DE602004005714T2 - Verfahren und system zum optimieren der beleuchtungsleistung und integrationszeit in einer optischen erfassungseinrichtung - Google Patents

Verfahren und system zum optimieren der beleuchtungsleistung und integrationszeit in einer optischen erfassungseinrichtung Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf optische Erfassungsvorrichtungen, die eine Lichtquelle zum Beleuchten eines Oberflächenabschnitts mit Strahlung, eine Photodetektorvorrichtung mit wenigstens einem photoempfindlichen Element, das auf Strahlung anspricht, die von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektiert wird, und Umsetzungsmittel (oder Integrationsmittel) zum Integrieren eines Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements über die Zeit während einer Integrationsperiode mit variabler Dauer umfassen. Solche optischen Erfassungsvorrichtungen werden insbesondere in optischen Zeigevorrichtungen wie etwa Mäusen, Trackballs und anderen ähnlichen Peripheriegeräten verwendet. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem sowohl ein Verfahren zum Betreiben der oben erwähnten optischen Erfassungsvorrichtung als auch eine optische Zeigevorrichtung, die mit den oben erwähnten Bestandteilen der optischen Erfassungsvorrichtung versehen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Optische Zeigevorrichtungen sind im Stand der Technik bereits bekannt. Das US-Patent Nr. 5 288 993 offenbart z. B. eine Cursor-Zeigevorrichtung unter Verwendung einer Photodetektoranordnung und einer beleuchteten Zielkugel mit zufällig verteilten Speckles. Das US-Patent Nr. 5 703 356 (das mit dem oben erwähnten US-Patent Nr. 5 288 993 verwandt ist) offenbart ferner (mit Bezug auf die 23A und 23B dieses Dokuments) eine optische Cursor-Zeigevorrichtung in Form einer Maus, die keine Kugel benötigt und bei der Licht direkt von der Oberfläche reflektiert wird, auf der die Zeigevorrichtung bewegt wird.
  • In beiden Fällen enthält die optische Zeigevorrichtung eine Lichtquelle zum wiederholten Beleuchten eines Oberflächenabschnitts (d. h. eines Oberflächenabschnitts der Kugel oder eines Abschnitts der Oberfläche, auf der die optische Zeigevorrichtung bewegt wird) mit Strahlung sowie eine optische Erfassungseinheit mit einer Photodetektoranordnung, die mehrere Pixel enthält, wovon jedes ein photoempfindliches Element aufweist, das auf Strahlung anspricht, die von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektiert wird. Die Pixelausgänge der Photodetektoranordnung sind typisch mit Aufbereitungs- und Verarbeitungsschaltungen zum Verfolgen und Extrahieren von Informationen über die relative Bewegung zwischen der Erfassungseinheit und dem beleuchteten Oberflächenabschnitt gekoppelt.
  • Die in den oben angeführten US-Patenten Nr. 5 288 933 und 5 703 356 verwendete Technik zum Extrahieren bewegungsbezogener Informationen basiert auf einer so genannten "Kantenbewegungserkennungs"-Technik. Diese "Kantenbewegungserkennungs"-Technik besteht im Wesentlichen in einer Bestimmung der Bewegung von Kanten (d. h. einer Differenz zwischen der Intensität von Pixelpaaren) in einem mittels der Photodetektoranordnung erfassten Bild. Kanten sind definiert als räumliche Intensitätsunterschiede zwischen zwei Pixeln der Photodetektoranordnung. Die relative Bewegung jeder dieser Kanten wird verfolgt und gemessen, um eine Gesamtverschiebungsmessung zu bestimmen, die die relative Bewegung zwischen der Photodetektoranordnung und dem beleuchteten Abschnitt der Oberfläche repräsentiert.
  • Eine verbesserte Bewegungserkennungstechnik, die auf der oben erwähnten "Kantenbewegungserkennungs"-Technik basiert, ist Gegenstand einer im Namen des Anmelders am 3. Dezember 2002 eingereichten anhängigen internationalen Anmeldung Nr. PCT/EP 02/13686 (unter Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/335.792 vom 5. Dezember 2001) mit dem Titel "Method and sensing device for motion detection in an optical pointing device, such as an optical mouse" (veröffentlicht unter der Nr. WO 03/049018 A1 ).
  • In Bezug auf optische Erfassungsvorrichtungen ist allgemein bekannt, dass eine Umsetzungsschaltung (oder Integrationsschaltung) mit jedem photoempfindlichen Element der Photodetektorvorrichtung gekoppelt wird, um die Ausgangssignale dieser photoempfindlichen Elemente über die Zeit während einer so genannten Integrationsperiode zu integrieren. 1 zeigt schematisch das allgemeine Prinzip einer durch das Bezugszeichen 1100 angegebenen Integrationsschaltung, die mit einem durch das Bezugszeichen 1000 angegebenen photoempfindlichen Element, in diesem Fall eine Photodiode, gekoppelt ist. Diese Integrationsschaltung 1100 besteht typisch aus einem Verstärker 1110 und einem kapazitiven Element 1120 (oder einem Integrationskondensator), das zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Verstärkers geschaltet ist, wobei das photoempfindliche Element 1000 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden ist, während der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers mit einem Referenzpotenzial wie etwa Masse verbunden ist. Die Integrationsschaltung 1100 gibt ein Spannungssignal Vout aus oder ein integriertes Signal, das sich über die Zeit ändert und das im Wesentlichen das Ergebnis der Integration über die Zeit des Stromsignals iout ist, das von dem photoempfindlichen Element 1000 erzeugt wird. Vorausgesetzt, dass der Strom iout einen im Wesentlichen konstanten Wert während der Periode aufweist, in der die Integrationsschaltung aktiv ist (d. h. während der so genannten Integrationsperiode), ändert sich die Ausgangsspannung Vout im Wesentlichen linear über die Zeit.
  • In einigen Fällen wird die Integrationsperiode so gesetzt, dass sie eine feste Dauer aufweist. In einigen anderen Fällen kann die Dauer der Integrationsperiode jedoch variabel sein. Dies ist z. B. der Fall für die Lösung, die in der am 5. Dezember 2001 im Namen des Anmelders eingereichten anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 10/001.963 mit dem Titel "Method, sensing device and optical pointing device including a sensing device for comparing light intensity between Pixels" beschrieben ist, die hier durch Bezugnahme aufgenommen ist (diese Anmeldung ist unter der Nr. US 2003/0102425 A1 veröffentlicht). Diese Lösung ist außerdem Gegenstand einer am 3. Dezember 2002 eingereichten anhängigen internationalen Anmeldung Nr. PCT/EP 02/13486 unter Priorität der oben erwähnten US-Patentanmeldung (diese internationale Anmeldung ist unter der Nr. WO 03/049017 A1 veröffentlicht).
