(57)【要約】    【課題】  マウスなどに組み込まれる光学ナビゲーションデバイスで３次元方向のナビゲーションを可能とする。    【解決手段】  光学デバイス１０は、光を表面１６上に出射する光源１２と、表面１６で反射された反射光を受光する検出器１４とを有する。光学デバイス１０は、高速のフレームレートで表面１６の画像を入力して、光学デバイス１０の、表面１６に沿う方向の動きを検出することが可能である。加えて、光源１２からの光によって表面１６上に形成されるスペックルパターンの大きさが検出器１４で検出され、光学デバイス１０と表面１６との間の距離が変化するのに伴って変化するスペックルパターンの大きさがほぼ一定になるように光源１２から出射する光の波長が調整される。光源１２から出射される光の波長の変化に基づいて、光学デバイス１０と表面１６との間の距離変化が求められる。    【選択図】    図１
2005302036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デバイスであって、
第１の光を表面上に放射する第１の光源と、
前記表面で反射された反射光を受光する第１の検出器とを有し、
前記光学デバイスと前記表面とが第１の距離だけ離れている状態で前記反射光は前記第１の検出器において第１のスペックルパターンを生成し、
前記第１のスペックルパターンに関連する定量化可能な特性を使用して、前記光学デバイスと前記表面との間の距離を測定する
ことを特徴とする光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学マウスや光学ペン等の光ナビゲーション装置に用いることが可能で、マウスパッドなどの表面と光ナビゲーション装置とが離間する方向に沿って距離が変化するのを検知可能な光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ナビゲーションデバイスは、従来、表面から検出器に向かって反射するレーザ生成光を使用する。検出器は、たとえば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）撮像素子アレイを備える。反射光は、ＣＭＯＳ撮像素子により捕捉されるスペックルパターンを生成する。デバイスが表面に対して移動すると（または、この逆）、連続する画像が高速で捕捉され、比較されて移動量が決定される。画像が捕捉される際の速度が、移動速度を決定する際に用いることができる（捕捉された像の移動量と、画像捕捉に際してのフレームレートとから移動速度を求めることができる）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光ナビゲーションデバイスは、概して、２次元の移動を追跡する点で良好に機能する。たとえば、光学マウスは、マウスパッドの表面に沿った移動を非常に正確に追跡する。しかし、光ナビゲーションは、３次元の移動を伴う特定の用途では問題になる可能性がある。
【０００４】
たとえば、ユーザの手書き入力を解釈して表示するために使用される光学ペンを考えてみる。ユーザが光学ペンを使って「書く」と、ユーザが形成したモジュールが表示される。ユーザは、たとえば「ｉ」の点を書くには、既に書いて表示されたものに対して逆行して移動する必要がある。しかし、「ｉ」の位置に対する光学ペンの移動は追跡され、表示される。つまり、光学ペンが持ち上げられて移動されるときにも、光学ペンの移動は追跡され続け、移動の痕跡が表示に組み込まれてしまう。したがって、表示を意図されない光学ペンの移動は、それにも関わらず可視的である（表示されて見えてしまう）。
【０００５】
したがって、３次元で良好に機能する光ナビゲーションデバイスは有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による実施態様は、光学デバイス、およびその方法に関する。このデバイスは、光を表面上に放射するように構成された第１光源と、前記表面で反射される光を受光するように構成された検出器とを備える。反射光は、スペックルパターンを生成する。光学デバイスと表面との間の距離は、スペックルパターンに関連する定量化可能な特性を使用して測定することができる。検出器は、表面に対する横断方向の移動（表面に沿う方向の移動）も追跡する。したがって、本発明による実施の態様は、３次元の光ナビゲーションを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本明細書に含まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は本発明の実施態様を示し、明細書と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。本明細書で参照される図面は、特記されていない限り、一定の縮尺で描かれていると考えるべきではない。
