DE602004007760T2

DE602004007760T2 - Optische Vorrichtung zur Messung des Abstandes zwischen der Vorrichtung und einer Fläche

Info

Publication number: DE602004007760T2
Application number: DE602004007760T
Authority: DE
Inventors: Marshall Thomas De Pue; Dale W. Schroeder; Tong Xie
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: JP2005302036A; JP4392377B2; US7427981B2; EP1586857A1; US20050231465A1; DE602004007760D1; EP1586857B1

Description

Stand der Technik
Optische Navigationsvorrichtungen verwenden herkömmlicherweise ein lasergeneriertes Licht, das von einer Oberfläche hin zu einem Detektor abreflektiert. Der Detektor umfasst beispielsweise ein Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-Bildaufnehmerarray (CMOS-Bildaufnehmerarray; CMOS = complementary metal-oxide semiconductor). Die Reflektion des Lichtes erzeugt ein Fleckenmuster, das durch den CMOS-Bildaufnehmer erfasst wird. Während die Vorrichtung relativ zu der Oberfläche bewegt wird (oder umgekehrt), werden aufeinander folgende Bilder schnell erfasst und verglichen, um den Umfang der Bewegung zu bestimmen. Die Rate, mit der Bilder erfasst werden, kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit der Bewegung zu bestimmen.
Optische Navigationsvorrichtungen funktionieren allgemein gut zum Verfolgen zweidimensionaler Bewegungen. Beispielsweise verfolgt eine optische Maus sehr präzise eine Bewegung entlang der Oberfläche einer Mausunterlage. Jedoch kann eine optische Navigation bei bestimmten Anwendungen, die dreidimensionale Bewegungen beinhalten, problematisch sein.
Man denke beispielsweise an einen optischen Stift, der verwendet wird, um eine handschriftliche Eingabe eines Benutzers zu übertragen und anzuzeigen. Während der Benutzer mit dem optischen Stift „schreibt", werden die Zeichen, die durch den Benutzer gebildet werden, angezeigt. Der Benutzer muss unter Umständen zurückgehen zu dem, was bereits geschrieben und angezeigt ist, um beispielsweise den Punkt auf ein „i" zu setzen. Jedoch wird eine Bewegung des optischen Stiftes zurück zu dem Ort des „i" verfolgt und angezeigt. Mit anderen Worten, wenn der optische Stift angehoben und bewegt wird, wird die Bewegung des optischen Stiftes weiterhin verfolgt, und eine Spur der Bewegung wird in die Anzeige integriert. Somit sind Bewegungen des optischen Stiftes, die nicht gesehen werden sollen, nichtsdestotrotz sichtbar.
Das Dokument US-B1-6 188 482 beschreibt eine optische Vorrichtung, die eine Lichtquelle, die Licht auf eine Oberfläche emittiert, und einen Detektor, der Licht, das von der Oberfläche reflektiert wird, empfängt, umfasst. Das reflektierte Licht erzeugt unterschiedliche Fleckenmuster bei unterschiedlichen Abständen zwischen dem Detektor der optischen Vorrichtung und der Oberfläche. Ein Computer vergleicht gespeicherte Bilder von Fleckenmustern, um resultierende nicht-planare Verschiebungen zu berechnen.
Entsprechend wäre eine optische Navigationsvorrichtung, die in drei Dimensionen gut funktioniert, nützlich.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine optische Vorrichtung und Verfahren derselben. Die Vorrichtung umfasst eine erste Lichtquelle, die angepasst ist, um Licht auf eine Oberfläche zu emittieren, und einen Detektor, der angepasst ist, um Licht, das von der Oberfläche reflektiert wird, zu empfangen. Das reflektierte Licht erzeugt ein Fleckenmuster. Der Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche kann unter Verwendung eines quantitativ bestimmbaren Attributs, das dem Fleckenmuster zugeordnet ist, gemessen werden. Der Detektor kann außerdem eine transversale Bewegung relativ zu der Oberfläche verfolgen. Daher schaffen Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung eine optische Navigation in drei Dimensionen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen, welche in diese Spezifikation eingegliedert sind und einen Teil derselben bilden, stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und dienen, zusammen mit der Beschreibung, einem Erklären der Prinzipien der Erfindung. Die Zeichnungen, auf die in dieser Beschreibung Bezug genommen wird, sollten nicht als im Maßstab gezeichnet angesehen werden, es sei denn, dies ist speziell angemerkt.
1 ist ein Blockdiagramm, das Elemente eines Ausführungsbeispiels einer optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das Elemente eines anderen Ausführungsbeispiels einer optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das Elemente eines wieder anderen Ausführungsbeispiels einer optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
4 stellt eine optische Vorrichtung dar, die bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in Betrieb ist.
5 stellt eine optische Vorrichtung dar, die bei einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in Betrieb ist.
6 stellt eine optische Vorrichtung dar, die bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in Betrieb ist.
7 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens einer optischen Navigation gemäß der Erfindung.
8 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Verfahrens einer optischen Navigation gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird nun im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung, wobei Beispiele derselben in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Während die Erfindung in Verbindung mit diesen Ausführungsbeispielen beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, dass dieselben nicht dafür vorgesehen sind, die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele zu beschränken. Im Gegenteil, die Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche definiert. Ferner werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung zahlreiche spezifische Details ausgeführt, um ein tiefgehendes Verständnis der Erfindung zu schaffen. In anderen Fällen wurden gut bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht im Detail beschrieben, um Aspekte der Erfindung nicht unnötig zu verdecken.