  • Die in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 10/001.963 beschriebene Lösung besteht grundsätzlich in einer Integration der Ausgangssignale des photoempfindlichen Elements, bis ein vorgegebener Schwellenwert erreicht ist. Eine Unterbrechung der Integrationsperiode kann z. B. ausgeführt werden, indem überwacht wird, wann das integrierte Signal des am stärksten beleuchteten Pixels in der Photodetektoranordnung (d. h. das "hellste" Pixel) den Schwellenwert erreicht, oder indem überwacht wird, wann ein von den integrierten Signalen abgeleitetes gemitteltes (oder summiertes) Signal den Schwellenwert erreicht. In beiden Fällen ist klar, dass die Dauer der Integrationsperiode durch die Zeit definiert ist, die das integrierte Signal braucht, um den Schwellenwert zu erreichen, wobei die Zeit von dem Pegel des Lichts, das durch die photoempfindlichen Elemente erfasst wird, abhängt. Die Dauer der Integrationsperiode ist folglich variabel.
  • Wenn das oben erwähnte Integrationsschema in einer optischen Erfassungsvorrichtung oder in einer optischen Zeigevorrichtung, wie sie oben definiert sind (d. h. mit einer Lichtquelle, einer Photodetektorvorrichtung und Umsetzungsmitteln), angewendet wird, ist klar, dass die Dauer der Integrationsperiode von der Leistung der Lichtquelle und dem Pegel der von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektierten Strahlung abhängt.
  • Die Tatsache berücksichtigend, dass der Pegel der von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektierten Strahlung von den optischen Eigenschaften der Oberfläche abhängt, ist klar, dass die Dauer der Integrationsperiode in Abhängigkeit von dem Reflexionsvermögen der Oberfläche stark variieren kann. Es ist jedoch wünschenswert, eine bessere und genauere Steuerung bezüglich der Dauer der Integrationszeit zu haben sowie von dem Oberflächentyp, der zum Reflektieren der von der Lichtquelle emittierten Strahlung verwendet wird, weniger abhängig zu sein. Insbesondere ist erwünscht, eine kurze Integrationszeit zu haben, um eine höhere Erfassungsgeschwindigkeit der optischen Erfassungsvorrichtung sicherzustellen sowie ihren Leistungsverbrauch zu minimieren. Gleichzeitig ist es erwünscht, eine ausreichend lange Integrationszeit zu haben, um die Leistungsfähigkeit der analogen Schaltungsanordnung (insbesondere der Integrationsschaltung) nicht zu verschlechtern. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine solche Lösung bereitzustellen.
  • Es ist außerdem im Stand der Technik, in dem US-Patent 5 574 480 , eine optische Erfassungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
  • Ein weiteres Dokument des Standes der Technik, das US-Patent 6 379 013 , offenbart die Verwendung einer Integrationsschaltung, die die Empfindlichkeit eines Lichtsensors durch Änderung der Integrationszeit der Ladung, die durch auf Lichtwandler einfallendes Licht erzeugt wird, verändert.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine optische Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 geschaffen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der repräsentative Parameter die Dauer der Integrationsperiode, wobei das Regulierungssystem Zeitgebermittel zum Steuern der Dauer der Integrationsperiode, Komparatormittel zum Vergleichen der Dauer der Integrationsperiode mit wenigstens einem Referenzdauerwert und Leistungssteuermittel zum Steuern der Leistung der Lichtquelle in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen der Dauer der Integrationsperiode und dem wenigstens einen Referenzdauerwert umfasst.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der repräsentative Parameter eine Rate der Entwicklung des integrierten Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements, wobei das Regulierungsmittel Mittel zum Bestimmen der Entwicklungsrate des integrierten Ausgangssignals während der Integrationsperiode, Komparatormittel zum Vergleichen der bestimmten Entwicklungsrate mit wenigstens einem Referenzratenwert und Leistungssteuermittel zum Steuern der Leistung der Lichtquelle in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs zwischen der bestimmten Entwicklungsrate und dem wenigstens einen Referenzratenwert umfasst.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer optischen Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 7 bereitgestellt.
  • Der repräsentative Parameter kann wiederum die Dauer der Integrationsperiode oder die Rate der Entwicklung des integrierten Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine optische Zeigevorrichtung geschaffen, die eine Lichtquelle zum sich wiederholenden Beleuchten eines Oberflächenabschnitts mit Strahlung umfasst, und eine optische Erfassungseinheit, die eine Photodetektoranordnung mit mehreren Pixeln umfasst, die auf Strahlung, die von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektiert wird, ansprechen, wobei jedes der Pixel ein photoempfindliches Element enthält, das mit einer Integrationsschaltung gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal des photoempfindlichen Elements während einer Integrationsperiode mit variabler Dauer zu integrieren, wobei die Dauer von der Leistung der Lichtquelle und dem Pegel der von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektierten Strahlung abhängt, wobei die optische Zeigevorrichtung ferner ein Regulierungssystem umfasst, das Mittel, um einen Parameter zu bestimmen, der die Entwicklung der Integration der Ausgangssignale der photoempfindlichen Elemente repräsentiert, Komparatormittel, um den bestimmten repräsentativen Parameter mit wenigstens einem Referenzwert zu vergleichen, und Leistungssteuermittel, um die Leistung der Licht quelle in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs zwischen dem bestimmten repräsentativen Parameter und dem wenigstens einen Referenzwert zu steuern, umfasst.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Tatsache, dass durch die Steuerung der Leistung der Lichtquelle wirksam auf die Dauer der Integrationsperiode eingewirkt werden kann, und stellt sicher, dass diese Dauer in den meisten Fällen in der Nähe der vorgegebenen Referenzdauer bleibt. Es besteht daher die Fähigkeit zu einem gewissen Ausgleichen des wechselnden Reflexionsvermögens verschiedener beleuchteter Oberflächen. Es wird somit für jeden Oberflächentyp eine optimale Lichtquellenleistung und Integrationsdauer ermittelt.