【０００８】
次に、実施例が添付の図面に示されている本発明による様々な実施態様を詳細に参照する。本発明について、これらの実施態様に関連して説明するが、本発明をこれらの実施態様に限定することを意図しているのではないことは分かるであろう。逆に、本発明は、添付の請求の範囲により定義される本発明の精神および範囲内に含まれる代案、変更および等価なものを含むことを意図している。さらに、本発明の以下の詳細な説明では、多数の特定の詳細は、本発明を完全に理解するために記載する。他の場合には、十分に公知の方法、手順、構成部品および回路は、本発明の態様を不必要に分かりにくくしないように、詳細に説明しない。
【０００９】
図１は、本発明による一実施態様における光学デバイス１０の要素を示すブロック図である。光学デバイス１０は、たとえばコンピュータシステムに使用される光学マウスまたは光学ペンとすることができる。
【００１０】
図１の実施態様では、光学デバイス１０は光源１２および検出器１４を備える。デバイス１０は、本明細書に説明されているか、または図示されている要素以外の要素をさらに備えることがあり、たとえば光源１２および検出器１４に対応する回路およびその他の電子部品、画像データの処理およびその他の処理をするための処理機能、そして画像データまたは画像とともにその他の情報を記憶するための記憶機能が挙げられるが、これらだけに限らない。
【００１１】
検出器１４は、たとえば、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）撮像素子アレイまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）撮像素子アレイを使用することができる。光源１２は、レーザなどのコヒーレント光源を使用することができる。別法によると、光源１２は、狭帯域発光ダイオード（ＬＥＤ）または光学フィルタを有するＬＥＤを使用することができる。一実施態様では、光源１２は、ある固定波長で光を放射する。別の実施態様では、光源１２は、ある範囲の波長で光を放射する。後者の実施態様では、光源１２は、ある波長から別の波長に動的に変化する能力を有する。
【００１２】
動作時には、光源１２からの光は表面１６で検出器１４に向かって反射する。表面１６は、この方法で光を反射することが可能な事実上どの種類の表面でも良い。表面１６は、たとえば、マウスパッドまたは類似のタイプの表面で良い。表面１６は、コンピュータシステムのディスプレイスクリーンでも良い。一般に、表面１６は、光学的に平坦な表面（光学的表面）を除いて、ほぼ任意の表面を表す。
【００１３】
図１の実施例では、光源１２は、波長λを有する光を放射する（上記のとおり、波長は一定であるか、または変化可能である）。光源１２により照明される表面１６上のスポットの長さは、Ｄにより与えられる。検出器１４と表面１６との間の距離は、ｈにより与えられる。
【００１４】
表面１６で反射される光源１２からの光は、検出器１４により捕捉されるスペックルパターンを生成する。スペックルパターンは、一般に、公知の統計的な分布で空間的に分布する多数の個々のスペックルを含む。スペックルパターンを記述するには、様々な統計的手法の計算によることができる。一般に使用される統計的手法は、スペックルパターン内のスペックルの平均サイズである。平均横断方向スペックル（ｄave）サイズは、式（１）によりλ、Ｄおよびｈに関連付けられている。
【００１５】
【数１】
2005302036.tif 000003
【００１６】
図２は、本発明によるもう１つの実施態様における光学デバイス２０の要素を示すブロック図である。光学デバイス２０は、たとえばコンピュータシステムに使用される光学マウスまたは光学ペンとすることができる。図２の実施態様では、光学デバイス２０は、第１の光源２２、第２の光源２３および検出器１４を備える。デバイス２０は、本明細書に記載または図示する要素以外の要素を備えることができる。
【００１７】
検出器１４は、たとえばＣＣＤ撮像素子アレイまたはＣＭＯＳ撮像素子アレイを使用することができる。光源２２および２３の各々はレーザなどのコヒーレント光源、狭帯域ＬＥＤ、または光学フィルタを有するＬＥＤを使用することができる。一実施態様では、光源２２および２３は、ある固定波長の光を放射する。もう１つの実施態様では、光源２２および２３は、ある範囲の波長の光を放射し、ある波長から別の波長に動的に変化する能力を有する。図２の実施例では、光源２２は、波長λ1を有する光を放射し、光源２３は、波長λ2を有する光を放射する。波長λ1およびλ2は、光学デバイス２０を動作させるに当たりどのように使用するかに応じて互いに異なるか、または同じで良い。
【００１８】
