CN1981319A - 使用远心成像的光学定位装置 - Google Patents

Abstract

一个实施例涉及一种光学位移传感器，用于通过确定连续帧中光学特性的位移来感测数据输入装置在表面上的移动。该传感器至少包括照射器(306)、在物体(散射表面)侧的远心成像光学器件(例如502或504)、以及光敏元件阵列(302)。照射器(306)配置成照射部分表面(402)。远心成像光学器件(例如502或504)配置成对从表面(402)的照射部分发出的光学特性成像，且光敏元件阵列(302)配置成检测有关远心成像光学器件(例如502或504)所成像的光学特性的强度数据。还公开了其他实施例。

Description

使用远心成像的光学定位装置

相关申请的交叉引用

本申请要求由发明人Jahja I.Trisnadi，Clinton B.Carlisle，Charles B.Roxlo和David A.LeHoty于2004年5月21日提交的、题目为“Opticalposition sensing device using telecentric imaging”的美国临时申请No.60/573,316的权益。上述美国临时申请的公开内容通过引用全部结合在本文中。

本申请还要求由发明人David A.LeHoty，Douglas A.Webb，CharlesB.Roxlo，Clinton B.Carlisle和Jahja I.Trisnadi于2004年5月21日提交的、题为“Optical position sensing device having a detector array usingdifferent combinations of shared interlaced photosensitive elements”的美国临时申请No.60/573,075的权益。上述美国临时申请的公开内容通过引用全部结合在本文中。

技术领域

本发明一般涉及光学定位装置(OPD)，以及使用这种装置感测移动的方法。

背景技术

指示装置，例如计算机鼠标或跟踪球，用于将数据输入到个人计算机和工作站中，并与它们对接。这种装置允许在监控器上光标快速重新定位，且在许多文本、数据库和图形程序中都很有用。用户通过在一个表面上移动鼠标，使光标在与鼠标的移动成比例的方向和距离上移动来控制光标。备选的是，手在静止装置上的移动也可用于同样目的。

计算机鼠标有光学和机械两种型式。机械鼠标通常使用旋转球来检测移动，且一对轴编码器与球接触以产生数字信号，由计算机用来移动光标。机械鼠标的一个问题在于，由于污垢积累等原因在持续使用后易于不精确和出故障。此外，机械元件特别是轴编码器的移动和综合磨损必然限制装置的有用寿命。

上述机械鼠标问题的一个解决方案是开发光学鼠标。光学鼠标已经非常普及，因为它们更为健壮，且可提供更好的指示精确度。

用于光学鼠标的主要常规技术依赖于以切线入射而照射表面的发光二极管(LED)、捕获综合图像的二维CMOS(互补金属氧化物半导体)检测器、以及使连续图像相关联以确定鼠标已移动的方向、距离和速度的软件。这种技术通常提供良好的精确度，但却有光学效率低和相对高的图像处理要求等问题。

另一途径是使用一维阵列的光传感器或检测器，如光电二极管。表面的连续图像由成像光学器件捕获，转换到光电二极管上，并作比较以检测鼠标的移动。光电二极管可直接用导线连接成组，便于移动检测。这降低了光电二极管的要求，并能作快速模拟处理。这种鼠标的一个实例在授予Dandliker等人的美国专利No.5,907,152中公开。

在Dandliker等人的专利中公开的鼠标与标准技术的不同之处还在于它使用相干光源，例如激光器。来自相干源的光从粗糙表面散射开来产生光的随机强度分布，称为斑点(speckle)。使用基于斑点的图案有几个优点，包括高效的基于激光器的光产生以及即使在正常入射照射下的高对比度图像。这就允许有更高效的***，并节省电流消耗，这在无线应用中很有利，可以延长电池寿命。

虽然在基于LED的常规光学鼠标上有了重大改进，但这些基于斑点的装置仍因许多原因并不能完全令人满意。具体地说，使用激光器斑点的鼠标并未展示出当今技术水平的鼠标通常所需求的精确度，通常需要有小于0.5％或左右的路径误差。

本公开内容讨论并提供了对现有技术光学鼠标和其它类似光学指示装置的某些问题的解决方案。

发明内容

一个实施例涉及一种光学位移传感器，用于通过确定连续帧中光学特性的位移来感测数据输入装置在表面上的移动。该传感器至少包括照射器、远心成像光学器件以及光敏元件阵列。照射器配置成照射部分表面。远心成像光学器件配置成对从表面照射部分发出的光学特性进行成像，且光敏元件阵列配置成检测有关远心成像光学器件所成像的光学特性的强度数据。