  • Die Steuerung der Leistung der Lichtquelle ermöglicht außerdem eine Optimierung des Leistungsverbrauchs der optischen Vorrichtung. Tatsächlich ermöglicht die Erfindung eine Auswahl der geeigneteren Lichtquellenleistung, so dass sich die gewünschte Integrationsdauer ergibt, d. h., sie ermöglicht eine Optimierung der Lichtquellenleistung hinsichtlich einer optimalen Integrationszeit.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Leistung der Lichtquelle in der Weise gesteuert, dass die Dauer der Integrationsperiode innerhalb eines Referenzfensters bleibt, das einen unteren und einen oberen Referenzwert (die vorzugsweise programmierbar sind) hat, wobei die Lichtquellenleistung erhöht wird, um die Dauer der Integrationsperiode unter dem oberen Referenzwert zu halten, oder gesenkt wird, um die Dauer der Integrationsperiode über dem unteren Referenzwert zu halten. Ein Referenzfenster ist wünschenswert, damit die Lichtquellenleistung nicht zu häufig geändert wird, was die Vorrichtungsleistung verschlechtern kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Integration der photoempfindlichen Elemente unterbrochen werden, falls die Dauer der Integrationsperiode einen vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht. Gleichzeitig kann die Leistung der Lichtquelle erhöht werden. Falls der Zeitüberlaufzustand weiter auftritt und die Leistung der Lichtquelle auf ihr Maximum gesetzt ist, kann dies als Hinweis auf einen "Reflexionsverlust"-Zustand ausgelegt werden, d. h., dass der Abstand zwischen der Erfassungsvorrichtung und der Oberfläche zu groß ist. Dieser "Reflexionsverlust"-Zustand kann z. B. auftreten, wenn eine die oben erwähnte Lösung implementierende optische Maus von der Oberfläche abgehoben wird, auf der sie normalerweise bewegt wird. In einem solchen Zustand kann außerdem die Aktivierungsrate der Lichtquelle, der Photodetektorvorrichtung und des Regulierungssystems zur Einsparung von Leistung auf ein Minimum gesetzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird folglich außerdem eine optische Erfassungsvorrichtung geschaffen, die eine Lichtquelle zum Beleuchten eines Oberflächenabschnitts mit Strahlung, eine Photodetektorvorrichtung mit wenigstens einem photoempfindlichen Element, das auf Strahlung anspricht, die von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektiert wird, und Umsetzungsmittel zum Integrieren eines Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements über die Zeit während einer Integrationsperiode mit variabler Dauer, wobei die Dauer von der Leistung der Lichtquelle und vom Pegel der von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektierten Strahlung abhängt, umfasst, wobei die optische Erfassungsvorrichtung ferner Mittel zum Erfassen der Nähe des beleuchteten Oberflächenabschnitts in Bezug auf die optische Erfassungsvorrichtung umfasst, wobei die Mittel Mittel zum Bestimmen, ob die Dauer der Integrationsperiode einen vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht oder wahrscheinlich erreicht, Leistungssteuermittel zum Erhöhen der Leistung der Lichtquelle, falls die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht hat oder wahrscheinlich erreichen wird, und Mittel zum Erfassen, ob die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht hat oder wahrscheinlich erreichen wird und ob die Leistung der Lichtquelle maximal ist, wobei ein solcher Zustand die Tatsache angibt, dass ein Abstand zwischen der optischen Erfassungsvorrichtung und dem Oberflächenabschnitt größer als ein Betriebsabstand ist, umfassen.
  • Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung nicht einschränkender Beispiele und Ausführungsformen klar, die anhand der beigefügten Zeichnung gegeben wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist ein Stromlaufplan einer Umsetzungsschaltung, die mit einem photoempfindlichen Element gekoppelt ist, um dessen Ausgangssignal über die Zeit zu integrieren;
  • 2 ist ein Schema, das das Grundprinzip der Erfindung veranschaulicht;
  • 3 ist ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform der optischen Erfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
  • 4 ist ein Diagramm, das die Entwicklung über die Zeit eines integrierten Signals bei verschiedenen Beleuchtungszuständen veranschaulicht und mögliche Referenzwerte zeigt, die zum Vergleich für eine Steuerung der Leistung der Lichtquelle verwendet werden;
  • 5 ist ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform einer die Erfindung implementierenden optischen Zeigevorrichtung;
  • 6 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer optischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und
  • 7 ist ein Diagramm ähnlich zu dem von 4, das eine Variante zur Steuerung der Leistung der Lichtquelle veranschaulicht, die auf einer Überwachung der Entwicklungsrate der integrierten Signale basiert.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 2 veranschaulicht das Grundprinzip der Erfindung. Sie besteht hauptsächlich aus einem optischen Erfassungssystem, das eine Lichtquelle 10 zum Beleuchten eines Abschnitts einer Oberfläche S mit Strahlung, eine Photodetektorvorrichtung 20 mit wenigstens einem photoempfindlichen Element, das auf Strahlung anspricht, die von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt S reflektiert wird, Umsetzungsmittel 30, die zum Integrieren eines Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements über die Zeit während einer Integrationsperiode mit variabler Dauer mit dem Ausgang der Photodetektorvorrichtung 20 gekoppelt sind, und ein Regulierungssystem 40 zum Steuern der Leistung der Lichtquelle in Abhängigkeit von der Dauer der Integrationsperiode umfasst. Es wird betont, dass das optische Erfassungssystem innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung so aufgebaut ist, dass die Integrationsperiode eine mit Tint angegebene variable Dauer aufweist, die von der Leistung der Lichtquelle 10 und vom Pegel der von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt S reflektierten Strahlung abhängt. Es ist somit klar, dass das optische Erfassungssystem von 2 eine gewisse Art einer Rückkopplungsschleife enthält, um die Leistung der Lichtquelle 10 in Abhängigkeit von der Entwicklung der Integration zu beherrschen.
  • Da dies im Folgenden klar ist, wird das Regulierungssystem 40 zum Steuern (d. h. Einstellen, falls erforderlich) der Leistung der Lichtquelle so verwendet, dass die Dauer der Integrationsperiode unter normalen Bedingungen in der Nähe wenigstens eines Referenzdauerwerts bleibt. Wie in dem Beispiel von 2 schematisch veranschaulicht ist, können drei mit Tmin, Tmax und Ttimeout angegebene Referenzwerte verwendet werden.
  • 3 zeigt einen ausführlicheren Blockschaltplan einer optischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform basiert auf einer Steuerung der Dauer der Integrationsperiode, d. h., dem Parameter, der die Entwicklung des Integrationsprozesses repräsentiert, ist die Dauer der Integrationsperiode. Sie umfasst wiederum eine Lichtquelle 10, eine Photodetektorvorrichtung 20, Umsetzungsmittel und ein Regulierungssystem. Die Lichtquelle 10 kann eine lichtemittierende Diode (LED) oder irgendeine andere geeignete Quelle zur Erzeugung von Strahlung innerhalb eines gewünschten Wellenlängenbereichs sein. Für eine optische Zeigevorrichtung kann diese LED vorteilhafterweise eine Infrarot-LED sein. Die Photodetektorvorrichtung 20 ist natürlich so zu wählen, dass sie auf Strahlung anspricht, die von der Lichtquelle 10 emittiert wird, wobei sie wenigstens ein photoempfindliches Element umfassen soll. Praktisch umfasst die Photodetektorvorrichtung 20 mehrere solcher photoempfindlichen Elemente, die vorzugsweise so angeordnet sind, dass sie eine zweidimensionale Anordnung bilden. Theoretisch ist die vorliegende Erfindung auf ein optisches System anwendbar, das lediglich ein photoempfindliches Element besitzt. In 3 ist somit lediglich ein photoempfindliches Element für Erläuterungszwecke gezeigt.