動作時には、光源２２および２３からの光は、表面１６上の同じスポットに方向付けられ、表面１６から検出器１４に反射する。一実施態様では、レンズ２５を使用して、表面１６から検出器１４に、反射光を方向付ける。
【００１９】
図３は、本発明によるさらにもう１つの実施態様における光学デバイス３０の要素を示すブロック図である。光学デバイス３０は、たとえばコンピュータシステムに使用される光学マウスまたは光学ペンとすることができる。図３の実施態様では、光学デバイス３０は、第１の光源３２、第２の光源３４、第１の検出器３１および第２の検出器３３を備える。デバイス３０は、本明細書に記載するかまたは図示する要素以外の要素も備えることができる。
【００２０】
検出器３１および３３の各々は、たとえばＣＣＤ撮像素子アレイまたはＣＭＯＳ撮像素子アレイを使用することができる。光源３２および３４の各々は、レーザ、狭帯域ＬＥＤまたは光学フィルタを有するＬＥＤなどのコヒーレント光源を使用することができる。図３の実施例では、光源３２は、波長λ1を有する光を放射し、光源３４は、波長λ2を有する光を放射する。
【００２１】
一実施態様では、光源３２および３４は、固定波長の光を放射する。もう１つの実施態様では、光源３２および３４は、ある範囲の波長の光を放射し、ある波長から別の波長に動的に変化する能力を有する。何れの場合も、波長は、光学デバイス３０をどのように使用するかに応じて、同じであっても異なっても良い。異なる場合、光源３２および３４により使用される波長は、互いに接近させるか、または離しても良い。検出器３１および３３は、光源３２および３４が使用する波長に応じて異なる技術を使用することができる。つまり、あるタイプの検出技術は、別の波長に比して、ある特定の波長に対し、より良好に適する場合がある。たとえば、波長が離れている場合、あるタイプの検出技術を１つの波長に使用することができ、別のタイプの検出技術を他の波長に使用することができる。
【００２２】
動作時には、光源３２および３４からの光は、表面１６上の同一スポットに方向付けられる。光源３２からの光は、表面１６から検出器３１に反射し、光源３４からの光は、表面１６から検出器３３に反射する。
【００２３】
図４は、本発明による一実施態様で動作する光学デバイスを示す。図４の光学デバイスは、図１の光学デバイス１０により例示される単一光源か、または図２および図３の光学デバイス２０および３０により例示される複数の光源を使用することができる。後者の場合、一実施態様では、複数の光源は、同一または略同一の波長の光を放射する。
【００２４】
本出願の目的上（本明細書において）、「略同一の波長」という語句は以下のように定義される。図４の実施態様では、光学デバイスと表面１６との間の距離の変化は、時刻Ｔ1におけるスペックルパターンに関連する定量化可能な特性と、時刻Ｔ2におけるスペックルパターンに関連する定量化可能な特性とを比較することにより識別される。一実施態様では、時刻Ｔ1における平均スペックルサイズを時刻Ｔ2における平均スペックルサイズとを比較する（以下で説明するとおり、平均スペックルサイズ以外の定量化可能な特性を使用して良い）。平均スペックルサイズは、光学デバイスと表面との間の距離によって影響を受けるのみならず、光の波長によっても影響を受ける。異なる光源からの波長は、ある時刻から次の時刻までの平均スペックルサイズの変化が、波長の差ではなく、距離の変化によって決まりうるように、十分に類似している必要がある。異なる光源からの波長は、同じであることが理想的である。複数の光源間における波長の許容可能な差に明確な区別はないが、２個の光源の波長が互いに近ければ近いほど良好になる。
【００２５】
説明および図示を分かりやすくするため、図４の実施例は、図１の光学デバイス１０を用いて説明する。周知のとおり、この実施例は、それぞれ図２および３の光学デバイス２０および３０の使用をカバーするように発展させることができる。
【００２６】
時刻Ｔ1では、検出器１４は表面１６からの距離ｈ1にある。時刻Ｔ2では、検出器１４は表面１６からの距離ｈ2にある。時刻Ｔ1およびＴ2におけるスペックルパターンの各々は、異なるサイズ、形状および分布の多数のスペックルを含む。本発明の実施態様では、時刻Ｔ1およびＴ2におけるスペックルパターンの各々は、それぞれの横断方向スペックルサイズｄ1およびｄ2により表現される。時刻Ｔ1における平均横断方向スペックルサイズｄ1は検出器の視野（検出器で検出される像）４０に要素４２として示す。時刻Ｔ2における平均横断方向スペックルサイズｄ2は、検出器の視野４０に要素４４として示す。
【００２７】
図４の実施例に式（１）を適用し、λ1＝λ2、および定数Ｄの場合、以下のように表すことができる。
【００２８】
【数２】
2005302036.tif 000004
【００２９】