Die 1 ist ein Blockdiagramm, das Elemente einer optischen Vorrichtung 10 bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt. Die optische Vorrichtung 10 kann eine optische Maus oder ein optischer Stift sein, die bzw. der beispielsweise mit einem Computersystem verwendet werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 umfasst die optische Vorrichtung 10 eine Lichtquelle 12 und einen Detektor 14. Die Vorrichtung 10 kann weitere Elemente zusätzlich zu denen umfassen, die hierin beschrieben oder dargestellt sind, wie etwa, jedoch nicht beschränkt auf, eine Schaltungsanordnung und andere Elektroniksysteme, die der Lichtquelle 12 und dem Detektor 14 zugeordnet sind, sowie Ver arbeitungsfähigkeit zum Verarbeiten von Bilddaten und für andere Verarbeitungsfunktionen und Speicherfähigkeit zum Speichern von Bilddaten oder Bildern und anderen Informationen.
Der Detektor 14 kann beispielsweise ein Ladungsgekoppelte-Vorrichtung-Bildaufnehmerarray (CCD-Bildaufnehmerarray; CCD = charge-coupled device) oder ein Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-Bildaufnehmerarray (CMOS-Bildaufnehmerarray) verwenden. Die Lichtquelle 12 kann eine kohärente Lichtquelle, wie etwa einen Laser, verwenden. Alternativ kann die Lichtquelle 12 eine schmalbandige Leuchtdiode (LED = light-emitting diode) oder eine LED mit einem optischen Filter verwenden. Bei einem Ausführungsbeispiel emittiert die Lichtquelle 12 Licht mit einer festen Wellenlänge. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel emittiert die Lichtquelle 12 Licht über eine Bandbreite von Wellenlängen. Bei dem letzteren Ausführungsbeispiel weist die Lichtquelle 12 die Fähigkeit zum dynamischen Verändern von einer Wellenlänge zu einer anderen Wellenlänge auf.
Im Betrieb wird Licht von der Lichtquelle 12 von einer Oberfläche 16 zu dem Detektor 14 reflektiert. Die Oberfläche 16 kann eigentlich jede Art von Oberfläche sein, die Licht auf diese Weise reflektieren kann. Die Oberfläche 16 kann beispielsweise eine Mausunterlage oder eine ähnliche Art von Oberfläche sein. Die Oberfläche 16 kann außerdem z. B. der Anzeigebildschirm eines Computersystems sein. Im allgemeinen ist die Oberfläche 16 repräsentativ für eigentlich jede Oberfläche, mit Ausnahme von optisch ebenen Oberflächen.
Bei dem Beispiel der 1 emittiert die Lichtquelle 12 Licht, das eine Wellenlänge λ (wie oben erwähnt, kann die Wellenlänge fest sein oder sie kann veränderbar sein) aufweist. Die Länge des Punktes auf der Oberfläche 16, der durch die Lichtquelle 12 beleuchtet wird, ist als D angege ben. Der Abstand zwischen dem Detektor 14 und der Oberfläche 16 ist durch h angegeben.
Licht von der Lichtquelle 12, das von der Oberfläche 16 reflektiert wird, erzeugt ein Fleckenmuster, das durch den Detektor 14 erfasst wird. Das Fleckenmuster umfasst normalerweise eine Anzahl von einzelnen Flecken, die mit einer bekannten statistischen Verteilung räumlich verteilt sind. Verschiedene statistische Maße können berechnet werden, um das Fleckenmuster zu beschreiben. Ein statistisches Maß, das häufig verwendet wird, ist die durchschnittliche Größe der Flecken in dem Fleckenmuster. Die durchschnittliche transversale Fleckengröße (d_ave) wird mit λ, D und h durch eine Gleichung (1) in Bezug gesetzt: dave = λ(hd ). (1)
Die 2 ist ein Blockdiagramm, das Elemente einer optischen Vorrichtung 20 bei einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt. Die optische Vorrichtung 20 kann eine optische Maus oder ein optischer Stift sein, die bzw. der beispielsweise mit einem Computersystem verwendet werden kann. Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 umfasst die optische Vorrichtung 20 eine erste Lichtquelle 22, eine zweite Lichtquelle 23 und einen Detektor 14. Die Vorrichtung 20 kann andere Elemente zusätzlich zu denen, die hierin beschrieben oder dargestellt sind, umfassen.
Der Detektor 14 kann beispielsweise ein CCD-Bildaufnehmerarray oder ein CMOS-Bildaufnehmerarray verwenden. Die Lichtquellen 22 und 23 können jeweils eine kohärente Lichtquelle, wie etwa einen Laser, eine schmalbandige LED oder eine LED mit einem optischen Filter, verwenden. Bei einem Ausführungsbeispiel emittieren die Lichtquellen 22 und 23 Licht mit festen Wellenlängen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel emittieren die Lichtquellen 22 und 23 Licht über eine Bandbreite von Wellenlängen, mit der Fähigkeit zum dynamischen Verändern von einer Wellenlänge zu einer anderen Wellenlänge. Bei dem Beispiel der 2 emittiert die Lichtquelle 22 Licht, das eine Wellenlänge λ₁ aufweist, und die Lichtquelle 23 emittiert Licht, das eine Wellenlänge λ₂ aufweist. Die Wellenlängen λ₁ und λ₂ können sich voneinander unterscheiden oder sie können die Gleichen sein, abhängig davon, wie die optische Vorrichtung 20 im Betrieb verwendet wird.
Im Betrieb wird Licht von den Lichtquellen 22 und 23 auf den gleichen Punkt auf einer Oberfläche 16 gerichtet und von der Oberfläche 16 zu dem Detektor 14 reflektiert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine Linse 25 verwendet, um das Licht, das von der Oberfläche 16 reflektiert wird, auf den Detektor 14 zu richten.
Die 3 ist ein Blockdiagramm, das Elemente einer optischen Vorrichtung 30 bei einem wieder anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt. Die optische Vorrichtung 30 kann eine optische Maus oder ein optischer Stift sein, die bzw. der beispielsweise mit einem Computersystem verwendet werden kann. Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 umfasst die optische Vorrichtung 30 eine erste Lichtquelle 32, eine zweite Lichtquelle 34, einen ersten Detektor 31 und einen zweiten Detektor 33. Die Vorrichtung 30 kann andere Elemente umfassen, zusätzlich zu denen, die hierin beschrieben oder dargestellt sind.