  • Wie bereits oben erwähnt ist, integrieren die Umsetzungsmittel das Ausgangssignal des photoempfindlichen Elements über die Zeit während einer so genannten Integrationsperiode mit variabler Dauer. Bei der Ausführungsform von 3 ist das photoempfindliche Element mit einer Integrationsschaltung, die durch das Bezugszeichen 50 angegeben ist, gekoppelt, deren Arbeitsprinzip dem in Bezug auf 1 beschriebenen ähnlich ist. Das Steuern und Rücksetzen der Integrationsschaltung 50 wird adäquat durch eine Steuereinheit 52 ausgeführt. Der Ausgang der Integrationsschaltung 50 ist mit einem Pegeldetektor 54 (oder In tegrationsendedetektor) gekoppelt, dessen Zweck es ist, zu erfassen, wann der Ausgang der Integrationsschaltung 50 (das Integrationssignal) einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht. Wenn eine solche Bedingung erfasst wird, gibt der Pegeldetektor 54 ein Unterbrechungssignal an die Steuereinheit 52 aus, die ihrerseits die Integrationsschaltung 50 anweist, die Integrationsperiode zu unterbrechen. Das resultierende integrierte Signal am Ausgang von Schaltung 50 wird einer Verarbeitungsschaltung (in 3 nicht gezeigt) zur Weiterverarbeitung und Analyse zugeführt. Dieses Prinzip entspricht im Wesentlichen dem, das in der bereits erwähnten am 5. Dezember 2001 im Namen des Anwenders eingereichten anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 10/001.963 beschrieben ist.
  • Um die Dauer der Integrationsperiode zu steuern, ist die optische Erfassungsvorrichtung von 3 mit einem Zeitgeber 56 versehen, der mit der Steuereinheit 52 gekoppelt ist. Dieser Zeitgeber 56 wird jedes Mal dann gestartet, wenn das Integrieren des Ausgangs des photoempfindlichen Elements 20 mittels der zugehörigen Umsetzungsmittel begonnen wird. Der Ausgangswert des Zeitgebers 56 ist somit repräsentativ für die Dauer der Integrationsperiode. Die Steuereinheit 52 setzt diesen Zeitgeber 56 vor jeder Aktivierungsperiode des Systems zurück.
  • Die optische Erfassungsvorrichtung ist ferner mit einem Speichermittel 58 (entweder des flüchtigen oder des nichtflüchtigen Typs) versehen, um den Referenzwert oder die Referenzwerte zu speichern, die verwendet werden, um die Leistung der Lichtquelle 10 zu beherrschen. Die Referenzwerte sind vorzugsweise programmierbar, so dass eine spätere Einstellung der Betriebsparameter der optischen Erfassungsvorrichtung möglich ist.
  • Die Steuereinheit 52 ist mit der Lichtquelle 10 gekoppelt, um sowohl ihren Betrieb als auch ihre Leistungseigenschaften zu steuern. Zu diesem Zweck ist ein Register 60 vorgesehen, um einen Wert zu speichern, der die während jedes Lichtblitzes zu wählende Leistung der Lichtquelle repräsentiert. Der Wert dieses Register 60 wird gegebenenfalls durch die Steuereinheit 52 eingestellt, d. h. gemäß dem von dem Zeitgeber 56 ausgegebenen Dauerwert entweder erhöht, gesenkt oder unverändert gelassen.
  • Nunmehr zu 4 übergehend wird kurz veranschaulicht, wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Leistung der Lichtquelle in Abhängigkeit von der Integrationsperiode gesteuert werden kann. 4 ist ein Diagramm, das die Entwicklung über die Zeit von integrierten Signalen bei vier verschiedenen Beleuchtungszuständen zeigt. Die Kurven a bis d veranschaulichen die Entwicklung von vier verschiedenen integrierten Signalen mit zunehmenden Beleuchtungspegeln. Die drei in Bezug auf 2 kurz erwähnten Referenzwerte Tmin, Tmax und Ttimeout sind auf der Zeitachse gezeigt. Auf der Y-Achse ist außerdem ein mit Veoi angegebener Wert gezeigt, der als Schwellenwert für eine Unterbrechung der Integration verwendet wird. Die Kurven a, b, c veranschaulichen drei Fälle, in denen eine Unterbrechung der Integrationsperiode vor Tmin (im Bereich Tint < Tmin), nach Tmin und vor Tmax (im Bereich Tmin ≤ Tint ≤ Tmax) bzw. nach Tmax (im Bereich Tint > Tmax) erfolgt. Dagegen veranschaulicht die Kurve d einen Fall, in dem eine Unterbrechung der Integrationsperiode zum Zeitpunkt Ttimeout erfolgt, bevor das integrierte Signal den Schwellenwert Veoi erreicht.
  • In der bevorzugten Ausführungsform von 4 wird der Bereich der Dauer zwischen Tmin und Tmax als Zielbereich oder Fenster ausgewählt, innerhalb dem es erwünscht ist, die Dauer der Integrationsperiode zu halten. Unter Tmin wird die Dauer der Integrationsperiode als zu kurz angesehen, was die Sensorleistung verschlechtern kann, wobei die Dauer der Integrationsperiode über Tmax als zu lang angesehen wird, was eine negative Auswirkung auf die Sensorgeschwindigkeit und den Leistungsverbrauch hat. Innerhalb des Fensters Tmin-Tmax wird die Dauer der Integrationsperiode als hinreichend angesehen. Eine Einstellung der Dauer der Integrationsperiode ist folglich lediglich dann erforderlich, wenn die Dauer der Integrationsperiode aus dem Referenzfenster Tmin-Tmax fällt. Die Verwendung eines Referenzfensters mit seiner unteren und seiner oberen Grenze Tmin, Tmax ist vorzugsweise so, dass die Leistung der der Lichtquelle nicht zu häufig geändert wird, was ebenso Auswirkungen auf die Sensorleistung haben kann.
  • Es ist klar, dass unter Tmin zu viel Strahlung von der beleuchteten Oberfläche reflektiert wird und dass die Leistung der Lichtquelle dementsprechend gesenkt werden sollte, um diese zu starke Beleuchtung auszugleichen. Es wird natürlich wird vorausgesetzt, dass der durch die Photodetektorvorrichtung erfasste Beleuchtungspegel im Wesentlichen vom Pegel der Strahlung abhängt, die von der Lichtquelle emittiert und von dem beleuchteten Oberflächenanschnitt reflektiert wird, und dass dieser Beleuchtungspegel nicht hauptsächlich auf irgendeine andere äußere Quelle zurückzuführen ist. Es sollte jedoch erwähnt werden, dass, wenn die Leistungssenkung der Lichtquelle nicht zu der erwarteten Erhöhung der Dauer der Integrationsperiode führt, dies als Hinweis auf eine Störung durch eine sich in der Nähe der Photodetektorvorrichtung befindende parasitäre Quelle (wie etwa Umgebungslicht oder irgendeine andere Quelle von Strahlung innerhalb des Arbeitswellenlängenbereichs) verwendet werden kann.
  • Im Gegensatz zu der oben erwähnten Situation wird über Tmax der Pegel des von dem beleuchteten Oberflächenbereich reflektierten Lichts als zu niedrig und die Dauer der Integrationsperiode daher als zu lang angesehen. Die Leistung der Lichtquelle sollte deshalb erhöht werden, um die Dauer der Integrationsperiode zu reduzieren, so dass sie wieder in das Zielfenster fällt.