式（２）は、多くの様々な方法で適用することができる。ある用途では、時間の経過とともに平均横断方向スペックルサイズが変化する場合に距離の変化が検出される。したがって、経時的な（たとえば、連続する画像フレーム間の）平均横断方向スペックルサイズの変化を検出することにより、光学デバイスが、デバイスが以前に接触していた表面から上昇したことを識別することが可能であり、光学デバイスがある表面から移動してさらに離れるか、または近づいたことを識別することも可能である。
【００３０】
もう１つの用途では、光学デバイス（たとえば、検出器１４）と表面１６との間における距離の変化の大きさ、または光学デバイスと表面との間の距離を決定する（求める）ことができる。たとえば、光学デバイスがＴ1において表面１６と直接接触している場合、ｄ1はｄ2に等しく、ｈ1はｈ2に等しい。ｄ1およびｈ1の値は、何らかの方法で保持することができる。たとえば、これらの値は検出器１４に対応するメモリ内に記憶することができる。時刻Ｔ2では、光学デバイスを距離ｈ2に移動させて、平均スペックルサイズｄ2を決定する。式（２）のｈ1、ｄ1およびｄ2の値を使用すると、ｈ2の値を決定することができる。時刻Ｔ1から時刻Ｔ2への変化の大きさ（たとえば、ｈ2−ｈ1）を決定することができるか、または時刻Ｔ2における表面までの実際の距離（たとえば、ｈ2）を決定することができる。次に、ｄ2およびｈ2の値を保持し、上記で述べたように使用して、後の時刻（たとえば、次の時間増分後）などにおける光学デバイスと表面との間の距離または距離の変化を決定することができる。
【００３１】
本明細書に記載する光学デバイスは、毎秒１５００フレームのフレームレート以上で動作する。したがって、時刻Ｔ1と時刻Ｔ2との間の時間差は非常に小さい。また、光学デバイスに使用される撮像素子アレイは非常に高い解像度を有し、解像度は改善され続けている。したがって、平均スペックルサイズの比較的小さい変化を測定することができ、その結果、距離の比較的小さい変化を検出することができる。
【００３２】
図４の実施例は、それぞれ図２および図３の光学デバイス２０および３０に拡張することができる。２個の光源２２および２３、並びに１個の検出器１４を備える光学デバイス２０の場合、２個の光源は、同一または実質的に同一の波長（たとえば、λ1＝λ2）の光を放射し、検出器が上記のように機能するように調節する。２個の光源３２および３４、並びに２個の検出器３１および３３を備える光学デバイス３０の場合、２個の光源は、同一または略同一の波長（たとえば、λ1＝λ2）の光を放射し、１個の検出器を使用して、時刻Ｔ1におけるスペックルパターンを収集し、他の検出器を使用して、時刻Ｔ2におけるスペックルパターンを収集することができるように調節する。
【００３３】
図５は、本発明による別の実施態様で動作する光学デバイスを示す。図５の光学デバイスは、光学デバイス１０（図１）の光源１２により例示される単一光源か、または光学デバイス２０（図２）の光源２２および２３により例示される複数の光源、並びに図３の光源３２および３４の何れかを使用することができる。
【００３４】
単一光源１２の場合、時刻Ｔ1では、図１の光源１２は、波長λ1を有する光を放射し、時刻Ｔ2では、光源１２は、波長λ2を有する光を放射する。つまり、光源１２からの光の波長は、光学デバイスが表面１６方向（表面１６に沿う方向）に移動するか、または表面１６から離れる方向に沿って移動する時に、動的に変化することを可能にする。特に、波長は、時刻Ｔ2における平均スペックルサイズｄ2が、時刻Ｔ1における平均スペックルサイズｄ1と同一（またはほぼ同一）となるように自動的に調節される。
【００３５】
複数の光源の場合、一実施態様では、光源の１個は時刻Ｔ1で使用され、他の光源は時刻Ｔ2で使用される。複数の光源の場合でも、光学デバイスが表面１６方向（表面１６に沿う方向）に移動するか、または表面１６から離れる方向に沿って移動する時に、光源の１個または両方の波長を動的に変化させることが望ましい。つまり、光学デバイスは移動して表面にさらに接近するか、または表面からさらに離れる際、時刻がＴ1からＴ2に変化する間に、両方の波長を調節することもできるし、あるいは一方の波長を調節する一方で他の波長を略一定に保持することもできる。
【００３６】
本出願の目的上（本明細書において）、「略一定」という語句は、波長に適用される場合、以下のように定義される。１個の光源の波長は調節されなくても、光源の動作に通常関連する変動による波長のある程度の変動がある。たとえば、電力のわずかな変動は、波長の変化を生じる。こうした、波長の動化が「略一定」ではない状況は、両方の波長が調節される別法による実施態様によりカバー（補償）される。
【００３７】
説明および図示を単純にするために、図５の実施例は、図１の光学デバイス１０を使用して説明する。図を見て明らかなように、この実施例は、それぞれ図２および図３の光学デバイス２０および３０を使用するように拡張することも可能である。