另一实施例涉及一种感测数据输入装置在表面上移动的方法。照射部分表面，并使用远心成像光学器件将表面照射部分的图像聚焦到光敏元件阵列。在连续帧中确定从表面照射部分发出的光学特性的位移，以感测在至少一个维度上数据输入装置在表面上的移动。

另一实施例涉及一种光学定位装置，它至少包括配置成照射部分表面的激光器、光敏元件阵列、远心成像光学器件以及信号处理器。远心成像光学器件配置成将表面照射部分和有限孔径成像光学器件一起产生的斑点图案映射到光敏元件阵列，且信号处理器配置成确定连续帧中斑点图案的位移。

还公开了其它实施例。

附图说明

本公开内容的这些和各种其它特性和优点从以下详细说明和附图中就可更充分理解，但这些说明和附图不应被认为是将所附权利要求限制在所示的具体实施例上，而仅是为了作解释和理解，附图包括：

图1A和1B分别示出从光滑表面反射的光的衍射图案和从粗糙表面反射的光的干涉图案中的斑点；

图2示出按照本发明实施例的基于斑点的OPD的功能方框图；

图3示出按照本发明实施例的具有交错光敏元件组的阵列框图；

图4示出示例非远心成像***的光线图；

图5A示出按照本发明实施例的主光线垂直于表面的示例远心成像***的光线图；

图5B示出按照本发明实施例的主光线与表面成非法线角的示例远心成像***的光线图；

图6示出非远心成像***的光学图，其中孔径位于透镜位置上；

图7示出按照本发明实施例在物体侧为远心的成像***的光学图，其主光线垂直于表面；

图8示出在图像侧为远心的成像***的光学图；

图9示出按照本发明实施例的在物体侧和图像侧均为远心的成像***的光学图；以及

图10示出按照本发明实施例的包含用于传感器的照射光学器件和成像光学器件的***的光线图。

具体实施方式

斑点“沸腾”问题

现有基于斑点的OPD的一个问题涉及斑点图案的改变，或斑点“沸腾”。一般来说，当表面移动时，来自表面的斑点图案随之移动，且方向相同，速度相同。但在许多光学***中，从表面发出的相前中会有附加的改变。例如，如果在***相对表面移动时参与在检测器上斑点图案形成的光线组有改变，则所检测的斑点图案就不是简单的移位而是以有点随机的方式改变(或“沸腾”)。这就使(从移位)检测表面移动所使用的信号恶化，导致***的精确度和敏感度下降。

如下详述，本发明的一个方面提供了一种OPD，其斑点沸腾可忽略不计或被减少了。

本文公开的OPD实施例

本公开内容一般涉及用于光学定位装置(OPD)的传感器，以及基于从表面反射的光的随机强度分布图案，称为斑点的位移来感测传感器和表面之间相对移动的方法。OPD包括但不限于用于向个人计算机输入数据的光学鼠标或跟踪球。

在说明书中提到“一个实施例”或“实施例”是指，结合该实施例说明的一个具体特性、结构或特征被包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定全部指同一实施例。

一般来说，用于OPD的传感器包括：照射器，它具有光源和照射光学器件以照射部分表面；检测器，它具有多个光敏元件和成像光学器件；以及信号处理或混合信号电子电路，用于组合来自各个光敏元件的信号，以产生检测器的输出信号。

在一个实施例中，检测器和混合信号电子电路是使用标准CMOS工艺和设备制造的。优选的是，本发明的传感器和方法提供了一种光学高效检测体系结构，即：使用产生均匀相前(phase-front)的结构照射和远心斑点成像，以及使用模拟和数字电子电路组合的简化信号处理配置。这种体系结构减少了专用于传感器中的信号处理和位移估算的电力量。已发现，使用斑点检测技术并按照本发明适当配置的传感器可以符合或超过通常对OPD所期望的所有性能标准，包括最大位移速度、精确度和％路径误差率。

基于斑点的位移传感器介绍

本节讨论申请人所理解和相信的基于斑点的位移传感器的工作原理。虽然这些工作原理对于理解很有用，但本发明的实施例不应不必要地受这些原理的限制。

参阅图1A，所示波长的激光器光被示为射到表面上的第一入射波102和第二入射波104，每个都与表面法线形成入射角θ。产生衍射图案106，它具有的周期性为λ/2sinθ。