  • Die Verwendung des dritten Referenzwerts Ttimeout ist nützlich, um die folgenden Aufgaben zu lösen. Bei einigen außergewöhnlichen Bedingungen kann der Pegel des von der Photodetektorvorrichtung erfassten Lichts so niedrig sein, dass es inakzeptabel wird (hauptsächlich aus Gründen hinsichtlich Sensorleistung und Leistungsverbrauch), die Umsetzungsmittel das Ausgangssignal der Photodetektorvorrichtung bis zum Schwellenwert Veoi integrieren zu lassen. Eine solche Bedingung kann z. B. auftreten, wenn kein Licht mehr von dem Oberflächenabschnitt reflektiert wird (die optische Erfassungsvorrichtung ist z. B. von der beleuchteten Bezugsoberfläche abgehoben). Daher wird mit Ttimeout eine äußerste Grenze oder ein Zeitüberlaufwert definiert, über der bzw. dem keine Integration mehr erfolgen soll. Im Gegensatz zu normalen Situationen, in denen die Signale integriert werden, bis sie den Schwellenwert Veoi erreichen, wird die Integration unterbrochen, bevor der Schwellenwert Veoi erreicht wird, sobald die Dauer der Integrationsperiode die Zeitüberlaufgrenze Ttimeout erreicht.
  • Wie wiederum bei der Ausführungsform von 3 gezeigt ist, unterbricht die Steuereinheit 52 den Betrieb der Integrationsschaltung 50, sobald der Wert des Zeitgebers 56 den Zeitüberlaufwert Ttimeout erreicht. Außerdem erhöht die Steuereinheit 52 die Leistung der Lichtquelle 10 durch Einstellen des Registers 60 weiter. Falls der Zeitüberlaufzustand weiter auftritt und die Leistung der Lichtquelle 10 schließlich nach mehreren aufeinander folgenden Lichtblitzen ihr Maximum erreicht (wobei das Maximum durch die absoluten Grenzen der Lichtquelle und ihrer Treiber bestimmt ist), kann dies als Hinweis auf einen "Reflexionsverlust"-Zustand gelten (d. h., "die optische Maus ist von der Oberfläche abgehoben worden"). Dieser Zustand kann ferner an das Anwender- oder Host-System übertragen und ausgegeben werden, mit dem die optische Erfassungsvorrichtung ver bunden ist. Es ist daher klar, dass dadurch ein Mittel zum Erfassen der Nähe der Erfassungsvorrichtung in Bezug auf den Oberflächenabschnitt, der beleuchtet werden soll, bereitgestellt wird.
  • Sollte der "Reflexionsverlust"-Zustand erfasst werden (d. h., Tint > Ttimeout und die Lichtquellenleistung auf ihrem Maximum), ist es außerdem vorteilhaft, ferner auf die Aktivierungsrate der optischen Erfassungsvorrichtung einzuwirken. Tatsächlich wird, wie bereits erwähnt ist, die optische Erfassungsvorrichtung (d. h. die Lichtquelle, die Photodetektorvorrichtung, die Umsetzungsmittel und das Regulierungssystem) typischerweise mit einer ausgewählten Aktivierungsrate sowie in einer ausgewählten Aktivierungsperiode aktiviert (wobei die Aktivierungsperiode länger als die Integrationsperiode ist). Wenn der "Reflexionsverlust"-Zustand erfasst wird, kann folglich die Aktivierungsrate zwecks Leistungseinsparung auf ein Minimum gesenkt werden. Dieses Minimum sollte unter Bezug auf die Höhe des Leistungsverbrauchs, der eingespart werden kann, und mit Bezug auf die Zeit, die es dauert, bis das System erfasst, dass eine Reflexion von der beleuchteten Oberfläche wiederhergestellt worden ist, ausgewählt werden. Ferner kann das Melden von Bewegungsinformationen von der optischen Zeigevorrichtung ausgesetzt werden.
  • In 6 wird ein bevorzugter Betrieb einer optischen Erfassungsvorrichtung innerhalb des Umfangs der Erfindung kurz beschrieben, der im Wesentlichen die verschiedenen Elemente zusammenfasst, die oben beschrieben worden sind. 6 zeigt einen Ablaufplan der Operationen, die während jedes Lichtblitzes (oder jeder Aktivierungsperiode) der optischen Erfassungsvorrichtung durchgeführt werden können. Dieser Ablaufplan, der im Folgenden beschrieben wird, ist insbesondere sowohl auf die optische Erfassungsvorrichtung von 2 als auch auf die optische Zeigevorrichtung von 5 anwendbar.
  • Nach dem Start des Lichtblitzes besteht der erste Schritt S1 aus 6 in der Aktivierung der Lichtquelle. Diese Aktivierung wird unter Berücksichtigung der Leistungseinstellungen vorgenommen, die in einem zugeordneten Register gespeichert sein können, wie bereits erwähnt ist. Als Nächstes beginnt in Schritt S2 sowohl die Integration des Ausgangssignals der Photodetektorvorrichtung als auch der Steuerbetrieb der Dauer der Integrationsperiode.
  • In Schritt S3 wird überwacht, ob die Dauer, die das gesetzte Tint ist, den Zeitüberlaufwert Ttimeout erreicht. Mit Ja fährt der Prozess in Schritt S9 fort. Mit Nein fährt der Prozess in Schritt S4 fort, in dem geprüft wird, ob der Integrationsende-Zustand (E.O.I.-Zustand) erreicht worden ist. Solange wie die Dauer Tint den Zeitüberlaufwert nicht erreicht hat und das Integrationsende nicht erfasst worden ist, werden die Schritte S3 und S4 fortlaufend ausgeführt.
  • Wenn in Schritt S4 der Integrationsende-Zustand erfasst wird, werden in Schritt S5 der Integrationsbetrieb und der Steuerbetrieb unterbrochen und die Lichtquelle wird deaktiviert. Die Dauer Tint wird in Schritt S6 mit dem unteren und dem oberen Referenzwert Tmin und Tmax des Zielfensters verglichen. Die Leistung der Lichtquelle wird entweder in Schritt S7 gesenkt, wenn Tint < Tmin ist, unverändert gelassen, wenn Tmin ≤ Tint ≤ Tmax ist, oder in Schritt S8 erhöht, wenn Tint > Tmax ist. Die Schritte S7 und S8 können vorteilhafterweise in einer Dekrementierung bzw. Inkrementierung des Leistungsregisters bestehen, wobei die Einstellung schrittweise ausgeführt wird.
  • Wenn der Zeitüberlaufzustand nach dem Vergleich von Tint und dem Referenzwert Ttimeout in Schritt S3 erfasst wird, werden in Schritt S9 der Integrationsbetrieb und der Steuerbetrieb unterbrochen und die Lichtquelle wird deaktiviert. Nachfolgend wird in Schritt S10 geprüft, ob die Leistung der Lichtquelle bereits auf ihrem Maximum ist. Wenn nicht, geht der Prozess zu Schritt S8 über, um die Leistung der Lichtquelle zu erhöhen. Wenn ja gilt in Schritt S11, wie bereits erwähnt ist, dass ein "Reflexionsverlust"-Zustand eingetreten ist. Als Nächstes wird in Schritt S12 die Aktivierungsrate des Systems zur Leistungseinsparung auf ein Minimum gesetzt.
