DE10257424B4

DE10257424B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen einer Drehung

Info

Publication number: DE10257424B4
Application number: DE10257424A
Authority: DE
Inventors: Robert A. Milpitas Black; Michael J. Fremont Brosnan; Roopinder Singh San Jose Grewal
Original assignee: Avago Technologies ECBU IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: DE10257424A1; US6974947B2; GB0307845D0; JP2003316509A; GB2422008A; GB0603785D0; US20030189166A1; GB2391615A; GB2391615B; GB2422008B

Abstract

Vorrichtung (300) zum Erfassen einer Drehung, die folgende Merkmale aufweist:
eine Mehrzahl von Bewegungssensoren (16), die in einer koplanaren Anordnung aufgebaut sind, wobei die Mehrzahl von Bewegungssensoren jeweils konfiguriert ist, um Bewegungsdaten zu erzeugen, die eine Bewegung eines jeweiligen der Mehrzahl von Bewegungssensoren (16) in zwei Dimensionen anzeigen;
und
einen Drehdatengenerator (302) zum Erzeugen von Drehdaten auf der Basis der Bewegungsdaten, wobei die Drehdaten eine Drehung eines ersten der Bewegungssensoren um einen zweiten der Bewegungssensoren darstellen.

Description

Verweis auf verwandte Patentschriften
Diese Anmeldung ist verwandt mit der Thematik, die in den folgenden US-Patenten beschrieben ist: dem am 2. März 1995 eingereichten und am 26. November 1996 erteilten US-Patent Nr. 5,578,813 mit dem Titel FREEHAND IMAGE SCANNING DEVICE WHICH COMPENSATES FOR NON-LINEAR MOVEMENT; dem am 14. August 1996 eingereichten und am 1. Juli 1997 erteilten US-Patent Nr. 5,644,139 mit dem Titel NAVIGATION TECHNIQUE FOR DETECTING MOVEMENT OF NAVIGATION SENSORS RELATIVE TO AN OBJECT; dem am 6. Oktober 1995 eingereichten und am 28. Juli 1998 erteilten US-Patent Nr. 5,786,804 mit dem Titel METHOD AND SYSTEM FOR TRACKING ATTITUDE; dem am 30. April 1998 eingereichten und am 2. Mai 2000 erteilten US-Patent Nr. 6,057,540 mit dem Titel MOUSELESS OPTICAL AND POSITION TRANSLATION TYPE SCREEN POINTER CONTROL FOR A COMPUTER SYSTEM; dem am 27. April 1998 eingereichten und am 21. November 2000 erteilten US-Patent Nr. 6,151,015 mit dem Titel PEN LIKE COMPUTER POINTING DEVICE; dem am 30. März 1998 eingereichten und am 28. August 2001 erteilten US-Patent Nr. 6,281,882 mit dem Titel PROXIMITY DETECTOR FOR A SEEING EYE MOUSE; und der am 26. Oktober 2001 eingereichten US-Patentanmeldung US 2003/0080282 A1 mit dem Titel APPARATUS AND METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL RELATIVE MOVEMENT SENSING.
Beschreibung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Bewegungssensorvorrichtungen. Diese Erfindung bezieht sich spezieller auf eine Bewegungssensorvorrichtung zum Erfassen einer Drehung.
Die Verwendung einer von Hand betriebenen Zeigevorrichtung zur Verwendung mit einem Computer und dessen Anzeige ist mittlerweile sehr weit verbreitet. Die bei weitem beliebteste der verschiedenen Vorrichtungen ist die herkömmliche (mechanische) Maus, die in Verbindung mit einer mit derselben zusammenwirkenden Mausunterlage verwendet wird. In der unteren Oberfläche der Maus ist mittig ein Loch angeordnet, durch das sich ein Teil der Unterseite einer mit einer Gummioberfläche versehenen Stahlkugel erstreckt. Im Inneren der Maus befinden sich Rollen, oder Räder, die mit dem Ball an dessen Äquator in Kontakt stehen und dessen Drehung in elektrische Signale umwandeln, die orthogonale Komponenten einer Mausbewegung darstellen. Diese elektrischen Signale werden mit einem Computer gekoppelt, wo eine Software auf die Signale, die angezeigte Position eines Zeigers (Cursors) gemäß einer Bewegung der Maus um ein ΔX und ΔY zu verändern, anspricht.
Zusätzlich zu mechanischen Typen von Zeigevorrichtungen, beispielsweise einer herkömmlichen Maus, wurden auch optische Zeigevorrichtungen entwickelt. Bei einer Form einer optischen Zeigevorrichtung wird, statt ein sich bewegendes mechanisches Element wie beispielsweise eine Kugel bei einer herkömmlichen Maus zu verwenden, eine Bewegung zwischen einer Abbildungsoberfläche, beispielsweise einem Finger oder einer Schreibtischoberfläche, und Photodetektoren in der optischen Zeigevorrichtung optisch erfaßt und in Bewegungsinformationen umgewandelt.
Die Photodetektoren bei optischen Zeigevorrichtungen sind in der Regel in einem flachen, zweidimensionalen Array implementiert. Das Array aus Photodetektoren ist in der Lage, eine absolute zweidimensionale Bewegung zu messen. Wenn sich das Array über ein Bild bewegt oder sich das Bild über ein stationäres Array bewegt, kann durch ein Vergleichen aufeinanderfolgender Bilder eine Bewegung erfaßt werden. Die erfaßte Bewegung wird als Anzahl von Pixeln ausgedrückt, um die sich das Bild auf dem Pixelarray bewegt hat. Das Array befindet sich üblicherweise in einer feststehenden Entfernung und einem feststehenden Winkel von der Oberflä che, die gerade abgebildet wird, so daß die Bewegung, die erfaßt wird, absolut ist (innerhalb der Fehlertoleranz des Systems).
Existierende optische Sensoren, wie beispielsweise die bei optischen Zeigevorrichtungen verwendeten, erfassen eine Bewegung in einer X- und einer Y-Richtung, erfassen jedoch keine Drehung. Es wäre wünschenswert, eine Erfassungsvorrichtung zu schaffen, die mehrere zweidimensionale Photodetektorarrays zum Erfassen einer Drehung der Vorrichtung verwendet.
Aus der EP 1164538 A2 ist eine Computermaus bekannt, die eine Mehrzahl von Bewegungssensoren aufweist. Die Bewegungssensoren erzeugen Daten entsprechend ihrer Bewegung relativ zu einer Oberfläche und übertragen die Daten zur Analyse zu einem Prozessor. Der Prozessor bestimmt die Drehbewegung der Computermaus und bewirkt, dass ein Bild, das auf einem zugeordneten Videomonitor angezeigt wird, sich proportional zu der Relativbewegung der Computermaus dreht. Die Bewegungssensoren können zweidimensionale Photosensorarrays sein, die Bilddaten unterscheidbarer Merkmale der Oberfläche erzeugen.
Aus der US 3,680,078 ist eine Lichtstiftanordnung bekannt, bei der, um eine Winkelposition des Lichtstifts zu erfassen, zumindest zwei unabhängige lichtempfindliche Elemente vorgesehen sind. Wenn der Lichtstift auf einem Schirm platziert wird, wird ein X, Y-Wertepaar für den Ort jedes lichtempfindlichen Elements gespeichert und verwendet, um den Ort des Lichtstifts sowie die Winkelposition desselben zu bestimmen.
