扫描的开始，即将影像侦测所得到的感测信号存入第一移位暂存器42，并于下一扫描的开始通过第一移位暂存器42移入第二移位暂存器43，此时该硅视网膜细胞4的第二移位暂存器43的输出端除了连接于本身的比对器44外，亦会连接至相邻硅视网膜细胞4A～4D的比对器44，同理相邻硅视网膜细胞4A～4D的第二移位暂存器43的输出端亦会连接到硅视网膜细胞4的比对器44，其中该影像感测芯片扫描一次所需的延迟时间为固定，且此延迟时间受操作频率所控制，故能有效改进习知需调整延迟时间长短的缺失，另外当操作频率增加时，影像感测芯片扫描一次所需的延迟时间即跟着变少。
假设该影像感测组件41这次存入于第一移位暂存器42内的位准和某前次相邻硅视网膜细胞4A～4D的第二移位暂存器43输出的位准(CELL_L、CELL_R、CELL_U、CELL_D)比对结果一致，则该硅视网膜细胞4所连接的比对器44即会产生一脉冲，以表示该比对器44所代表的方向即是此硅视网膜细胞4侦测到影像运动的方向；若该影像感测组件41这次存入第一移位暂存器42内的位准与前一次移入第二移位暂存器43的位准相比对是一致，则该比对器44即会产生一脉冲以代表至未运动的方向上(SHIFT_O)，以代表该硅视网膜细胞4所侦测到的影像变化没有运动。
请参阅图6所示，为本发明影像感测组件的架构图，该影像感测组件41包括有一平整双载子接面晶体管411(SMOOTHING BJT)、一独立双载子接面晶体管412(ISOLATED BJT)及一电流输入比较器413，其中该平整双载子接面晶体管411及独立双载子接面晶体管412侦测影像移动，并分别输出电流IES及IEI；该电流输入比较器413分别连接于平整双载于接面晶体管411及独立双载子接面晶体管412的射极端，用以比较电流(IES及IEI)变化，并输出一感测信号(RETINA_OUT)，另外通过加强型N型金氧半场效晶体管414当作电阻，将其相邻的平整双载子接面晶体管411的基极端互相连接，借以形成一双载子接面晶体管平整网络。
该影像感测组件41在侦测影像边缘有移动时，便会造成其本身平整双载子接面晶体管411与独立双载于接面晶体管412在基极端的电流产生变化，但由于其本身平整双载于接面晶体管411基极端受双载子接面晶体管平整网络的平整效应影响，其电流变化和独立双载子接面晶体管412基极端的电流变化不一样，再借由电流输入比较器413以辨识出此电流的差异，而在电流输入比较器413输出端即会产生高低位准变化的感测信号，故本发明利用此架构以萃取影像边缘是否有变化。
请参阅图7所示，为本发明累加单元其中一组累加模块的连接示意图，该累加单元2的输入端连接于影像感测数组单元1的输出端(配合图1所示)，其中该排累加器211所需要的位数决定于此排硅视网膜细胞4的个数，排累加器211的输出依序连接于下一列的排累加器211，并在最后一列的排累加器211输出连接于面累加器212，该面累加器212所需要的位数决定于所有硅视网膜细胞4的个数，并输出一方向累加总值(SUM_OUT)。
请参阅图8所示，为本发明比较选择单元的架构图，包括一个五输入四输出的比较选择器31及复数个加强型N型金氧半场效晶体管32，该比较选择器31于输入端输入有影像运动中五组不同方向的累加总值，选择其中最大数所代表的方向，并输出一脉冲，借以代表该影像的运动方向，故能有效改进习知技术会有方向误判的缺失；该加强型N型金氧半场效晶体管32连接于比较选择器31的输出端，用以控制脉冲输出，此外该脉冲的周期决定于影像感测芯片所外接的系统操作频率(OUTPUT)，故当外接的操作频率越快，影像侦测及比对运算所需的时间也就变短，而得以更进一步侦测更细微的移动，故能有效改进习知技术无法侦测细微影像移动的缺失。
上述影像感测数组单元1、累加单元2及比较选择单元3皆整合于该光学鼠标芯片上，其芯片型号为DA-OPM。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此即拘限本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书及图式内容所为的等效结构变化，加以应用于光学鼠标芯片、光学位置指示器或光学速度指示器，均同理皆包含于本发明的范围内。
权利要求
1.一种具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是包括一影像感测数组单元，由复数个硅视网膜细胞所连接组成的类神经网络，并由硅视网膜细胞将感测到的影像运动各方向值加以输出；一累加单元，连接于影像感测数组单元的输出端，用以累加统计所有硅视网膜细胞在影像运动不同方向的输出总值；及一比较选择单元，连接于累加单元的输出端，用以将影像运动不同方向的输出总值，择一最大值所代表的方向并加以输出，以代表该影像的运动方向。