形成对比的是，参阅图1B，任何具有尺寸大于光波长(即大约＞1μm)的形态不规则的一般表面倾向于使光114以近似Lambertian形式散射到全部范围。如果使用相干光源如激光器，则在由具有有限孔径的平方律检测器检测时，空间相干的散射光会产生复杂的干涉图案116。亮区和暗区的这种复杂干涉图案116称为斑点。斑点图案116的准确性质和对比度取决于表面粗糙度、光的波长及其空间相干程度、以及聚光或成像光学器件。虽然常常是高度复杂，但斑点图案116的明显特征是有一段任何粗糙表面被光学器件成像，于是当表面上的位置相对激光器和光学器件-检测器组件横向移位时就可用来对其加以识别。

期望斑点会有所有尺寸，高达由光学器件的有效孔径所设定的空间频率，常规上以其数值孔径NA＝sinθ定义，如图1B所示。根据Goodman[J.W.Goodman，″Statistical Properties of Laser SpecklePatterns″in″Laser Speckle and Related Phenomena″edited by J.C.Dainty，Topics in Applied Physics volume 9，Springer-Verlag(1984)-具体见39-40页]，尺寸统计分布以斑点强度自动相干性表示。“平均”斑点直径可定义为：

$a=\frac{\mathrm{\λ}}{\sin \mathrm{\θ}}=\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}}$ (公式1)

有趣的是要指出，斑点强度的空间频谱密度，根据Wiener-Khintchine法则，就是强度自动相干性的傅立叶变换。最细小的可能斑点α_min＝λ/2NA1，由以下不太可能的情况设定，即：主要作用来自于图1B的最外射线118(即在±θ的射线)，且来自最“内”射线的作用有破坏性干扰。所以截止空间频率为f_co＝1/(λ/2NA)或2NA/λ。

请注意，数值孔径对于沿一个维度(例如“x”)和沿其正交维度(“y”)的图像中的空间频率可以不同。这可能是由于在一个维度上的光学孔径比另一维度上的要长(例如椭圆而不是圆)、或由于变形透镜而引起。在这些情况下，斑点图案116也会是各向异性的，且平均斑点尺寸在两个维度上会不同。

基于斑点的激光器位移传感器的一个优点是，它能用以近法线入射角到达的照射光来工作。采用成像光学器件和以切线入射角到达粗糙表面的不相干光的传感器也可用于横向位移传感。但是，由于照射的切线入射角用于产生图像中表面地形的适当大的亮-暗阴影，这种***本身在光学上效率就低，因为很大一部分光以镜面形式反射到检测器之外，因此对所形成的图像不起作用。相反，基于斑点的位移传感器可以有效利用来自激光源的较大部分的照射光，从而允许开发光学高效的位移传感器。

基于斑点的位移传感器的所公开设计

以下的详细说明描述了用于一个这种基于斑点的激光器位移传感器的体系结构，它使用CMOS光电二极管，并有模拟信号组合电路、适量的数字信号处理电路、以及低功率光源，例如850nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)。虽然在以下的详细说明中讨论了某些实现细节，但所属领域的技术人员应理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，不同的光源、检测器或光敏元件、和/或用于组合信号的不同电路也可使用。

现参阅图2和3对按照本发明实施例的基于斑点的鼠标加以说明。

图2示出按照本发明实施例的基于斑点的***200的功能图。***200包括激光源202、照射光学器件204、成像光学器件208、至少两组多个CMOS光电二极管阵列210、前端电子电路212、信号处理电路214、以及接口电路216。光电二极管阵列210可以配置成提供沿两个正交轴x和y的位移测量。可以使用前端电子电路212中的无源电子组件将每个阵列中的多组光电二极管加以组合，以产生组群信号。组群信号随后可由信号处理电路214进行代数组合，以产生(x，y)信号，提供在x和y方向上OPD位移的幅度和方向的信息。(x，y)信号可由接口电路218转换成x、y数据220，其可由OPD输出。使用这种检测技术的传感器可以具有线性光电二极管的交错组阵列，称为“差分梳形阵列”。

图3示出这种光电二极管阵列302的一般配置(沿一个轴)，其中表面304由相干光源，例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)306和照射光学器件308照射，且其中阵列302中交错组的组合用作对斑点图像所产生的亮-暗信号空间频率的周期性滤光器。