Die US 5,786,804 befasst sich mit einer Vorrichtung zum Erfassen der Lage eines Objekts unter Verwendung eines zweidimensionalen Arrays von Photosensoren. Ein erstes und ein zweites Bild werden unter Verwendung des zweidimensionalen Arrays aufgenommen und korreliert, um Unterschiede hin sichtlich der Position gemeinsamer Merkmale in dem ersten und dem zweiten Bild zu erfassen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die ein Erfassen einer Drehung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst.
Eine Form der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Erfassen einer Drehung bereit. Die Vorrichtung umfaßt eine Mehrzahl von Bewegungssensoren, die in einer im wesentlichen koplanaren Anordnung aufgebaut sind. Die Mehrzahl von Bewegungssensoren ist jeweils konfiguriert, um Inkrementale-Bewegung-Daten zu erzeugen, die eine Bewegung des Sensors in zwei Dimensionen angeben. Ein Drehdatengenerator erzeugt Drehdaten auf der Basis der Inkrementale-Bewegung-Daten. Die Drehdaten stellen eine Drehung eines ersten der Bewegungssensoren um einen zweiten der Bewegungssensoren dar.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht einer optischen Maus, die sich zum Darstellen eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eignet;
2 ein elektrisches Blockdiagramm, das Hauptkomponenten der in 1 gezeigten optischen Maus veranschaulicht;
3 ein Diagramm einer allgemeinen Drehsensororientierung, von drei speziellen Drehsensororientierungen und von Spiegeldrehsensororientierungen;
4A ein Diagramm, das eine Translation eines Drehsensors in der X-Richtung veranschaulicht;
4B ein Diagramm, das eine Translation eines Drehsensors in der X- und der Y-Richtung veranschaulicht;
4C ein Diagramm, das eine Translation eines Drehsensors in der Y-Richtung veranschaulicht;
4D ein Diagramm, das eine Drehung eines Drehsensors veranschaulicht;
4E ein Diagramm, das eine Drehung und Translation eines Drehsensors veranschaulicht;
5 ein Diagramm, das einen positiven Drehwinkel an einer X-Y-Achse veranschaulicht;
6A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in der allgemeinen Orientierung veranschaulicht;
6B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 6A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
7A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in der allgemeinen Orientierung veranschaulicht;
7B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 7A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
8A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in einem horizontalen Spiegel der allgemeinen Orientierung veranschaulicht;
8B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 8A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
9A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in einem horizontalen Spiegel der allgemeinen Orientierung veranschaulicht;
9B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 9A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
10A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in einem vertikalen Spiegel der allgemeinen Orientierung veranschaulicht;
10B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 10A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
11A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in einem vertikalen Spiegel der allgemeinen Orientierung veranschaulicht;
11B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 11A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
12A ein Diagram, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in einem horizontalen und einem vertikalen Spiegel der allgemeinen Orientierung veranschaulicht;
12B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 12A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
13A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in einem horizontalen und einem vertikalen Spiegel der allgemeinen Orientierung veranschaulicht;
13B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 13A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
14 ein Diagramm eines gleichschenkligen Dreiecks, das eine Drehung eines Drehsensors in der allgemeinen Orientierung, nachdem eine Translation eliminiert wurde, darstellt;
15A ein Diagramm, das eine Drehung eines Drehsensors in der allgemeinen Orientierung vor einer Koordinatentransformation veranschaulicht;
15B ein Diagramm, das eine Drehung eines Drehsensors in der allgemeinen Orientierung nach einer Koordinatentransformation veranschaulicht;
16A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in einer ersten speziellen Orientierung veranschaulicht;
16B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 16A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
17A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in einer ersten speziellen Orientierung veranschaulicht;
17B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 17A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
18A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in einem vertikalen Spiegel der ersten speziellen Orientierung veranschaulicht;
18B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 18A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
19A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in einem vertikalen Spiegel der ersten speziellen Orientierung veranschaulicht;
19B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 19A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
20A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in einer zweiten speziellen Orientierung veranschaulicht;
20B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 20A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
21A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in einer zweiten speziellen Orientierung veranschaulicht;
21B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 21A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
22A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in einem horizontalen Spiegel der zweiten speziellen Orientierung veranschaulicht;
22B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 22A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
23A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in einem horizontalen Spiegel der zweiten speziellen Orientierung veranschaulicht;
23B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 23A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
24A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in einer dritten speziellen Orientierung veranschaulicht;
24B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 24A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