  • Der Prozess von 6 wird während jeder Aktivierungsperiode des Systems in ähnlicher Weise wiederholt. Der Ablaufplan von 6 ist natürlich rein erläuternd und soll nicht als eine Einschränkung des Umfangs der Erfindung betrachtet werden. Die Schritte können in vielfältigen Aspekten abgewandelt werden. Die Schritte S11 und S12 sind z. B. optional und es können zusätzliche Schritte vorgesehen werden. Vorausgesetzt, dass die Aktivierungsrate in Schritt S12 eingestellt wird, werden z. B. Schritte erforderlich, um zu erfassen, ob eine Reflexion wiederhergestellt worden ist. Dies kann leicht ausgeführt werden, indem eine Neueinstellung der Aktivierungsrate auf ihren Nennwert, nachdem der Integrationsende-Zustand in den Schritten S4 und S5 erfasst ist, vorgesehen wird.
  • Statt einer Einstellung der Leistung der Lichtquelle am Ende der Aktivierungsperiode kann alternativ eine Leistungsteuerung "on-the-fly", während die Lichtquelle aktiviert ist, ausgeführt werden. Dies kann erreicht werden, vorgesetzt, dass die Steuereinheit dazu ausgestaltet ist, die Entwicklungsrate der integrierten Signale überwachen zu können. Wenn die integrierten Signale (gemitteltes Signal oder maximales Signal) zu langsam oder zu schnell wachsen, könnte dies schnell genug erkannt werden, um die Lichtquellenleistung zu erhöhen bzw. zu senken, während die Lichtquelle eingeschaltet ist. Genauer kann dies, wie durch das Diagramm von 7 veranschaulicht ist, durch eine Bestimmung der Entwicklungsrate zu einem Zeitpunkt, der mit Tr angegeben ist, vor dem unteren Referenzwert Tmin ausgeführt werden. Da die Entwicklung des integrierten Signals im Wesentlichen als linear angenommen werden kann (die Beleuchtungsbedingungen sind während einer Aktivierungsperiode der Lichtquelle im Wesentlichen konstant), kann auf der Grundlage der Steigung der Kurve des integrierten Signals die eigentliche Dauer der Integrationsperiode vorhergesagt werden, wobei abgeschätzt werden kann, ob sie innerhalb des vorgegebenen Referenzfensters bleiben wird oder nicht. Im Gegensatz zur vorherigen Ausführungsform ermöglicht dies eine Leistungseinstellung der Lichtquelle, während sie aktiviert ist.
  • Selbstverständlich kann dasselbe Prinzip angewendet werden, um zu bestimmen, ob wahrscheinlich ein Zeitüberlaufzustand eintreten wird. Insbesondere kann die Entwicklungsrate des integrierten Ausgangssignals mit einer vorgegebenen Entwicklungsrate verglichen werden, die einer Rate entspricht, unter der erkannt und vorhergesagt werden kann, dass die Dauer der Integrationsperiode schließlich den vorgegebenen Zeitüberlaufwert Ttimeout erreichen wird. Diese Zone ist in 7 als der "ZEITÜBERLAUFBEREICH" angegeben. Es kann entweder entschieden werden, die Integration zu unterbrechen, wenn ein solcher Zustand eintritt, oder die Lichtquellenleistung einzustellen, und zwar zu erhöhen, wenn dies noch möglich ist. Falls die Leistung der Lichtquelle auf ein Maximum gesetzt wird, kann dieses Verfahren wiederum genutzt werden, um einen Annäherungssensor zu implementieren.
  • Nunmehr zu 5 übergehend wird eine Ausführungsform einer optischen Zeigevorrichtung beschrieben, die das Regulierungsschema auf der Grundlage der Steuerung der Dauer der Integrationsperiode implementiert. Die Komponenten, die im Wesentlichen ähnlich zu denen der Ausführungsform von 2 sind, sind durch dieselben Bezugszeichen angegeben, und zwar die Licht quelle 10, die Steuereinheit 52, der Integrationsendedetektor 54, der Zeitgeber 56, das Speichermittel 58 und das Register 60. Im Gegensatz zur Ausführungsform von 2 ist die Ausführungsform von 5 speziell für eine Verwendung in einer optischen Zeigevorrichtung wie etwa einer Maus oder ein Trackball ausgelegt. Diese Ausführungsform umfasst folglich eine optische Erfassungseinheit 70 mit einer Photodetektoranordnung, die mehrere Pixel 71 umfasst, die auf von dem Oberflächenabschnitt S reflektierte Strahlung ansprechen. Jedes Pixel umfasst die Anordnung aus einem mit einer entsprechenden Integrationsschaltung gekoppelten photoempfindlichen Element. Jede Pixelkonfiguration kann im Wesentlichen ähnlich zu der in 1 gezeigten sein. Die Pixelausgänge werden sowohl dem Integrationsendedetektor 54 als auch einer Komparatoranordnung 80 zugeführt. Die Komparatoranordnung besteht im Wesentlichen aus mehreren Komparatorschaltungen, die zum Extrahieren von Kanteninformationsdaten von den Pixelausgängen verwendet werden, d. h. von Daten, die im Wesentlichen von der Bewegungsverarbeitungsschaltung (nicht gezeigt) gemäß der so genannten "Kantenbewegungserkennungs"-Technik genutzt werden, die in der Einleitung der Patentschrift kurz erwähnt ist. Die spezifische Schaltungskonfiguration ist Teil des Gegenstands der am 3. Dezember 2002 eingereichten anhängigen internationalen Anmeldung Nr. PCT/EP 02/13686 (veröffentlichte internationale Anmeldung Nr. WO 03/049018 ), die oben erwähnt worden ist und hier nicht erneut beschrieben wird.
  • Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 2 ist der Integrationsendedetektor 54 zum Überwachen der Ausgänge aller Pixel vorgesehen. Sobald ein Integrationsende erfasst wird, unterbricht die Steuereinheit 52 die Integration aller Integrationsschaltungen in der Photodetektoranordnung 70 gleichzeitig. Ein Integrationsende kann auf im Wesentlichen zwei Arten erfasst werden. Eine erste Lösung besteht in einer bloßen Überwachung des integrierten Signals, das durch das hellste Pixel in der Anordnung 70 bereitgestellt wird, d. h. das Pixel, das am stärksten beleuchtet wird, und erfasst, wann dieses integrierte Signal den Schwellenwert Veoi erreicht. Eine weitere Lösung besteht in der Mittelung aller Pixelausgänge sowie dem Erfassen, wann das resultierende gemittelte Signal den Schwellenwert Veoi erreicht.
  • Die Ausführungsform von 5 funktioniert im Wesentlichen in einer ähnlichen Weise zu der von 2. Und zwar unterbricht die Steuereinheit 52 beim Erfassen des Integrationsende-Zustands durch den Detektor 54 den Betrieb der Integrationsschaltungen und vergleicht danach die gesetzte Dauer Tint der Integrationsperiode, die durch den Zeitgeber 56 bereitgestellt wird, mit den im Speicher 58 gespeicherten Referenzwerten Tmin und Tmax. Entsprechend dem Ergebnis dieses Vergleichs wird die Leistung der Lichtquelle 10 entweder gesenkt, wenn die Dauer Tint kleiner als Tmin ist, erhöht, wenn die Dauer Tint größer als Tmax ist, oder unverändert gelassen, wenn die Dauer Tint im Zielfenster Tmin-Tmax liegt. Die Leistung wird wiederum durch eine schrittweise Einstellung des Registers 60 eingestellt. Beim nächsten Lichtblitz wird die Lichtquelle 10 gemäß dem Wert des Registers 60 betrieben.