【００３８】
時刻Ｔ1では、検出器１４は、表面１６から距離ｈ1にある。時刻Ｔ2では、検出器１４は表面１６から距離ｈ2にある。本発明の実施態様では、光源１２の波長は、比較的一定の（安定した）平均スペックルサイズをある時間的長さにわたって（たとえば、時刻Ｔ1から時刻Ｔ2まで、および後続の各時刻において）維持できるように調節する。時刻Ｔ1における平均横断方向スペックルサイズｄ1は、検出器の視野５０に要素５２として示し、時刻Ｔ2における平均横断方向スペックルサイズｄ2は、検出器の視野５０に要素５４として示す。実際、時刻Ｔ1およびＴ2におけるスペックルパターンの各々は、異なるサイズ、形状および分布の多数のスペックルを含む。スペックルパターンは、時刻Ｔ1およびＴ2で異なって良いが、平均スペックルサイズｄave＝ｄ1＝ｄ2は、ある時間的長さにわたって一定または略一定に保持される。
【００３９】
本出願の目的上（本明細書において）、「略一定」という語句は、平均横断方向スペックルサイズに適用する場合、以下のように定義される。図５の実施態様では、光学デバイスと表面１６との間の距離の変化は、時刻Ｔ1における光源１２の波長と、時刻Ｔ2における光源１２の波長との比を求めることにより識別される。平均横断方向スペックルサイズをどの程度一定に維持できるかは、距離の変化をどの程度正確に測定できるかに影響する。時刻Ｔ1およびＴ2における平均横断方向スペックルサイズが十分に揃っていて、ある時刻から次の時刻までの波長の変化が、平均横断方向スペックルサイズの差を表すのではなく、距離の変化を表すことが可能であるようにする必要がある。時刻Ｔ1およびＴ2における平均横断方向スペックルサイズが同じであることが理想的であろう。時刻Ｔ1およびＴ2おける平均横断方向スペックルサイズの許容可能な差に明確な区別はないが、時刻Ｔ1およびＴ2における平均横断方向スペックルサイズが互いに近ければ近いほど良好になる。
【００４０】
図５の実施例に式（１）を適用し、ｄ1＝ｄ2の場合、以下のように表すことができる。
【００４１】
【数３】
2005302036.tif 000005
【００４２】
式（３）は、多くの様々な方法で適用することができる。ある用途では、距離の変化は、時間の経過に伴って波長が変化する場合に検出される。波長は、光源の波長の同調特性から決定することができる。したがって、時間の経過に伴う（たとえば、連続する画像フレーム上における）波長の変化を検出することにより、光学デバイスが、デバイスが以前に接触していた表面から上昇したことを識別することが可能であり、光学デバイスがある表面から移動してさらに離れるか、または近づいたことを識別することも可能である。
【００４３】
もう１つの用途では、光学デバイス（たとえば、検出器１４）と表面１６との間における距離の変化の大きさ、または光学デバイスと表面との間の距離を決定する（求める）ことができる。たとえば、単一の光源が存在する実施例を考えてみる。光学デバイスが時刻Ｔ1において表面１６と直接接触している場合、λ1はλ2に等しく、ｈ1はｈ2に等しい。λ1およびｈ1の値は、何らかの方法で保持することができる。たとえば、これらの値は検出器に対応するメモリ内に記憶することができる。時刻Ｔ2では、光学デバイスは距離ｈ2に移動し、波長は第２の値（λ2）に調節される。第２の値は、平均スペックルサイズが時間変化によらず一定または略一定に保たれるように選択される。式（３）のｈ1、λ1およびλ2の値を使用すると、ｈ2の値を決定することができる。時刻Ｔ1から時刻Ｔ2への変化の大きさ（たとえば、ｈ2−ｈ1）を決定するか、または時刻Ｔ2における表面までの実際の距離（たとえば、ｈ2）を決定することができる。次に、λ2およびｈ2の値を保持し、上記で述べたように使用して、後の時刻（たとえば、次の時間増分後）などにおける光学デバイスと表面との間の距離または距離の変化を決定することができる。
【００４４】
図５の実施例は、単一光源を使用して、波長が時間経過に伴ってλ1からλ2に変化する用途を説明する。図５の実施例は、それぞれ、２個の光源を使用する図２および図３の光学デバイス２０および３０に拡張することができる。光源が２個の場合、２個の光源のうち、１個の光源における波長（たとえば、λ1）は一定またはほぼ一定の値を維持することができ、第２の光源（たとえば、λ2）の波長は、時間経過によらず一定またはほぼ一定の平均横断方向スペックルサイズを達成するように調節される。λ1およびλ2の比率は、ｈ1と共に上記で述べたように使用して、ｈ2を決定することができる。別法によると、時刻Ｔ1からＴ2まで、第１光源の波長は一定に保つことができ、第２光源の波長は調節され、時刻Ｔ2から次の測定まで（たとえば、時刻Ｔ3）、役割は逆転する可能性がある（第２光源の波長は一定に保たれ、第１光源の波長が調節される）。また、光源が２個で、処理が適切であれば、波長を経時的に調節することができる。２個の検出器３１および３３を備える光学デバイス３０の場合、１個の検出器を使用して、時刻Ｔ1におけるスペックルパターンを収集し、他の検出器を使用して、時刻Ｔ2におけるスペックルパターンを収集することができる。