25A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in einer dritten speziellen Orientierung veranschaulicht;
25B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 25A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
26A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in einem horizontalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht;
26B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 26A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
27A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in einem horizontalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht;
27B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 27A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
28A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in einem vertikalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht;
28B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 28A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
29A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in einem vertikalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht;
29B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 29A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
30A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen eines Drehsensors in einem horizontalen und einem vertikalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht;
30B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 30A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
31A ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen eines Drehsensors in einem horizontalen und einem vertikalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht;
31B ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 31A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht;
32 ein Diagramm eines Sensorarrays, das in vier Teilarrays unterteilt ist, die geeignet sind, um die verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu implementieren; und
33 ein Blockdiagramm eines Drehsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, die einen Teil derselben bilden und in denen durch eine Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, bei denen die Erfindung praktiziert werden kann. Es versteht sich, daß auch andere Ausführungsbeispiele verwendet und daß auch strukturelle oder logische Änderungen durchgeführt werden können.
Die folgende ausführliche Beschreibung ist somit nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Patentansprüche definiert.
I. ERFASSEN EINER BEWEGUNG MIT EINEM EINZIGEN OPTISCHEN BEWEGUNGSSENSOR
1 ist eine Draufsicht einer optischen Maus 10, die für ein Darstellen eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Maus 10 umfaßt ein Plastikgehäuse 12, eine linke Maustaste (LB – left mouse button) 14A, eine rechte Maustaste (RB – right mouse button) 14B und einen optischen Bewegungssensorchip 16. Der Sensorchip 16 ist durch das Plastikgehäuse 12 abgedeckt und somit in 1 mit gestrichelten Linien gezeigt.
2 ist ein elektrisches Blockdiagramm, das Hauptkomponenten der optischen Maus 10 veranschaulicht. Die optische Maus umfaßt eine Lichtquelle 2, Linsen 4 und 8 und einen optischen Bewegungssensor 16. Der optische Bewegungssensor 16 umfaßt ein Photodetektorarray 148, einen elektronischen Verschluß 150, eine Mehrzahl von Erfassungskondensatoren 154A–154C (kollektiv als Erfassungskondensatoren 154 bezeichnet), einen Multiplexer 156, einen Verstärker 157, eine Analog-Digital-Wandler (A-/D-Wandler) 158, einen Korrelator 160, eine Systemsteuerung 162, eine Verschlußsteuerung 164 und eine Lichtsteuerung 166.
Der Betrieb des optischen Bewegungssensors 16 wird vorwiegend durch die Systemsteuerung 162 gesteuert, die mit dem Multiplexer 156, dem A-/D-Wandler 158, dem Korrelator 160, der Verschlußsteuerung 164 und der Lichtsteuerung 166 ge koppelt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel emittiert die Lichtquelle 2 im Betrieb Licht, das durch die Linse 4 auf die Oberfläche 6, die eine Schreibtischoberfläche oder eine andere geeignete Abbildungsoberfläche ist, projiziert wird. Die Lichtquelle 2 wird durch Signale von der Lichtsteuerung 166 gesteuert. Reflektiertes Licht von der Oberfläche 6 wird durch die Linse 8 auf das Photodetektorarray 148 gelenkt. Jeder Photodetektor in dem Photodetektorarray 148 liefert einen Strom, dessen Größe auf der Basis der Intensität von Licht, das auf den Photodetektor einfällt, variiert.
Der elektronische Verschluß 150 wird durch ein Verschlußsignal von der Verschlußsteuerung 164 gesteuert. Wenn der elektronische Verschluß 150 „offen” ist, sammelt sich eine Ladung an den Erfassungskondensatoren 154, was eine Spannung erzeugt, die auf die Intensität von Licht, das auf die Photodetektoren in dem Array 148 einfällt, bezogen ist. Wenn der elektronische Verschluß 150 „geschlossen” ist, sammelt sich keine weitere Ladung in den Erfassungskondensatoren 154 an oder geht von diesen verloren. Der Multiplexer 156 verbindet wiederum jeden Erfassungskondensator 154 mit dem Verstärker 157 und dem A-/D-Wandler 158, um die Spannung von jedem Erfassungskondensator 154 zu verstärken und in einen digitalen Wert umzuwandeln. Die Erfassungskondensatoren 154 werden anschließend durch den elektronischen Verschluß 150 entladen, so daß der Ladevorgang wiederholt werden kann.
Auf der Basis des Pegels der Spannung von den Erfassungskondensatoren 154 erzeugt der A-/D-Wandler 158 einen Digitalwert einer geeigneten Auflösung (z. B. ein bis acht Bits), der den Spannungspegel angibt. Die Digitalwerte für das Photodetektorarray 148 stellen ein Digitalbild oder eine digitale Darstellung des Abschnitts der Schreibtischoberfläche oder anderen Abbildungsoberfläche, die sich unter der optischen Maus 10 befindet, dar. Die Digitalwerte werden als Rahmen in entsprechenden Stellen in einem Speicherarray in dem Korrelator 160 gespeichert.