Die Detektoren 31 und 33 können jeweils beispielsweise ein CCD-Bildaufnehmerarray oder ein CMOS-Bildaufnehmerarray verwenden. Die Lichtquellen 32 und 34 können jeweils eine kohärente Lichtquelle, wie etwa einen Laser, eine schmalbandige LED oder eine LED mit einem optischen Filter verwenden. Bei dem Beispiel der 3 emittiert die Lichtquelle 32 Licht, das eine Wellenlänge λ₁ aufweist, und die Lichtquelle 34 emittiert Licht, das eine Wellenlänge λ₂ aufweist.
Bei einem Ausführungsbeispiel emittieren die Lichtquellen 32 und 34 Licht mit festen Wellenlängen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel emittieren die Lichtquellen 32 und 34 Licht über eine Bandbreite von Wellenlängen, mit der Fähigkeit zum dynamischen Verändern von einer Wellenlänge zu einer anderen Wellenlänge. In beiden Fällen können die Wellenlängen die Gleichen sein oder sich voneinander unterscheiden, abhängig davon, wie die optische Vorrichtung 30 im Betrieb verwendet wird. Wenn sie unterschiedlich sind, können die Wellenlängen, die durch die Lichtquellen 32 und 34 verwendet werden, nahe beieinander liegen oder weit voneinander entfernt sein. Die Detektoren 31 und 33 können unterschiedliche Technologien verwenden, abhängig von den Wellenlängen, die durch die Lichtquellen 32 und 34 verwendet werden. Mit anderen Worten kann eine Art von Detektortechnologie besser für eine bestimmte Wellenlänge geeignet sein als eine andere. Wenn die Wellenlängen beispielsweise weit voneinander entfernt sind, kann eine Art von Detektortechnologie mit einer Wellenlänge verwendet werden, und eine andere Art von Detektortechnologie kann mit der anderen Wellenlänge verwendet werden.
Im Betrieb wird Licht von den Lichtquellen 32 und 34 auf den gleichen Punkt auf der Oberfläche 16 gerichtet. Licht von der Lichtquelle 32 wird von der Oberfläche 16 zu dem Detektor 31 reflektiert, und Licht von der Lichtquelle 34 wird von der Oberfläche 16 zu dem Detektor 33 reflektiert.
Die 4 stellt eine optische Vorrichtung dar, die bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in Betrieb ist. Die optische Vorrichtung der 4 kann entweder eine einzelne Lichtquelle, wie durch die optische Vorrichtung 10 der 1 veranschaulicht, oder mehrere Lichtquellen, wie durch die optischen Vorrichtungen 20 und 30 der 2 und 3 veranschaulicht, verwenden. In dem letzteren Fall emittieren bei einem Ausführungsbeispiel die mehreren Licht quellen Licht der gleichen oder im Wesentlichen der gleichen Wellenlänge.
Für den Zweck der vorliegenden Anmeldung ist der Begriff „im Wesentlichen die gleiche Wellenlänge" wie folgt definiert. Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 wird eine Veränderung des Abstands zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche 16 durch ein Vergleichen eines quantitativ bestimmbaren Attributs, das dem Fleckenmuster bei einer Zeit T₁ zugeordnet ist, mit einem quantitativ bestimmbaren Attribut, das dem Fleckenmuster bei einer Zeit T₂ zugeordnet ist, identifiziert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die durchschnittliche Fleckengröße bei der Zeit T₁ mit der durchschnittlichen Fleckengröße bei der Zeit T₂ verglichen (wie unten erörtert, können andere quantitativ bestimmbare Attribute als die durchschnittliche Fleckengröße verwendet werden). Die durchschnittliche Fleckengröße wird nicht nur durch den Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche beeinflusst, sondern auch durch die Wellenlänge des Lichts. Die Wellenlängen von unterschiedlichen Lichtquellen müssen ähnlich genug sein, so dass eine Veränderung einer durchschnittlichen Fleckengröße von einer Zeit zu der nächsten, einer Veränderung des Abstands und nicht einem Unterschied bezüglich der Wellenlänge zugeschrieben werden kann. Im Idealfall wären die Wellenlängen aus den unterschiedlichen Lichtquellen identisch. Es besteht keine bestimmte Grenze für einen akzeptablen Unterschied bei Wellenlängen zwischen mehreren Lichtquellen; je näher die Wellenlängen der zwei Lichtquellen jedoch zueinander sind, umso besser.
Der Einfachheit der Erörterung und Darstellung wegen wird das Beispiel der 4 unter Verwendung der optischen Vorrichtung 10 der 1 beschrieben. Wie zu sehen sein wird, kann dieses Beispiel dann ausgeweitet werden, um jeweils die Verwendung der optischen Vorrichtungen 20 und 30 der 2 und 3 abzudecken.
Bei einer Zeit T₁ befindet sich ein Detektor 14 bei einem Abstand h₁ zu einer Oberfläche 16. Bei einer Zeit T₂ befindet sich der Detektor 14 bei einem Abstand h₂ zu der Oberfläche 16. Die Fleckenmuster bei den Zeiten T₁ und T₂ werden jeweils eine Anzahl von Flecken unterschiedlicher Größen, Formen und Verteilungen umfassen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Fleckenmuster bei den Zeiten T₁ und T₂ jeweils durch eine entsprechende durchschnittliche transversale Fleckengröße d₁ und d₂ repräsentiert. Die durchschnittliche transversale Fleckengröße d₁ bei der Zeit T₁ ist als ein Element 42 in einer Detektoransicht 40 dargestellt. Die durchschnittliche transversale Fleckengröße d₂ bei der Zeit T₂ ist als ein Element 44 in der Detektoransicht 40 dargestellt.