【００４５】
図６は、本発明によるさらにもう１つの実施態様で動作する光学デバイスを示す。図６の光学デバイスは、図３の光学デバイス３０により例示される２個の光源および２個の検出器を使用する。図６の実施例では、２個の光源に対応する波長は互いに異なる。
【００４６】
検出器３１および３３は共に、表面１６から距離ｈにある。同時に、光源３２および３４は共に、表面１６上に同じスポットを示す（これは、時刻Ｔ1およびＴ2において、連続的な測定が行なわれる図４および図５の実施例とは対照的であることに注意されたい）。光源３２は、波長λ1の光を放射し、光源３４は、波長λ2の光を放射する。その結果、２個の異なるスペックルパターンが生成される。光源３２および検出器３１に対応する平均横断方向スペックルサイズｄ1は、図６に要素６２として示す。光源３４および検出器３３に対応する平均横断方向スペックルサイズｄ2は、図６に要素６４として示す。本実施の形態においては、２個の異なる検出器を使用するが、（したがって、２個の異なるスペックルパターンは別々に描かれるべきかもしれないが、）平均横断方向スペックルサイズｄ1とｄ2との間に存在する差を強調するために、これらの平均スペックルサイズは、１つの図に重ねて示している。
【００４７】
式（１）を図６の実施例に適用することにより、以下のようになる。
【００４８】
【数４】
2005302036.tif 000006
【００４９】
したがって、式（５）を用いることにより、光学デバイスと表面との間の距離を決定する（求める）ことができる。式（５）は、表面１６のタイプ（たとえば、木に対して紙）、または表面１６の局所的な特性（たとえば、照明されるスポットに掻き傷があるか、またはその他何らかのタイプの不均一性を呈しているかどうか）に依存する何らかの項を距離の計算から除去する点で有利である。
【００５０】
図７は、本発明による光ナビゲーションの方法の一実施態様におけるフローチャート７０である。特定のステップをフローチャート７０に開示するが、これらのステップは例示的なものである。つまり、本発明による実施の態様は、その他様々なステップ、またはフローチャート７０に記載されているステップの変形を実施するのに適する。フローチャート７０の各ステップは、提示されている以外の順序で実施することができ、フローチャート７０の各ステップの必ずしもすべてを実施する必要はない。フローチャート７０の方法は、図５とともに上述した実施の態様に従って実施される。
【００５１】
図７のステップ７２では、光学デバイスは表面から第１の距離にあって、光は、第１の波長で提供される。第１の距離および第１の波長で表面から反射する光は、検出可能な第１スペックルパターンを生成する。
【００５２】
ステップ７４では、光学デバイスは表面から第２の距離にあって、光は第２の波長で提供される。第２の距離および第２の波長で表面から反射する光は、検出可能な第２のスペックルパターンを生成する。第１および第２の波長は、第２のスペックルパターンに関連する定量化可能な値（たとえば、第２のスペックルパターンの平均スペックルサイズ）が、第１のスペックルパターンに関連する定量化可能な値（たとえば、第１のスペックルパターンの平均スペックルサイズ）にほぼ等しくなるように選択する。
【００５３】
ステップ７６では、光学デバイスと表面との間の距離は、第１および第２の波長の比率を使用して測定される。
【００５４】
図８は、本発明による光ナビゲーションの方法のもう１つの実施態様によるフローチャート８０である。特定のステップをフローチャート８０に開示するが、これらのステップは例示的なものである。つまり、本発明による実施の態様は、その他様々なステップ、またはフローチャート８０に記載されているステップの変形を実施するのに良く適する。フローチャート８０の各ステップは、提示されている以外の順序で実施することができ、フローチャート８０の各ステップの必ずしもすべてを実施する必要はない。フローチャート８０の方法は、図４および図６とともに上述した実施の態様に従って実施される。
【００５５】
図８のステップ８２では、第１の波長の光が表面から反射される。第１の波長の反射光は、検出可能な第１のスペックルパターンを生成する。
【００５６】
ステップ８４では、第２の波長の光が表面から反射される。第２の波長の反射光は、検出可能な第２のスペックルパターンを生成する。光学デバイスをどのように作動させるかに応じて、第１および第２の波長は略同じであるか、または互いに異なって良い。
【００５７】