Die Gesamtgröße des Photodetektorarrays 148 ist vorzugsweise groß genug, um ein Bild aufzunehmen, das mehrere Merkmale aufweist. Bilder solcher räumlichen Merkmale erzeugen verschobene Muster von Pixelinformationen, wenn sich die optische Maus 10 über eine Oberfläche bewegt. Die Anzahl von Photodetektoren in dem Array 148 und die Rahmenrate, bei der der Inhalt derselben aufgenommen und digitalisiert wird, wirken zusammen, um Einfluß darauf zu nehmen, wie schnell die optische Maus 10 über eine Oberfläche bewegt und dabei immer noch nachverfolgt werden kann. Ein Nachverfolgen wird durch den Korrelator 160 bewerkstelligt, indem er einen neu aufgenommenen Probenrahmen mit einem zuvor aufgenommenen Referenzrahmen vergleicht, um die Richtung und das Ausmaß der Bewegung festzustellen. Bei einer Form der Erfindung wird ein Bewegungsnachverfolgen unter Verwendung von Methoden bewerkstelligt, die in den verwandten Patentschriften, die oben in dem Abschnitt „Verweis auf verwandte Patentschriften” identifiziert wurden, offenbart sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird der gesamte Inhalt eines der Rahmen durch den Korrelator 160 nacheinander um eine Entfernung eines Pixels in jede der acht Richtungen, die durch eine Ein-Pixel-Versatz-Versuchsverlagerung (eines herüber, eines herüber und eines nach unten, eines nach unten, eines nach oben, eines nach oben und eines herüber, eines hinüber in die andere Richtung usw.) ermöglicht werden, verlagert. Dies ergibt zusammen acht Versuche. Da es möglich ist, daß überhaupt keine Bewegung stattgefunden hat, wird auch eine „Nullverlagerung” eines neunten Versuchs verwendet. Nach jeder Versuchsverlagerung werden diejenigen Abschnitte der Rahmen, die einander überlappen, durch den Korrelator 160 auf einer Pixel-um-Pixel-Basis subtrahiert, und die sich ergebenden Unterschiede werden vorzugsweise quadriert und anschließend zusammengezählt, um ein Ähnlichkeitsmaß (Korrelation) in dieser Überlappungsregion zu bilden. Selbstverständlich sind auch größere Versuchsverlagerungen möglich (z. B. zwei herüber und eines nach unten), jedoch macht die damit verbundene Komplexität an einem gewissen Punkt den Vorteil zunichte, und es ist vorzuziehen, einfach eine ausreichend hohe Rahmenrate mit kleinen Versuchsverlagerungen aufzuweisen. Die Versuchsverlagerung mit dem geringsten Unterschied (größte Korrelation) kann als Angabe der Bewegung zwischen den beiden Rahmen genommen werden. Das heißt, sie liefert rohe Bewegungsinformationen, die skaliert oder akkumuliert werden können, um Bewegungsinformationen (ΔX und ΔY) einer zweckmäßigen Granularität und bei einer geeigneten Informationsaustauschrate zu liefern.
Zusätzlich zu einem Liefern von Digitalbildern an den Korrelator 160 gibt der A-/D-Wandler 158 ferner Digitalbilddaten an die Verschlußsteuerung 164 aus. Die Verschlußsteuerung 164 trägt dazu bei, zu gewährleisten, daß aufeinanderfolgende Bilder eine ähnliche Belichtung aufweisen, und trägt dazu bei, zu verhindern, daß die Digitalwerte auf einen Wert gesättigt werden. Die Steuerung 164 prüft die Werte von Digitalbilddaten und bestimmt, ob zu viele Minimalwerte oder zu viele Maximalwerte vorliegen. Falls zu viele Minimalwerte vorliegen, erhöht die Steuerung 164 die Ladungsakkumulationszeit des elektronischen Verschlusses 150. Falls zu viele Maximalwerte vorliegen, verringert die Steuerung 164 die Ladungsakkumulationszeit des elektronischen Verschlusses 150.
II. DREHSENSORÜBERSICHT
Wie oben beschrieben wurde, verwendet die optische Maus 10 einen einzigen optischen Bewegungssensor 16 zum Erzeugen von ΔX- und ΔY-Bewegungsdaten. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugt Drehdaten auf der Basis von ΔX- und ΔY-Daten, die durch zwei optische Bewegungssensoren 16 (auch als optische Bewegungssensoren A und B, die in 3 gezeigt sind, bezeichnet) erzeugt werden. Die beiden Sensoren A und B werden allgemein als Drehsensor bezeichnet.
Die beiden Sensoren A und B sind bei einer bekannten Entfernung voneinander und in einer bekannten Orientierung positioniert. Es gibt eine Vielzahl möglicher Orientierungen der beiden Sensoren, wie unten unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wird. Die Ausgabe aus jedem Sensor A und B ist ein Δx- und ein Δy-Zählwert seit dem letzten Positionsbericht. Bei einem Ausführungsbeispiel messen die Sensoren A und B die Position einmal während eines Rahmens, was in einem beliebigen definierten Intervall stattfinden kann. Bei derzeitigen Navigationssensoren beträgt die Rahmenrate üblicherweise 1500 bis 2000 Rahmen pro Sekunde, wobei entweder der Sensor einmal während jedes Rahmens die Position berichtet oder über ein I-/O-Tor (Eingangs-/Ausgangstor), 100 bis 200 mal pro Sekunde. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Sensoren A und B mit derselben Rahmenrate betrieben, und sie führen gleichzeitig einen „Rückverweis” durch. Der Begriff „Rückverweis” bezieht sich auf das Speichern eines neuen Referenzrahmens, das stattfinden kann, wenn sich der Sensor von dem ursprünglichen Referenzrahmen wegbewegt hat und die Überlappung zwischen dem derzeitigen Rahmen und dem Referenzrahmen abnimmt. Ein Rückverweisen kann auch nach Zeiten ohne eine Bewegung stattfinden, so daß der derzeitige Referenzrahmen aktuell ist.
III. ORIENTIERUNG UND AUSRICHTUNG VON DREHSENSOREN
3 ist ein Diagramm einer allgemeinen Drehsensororientierung, von drei speziellen Drehsensororientierungen und von Spiegeldrehsensororientierungen. Die in 3 gezeigten Orientierungen sind in vier Spalten und vier Reihen unterteilt. Die erste Reihe zeigt eine allgemeine Orientierung (erste Spalte), eine erste spezielle Orientierung (zweite Spalte), eine zweite spezielle Orientierung (dritte Spalte) und eine dritte spezielle Orientierung (vierte Spalte). Die zweite, dritte und vierte Reihe zeigen eine horizontal gespiegelte, eine vertikal gespiegelte bzw. eine kombiniert horizontal und vertikal gespiegelte Orientierung für jede der in der ersten Reihe gezeigten vier Orientierungen.
Bei jeder Orientierung sind die beiden Sensoren (A und B) bei einer bekannten Entfernung d voneinander beabstandet plaziert. Bei einem Ausführungsbeispiel befindet sich Sensor A bei den Ursprungskoordinaten (0, 0), und Sensor B befindet sich bei anderen Koordinaten, die von der Orientierung und Ausrichtung der beiden Sensoren und von der Entfernung zwischen denselben abhängen. Die folgende Tabelle I liefert Koordinaten für Sensor B für die verschiedenen in 3 veranschaulichten Orientierungen, wobei eine Entfernung „d” zwischen den Sensoren A und B angenommen wird. Tabelle I
Wie in 3 gezeigt ist, beträgt der Ausrichtungswinkel für die allgemeine Orientierung bei der normalen Ausrichtung θ_N. Für die allgemeine Orientierung zeigt 3 ferner den Winkel (θ_H) einer horizontal gespiegelten Ausrichtung, den Winkel (θ_V) einer vertikal gespiegelten Ausrichtung und den Winkel (θ_HV) einer horizontal und vertikal gespiegelten Ausrichtung. Diese Ausrichtungswinkel beziehen sich durch die in der folgenden Tabelle II gezeigten Beziehungen auf den normalen Ausrichtungswinkel (θ_N): Tabelle II