由粗糙表面304产生的斑点被映射到具有成像光学器件310的检测器平面。优选的是，成像光学器件310是远心的，以求有最佳性能。

在一个实施例中，在两个独立正交阵列中执行梳形阵列检测，以获得在x和y上的位移估算。一个小型的这种阵列302示于图3。

检测器中的每个阵列包括N个光电二极管组，每组有M个光电二极管(PD)，排列起来形成MN线性阵列。在图3所示的实施例中，每组包括四个光电二极管(4 PD)，称为1、2、3、4。将每组中的PD1电连接(线和)形成一组，PD2、PD3和PD4也一样，得到从阵列出来的四条信号线。它们对应的电流或信号是I₁、I₂、I₃和I₄。这些信号(I₁、I₂、I₃和I₄)可称为组群信号。通过使用差分模拟电路312产生同相差分电流信号314(I₁₃)＝I₁-I₃，以及使用差分模拟电路316产生正交差分电流信号318(I₂₄)＝I₂-I₄，可实现背景抑制(以及信号加重)。这些同相和正交信号可称为线信号。比较I₁₃和I₂₄的相位就可检测移动的方向。

优选的是，为抑制相位误差的引入，因它可直接转换为位移误差，本发明的传感器使用多个梳形阵列。此外，虽然本文说明的实施例对各阵列使用“4N”方案，但该***设计基本原理(适当改动后)适用于其它阵列配置或方案，如3N、5N、6N、7N、8N等等。术语“4N”是指将每个第四检测器连线在一起、且所得到的四个光电流信号彼此相减的检测器阵列，如在Dandliker等人的专利(美国专利No.5,907,152)中所述的。但是，用组合信号的适当方案，也可能有许多其它分组。

远心成像以减少斑点沸腾问题

斑点图案，如图1所示的实例，可用作位移测量的基础，其中表面相对测量装置如斑点鼠标进行位移。该位移可以从检测器上斑点图案的位移导出(考虑到有效光学放大系数之后)。所以，成功测量的一个因素是，斑点图案对于小位移(即与检测器视场(FOV)相比是小的)进行几乎纯平移，图案本身只有相对很小的改变。在这种情况下，相干性或其他信号处理算法可用来确定物理位移。

斑点图案的改变至少有两个来源。改变的第一个来源是由于：当检测器***相对表面移位时，部分表面离开检测器FOV，而新的一部分表面进入检测器FOV。斑点图案改变的这种来源是不可避免的，但通过在比检测器在其FOV上移动所用的时间快得多的时间内估算位移就可使这种效果最小化。

斑点图案改变的第二个来源是由于：当表面移位时，相对粗糙表面上各点的视角改变了。如在本专利申请中所述，申请人注意到：如果成像光学器件在物体侧(散射表面)为非远心，这个第二个改变来源就会发生，也就是说光线的倾斜程度取决于视场点-例如见图4。

图4示出几个(五个)说明性的起作用光线的倾斜程度，这些光线在物体侧为非远心的成像***的透镜404下面从表面402上几个点中的每个点发射出去。考虑所示光线穿过非远心成像***的***孔径(未示出)，还考虑每组起作用光线的中间光线是主光线，即它穿过***孔径的中心。由图4可见，在每个图像点主光线相对表面的角度取决于该点在视场中的位置。换句话说，在每个图像点起作用光线的倾斜程度与视场点有关。

当物体侧非远心成像***的检测器移位时，来自既定视场点的对图像起作用的那组光线就有改变。在不希望有的极端情况下，当倾斜改变大于或等于透镜数值孔径的两倍时，就会发生完全不相关的斑点。为了维持相对来说平移不变的斑点图案，倾斜改变应小于透镜数值孔径(NA)。

物体侧为远心的成像***示于图5A和5B。在物体侧远心成像中，在每个图像点起作用光线的倾斜程度基本上与视场点无关，且对于和成像***FOV相比为小的位移，斑点图案基本上是平移不变的。换句话说，来自每个图像点的主光线是平行的。

图5A的第一实例示出用于物体侧远心成像***的透镜502，该***配置成使主光线垂直于表面402。

图5B的第二实例示出物体侧远心成像***的透镜504，该***配置成使主光线与表面402成非法线角。该实施例允许同一透镜504用于照射和成像功能。在这种配置中，除了成像功能外，透镜还可用于从不同角度在视场上引导照射光线506。