2.如权利要求1所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该硅视网膜细胞本身和它的上、下、左、右四个方向的硅视网膜细胞连接成一类神经网络。
3.如权利要求1所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该硅视网膜细胞亦可和自己的上、下、左、右、右上、右下、左上、左下或更多的方向的硅视网膜细胞相连接成一类神经网络。
4.如权利要求1所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该硅视网膜细胞输出有五个不同运动方向的输出值，且依序传送至下一个相邻于排方向的硅视网膜细胞，并接收相邻硅视网膜细胞的输出值。
5.如权利要求1所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该硅视网膜细胞包括一影像感测组件，用以侦测影像边缘，并输出一高低位准变化的感测信号；一第一移位暂存器，连接于影像感测组件的输出端，用以储存感测信号；一第二移位暂存器，连接于第一移位暂存器的输出端，用以储存第一移位暂存器输出的感测信号；复数个比对器，连接于第一移位暂存器的输出端，用以比对输出影像运动方向有无变化；及复数个移位器，连接于比对器输出端，用以移出各运动方向值至下一个相邻于排位置的硅视网膜细胞。
6.如权利要求5所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该影像感测组件包括一平整双载子接面晶体管，用以侦测影像移动，并输出一电流；一独立双载子接面晶体管，用以侦测影像移动，并输出一电流；及一电流输入比较器，分别连接于平整双载于接面晶体管及独立双载子接面晶体管的射极端，用以比较电流变化，并输出一感测信号。
7.如权利要求6所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该平整双载子接面晶体管的基极端连接加强型金氧半场效晶体管当作电阻，用以形成一双载子接面晶体管平整网络。
8.如权利要求1所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该累加单元由数组不同方向的累加模块所组成，用以累加统计所有硅视网膜细胞在影像运动不同方向的输出总值。
9.如权利要求8所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该累加模块由排累加器及面累加器所组成。
10.如权利要求9所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该排累加器用以累加影像感测数组单元每一排在数个方向的输出总值。
11.如权利要求9所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该面累加器用以累加各排累加器的输出总值。
12.如权利要求1所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该比较选择单元包括一比较选择器，于输入端输入有数组不同运动方向的累加总值，用以选择其中的一最大数所代表的方向，以输出一脉冲；及复数个加强型金氧半场效晶体管，连接于比较选择器的输出端，用以控制脉冲输出。
13.如权利要求12所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该比较选择器为一五输入四输出的比较选择器。
14.如权利要求12所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该脉冲的周期决定于影像感测芯片所外接的系统操作频率。
15.如权利要求14所述的具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，其特征是其中该系统操作频率增加时，影像感测芯片扫描一次所需的延迟时间即跟着变少。
全文摘要
一种具硅视网膜架构的光学鼠标芯片，包括一影像感测数组单元、一累加单元及一比较选择单元，其中该影像感测数组单元是侦测影像运动方向，并分别输出影像不同运动方向的值；该累加单元累加影像不同运动方向的所有输出总值；该比较选择单元将影像不同运动方向的输出总值择一最大值输出，以代表该影像的运动方向。
文档编号G06N3/00GK1410945SQ0114195
公开日2003年4月16日 申请日期2001年9月25日 优先权日2001年9月25日
发明者沈奇廷, 邹明杰, 张玉盟, 黄冠勋, 林俐如, 吴重雨 申请人:敦南科技股份有限公司