Ausrichtung Winkel Gleichung

Horizontalspiegel θ_H θ_H = 360 – θ_N

Vertikalspiegel θ_V θ_V = 180 – θ_N

Horizontal- und Vertikalspiegel θ_HV θ_HV = 180 + θ_N
IV. BEWEGUNG EINES DREHSENSORS
Wie in den 4A bis 4E gezeigt ist, kann eine Bewegung der Sensoren A und B eine Translation, eine Drehung oder eine Kombination der beiden umfassen. In der folgenden Beschreibung sei angenommen, daß die Drehung um den Sensor A erfolgt. Eine Drehung um den Sensor B kann über ein Spiegeln erreicht werden. Die anfängliche Position der beiden Sensoren wird durch die Buchstaben A und B bezeichnet, und die Position der beiden Sensoren, nachdem sie bewegt wurden, wird durch A' und B' bezeichnet.
4A ist ein Diagramm, das eine Translation der Sensoren A und B in der positiven X-Richtung veranschaulicht. 4B ist ein Diagramm, das eine Translation der Sensoren A und B in der positiven X- und der negativen Y-Richtung veranschaulicht. 4C ist ein Diagramm, das eine Translation der Sensoren A und B in der negativen Y-Richtung veranschaulicht. 4D ist ein Diagramm, das eine Drehung der Sensoren A und B um die Mitte des Sensors A veranschaulicht. 4E ist ein Diagramm, das drei verschiedene Kombinationen einer Drehung und Translation der Sensoren A und B veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das einen positiven Drehwinkel an einer X-Y-Achse veranschaulicht. Wie in 5 gezeigt ist, ist der Drehwinkel (α) für Drehungen gegen den Uhrzeigersinn als positiv definiert. Der Drehwinkel für Drehungen im Uhrzeigersinn ist negativ. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte der Drehwinkel für Drehungen gegen den Uhrzeigersinn als negativ definiert sein und für Drehungen im Uhrzeigersinn als positiv.
6A–13A und 16A–31A sind Diagramme, die verschiedene Translationen und Drehungen der Sensoren A und B in den verschiedenen Orientierungen und Ausrichtungen, die in 3 gezeigt sind, veranschaulichen. Jede dieser Figuren umfaßt drei Spalten und drei Reihen von Bewegungsdiagrammen.
Die erste Spalte veranschaulicht Bewegungen, die Translationen in der negativen X-Richtung umfassen. Die zweite Spalte veranschaulicht Bewegungen ohne eine Translation in der X-Richtung. Die dritte Spalte veranschaulicht Bewegungen, die Translationen in der positiven X-Richtung umfassen. Die erste Reihe veranschaulicht Bewegungen, die Translationen in der positiven Y-Richtung umfassen. Die zweite Reihe veranschaulicht Bewegungen ohne eine Translation in der Y-Richtung. Die dritte Reihe veranschaulicht Bewegungen, die Translationen in der negativen Y-Richtung umfassen. Jede dieser Figuren wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
A. Allgemeine Orientierung
6A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in der allgemeinen Orientierung veranschaulicht. In der allgemeinen Orientierung sind die Sensoren A und B so orientiert, daß die „x”- und „y”-Bewegungsberichte von beiden Sensoren in derselben Richtung erfolgen. Sensor B ist bei einem zufälligen Winkel bezüglich des Sensors A, jedoch bei einer bekannten Entfernung d von dem Sensor A angeordnet. Wenn die normale Ausrichtung gespiegelt wird, werden die Orientierungen der Sensoren A und B so verändert, daß sie in derselben Richtung wie die normale Ausrichtung verlaufen. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die X- und Y-Bewegungsberichte immer in derselben Richtung berichtet.
6B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 6A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 6A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 6B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
7A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in der allgemeinen Orientierung veranschaulicht. 7B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 7A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 7A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 7B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
8A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in einem horizontalen Spiegel der allgemeinen Orientierung veranschaulicht. 8B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 8A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 8A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 8B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
9A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in einem horizontalen Spiegel der allgemeinen Orientierung veranschaulicht. 9B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 9A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 9A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 9B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
10A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in einem verti kalen Spiegel der allgemeinen Orientierung veranschaulicht. 10B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 10A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 10A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 10B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
11A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in einem vertikalen Spiegel der allgemeinen Orientierung veranschaulicht. 11B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 11A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 11A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 11B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
12A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in einem horizontalen und einem vertikalen Spiegel der allgemeinen Orientierung veranschaulicht. 12B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 12A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 12A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 12B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
13A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in einem horizontalen und einem vertikalen Spiegel der allgemeinen Ori entierung veranschaulicht. 13B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 13A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 13A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 13B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
1. Bestimmen des Drehwinkels
Zum Zweck der allgemeinen Orientierung ist die sich ergebende Figur, nachdem die Translation des Sensors A wegsubtrahiert ist, ein gleichschenkliges Dreieck. 14 ist ein Diagramm eines gleichschenkligen Dreiecks, das eine Drehung der Sensoren A und B in der allgemeinen Orientierung, nachdem eine Translation eliminiert wurde, darstellt. Wie in 14 gezeigt ist, weisen zwei der Seiten die Länge „d” auf, weist die dritte Seite eine Länge [(BΔx – AΔx)² + (BΔy – AΔy)²]^(1/2) auf und wird der Drehwinkel durch α dargestellt.
In der folgenden Gleichung I wird eine Formel für ein allgemeines Dreieck, die die Seiten auf den Winkel α bezieht, bereitgestellt: Gleichung I
In diesem Fall gilt:
b = d;
c = d; und
Ein Einfügen dieser Werte für a, b und c in die Gleichung I und ein Auflösen nach dem Drehwinkel α führt zu der folgenden Gleichung II: Gleichung II
Die Gleichung II führt immer zu einem positiven Wert für den Drehwinkel. Um die Drehrichtung zu identifizieren, wird das Vorzeichen von α wie unten beschrieben ermittelt.
2. Ermitteln des Vorzeichens von α
Um das Vorzeichen von α zu ermitteln, durchläuft die allgemeine Orientierung eine Koordinatentransformation, um die anfängliche Position zu der Y-Achse zurückzudrehen, was eine einfache Ermittlung des Vorzeichens der Drehung ermöglicht. 15A ist ein Diagramm, das eine Drehung der Sensoren A und B in der allgemeinen Orientierung vor einer Koordinatentransformation veranschaulicht. Die anfängliche Position des Sensors B ist (–dsinθ, dcosθ), und die Position des Sensors B nach der Sensordrehung lautet (–dsinθ + Δx, dcosθ + Δy), wobei gilt: Δx ist (BΔx – AΔx), und Δy ist (BΔy – AΔy).
15B ist ein Diagramm, das eine Drehung der Sensoren A und B in der allgemeinen Orientierung nach einer –θ-Koordinatentransformation veranschaulicht. Die Formel für die Koordinatentransformation ist in der folgenden Gleichung III gegeben: Gleichung III
wobei:
(x, y) die Position des Sensors B nach einer Drehung und vor der Koordinatentransformation ist; und
(x', y') die Position des Sensors B nach einer Drehung und nach der Koordinatentransformation ist.
Nach einem Durchführen der Matrixmultiplikation in Gleichung III werden die folgenden Gleichungen IV und V erhalten:
Gleichung IV

x' = xcosα – ysinα

Gleichung V

y' = xsinα + ycosα

Ein Ersetzen von α = –θ in den Gleichungen IV und V führt zu den folgenden Gleichungen VI und VII:
Gleichung VI

x' = xcos(–θ) – ysin(–θ)