ステップ８６では、第１および第２の波長が略同じである場合、光学デバイスと表面との間の距離は、第１のスペックルパターンに関連する定量化可能な値と、第２のスペックルパターンに関連する定量化可能な値との比率（たとえば、第１および第２のスペックルパターンのそれぞれの平均スペックルサイズ）を使用して測定される。第１および第２の波長が互いに異なる場合、光学デバイスと表面との間の距離は、第１のスペックルパターンに関連する定量化可能な値と、第２のスペックルパターンに関連する定量化可能な値との差（たとえば、第１および第２のスペックルパターンの、それぞれの平均スペックルサイズ）を使用し、２つの波長間の差も使用して測定される。
【００５８】
要約すると、光学デバイスと表面との間の距離の変化を検出することが可能である。さらに、距離の変化の大きさ、または光学デバイスと表面との間の距離（たとえば、デバイスの高さ）を決定できる（求めることができる）。この高さは、異なる高さに対応して２次元ナビゲーションのゲインを調節するために使用することができる。この高さにより、たとえば、ディスプレイの２次元ナビゲーションをするのか（カーソルの移動等）、ディスプレイ（の表示内容）をスクロールするのかを区別し、ディスプレイ中のカスケードウィンドウ（少しずつ、ずらした状態で、重ねて表示されたウィンドウ）を選択し、３次元表示をナビゲート（３次元方向にわたるカーソル移動の操作など）し、および／または表示されているカスケードメニューを選択するために使用することができる。
【００５９】
表面との間の距離を決定するほかに、本明細書に記載する光学デバイスの実施の態様は、たとえば、スペックルパターンの連続的な画像を比較することにより、表面に対するデバイスの横断方向移動（表面に沿う方向の移動）も検出することができる。したがって、本発明による実施態様は、３次元で機能する光学デバイスを提供する。
【００６０】
ＣＣＤまたはＣＭＯＳ撮像素子アレイを使用する検出器について説明したが、本発明による実施態様はこれらに限定されるわけではない。別法による実装の実施例として、検出器は１個または複数のピクセルの線形アレイを使用することができる。例えば、こうした線形アレイの検出器が表面からさらに離れるように移動する場合、各スペックルのサイズはより大きくなる。したがって、検出器のより多くの領域がスペックルにより覆われる（検出器の、より多くの領域で、スペックルを捕捉することができる）。これは、検出器により検出される相対的なコントラストまたは輝度（光）を変化させる。つまり、スペックルがより大きければ、検出器の表面のより広い領域が照明され、その結果、検出器は、表面からさらに（離れる方向に）移動するのに伴って、より多くの輝度（明るい部分）を検出する（線形アレイ上のより多くの領域で光を検出する）であろう。検出器が表面に近付く側に移動する際には、逆も真である（逆のことが生じる）。光学デバイスと表面との間の距離は、検出器が検出する輝度（明るい部分、光輝点）やコントラストの量から換算することができる。したがって、この別法による方法では、平均横断方向スペックルサイズを測定する必要はない。
【００６１】
さらに、本発明による実施の態様は、画像相関技術（たとえば、異なる時刻や異なる波長でのスペックルパターンまたは平均スペックルサイズの比較）に頼っていない。別法による方法の実施例として、スペックルの数を計数して、平均スペックルサイズの代わりに使用することができる。したがって、本発明による実施態様は、画像相関技術を使用するデバイスより小型のデバイスを使用して実施することができる。
【００６２】
以上のように、本発明は様々な実施の態様に関して説明される。本発明について、特定の実施態様に関して説明したが、本発明は、これらの実施態様に限られると解釈するべきではなく、特許請求の範囲に従って解釈するべきである。
【００６３】
なお、本発明は例として次の態様を含む。（  ）内の数字は添付図面の参照符号に対応する。
［１］  光学デバイスであって、
第１の光を表面（１６）上に放射する第１の光源（１２、２２、３２）と、
前記表面で反射された反射光を受光する第１の検出器（１４、３１）とを有し、
前記光学デバイスと前記表面とが第１の距離だけ離れている状態で前記反射光は前記第１の検出器において（前記第１の検出器で検出される）第１のスペックルパターンを生成し、
前記第１のスペックルパターンに関連する定量化可能な特性を使用して、前記光学デバイスと前記表面との間の距離を測定する
ことを特徴とする光学デバイス（１０、２０、３０）。
［２］  前記光学デバイスと前記表面とが第２の距離だけ離れている状態で、前記反射光は前記第１検出器において（前記第１の検出器で検出される）第２のスペックルパターンを生成し、
前記第１スペックルパターンに関連する前記定量化可能な特性と、前記第２スペックルパターンに関連する定量化可能な特性とを使用して、前記光学デバイスと前記表面との間の距離が測定される、
ことを特徴とする上記［１］に記載の光学デバイス。