Durch ein Anwenden der Gleichung (1) bei dem Beispiel der 4, mit λ₁ = λ₂ und für Konstante D kann gezeigt werden, dass:
Eine Gleichung (2) kann in einer Anzahl von unterschiedlichen Weisen angewendet werden. In einer Anwendung wird eine Veränderung des Abstandes erfasst, wenn eine Veränderung einer durchschnittlichen transversalen Fleckengröße über die Zeit auftritt. Somit kann, über ein Erfassen einer Veränderung einer durchschnittlichen Fleckengröße über die Zeit (z. B. über aufeinander folgende Bildrahmen), identifiziert werden, dass die optische Vorrichtung von einer Oberfläche, mit der die Vorrichtung vorher in Kontakt stand, angehoben wurde und außerdem kann identifiziert werden, dass die optische Vorrichtung weiter weg oder näher hin zu einer Oberfläche bewegt wurde.
In einer anderen Anwendung kann der Umfang einer Veränderung des Abstandes zwischen der optischen Vorrichtung (z. B. dem Detektor 14) und der Oberfläche 16 oder des Abstandes zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche bestimmt werden. Mit der optischen Vorrichtung direkt im Kontakt mit der Oberfläche 16 bei der Zeit T₁ ist dann beispielsweise d₁ gleich mit d₂ und h₁ ist gleich mit h₂. Werte von d₁ und h₁ können auf bestimmte Weise beibehalten werden. Zum Beispiel können dieselben in einem Speicher, der dem Detektor 14 zugeordnet ist, gespeichert werden. Bei der Zeit T₂, mit der optischen Vorrichtung zu einem Abstand h₂ bewegt, wird die durchschnittliche Fleckengröße d₂ bestimmt. Unter Verwendung der Werte von h₁, d₁ und d₂ in der Gleichung (2) kann ein Wert für h₂ bestimmt werden. Der Umfang der Veränderung von der Zeit T₁ zu der Zeit T₂ (z. B. h₂ minus h₁) kann bestimmt werden oder der tatsächliche Abstand zu der Oberfläche bei der Zeit T₂ (z. B. h₂) kann bestimmt werden. Die Werte von d₂ und h₂ können dann beibehalten werden und in einer Weise verwendet werden, die ähnlich ist mit der, die gerade beschrieben wurde, um den Abstand oder die Veränderung des Abstands zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche zu einer späteren Zeit (z. B. nach dem nächsten Zeitinkrement) usw. zu bestimmen.
Optische Vorrichtungen, wie etwa diese, die hierin beschrieben sind, arbeiten mit Rahmenraten von 1500 Rahmen pro Sekunde und mehr. Entsprechend kann der Zeitunterschied zwischen der Zeit T₁ und der Zeit T₂ sehr gering sein. Außerdem können Bildaufnehmerarrays, die in optischen Vorrichtungen verwendet werden, sehr hohe Auflösungen aufweisen, die weiterhin verbessert werden. Somit können relativ geringe Veränderungen der durchschnittlichen Fleckengröße gemessen werden und daher können relativ geringe Veränderungen des Abstands erfasst werden.
Das Beispiel der 4 kann auf die optischen Vorrichtungen 20 und 30 jeweils der 2 und 3 erweitert werden. Bei der optischen Vorrichtung 20, die zwei Lichtquellen 22 und 23 und einen einzelnen Detektor 14 umfasst, sind die zwei Lichtquellen so eingestellt, dass sie Licht der gleichen oder der im Wesentlichen gleichen Wellenlänge emittieren (z. B. λ₁ = λ₂), und der Detektor arbeitet wie oben beschrieben. Bei der optischen Vorrichtung 30, die die zwei Lichtquellen 32 und 34 und die zwei Detektoren 31 und 33 umfasst, sind die zwei Lichtquellen so eingestellt, dass sie Licht der gleichen oder der im Wesentlichen gleichen Wellenlänge emittieren (z. B. λ₁ = λ₂), und ein Detektor kann verwendet werden, um ein Fleckenmuster bei der Zeit T₁ aufzufangen und der andere Detektor kann verwendet werden, um ein Fleckenmuster bei der Zeit T₂ aufzufangen.
Die 5 stellt eine optische Vorrichtung dar, die bei einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in Betrieb ist. Die optische Vorrichtung der 5 kann entweder eine einzelne Lichtquelle, wie durch die Lichtquelle 12 der optischen Vorrichtung 10 (1) veranschaulicht, oder mehrere Lichtquellen, wie durch die Lichtquellen 22 und 23 der optischen Vorrichtung 20 (2) und der Lichtquellen 32 und 39 der 3 veranschaulicht, verwenden.
Mit einer einzelnen Lichtquelle 12 bei einer Zeit T₁ emittiert die Lichtquelle 12 der 1 Licht, das eine Wellenlänge λ₁ aufweist, und bei einer Zeit T₂ emittiert die Lichtquelle 12 Licht, das eine Wellenlänge λ₂ aufweist. Mit anderen Worten wird es der Wellenlänge des Lichts der Lichtquelle 12 ermöglicht, sich dynamisch zu verändern, während die optische Vorrichtung in Richtung hin zu oder weg von der Oberfläche 16 bewegt wird. Insbesondere die Wellenlänge wird automatisch eingestellt, so dass die durchschnittliche Fleckengröße d₂ bei der Zeit T₂ die Gleiche ist (oder ungefähr die Gleiche ist) wie die durchschnittliche Fleckengröße d₁ zu der Zeit T₁.
Mit mehreren Lichtquellen wird bei einem Ausführungsbeispiel eine der Lichtquellen bei der Zeit T₁ verwendet und die andere Lichtquelle wird bei der Zeit T₂ verwendet.