Gleichung VII

y' = xsin(–θ) + ycos(–θ)

Ein Ersetzen von cos(–θ) = cosθ und sin(–θ) = –sinθ in den Gleichungen VI und VII führt zu den folgenden Gleichungen VIII und IX:
Gleichung VIII

x' = xcosθ + ysinθ

Gleichung IX

y' = xsinθ + ycosθ

Ein Ersetzen von x = (–dsinθ + Δx) und y = (dcosθ + Δy) in den Gleichungen VIII und IX führt zu den folgenden Gleichungen X und XI:
Gleichung X

x' = (–dsinθ + Δx)cosθ + (dcosθ + Δy)sinθ

Gleichung XI

y' = –(–dsinθ + Δx)sinθ + (dcosθ + Δy)cosθ

Ein Umarrangieren von Ausdrücken in den Gleichungen X und XI führt zu den folgenden Gleichungen XII und XIII:
Gleichung XII

x' = Δxcosθ – dsinθcosθ + dsinθcosθ + Δysinθ

Gleichung XIII

y' = dsin2θ – Δxsinθ + dcos2θ + Δycosθ

Ein Kombinieren von Ausdrücken in den Gleichungen XII und XIII führt zu den folgenden Gleichungen XIV und XV:
Gleichung XIV

x' = Δxcosθ + Δysinθ

Gleichung XV

y' = d(sin2θ + cos2θ) – Δxsinθ + Δycosθ

Ein Anwenden der Pythagoreischen Identität, sin²θ + cos²θ = 1, auf die Gleichung XV führt zu der folgenden Gleichung XVI:
Gleichung XVI

y' = d – Δxsinθ + Δycosθ

Nach einem Auflösen der Gleichung XIV nach x' unter Verwendung des entsprechenden θ aus der obigen Tabelle II wird das Vorzeichen von α ermittelt, das dem Vorzeichen von x' entgegengesetzt ist. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte y' aus der Gleichung XVI verwendet werden, um das Vorzeichen von α zu ermitteln.
B. Erste spezielle Orientierung
16A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in der ersten speziellen Orientierung veranschaulicht. In der ersten speziellen Orientierung sind die Sensoren A und B so orientiert, daß die „x”- und „y”-Bewegungsberichte von beiden Sensoren in derselben Richtung erfolgen. Sensor B ist bei einer Y-Entfernung „d” über dem Sensor A angeordnet. Da ein horizontales Spiegeln keine Auswirkung auf die erste spezielle Orientierung hat, wird lediglich der vertikale Spiegel erörtert. Die erste spezielle Orientierung bei der normalen Ausrichtung ist dieselbe wie die allgemeine Orientierung bei der normalen Ausrichtung mit einem Ausrichtungswinkel θ_N, der gleich null Grad ist.
16B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 16A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 16A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (BΔx, BΔy) eliminiert werden. 16B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
17A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in der ersten speziellen Orientierung veranschaulicht. 17B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 17A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 17A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 17B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
18A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in einem vertikalen Spiegel der ersten speziellen Orientierung veranschaulicht. Die erste spezielle Orientierung bei der vertikal gespiegelten Ausrichtung ist dieselbe wie die allgemeine Orientierung bei der Normalausrichtung mit einem Ausrichtungswinkel θ_N, der gleich 180 Grad ist. 18B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 18A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 18A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 18B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
19A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in einem vertikalen Spiegel der ersten speziellen Orientierung veranschaulicht. 19B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 19A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 19A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 19B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
1. Ermitteln des Drehwinkels
Da die Startachse zwischen dem Sensor A und dem Sensor B bei der ersten speziellen Orientierung vertikal ist, kann die in Gleichung II für den Drehwinkel α angegebene allgemeine Formel vereinfacht werden. Die Entfernung (BΔx – AΔx) ist senkrecht zu der Achse zwischen den Sensoren A und B. Da die Entfernung zwischen A und B bekanntermaßen d ist, wird der Winkel α aus der folgenden Gleichung XVII ermittelt: Gleichung XVII
Die in Gleichung II angegebene allgemeine Formel kann auch verwendet werden, um den Drehwinkel für die erste spezielle Orientierung zu ermitteln.
2. Ermitteln des Vorzeichens von α
Das entsprechende Vorzeichen von α kann für die erste spezielle Orientierung entweder in der normalen oder in der vertikal gespiegelten Ausrichtung aus der folgenden Tabelle III ermittelt werden: Tabelle III

Ausrichtung Vorzeichen von α

Normal Umgekehrtes Vorzeichen von (BΔx – AΔx)