［３］  前記第１スペックルパターンに関連する前記定量化可能な特性と、前記第２スペックルパターンに関連する前記定量化可能な特性との比率を使用して、前記光学デバイスと前記表面との間の距離が測定される、
ことを特徴とする上記［２］に記載の光学デバイス。
［４］  前記第１の光が、前記第１の距離において第１波長から前記第２の距離において第２波長に調節され、その結果、前記第１スペックルパターンに関連する前記定量化可能な特性と、前記第２スペックルパターンに関連する前記定量化可能な特性とがほぼ等しくなり、
前記第１の波長と前記第２の波長との比が、前記光学デバイスと前記表面との間の距離を測定するために使用される、
ことを特徴とする上記［２］に記載の光学デバイス。
［５］  第２の光を前記表面に放射するように構成された第２の光源（２３）であって、前記第１の光が第１の波長の光を有するのに対して、前記第２の光は、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を有する、第２光源（２３）をさらに備え、
前記第１のスペックルパターンが、前記第１の反射光により生成され、前記第２のスペックルパターンが、第２の反射光により生成される、
ことを特徴とする上記［２］に記載の光学デバイス。
［６］  第２の光を前記表面に放射するように構成された第２の光源（３４）であって、前記第１の光が第１の波長の光を有するのに対して、前記第２の光は、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を有する、第２の光源（３４）と、
前記表面から反射した光を受光するように構成された第２の検出器（３３）であって、前記第１のスペックルパターンが、前記第１の距離において前記第１の検出器により受光される第１の反射光により生成され、第２スペックルパターンが、前記第１の距離において前記第２検出器により受光される第２の反射光により生成され、前記第１のスペックルパターンに関連する前記定量化可能な特性と、前記第２のスペックルパターンに関連する定量化可能な特性との差が、前記第１の距離を決定するために使用される、第２の検出器（３３）と、
をさらに備えることを特徴とする、上記［１］に記載の光学デバイス。
［７］
前記第１のスペックルパターンに関連する前記定量化可能な特性が、前記第１のスペックルパターンの平均スペックルサイズに対応する、
ことを特徴とする上記［１］に記載の光学デバイス。
［８］
前記第１のスペックルパターンに関連する前記定量化可能な特性が、前記第１のスペックルパターンにおけるスペックルの数に対応する、
ことを特徴とする上記［１］に記載の光学デバイス。
［９］  前記第１のスペックルパターンに関連する前記定量化可能な特性が、前記第１の検出器により検出された光輝の量に関連する、
ことを特徴とする上記［１］に記載の光学デバイス。
［１０］
前記表面に対する前記光学デバイスの横断方向（前記表面に沿う方向）の移動を検出するようにさらに構成された、
ことを特徴とする上記［１］に記載の光学デバイス。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明による光学デバイスの一実施の態様に係る要素を示すブロック図である。
【図２】本発明による光学デバイスのもう１つの実施の態様に係る要素を示すブロック図である。
【図３】本発明による光学デバイスのさらにもう１つの実施の態様に係る要素を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施の態様に係る光学デバイスの動作を示す。
【図５】本発明のもう１つの実施の態様に係る光学デバイスの動作を示す。
【図６】本発明のさらにもう１つの実施の態様に係る光学デバイスの動作を示す。
【図７】本発明による光ナビゲーションの方法に係る一実施の態様を示すフローチャートである。
【図８】本発明による光ナビゲーションのもう１つの実施の態様に係るフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１０  光学デバイス
１２  光源
１４  検出器
１６  表面
２０  光学デバイス
２２  光源（第一の光源）
２３  光源（第二の光源）
２５  レンズ
３０  光学デバイス
３１  検出器（第一の検出器）
３２  光源（第一の光源）
３３  検出器（第二の検出器）
３４  光源（第二の光源）
４０  検出器の視野
４２、４４、５２、５４、６２、６４  要素（スペックルパターン）
５０  検出器の視野
【図１】
2005302036.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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