主光线是通过***孔径中心的光线。在本公开内容中使用时，如果来自物体(或表面)的所有或基本上大多数的主光线是平行的或几乎平行的，则成像***在物体侧是远心的。同样，如果射向图像(或检测器)的所有或基本上大多数的主光线是平行的或几乎平行的，则成像***在图像侧是远心的。

在物体侧远心***中，轴向移动物体(沿z轴移动以使物体表面更靠近或更远离成像***)在图像的放大倍数上应不产生改变或很少改变。这是因为主光线是平行的，如上所述。轴向移动物体可能使图像散焦，但当基于斑点图案的移动跟踪移动时，这种散焦不应成为问题。

按照本发明的实施例，如果光学位置感测***在物体侧是远心的，且如果其照射光束在打到表面之前具有基本上平面的相前，则该***就可适配成具有显著减少的斑点沸腾。相反，没有物体侧远心光学器件和/或没有照射光束的均匀相前，就会发生显著的斑点沸腾。非均匀相前例如可以是发散的。

在物体侧是远心的、且在打到表面之前具有基本上平面的相前(即具有基本上均匀相前)的成像***在平移期间就会导致减少的斑点沸腾。另一方面，不是在物体侧而是在成像侧为远心的成像***在平移期间不会减少斑点沸腾。

图6和7示出通过选择成像***中的孔径位置可确定远心情况。

图6示出的成像***配置成使***孔径604位于紧接透镜602之后。这是一个非远心***，因为主光线(较粗的光线)以一个角度通过透镜602，该角度对于表面402上的每个图像点都不同。

图7示出在透镜702物体侧为远心的成像***。在图7的配置中，***孔径704位于后焦面，且在物体表面402上所有或基本上所有主光线都是平行的(在此情况下是垂直的)。后焦面位于距透镜702的距离等于透镜焦距f的光学距离处。在介质为空气或真空的情况下，光学距离等于透镜702和后焦面之间的实际距离，如图7所示，但如果使用折射指数不是1的材料，则透镜702和***孔径704之间的实际距离需作相应调节。

图7所示的物体侧远心***具有位于后焦面的孔径。故而，来自物体侧的准直光束应被孔径有效聚焦并传送。换句话说，基本上大多数准直光束应穿过物体侧远心***的后焦面孔径，但对于非远心***就不一定如此。

虽然图7示出的物体侧远心***实施例配置成使主光线垂直于表面402，但备选实施例也可配置成例如使主光线与表面402成非法线角，如以上结合图5B所述。

图7示出在物体侧为远心的成像***，而图8示出在图像侧为远心的成像***。在图8中，孔径804位于透镜802的前焦面。图8的***在平移期间不减少斑点沸腾。

在物体侧和图像侧都是远心的***示于图9。图中f1和f2分别是左侧(物体侧)透镜902和右侧透镜904的焦距。前透镜902的焦距是f1，而后透镜904的焦距是f2。在此配置中，孔径906位于前透镜902的后焦点处，它与后透镜904的前焦点重合。对这些焦距可进行选择，以使放大倍数＝f2/f1符合所需，并满足对总长度f1+f2的任何尺寸限制。

按照本发明的实施例，为了维持平移的斑点图像没有改变或极少改变，在物体(表面)平移时，检测器上的一个图像点可以由同一束光线形成。换句话说，在发生表面平移时，起作用光线的倾斜程度应不变或几乎不变。如果光学***在物体侧是远心的，例如如图7或9所示，这种不变就存在。由于孔径和透镜随检测器一起移动，图像侧的远心情况可能具有一些优势，但并不需要。

在上述讨论中，***孔径的平面位于图像的数值孔径被定义处。该孔径可以包括故意引入的具有透明部分的不透明结构，例如如图7和9所示。备选的是，孔径可包括***中的透镜，或可包括用于定义这种孔径的其他构件。

光学器件布局

如上所述，远心成像光学器件(例如，如图7或9所示)可用来产生平移时基本上没有改变的强壮斑点信号。这种成像光学器件可与照射光学器件组合，以形成一完整***。

照射光学器件1002和成像光学器件1004的这种组合的一个实施例示于图10。在此实施例中，照射光学器件1002配置成使照射1006以相对表面402的法向矢量为非零入射角θ进入。