Vertikalspiegel Vorzeichen von (BΔx – AΔx)
C. Zweite spezielle Orientierung
20A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in der zweiten speziellen Orientierung veranschaulicht. Bei der zweiten speziellen Orientierung sind die Sensoren A und B so orientiert, daß die „x”- und „y”-Bewegungsberichte von beiden Sensoren in derselben Richtung erfolgen. Sensor B ist rechts von dem Sensor A bei einer X-Entfernung „d” angeordnet. Da ein vertikales Spiegeln keine Auswirkung auf die zweite spezielle Orientierung aufweist, wird lediglich der horizontale Spiegel erörtert. Die zweite spezielle Orientierung bei der normalen Ausrichtung ist dieselbe wie die allgemeine Orientierung bei der normalen Ausrichtung mit einem Ausrichtungswinkel θ_N, der 270 Grad beträgt.
20B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 20A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 20A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 20B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
21A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in der zweiten speziellen Orientierung veranschaulicht. 21B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 21A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 21A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 21B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B zusammen mit dem Drehwinkel α.
22A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in einem horizontalen Spiegel der zweiten speziellen Orientierung veranschaulicht. Die zweite spezielle Orientierung in der horizontal gespiegelten Ausrichtung ist dieselbe wie die allgemeine Orientierung bei der normalen Ausrichtung mit einem Ausrichtungswinkel θ_N, der 90 Grad beträgt. 22B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 22A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 22A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 22B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B, zusammen mit dem Drehwinkel α.
23A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in einem horizontalen Spiegel der zweiten speziellen Orientierung veranschaulicht. 23B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 23A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 23A ge zeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 23B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B, zusammen mit dem Drehwinkel α.
1. Ermitteln des Drehwinkels
Da die Startachse zwischen dem Sensor A und dem Sensor B bei der zweiten speziellen Orientierung horizontal ist, kann die in Gleichung II für den Drehwinkel angegebene allgemeine Formel vereinfacht werden. Die Entfernung (BΔy – AΔy) ist senkrecht zu der Achse zwischen den Sensoren A und B. Da die Entfernung zwischen A und B bekanntermaßen d ist, kann der Winkel α aus der folgenden Gleichung XVIII ermittelt werden: Gleichung XVIII
Die in Gleichung II angegebene allgemeine Formel kann auch verwendet werden, um den Drehwinkel für die zweite spezielle Orientierung zu ermitteln.
2. Ermitteln des Vorzeichens von α
Das entsprechende Vorzeichen von α kann für die erste spezielle Orientierung entweder in der normalen oder in der vertikal gespiegelten Ausrichtung aus der folgenden Tabelle IV ermittelt werden: Tabelle IV

Ausrichtung Vorzeichen von α

Normal Vorzeichen von (BΔy – AΔy)

Horizontalspiegel Umgekehrtes Vorzeichen von (BΔy – AΔy)
D. Dritte spezielle Orientierung
24A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht. Bei der dritten speziellen Orientierung sind die Sensoren A und B so orientiert, daß die „x”- und „y”-Bewegungsberichte von beiden Sensoren in derselben Richtung sind. Sensor B ist links von dem Sensor A bei einer X-Entfernung –d/(2)^1/2 und bei einer Y-Entfernung d/(2)^1/2 über dem Sensor A angeordnet. Die dritte spezielle Orientierung bei der normalen Ausrichtung ist dieselbe wie die allgemeine Orientierung bei der normalen Ausrichtung mit einem Ausrichtungswinkel θ_N von gleich 45 Grad.
24B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 24A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 24A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 24B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B, zusammen mit dem Drehwinkel α.
25A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht. 25B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 25A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 25A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 25B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B, zusammen mit dem Drehwinkel α.
26A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in einem horizontalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht. Die dritte spezielle Orientierung bei einer horizontal gespiegelten Ausrichtung ist dieselbe wie die allgemeine Orientierung bei der normalen Ausrichtung mit einem Ausrichtungswinkel θ_N von gleich 315 Grad.
26B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 26A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 26A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 26B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B, zusammen mit dem Drehwinkel α.
27A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in einem horizontalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht. 27B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 27A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 27A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 27B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B, zusammen mit dem Drehwinkel α.
28A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in einem vertikalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veran schaulicht. Die dritte spezielle Orientierung bei der vertikal gespiegelten Ausrichtung ist dieselbe wie die allgemeine Orientierung bei der normalen Ausrichtung mit einem Ausrichtungswinkel θ_N von gleich 135 Grad.
28B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 28A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 28A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 28B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B, zusammen mit dem Drehwinkel α.
29A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in einem vertikalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht. 29B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 29A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 29A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 29B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B, zusammen mit dem Drehwinkel α.
30A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und positive Drehungen der Sensoren A und B in einem horizontalen und vertikalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht. Die dritte spezielle Orientierung bei der horizontal und vertikal gespiegelten Ausrichtung ist dieselbe wie die allgemeine Orientierung bei der normalen Ausrichtung mit einem Ausrichtungswinkel θ_N von gleich 225 Grad.
30B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 30A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 30A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 30B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B, zusammen mit dem Drehwinkel α.
31A ist ein Diagramm, das verschiedene Translationen und negative Drehungen der Sensoren A und B in einem horizontalen und vertikalen Spiegel der dritten speziellen Orientierung veranschaulicht. 31B ist ein Diagramm, das eine Drehung des Drehsensors, nachdem die in 31A gezeigten Translationen eliminiert wurden, veranschaulicht. Die in 31A gezeigten Translationen können durch ein Subtrahieren der Deltabewegung des Sensors A (d. h. AΔx, AΔy) von der Deltabewegung des Sensors B (d. h. BΔx, BΔy) eliminiert werden. 31B zeigt ferner die Entfernung d zwischen den Sensoren A und B, zusammen mit dem Drehwinkel α.
1. Ermitteln des Drehwinkels
Die in Gleichung II angegebene allgemeine Formel kann verwendet werden, um den Drehwinkel für die dritte spezielle Orientierung zu ermitteln.
2. Ermitteln des Vorzeichens von α

Das entsprechende Vorzeichen von α kann aus der folgenden Tabelle V für die dritte spezielle Orientierung in der normalen, horizontal gespiegelten, vertikal gespiegelten sowie horizontal und vertikal gespiegelten Ausrichtung ermittelt werden: Tabelle V

Ausrichtung	Vorzeichen von α
Normal	umgekehrtes Vorzeichen von (BΔx – AΔx)
Horizontalspiegel	umgekehrtes Vorzeichen von (BΔx – AΔx)
Vertikalspiegel	Vorzeichen von (BΔx – AΔx)
Horizontal- und Vertikalspiegel	Vorzeichen von (BΔx – AΔx)