  • Während die Integrationsschaltungen arbeiten, überwacht außerdem die Steuereinheit 52 ferner die gesetzte Dauer, die durch den Zeitgeber 56 geliefert wird, und vergleicht sie mit dem dritten Referenzwert oder Zeitüberlaufwert Ttimeout. Falls ein Zeitüberlauf erfolgt, weist die Steuereinheit 52 die Integrationsschaltungen an, die Integration zu unterbrechen (außerdem deaktiviert die Steuereinheit 52 die Lichtquelle), und inkrementiert das Register 60 für den nächsten Lichtblitz. Wenn die Einstellungen der Lichtquelle 10 bereits auf dem Maximum sind, erzeugt die Steuereinheit 52 vorteilhafterweise ein "Reflexionsverlust"-Warnsignal und senkt schließlich die Aktivierungsrate des Systems.
  • Während die Erfindung mit Bezug auf bestimmte spezifische Ausführungsformen beschrieben ist, sind diese Ausführungsformen selbstverständlich nicht als Einschränkungen der Erfindung gedacht. Tatsächlich sind für den Fachmann auf dem Gebiet vielfältige Änderungen und/oder Anpassungen, ohne von dem Umfang der beiliegenden Ansprüche abzuweichen, offensichtlich. Zum Beispiel sind die vorgeschlagenen Ausführungsformen nicht zwangsläufig auf Vorrichtungen mit einer lichtemittierenden Diode als Lichtquelle oder Photodioden als photoempfindliche Elemente beschränkt. Jede andere geeignete Lichtquelle und jedes andere geeignete photoempfindliche Element kann verwendet werden.
  • Außerdem kann, wie bereits erwähnt ist, eine Einstellung der Leistung der Lichtquelle entweder am Ende jeder Aktivierungsperiode (oder jedes "Lichtblitzes") oder "on-the-fly", während die Lichtquelle aktiviert ist und die Umsetzungsmittel noch laufen, ausgeführt werden.

Claims (28)

  1. Optische Erfassungsvorrichtung, die umfasst: eine Lichtquelle (10) zum Beleuchten eines Oberflächenabschnitts (S) mit Strahlung; eine Photodetektorvorrichtung (20) mit wenigstens einem photoempfindlichen Element, das auf Strahlung anspricht, die von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektiert wird; und ein Regulierungssystem (40) zum Steuern der Leistung der Lichtquelle; dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassungsvorrichtung ferner umfasst: Umsetzungsmittel (30) zum Integrieren eines Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements über die Zeit während einer Integrationsperiode mit variabler Dauer (Tint), wobei die Dauer von der Leistung der Lichtquelle und vom Pegel der von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektierten Strahlung abhängt, wobei das Regulierungssystem die Leistung der Lichtquelle in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen einem die Entwicklung der Integration des Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements repräsentierenden Parameter und wenigstens einem Referenzwert (Tmin, Tmax, Ttimeout) steuert.
  2. Optische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der repräsentative Parameter die Dauer der Integrationsperiode ist, wobei das Regulierungssystem umfasst: Zeitgebermittel (56) zum Steuern der Dauer der Integrationsperiode; Komparatormittel zum Vergleichen der Dauer der Integrationsperiode mit wenigstens einem Referenzdauerwert; und Leistungssteuermittel (52) zum Steuern der Leistung der Lichtquelle in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen der Dauer der Integrationsperiode und dem wenigstens einen Referenzdauerwert.
  3. Optische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der repräsentative Parameter eine Rate der Entwicklung des integrierten Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements ist, wobei das Regulierungssystem umfasst: Mittel zum Bestimmen der Entwicklungsrate während der Integrationsperiode; Komparatormittel zum Vergleichen der bestimmten Entwicklungsrate mit wenigstens einem Referenzratenwert; und Leistungssteuermittel zum Steuern der Leistung der Lichtquelle in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs zwischen der bestimmten Entwicklungsrate und dem wenigstens einen Referenzratenwert.
  4. Optische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Regulierungssystem die Leistung der Lichtquelle in der Weise steuert, dass die Dauer der Integrationsperiode innerhalb eines Referenzfensters, das einen unteren und einen oberen Referenzwert hat, bleibt, wobei das Regulierungssystem die Leistung der Lichtquelle senkt, um die Dauer der Integrationsperiode über dem unteren Referenzwert des Fensters zu halten, und die Leistung der Lichtquelle erhöht, um die Dauer der Integrationsperiode unter dem oberen Referenzwert des Fensters zu halten.
  5. Optische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein programmierbares Speichermittel (58) zum Speichern des wenigstens einen Referenzwerts umfasst.
  6. Optische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Regulierungssystem Mittel zum Unterbrechen (54) der Integration des Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements, falls die Dauer der Integrationsperiode einen vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht oder wahrscheinlich erreicht, umfasst, und das Regulierungssystem die Leistung der Lichtquelle erhöht, falls die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht hat oder wahrscheinlich erreichen wird.
  7. Verfahren zum Steuern des Betriebs einer optischen Erfassungsvorrichtung, die eine Lichtquelle (10) und eine Photodetektorvorrichtung (20) mit wenigstens einem photoempfindlichen Element besitzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Beleuchten eines Oberflächenabschnitts (S) mit Strahlung durch die Lichtquelle; Erfassen von Strahlung, die von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektiert wird, mit dem wenigstens einen photoempfindlichen Element; und während des Beleuchtens des Oberflächenabschnitts Integrieren eines Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements über die Zeit während einer Integrationsperiode mit variabler Dauer (Tint), wobei die Dauer von der Leistung der Lichtquelle und vom Pegel der von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektierten Strahlung abhängt, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen eines Parameters, der die Entwicklung der Integration des Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements repräsentiert; Vergleichen des bestimmten repräsentativen Parameters mit wenigstens einem Referenzwert (Tmin, Tmax, Ttimeout); und Steuern der Leistung der Lichtquelle in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem bestimmten repräsentativen Parameter und dem wenigstens einen Referenzwert.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der repräsentative Parameter die Dauer der Integrationsperiode oder eine Rate der Entwicklung des integrierten Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Leistung der Lichtquelle in der Weise gesteuert wird, dass die Dauer der Integrationsperiode innerhalb eines Referenzfensters bleibt, das einen unteren und einen oberen Referenzwert hat, wobei die Leistung der Lichtquelle gesenkt oder erhöht wird, um die Dauer der Integrationsperiode über dem unteren Referenzwert des Fensters bzw. unter dem oberen Referenzwert des Fensters zu halten.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, das den Schritt des Vorsehens eines Registers (60) umfasst, dessen Wert die Leistung der Lichtquelle bestimmt, wobei der Schritt des Steuerns der Leistung der Lichtquelle das Einstellen des Wertes des Registers umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Leistung der Lichtquelle schrittweise gesteuert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Unterbrechen der Integration des Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements, falls die Dauer der Integrationsperiode einen vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht oder wahrscheinlich erreicht; und Erhöhen der Leistung der Lichtquelle, falls die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht hat oder wahrscheinlich erreichen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner den Schritt des Bereitstellens eines Warnsignals, falls die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht hat oder wahrscheinlich erreichen wird und falls die Leistung der Lichtquelle maximal ist, umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, das den Schritt des periodischen Aktivierens der optischen Erfassungsvorrichtung mit einer ausgewählten Aktivierungsrate umfasst, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Setzens der Aktivierungsrate auf ein Minimum umfasst, falls die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht hat oder ihn wahrscheinlich erreichen wird und falls die Leistung der Lichtquelle maximal ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der repräsentative Parameter eine Entwicklungsrate des integrierten Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements ist, wobei die Leistung der Lichtquelle gesteuert wird, während die Lichtquelle aktiviert ist.