本发明的特定实施例和实例的上述说明是为了图示和说明的目的而提出，且虽然已通过某些前述实例对本发明作了说明，但不应认为本发明受其限制。说明和图示并不旨在穷举或将本发明限于所公开的精确形式，根据上述内容可以有许多在本发明的范围内的改动、改进和变化。本发明的范围应包括本文所公开的，以及由本文所附权利要求书及它们的等效物所包括的一般领域。

Claims (20)

1.一种光学位移传感器，用于通过确定连续帧中光学特性的位移来感测数据输入装置在表面上的移动，所述传感器包括：

照射器，配置成照射部分所述表面；

物体侧远心成像光学器件，配置成对从所述表面的所照射部分发出的所述光学特性成像；以及

光敏元件阵列，配置成检测有关所述物体侧远心成像光学器件所成像的所述光学特性的强度数据。

2.如权利要求1所述的光学位移传感器，其中所述物体侧远心成像光学器件所成像的所述光学特性在所述表面相对所述数据输入装置平移期间基本上不变。

3.如权利要求2所述的光学位移传感器，其中所述照射器包括相干光源，且其中所述光学特性包括斑点图案。

4.如权利要求3所述的光学位移传感器，其中所述相干光源包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)，且其中所述光敏元件包括发光二极管。

5.如权利要求1所述的光学位移传感器，其中所述物体侧远心成像光学器件配置成，当主光线离开所述表面时，来自视场中所述表面上各点的所述主光线基本上平行。

6.如权利要求5所述的光学位移传感器，其中当所述主光线离开所述表面时，所述主光线垂直于所述表面。

7.如权利要求5所述的光学位移传感器，其中所述主光线以不垂直于所述表面的角度离开所述表面。

8.如权利要求1所述的光学位移传感器，其中所述物体侧远心成像光学器件包括：

孔径；以及

第一透镜，位于所述孔径和所述表面的所照射部分之间。

9.如权利要求8所述的光学位移传感器，其中第一透镜具有的焦距基本上等于第一透镜和所述孔径之间的光学距离。

10.如权利要求9所述的光学位移传感器，还包括图像侧远心成像光学器件，所述图像侧远心成像光学器件包括：

第二透镜，位于所述孔径和所述光敏元件之间，

其中第二透镜具有的焦距基本上等于第二透镜和所述孔径之间的光学距离。

11.如权利要求8所述的光学位移传感器，其中所述孔径包括定义所述光敏元件所检测的光的数值孔径的光学元件。

12.如权利要求11所述的光学位移传感器，其中所述孔径还包括具有基本上透明部分和基本上不透明部分的光学元件。

13.如权利要求12所述的光学位移传感器，其中所述孔径具有形状为圆形的基本上透明部分。

14.如权利要求1所述的光学位移传感器，其中所述光学特性包括斑点、从所述表面反射的光所产生的复杂干涉图案，且其中所述光学位移传感器包括基于斑点的位移传感器，所述基于斑点的位移传感器根据所述斑点图案的位移来感测所述数据输入装置在所述表面上的移动。

15.一种感测数据输入装置在表面上移动的方法，所述方法包括：

照射部分所述表面；

使用在物体侧的远心成像光学器件将所述表面的所照射部分的图像映射到光敏元件阵列；以及

确定在连续帧中从所述表面的所照射部分发出的光学特性的位移，以感测在至少一个维度上所述数据输入装置在所述表面上的移动。

16.如权利要求15所述的方法，其中在所述数据输入装置在所述表面上移动期间，所述远心成像光学器件以减少的斑点沸腾对从所述表面发出的所述光学特性成像。

17.如权利要求15所述的方法，其中通过使用激光器来执行所述照射，且其中从所照射部分发出的所述光学特性包括斑点图案。

18.一种光学定位装置，包括：

激光器，配置成照射部分所述表面；

光敏元件阵列；

物体侧的远心成像光学器件，配置成将来自所述表面的所照射部分的斑点图案聚焦到所述光敏元件阵列；以及

信号处理器，配置成确定在连续帧中所述斑点图案的位移。

19.如权利要求18所述的光学定位装置，其中在所述物体侧的远心成像光学器件包括：

孔径；以及

透镜，位于所述孔径和所述表面的所照射部分之间。

20.如权利要求18所述的光学定位装置，其中所述照射在打到所述表面之前，具有基本上均匀的波前。

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