Sogar mit mehreren Lichtquellen kann es erwünscht sein, die Wellenlänge der einen oder der beiden Lichtquellen dynamisch zu verändern, während die optische Vorrichtung in Richtung hin zu oder weg von der Oberfläche 16 bewegt wird. Mit anderen Worten, während die optische Vorrichtung näher ran oder weiter weg von der Oberfläche bewegt wird, können beide Wellenlängen von der Zeit T₁ zu der Zeit T₂ eingestellt werden oder eine der Wellenlänge kann eingestellt werden, während die andere Wellenlänge im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Für den Zweck der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „im Wesentlichen konstant", wenn dieser auf Wellenlängen angewendet wird, wie folgt definiert. Die Wellenlänge einer Lichtquelle wird nicht eingestellt; jedoch kann es zu einer gewissen Abweichung bei einer Wellenlänge aufgrund von Schwankungen kommen, die normalerweise dem Betrieb der Lichtquelle zugeordnet werden. Zum Beispiel können leichte Schwankungen bei einer Leistung zu Abweichungen bezüglich einer Wellenlänge führen. Es ist anzumerken, dass eine Situation, in der die Abweichung bezüglich der Wellenlänge anders ist als „im Wesentlichen konstant" durch das alternative Ausführungsbeispiel abgedeckt wird, bei dem beide Wellenlängen eingestellt werden.
Der Einfachheit einer Erörterung und Darstellung wegen wird das Beispiel der 5 unter Verwendung der optischen Vorrichtung 10 der 1 beschrieben. Wie zu sehen sein wird kann dieses Beispiel ausgeweitet werden, um die Verwendung der optischen Vorrichtung 20 und 30 der jeweiligen 2 und 3 abzudecken.
Bei der Zeit T₁ befindet sich der Detektor 14 bei einem Abstand h₁ zu der Oberfläche 16. Bei der Zeit T₂ befindet sich der Detektor bei einem Abstand h₂ zu der Oberfläche 16. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Wellenlänge der Lichtquelle 12 so eingestellt, dass eine relativ konstante durchschnittliche Fleckengröße über die Zeit erhalten bleibt (z. B. von der Zeit T₁ zu der Zeit T₂ und bei jeder nachfolgenden Zeit). Die durchschnittliche transversale Fleckengröße d₁ bei der Zeit T₁ ist als ein Element 52 in einer Detektoransicht 50 dargestellt, und die durchschnittliche transversale Fleckengröße d₂ bei der Zeit T₂ ist als ein Element 54 in der Detektoransicht 50 dargestellt. In Wirklichkeit werden die Fleckenmuster bei den Zeiten T₁ und T₂ jeweils eine Anzahl von Flecken unterschiedlicher Größen, Formen und Verteilungen umfassen. Obwohl die Fleckenmuster bei den Zeiten T₁ und T₂ unterschiedlich sein können, wird die durchschnittliche Fleckengröße d_ave = d₁ = d₂ über die Zeit konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten.
Für den Zweck der vorliegenden Anwendung ist der Begriff „im Wesentlichen konstant", wenn dieser auf eine durchschnittliche transversale Fleckengröße angewandt wird, wie folgt definiert. Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 wird eine Veränderung des Abstands zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche 16 identifiziert, indem die Wellenlänge der Lichtquelle 12 bei der Zeit T₁ mit der Wellenlänge der Lichtquelle 12 bei der Zeit T₂ in Verhältnis gesetzt wird. Der Grad, bis zu dem eine konstante durchschnittliche transversale Fleckengröße erhalten werden kann, hat einen Einfluss darauf, wie akkurat eine Veränderung des Abstandes gemessen werden kann. Die durchschnittlichen transversalen Fleckengrößen bei den Zeiten T₁ und T₂ müssen ähnlich genug sein, so dass eine Veränderung einer Wellenlänge von einer Zeit zu der nächsten einer Veränderung des Abstands und nicht einem Unterschied der durchschnittlichen transversalen Fleckengröße zugeschrieben werden kann. Idealerweise wäre die durchschnittliche transversale Fleckengröße bei den Zeiten T₁ und T₂ identisch. Es gibt keine eindeutige Grenze für einen akzeptablen Unterschied bei der durchschnittlichen transversalen Fleckengröße bei den Zeiten T₁ und T₂; je näher die durchschnittlichen transversalen Fleckengrößen bei den Zeiten T₁ und T₂ jedoch zueinander sind, umso besser.
Durch ein Anwenden der Gleichung (1) bei dem Beispiel der 5 mit d₁ = d₂ kann gezeigt werden, dass:
Die Gleichung (3) kann in einer Anzahl von unterschiedlichen Weisen angewendet werden. In einer Anwendung wird eine Veränderung eines Abstands erfasst, wenn es zu einer Veränderung einer Wellenlänge über die Zeit kommt. Wellenlängen können von den Wellenlängenabstimmcharakteristika der Lichtquelle oder der Lichtquellen bestimmt werden. Somit kann über ein Erfassen einer Veränderung einer Wellenlänge über die Zeit (z. B. über aufeinander folgende Bildrahmen) identifiziert werden, dass die optische Vorrichtung von einer Oberfläche, mit der die Vorrichtung vorher im Kontakt stand, angehoben wurde, und außerdem kann identifiziert werden, dass die optische Vorrichtung weiter weg von oder näher hin zu einer Oberfläche bewegt wurde.
Bei einer anderen Anwendung kann der Umfang einer Veränderung eines Abstandes zwischen der optischen Vorrichtung (z. B. dem Detektor 14) und der Oberfläche 16 oder des Abstandes zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche bestimmt werden. Man denke an ein Beispiel, bei dem eine einzelne Lichtquelle vorliegt. Mit der optischen Vorrichtung direkt im Kontakt mit der Oberfläche 16 bei der Zeit T₁ ist λ₁ dann gleich mit λ₂ und h₁ ist gleich mit h₂. Die Werte von λ₁ und h₁ können auf unterschiedliche Weise beibehalten werden. Zum Beispiel können dieselben in einem Speicher, der dem Detektor zugeordnet ist, gespeichert werden. Bei der Zeit T₂, mit der optischen Vorrichtung zu einem Abstand h₂ bewegt, wird die Wellenlänge auf einen zweiten Wert (λ₂) eingestellt. Der zweite Wert ist so gewählt, dass die durchschnittliche Fleckengröße über die Zeit konstant oder im Wesentlichen konstant bleibt. Unter Verwendung der Werte von h₁, λ₁ und λ₂ in der Gleichung (3) kann ein Wert für h₂ bestimmt werden. Der Umfang der Veränderung von T₁ zu T₂ (z. B. h₂ minus h₁) kann bestimmt werden oder der tatsächliche Abstand zu der Oberfläche bei der Zeit T₂ (z. B. h₂) kann bestimmt werden. Die Werte von λ₂ und h₂ können dann beibehalten werden und in einer Weise verwendet werden, die ähnlich ist mit der, die gerade beschrieben wurde, um den Abstand oder die Veränderung des Abstands zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche zu einer späteren Zeit (z.B. nach dem nächsten Zeitinkrement) usw. zu bestimmen.