  16. Optische Zeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Photodetektorvorrichtung eine Photodektoranordnung (70) mit mehreren Pixeln (71) ist, die auf Strahlung, die von dem beleuchteten Oberflächenabschnitt reflektiert wird, ansprechen, wobei jedes der Pixel ein photoempfindliches Element enthält, das mit einer Integrationsschaltung gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal des photoempfindlichen Elements während einer Integrationsperiode mit variabler Dauer zu integrieren, und bei der das Regulierungssystem umfasst: Mittel, um einen Parameter zu bestimmen, der die Entwicklung der Integration der Ausgangssignale der photoempfindlichen Elemente repräsentiert, Komparatormittel, um den bestimmten repräsentativen Parameter mit wenigstens einem Referenzwert zu vergleichen, und Leistungssteuermittel (52), um die Leistung der Lichtquelle in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs zwischen dem bestimmten repräsentativen Parameter und dem wenigstens einen Referenzwert zu steuern.
  17. Optische Zeigevorrichtung nach Anspruch 16, bei der der repräsentative Parameter die Dauer der Integrationsperiode oder eine Rate der Entwicklung der integrierten Ausgangssignale der photoempfindlichen Elemente ist.
  18. Optische Zeigevorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Integrationsschaltungen die Ausgangssignale der photoempfindlichen Elemente integrieren, bis das integrierte Ausgangssignal eines am stärksten beleuchteten der Pixel einen vorgegebenen Wert erreicht oder bis ein gemitteltes Signal, das von den integrierten Ausgangssignalen der Pixel abgeleitet ist, einen vorgegebenen Wert erreicht.
  19. Optische Zeigevorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Leistungssteuermittel die Leistung der Lichtquelle in der Weise steuern, dass die Dauer der Integrationsperiode innerhalb eines Referenzfensters bleibt, das einen unteren und einen oberen Referenzwert hat, wobei die Leistungssteuermittel die Leistung der Lichtquelle senken, um die Dauer der Integrationsperiode über dem unteren Referenzwert des Fensters zu halten, und die Leistung der Lichtquelle erhöhen, um die Dauer der Integrationsperiode unter dem oberen Referenzwert des Fensters zu halten.
  20. Optische Zeigevorrichtung nach Anspruch 16, die ferner ein programmierbares Speichermittel (58) zum Speichern des wenigstens einen Referenzwertes umfasst.
  21. Optische Zeigevorrichtung nach Anspruch 16, die ferner ein Register (60) umfasst, dessen Wert die Leistung der Lichtquelle bestimmt, wobei das Register in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem bestimmten repräsentativen Parameter und dem wenigstens einen Referenzwert schrittweise einstellbar ist.
  22. Optische Zeigevorrichtung nach Anspruch 16, die ferner Mittel zum Unterbrechen der Integration (54) der Ausgangssignale, falls die Dauer der Integrationsperiode einen vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht oder wahrscheinlich erreicht, umfasst, wobei die Leistungssteuermittel die Leistung der Lichtquelle erhöhen, falls die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht hat oder wahrscheinlich erreichen wird.
  23. Optische Zeigevorrichtung nach Anspruch 22, die ferner Mittel zum Erzeugen eines Warnsignals, falls die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht hat oder wahrscheinlich erreichen wird und falls die Leistung der Lichtquelle maximal ist, umfasst.
  24. Optische Zeigevorrichtung nach Anspruch 22, die ferner Mittel zum periodischen Aktivieren der Lichtquelle, der optischen Erfassungseinheit und des Regulierungssystems mit einer ausgewählten Aktivierungsrate sowie Mittel zum Setzen der Aktivierungsrate auf ein Minimum, falls die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht hat oder wahrscheinlich erreichen wird und falls die Leistung der Lichtquelle maximal ist, umfasst.
  25. Optische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optische Erfassungsvorrichtung ferner Mittel zum Erfassen der Nähe des beleuchteten Oberflächenabschnitts in Bezug auf die optische Erfassungsvorrichtung umfasst, wobei die Mittel umfassen: Mittel zum Bestimmen, ob die Dauer der Integrationsperiode einen vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht oder wahrscheinlich erreicht; Leistungssteuermittel zum Erhöhen der Leistung der Lichtquelle, falls die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht hat oder wahrscheinlich erreichen wird; und Mittel zum Erfassen, ob die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht hat oder wahrscheinlich erreichen wird und ob die Leistung der Lichtquelle maximal ist, wobei ein solcher Zustand die Tatsache angibt, dass ein Abstand zwischen der optischen Erfassungsvorrichtung und dem Oberflächenabschnitt größer als ein Betriebsabstand ist.
  26. Optische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 25, die ferner umfasst: Zeitgebermittel (56) zum Setzen der Dauer der Integrationsperiode; und Komparatormittel zum Vergleichen der gesetzten Dauer der Integrationsperiode mit dem vorgegebenen Zeitüberlaufwert.
  27. Optische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 25, die ferner umfasst: Mittel zum Bestimmen einer Rate der Entwicklung des integrierten Ausgangssignals des wenigstens einen photoempfindlichen Elements während der Integration; und Komparatormittel zum Vergleichen der bestimmten Entwicklungsrate mit einer vorgegebenen Entwicklungsrate, die einer Entwicklungsrate entspricht, unterhalb derer vorhergesagt werden kann, dass die Dauer der Integrationsperiode den vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreichen wird.
  28. Optische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 25, bei der die Photodetektorvorrichtung mehrere photoempfindliche Elemente umfasst und bei der die Mittel zum Bestimmen, ob die Dauer der Integrationsperiode einen vorgegebenen Zeitüberlaufwert erreicht oder wahrscheinlich erreicht, die Entwicklung des integrierten Ausgangssignals eines am stärksten beleuchteten der photoempfindlichen Elemente oder eines gemittelten Signals, das von den integrierten Ausgangssignalen der photoempfindlichen Elemente abgeleitet ist, überwachen.
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