Das Beispiel der 5 beschreibt eine Anwendung, bei der die Wellenlänge von λ₁ zu λ₂ über die Zeit unter Verwendung einer einzelnen Lichtquelle verändert wurde. Das Beispiel der 5 kann auf die optischen Vorrichtungen 20 und 30 jeweils der 2 und 3 ausgeweitet werden, die jeweils zwei Lichtquellen verwenden. Mit zwei Lichtquellen kann die Wellenlänge einer der Lichtquellen (z. B. λ₁) bei einem konstanten oder nahezu konstanten Wert gehalten werden, während die Wellenlänge der zweiten Lichtquelle (z. B. λ₂) in einer Weise eingestellt wird, die eine konstante oder eine im Wesentlichen konstante durchschnittliche transversale Fleckengröße über die Zeit erzielt. Das Verhältnis von λ₁ und λ₂, alleine mit h₁, kann wie oben beschrieben verwendet werden, um h₂ zu bestimmen. Alternativ kann von der Zeit T₁ zu der Zeit T₂ die Wellenlänge der ersten Lichtquelle konstant gehalten werden, während die Wellenlänge der zweiten Lichtquelle eingestellt wird und dann, von der Zeit T₂ zu der nächsten Messung (z. B. bei der Zeit T₃), können diese Rollen umgekehrt werden (wobei die Wellenlänge der zweiten Lichtquelle konstant gehalten wird, während die Wellenlänge der ersten Lichtquelle eingestellt wird). Es ist außerdem möglich, dass, mit zwei Lichtquellen und einer geeigneten Verarbeitung, beide Wellenlängen über die Zeit eingestellt werden. Bei der optischen Vorrichtung 30, die die zwei Detektoren 31 und 33 umfasst, kann ein Detektor verwendet werden, um ein Fleckenmuster bei der Zeit T₁ aufzufangen, und der andere Detektor kann verwendet werden, um ein Fleckenmuster bei der Zeit T₂ aufzufangen.
Die 6 stellt eine optische Vorrichtung dar, die bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in Betrieb ist. Die optische Vorrichtung der 6 verwendet zwei Lichtquellen und zwei Detektoren, wie durch die optische Vorrichtung 30 der 3 veranschaulicht wird. Bei dem Beispiel der 6 unterscheiden sich die Wellenlängen, die den zwei Lichtquellen zugeordnet sind, voneinander.
Beide Detektoren 31 und 33 befinden sich bei einem Abstand h zu einer Oberfläche 16. Beide Lichtquellen 32 und 34 beleuchten zur gleichen Zeit den gleichen Punkt auf der Oberfläche 16 (es ist anzumerken, dass dies im Gegensatz zu den Beispielen der 4 und 5 steht, in denen aufeinander folgende Messungen bei den Zeiten T₁ und T₂ erfolgen). Die Lichtquelle 32 emittiert Licht mit einer Wellenlänge λ₁ und die Lichtquelle 34 emittiert Licht mit einer Wellenlänge λ₂. Als ein Ergebnis werden zwei unterschiedliche Fleckenmuster generiert. Die durchschnittliche transversale Fleckengröße d₁, die der Lichtquelle 32 und dem Detektor 31 zugeordnet ist, ist als ein Element 62 in der 6 dargestellt. Die durchschnittliche transversale Fleckengröße d₂, die der Lichtquelle 34 und dem Detektor 33 zugeordnet ist, ist als ein Element 64 in der 6 dargestellt. Obwohl zwei unterschiedliche Detektoren verwendet werden, werden die durchschnittlichen Fleckengrößen in einer einzelnen Ansicht überlagert, um hervorzuheben, dass es einen Unterschied zwischen den durchschnittlichen transversalen Fleckengrößen d₁ und d₂ gibt.
Durch ein Anwenden der Gleichung (1) bei dem Beispiel der 6 kann gezeigt werden, dass: d1 – d2 = (λ1 – λ2)·h/D; oder (4) h = D·(d1 – d2)/(λ1 – λ2). (5)
Somit kann durch ein Anwenden der Gleichung (5) der Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche bestimmt werden. Die Gleichung (5) ist vorteilhaft, da sie aus der Abstandsberechnung jegliche Terme entfernt, die von der Art der Oberfläche 16 (z. B. Papier gegenüber Holz) oder von den lokalen Eigenschaften der Oberfläche 16 abhängen (z. B., ob der Punkt, der beleuchtet wird, verkratzt ist oder eine andere Art von Ungleichmäßigkeit zeigt).
Die 7 ist ein Flussdiagramm 70 eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens einer optischen Navigation gemäß der Erfindung. Obwohl in dem Flussdiagramm 70 spezifische Schritte offenbart sind, sind derartige Schritte beispielhaft. Das heißt, Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sind gut dafür geeignet, um verschiedene andere Schritte oder Variationen der Schritte, die in dem Flussdiagramm 70 angeführt sind, durchzuführen. Es ist zu erkennen, dass die Schritte in dem Flussdiagramm 70 in einer anderen Reihenfolge als der dargestellten durchgeführt werden können, und dass unter Umständen nicht alle der Schritte in dem Flussdiagramm 70 durchgeführt werden. Das Verfahren des Flussdiagramms 70 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel, das oben in Verbindung mit der 5 beschrieben ist, implementiert.
Bei einem Schritt 72 der 7, mit der optischen Vorrichtung bei einem ersten Abstand zu einer Oberfläche, wird Licht mit einer ersten Wellenlänge geliefert. Licht, das bei dem ersten Abstand und mit der ersten Wellenlänge von der Oberfläche reflektiert wird, erzeugt ein erstes Fleckenmuster, das erfasst werden kann.
Bei einem Schritt 74, mit der optischen Vorrichtung bei einem zweiten Abstand zu der Oberfläche, wird Licht mit einer zweiten Wellenlänge geliefert. Licht, das bei dem zweiten Abstand und mit der zweiten Wellenlänge von der Oberfläche reflektiert wird, erzeugt ein zweites Flecken muster, das erfasst werden kann. Die erste und die zweite Wellenlänge sind ausgewählt, derart, dass ein quantitativ bestimmbarer Wert, der dem zweiten Fleckenmuster (z. B. der durchschnittlichen Fleckengröße des zweiten Fleckenmusters) zugeordnet ist, ungefähr gleich ist mit einem quantitativ bestimmbaren Wert, der dem ersten Fleckenmuster (z. B. der durchschnittlichen Fleckengröße des ersten Fleckenmusters) zugeordnet ist.
Bei einem Schritt 76 wird der Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche unter Verwendung des Verhältnisses von der ersten und der zweiten Wellenlänge gemessen.
Die 8 ist ein Flussdiagramm 80 eines anderen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens einer optischen Navigation gemäß der Erfindung. Obwohl in dem Flussdiagramm 80 spezifische Schritte offenbart sind, sind derartige Schritte beispielhaft. Das heißt, Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sind gut dafür geeignet, um verschiedene andere Schritte oder Variationen der Schritte, die in dem Flussdiagramm 80 angeführt sind, durchzuführen. Es ist zu erkennen, dass die Schritte in dem Flussdiagramm 80 in einer anderen Reihenfolge als der dargestellt durchgeführt werden können, und dass unter Umständen nicht alle der Schritte in dem Flussdiagramm 80 durchgeführt werden. Das Verfahren des Flussdiagramms 80 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel, das oben in Verbindung mit den 4 und 6 beschrieben ist, implementiert.
Bei einem Schritt 82 der 8 wird Licht mit einer ersten Wellenlänge von einer Oberfläche reflektiert. Das reflektierte Licht mit der ersten Wellenlänge erzeugt ein erstes Fleckenmuster, das erfasst werden kann.
Bei einem Schritt 84 wird Licht mit einer zweiten Wellenlänge von der Oberfläche reflektiert. Das reflektierte Licht mit der zweiten Wellenlänge erzeugt ein zweites Fleckenmuster, das erfasst werden kann. Abhängig davon, wie die optische Vorrichtung betrieben wird, kann die erste und die zweite Wellenlänge im Wesentlichen die Gleiche sein oder dieselben können sich voneinander unterscheiden.
Bei einem Schritt 86, in dem Fall, dass die erste und die zweite Wellenlänge im Wesentlichen die Gleiche ist, wird der Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche unter Verwendung des Verhältnisses von einem quantitativ bestimmbaren Wert, der dem ersten Fleckenmuster zugeordnet ist, und einem quantitativ bestimmbaren Wert, der dem zweiten Fleckenmuster zugeordnet ist (z. B. die jeweilige durchschnittliche Fleckengröße des ersten und des zweiten Fleckenmusters) gemessen. In dem Fall, dass die erste und die zweite Wellenlänge sich voneinander unterscheiden, wird der Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche unter Verwendung des Unterschiedes zwischen einem quantitativ bestimmbaren Wert, der dem ersten Fleckenmuster zugeordnet ist, und einem quantitativ bestimmbaren Wert, der dem zweiten Fleckenmuster zugeordnet ist (z. B. der jeweiligen durchschnittlichen Fleckengröße des ersten und des zweiten Fleckenmusters) und außerdem unter Verwendung des Unterschiedes zwischen den zwei Wellenlängen gemessen.
Zusammengefasst kann eine Veränderung des Abstands zwischen einer optischen Vorrichtung und einer Oberfläche erfasst werden. Außerdem kann der Umfang der Veränderung des Abstands oder der Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche (z. B. der Höhe der Vorrichtung) bestimmt werden. Die Höhe kann verwendet werden, um die Verstärkung der zweidimensionalen Navigation bei jeder unterschiedlichen Höhe einzustellen. Die Höhe kann verwendet werden, um beispielsweise zwischen einem Abrollen einer Anzeige gegenüber einer zweidimensionalen Navigation der Anzeige zu unterscheiden, um in Kaskade geschaltete Fenster in einer Anzeige auszuwählen, um dreidimensionale Anzeigen zu navigieren und/oder um in Kaskade geschaltete Menüs aus einer Anzeige zu unterscheiden.
Zusätzlich zu einem Bestimmen eines Abstands zu und von einer Oberfläche können Ausführungsbeispiele der optischen Vorrichtung, die hierin beschrieben sind, außerdem eine transversale Bewegung der Vorrichtung relativ zu der Oberfläche erfassen, beispielsweise durch ein Vergleichen aufeinander folgender Bilder von Fleckenmustern. Daher schaffen Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung eine optische Vorrichtung, die in drei Dimensionen wirksam ist.
Obwohl Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung für Detektoren beschrieben sind, die CCD- oder CMOS-Bildaufnehmerarrays verwenden, sind dieselben nicht entsprechend beschränkt. Als ein Beispiel für eine alternative Implementierung kann ein Detektor ein lineares Array von einem oder mehr Pixeln verwenden. Sobald solch ein Detektor weiter von einer Oberfläche weg bewegt wird, wird beispielsweise die Größe jedes Fleckens größer. Entsprechend wird ein größerer Bereichs des Detektors durch den Flecken oder die Flecken abgedeckt sein. Dies wird den relativen Kontrast oder die Helligkeit, die durch den Detektor erfasst wird, verändern; d. h., dass mit größeren Flecken größere Bereiche der Oberfläche des Detektors beleuchtet werden und somit würde der Detektor mehr Helligkeit erfassen, sobald derselbe weiter von der Oberfläche weg bewegt wird. Das Gegenteil wird zutreffen, wenn der Detektor näher zu der Oberfläche hin bewegt wird. Der Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche kann bezüglich des Umfangs an Helligkeit oder Kontrast, die durch den Detektor erfasst wird, kalibriert werden. Somit muss in diesem alternativen Ansatz die durchschnittliche transversale Fleckengröße nicht gemessen werden.
Außerdem sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung nicht auf Bildkorrelationstechniken angewiesen (z. B. Techniken, die von einem Vergleich von Fleckenmustern oder durchschnittlichen Fleckengrößen zu unterschiedlichen Zeiten oder für unterschiedliche Wellenlängen abhängen). Als ein Beispiel für einen alternativen Ansatz kann die Anzahl der Flecken gezählt werden und anstatt einer durchschnittlichen Fleckengröße verwendet werden. Entsprechend können Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung unter Verwendung von Vorrichtungen, die kleiner sind als die Vorrichtungen, die Bildkorrelationstechniken verwenden, implementiert werden.
Die Erfindung ist somit bei verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Während die Erfindung bei bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, sollte zu erkennen sein, dass die vorliegende Erfindung nicht als durch derartige Ausführungsbeispiele beschränkt aufgefasst werden sollte, sondern vielmehr gemäß der folgenden Patentansprüche aufzufassen ist.

Claims

Eine optische Vorrichtung (10, 20, 30), die folgende Merkmale umfasst: eine erste Lichtquelle (12, 22, 32), die ein erstes Licht auf eine Oberfläche (16) emittiert; und einen ersten Detektor (14, 31), der Licht, das von der Oberfläche reflektiert wird, empfängt, wobei reflektiertes Licht ein erstes Fleckenmuster an dem ersten Detektor erzeugt, mit der optischen Vorrichtung und der Oberfläche durch einen ersten Abstand getrennt, wobei ein quantitativ bestimmbares Attribut, das dem ersten Fleckenmuster zugeordnet ist, verwendet wird, um einen Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche zu messen, wobei reflektiertes Licht ein zweites Fleckenmuster an dem ersten Detektor erzeugt, mit der optischen Vorrichtung und der Oberfläche durch einen zweiten Abstand getrennt, wobei das quantitativ bestimmbare Attribut, das dem ersten Fleckenmuster zugeordnet ist, und ein quantitativ bestimmbares Attribut, das dem zweiten Fleckenmuster zugeordnet ist, verwendet werden, um einen Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche zu messen, und wobei das Verhältnis von dem quantitativ bestimmbaren Attribut, das dem ersten Fleckenmuster zugeordnet ist, und dem quantitativ bestimmbaren Attribut, das dem zweiten Fleckenmuster zugeordnet ist, verwendet wird, um einen Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche zu messen.
Die optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das erste Licht von einer ersten Wellenlänge bei dem ersten Abstand zu einer zweiten Wellenlänge bei dem zweiten Abstand eingestellt wird, so dass das quantitativ bestimmbare Attribut, das dem ersten Fleckenmuster zugeordnet ist, und das quantitative Attribut, das dem zweiten Fleckenmuster zugeordnet ist, ungefähr gleich sind, wobei das Verhältnis von der ersten und der zweiten Wellenlänge verwendet wird, um einen Abstand zwischen der optischen Vorrichtung und der Oberfläche zu messen.
Die optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine zweite Lichtquelle (23) umfasst, die angepasst ist, um ein zweites Licht auf die Oberfläche zu emittieren, wobei das erste Licht Licht mit einer ersten Wellenlänge und das zweite Licht Licht mit einer zweiten Wellenlänge umfasst, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet, wobei das erste Fleckenmuster durch reflektiertes erstes Licht erzeugt wird, und das zweite Fleckenmuster durch reflektiertes zweites Licht erzeugt wird.
Die optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale umfasst: eine zweite Lichtquelle (34), die angepasst ist, um ein zweites Licht auf die Oberfläche zu emittieren, wobei das erste Licht Licht mit einer ersten Wellenlänge umfasst, und das zweite Licht Licht mit einer zweiten Wellenlänge umfasst, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet und einen zweiten Detektor (33), der angepasst ist, um Licht, das von der Oberfläche reflektiert wird, zu empfangen, wobei das erste Fleckenmuster bei dem ersten Abstand durch reflektiertes erstes Licht erzeugt wird, das durch den ersten Detektor empfangen wird, und wobei ein zweites Fleckenmuster bei dem ersten Abstand durch reflektiertes zweites Licht erzeugt wird, das durch den zweiten Detektor empfangen wird, wobei der Unterschied zwischen dem quantitativ bestimmbaren Attribut, das dem ersten Fleckenmuster zugeordnet ist, und einem quantitativ bestimmbaren Attribut, das dem zweiten Fleckenmuster zugeordnet ist, verwendet wird, um den ersten Abstand zu bestimmen.
Die optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das quantitativ bestimmbare Attribut, das dem ersten Fleckenmuster zugeordnet ist, der durchschnittlichen Fleckengröße des ersten Fleckenmusters entspricht.
Die optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das quantitativ bestimmbare Attribut, das dem ersten Fleckenmuster zugeordnet ist, der Anzahl von Flecken in dem ersten Fleckenmuster entspricht.
Die optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das quantitativ bestimmbare Attribut, das dem ersten Fleckenmuster zugeordnet ist, der Menge an Helligkeit entspricht, die durch den ersten Detektor gemessen wird.
Die optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner angepasst ist, um eine transversale Bewegung der optischen Vorrichtung relativ zu der Oberfläche zu erfassen.