V. DREHZENTRUM
Das Drehzentrum der Sensoren A und B kann unter Verwendung des Drehwinkels und der Anfangs- und Endpositionen der Sensoren A und B ermittelt werden. Bezüglich einer Anfangsposition (x, y), die um einen Winkel α zu einer neuen Position (x', y') um einen willkürlichen Drehmittelpunkt (x₀, y₀) gedreht wird, liefert die folgende Gleichung XIX eine Beziehung für die Drehung und Translation eines Satzes von kartesischen Koordinaten: Gleichung XIX
Ein Erweitern der Ausdrücke in Gleichung X führt zu den folgenden Gleichungen XX und XXI für x' bzw. y', was die Endposition ist:
Gleichung XX

x' = x0 + xcosα – x0cosα – ysinα + y0sinα

Gleichung XXI

y' = y0 + xsinα – x0sinα + ycosα – y0cosα

Da der Anfangspunkt (x, y), der Endpunkt (x', y') und der Winkel α bekannt sind, kann der Drehpunkt (x₀, y₀) durch ein Umarrangieren der Gleichungen XX und XXI, um die folgenden Gleichungen XXII und XXIII zu erhalten, ermittelt werden: Gleichung XXII
Gleichung XXIII
Da die ursprüngliche Position (x, y) des Sensors A der Ursprung (0, 0) ist, können die Gleichungen XXII und XXIII zu den folgenden Gleichungen XXIV bzw. XXV vereinfacht werden: Gleichung XXIV
Gleichung XXV
VI. DREHSENSORIMPLEMENTIERUNGEN
Die beiden Navigationssensoren A und B können als zwei separate Sensoren implementiert sein, die in derselben Richtung orientiert sind und durch eine Entfernung getrennt sind, die gleich der Sensorgehäusegröße oder größer als dieselbe ist. Ein Erhöhen der Entfernung zwischen den Sensoren A und B führt zu einem größeren Systemsensor, jedoch zu einer höheren Empfindlichkeit gegenüber langsameren Drehungen. Die erste und die zweite spezielle Orientierung sind am einfachsten zum implementieren.
Die beiden Sensoren A und B können auch in einen Sensorchip integriert werden, wobei der Sensor A und der Sensor B Teilsätze des gesamten Sensors sind. Beispielsweise ist 32 ein Diagramm eines Sensorarrays 200, das in vier Teilarrays unterteilt ist, die zum Implementieren verschiedener Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Wie in 32 gezeigt ist, weist das Sensorarray 200 eine Länge und Breite der Größenordnung „m” auf und ist in vier Teilarrays unterteilt, die die Nummern 1, 2, 3 und 4 aufweisen. Die Entfernung d zwischen den Mitten der Teilarrays beträgt m/2 für die Teilarraykombinationen 1-2, 1-3, 2-4 und 3-4. Die Entfernung d beträgt 1,414* (m/2) für die Kombinationen 1-4 und 3-2. Somit liefert die dritte spezielle Orientierung, die entweder die Teilarrays 1 und 4 oder die Teilarrays 2 und 3 verwenden würde, bei diesem Ausführungsbeispiel die größte Trennung zwischen den einzelnen Sensoren.

Die nachfolgende Tabelle VI zeigt alle möglichen Zwei-Teilarray-Kombinationen des Sensorarrays 200, zusammen mit den entsprechenden speziellen Orientierungen und Ausrichtungen der Sensoren A und B. Tabelle VI

Sensor „A”	Sensor „B”	Orientierung	Ausrichtung
1	2	Nr. 2	Normal
2	1	Nr. 2	Horizontalspiegel
1	3	Nr. 1	Vertikalspiegel
3	1	Nr. 1	Normal
1	4	Nr. 3	Horizontal- und Vertikalspiegel
4	1	Nr. 3	Normal
2	3	Nr. 3	Vertikalspiegel
3	2	Nr. 3	Horizontalspiegel
2	4	Nr. 1	Vertikalspiegel
4	2	Nr. 1	Normal
3	4	Nr. 2	Normal
4	3	Nr. 2	Horizontalspiegel

33 ist ein Blockdiagramm eines Drehsensors 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Drehsensor 300 umfaßt zwei optische Bewegungssensoren 16 (oben beschrieben) und einen Drehdatengenerator 302. Die beiden optischen Bewegungssensoren 16 entsprechen den Sensoren A und B und können in einer beliebigen der verschiedenen in 3 gezeigten Orientierungen und Ausrichtungen positioniert sein.
Die beiden optischen Bewegungssensoren 16 geben jeweils Δx- und Δy-Daten an den Drehdatengenerator 302 aus. Auf der Ba sis der von den beiden Sensoren 16 empfangenen Δx- und Δy-Daten und auf der Basis von gespeicherten Informationen bezüglich der jeweiligen Orientierung, Ausrichtung und Trennung der beiden Sensoren 16 berechnet der Drehdatengenerator 302 Drehdaten und Drehmittelpunktdaten, wie oben beschrieben, und gibt diese Daten aus. Bei einem Ausführungsbeispiel stellen die Drehdaten eine Drehung um den Sensor 16, der dem Sensor A entspricht (wobei eine positive Drehung als gegen den Uhrzeigersinn verlaufend definiert ist) dar, und die Drehmittelpunktdaten stellen die (x, y)-Koordinaten des Drehmittelpunkts der beiden Sensoren 16 relativ zum Ursprung dar, wobei der Ursprung die ursprüngliche Position des Sensors 16, der dem Sensor A entspricht, ist.
Bei einer Form der Erfindung sollte sich der Referenzrahmen zum Zweck einer guten Korrelation zur Bestimmung der Δx- und Δy-Bewegung nicht um mehr als ungefähr zehn Grad zwischen den einzelnen Rahmen bewegen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die oben gezeigten Gleichungen für einen Bereich von ± 90 Grad oder 0 bis 180 Grad gültig, die maximale Drehung zwischen den einzelnen Rahmen sollte jedoch geringer sein als 10 Grad.
Derzeitige optische Navigationssensoren 16 arbeiten üblicherweise im Bereich von 1500 bis 2000 Rahmen pro Sekunde. Die tatsächliche Berichtfrequenz an einen Computer oder eine andere Vorrichtung beträgt in der Regel zwischen 100 und 200 Berichten pro Sekunde. Aufgrund der Differenz zwischen der Meßrate und der Berichtsrate werden die Δx- und Δy-Informationen akkumuliert und anschließend ausgegeben.
Die maximale Drehgeschwindigkeit des Drehsensors 300 wird durch den Winkel bestimmt, um den der Sensor 300 gedreht werden kann, bevor sich die Korrelation zwischen den einzelnen Rahmen zu dem Punkt verschlechtert, wo eine gute (X-, Y)-Navigation zu versagen beginnt. Angenommen, daß zwischen den einzelnen Rahmen eine Drehung um 10 Grad statt findet, so beträgt die maximale Drehung bei einer Rahmenrate von 1500 Rahmen pro Sekunde 41,6 Umdrehungen pro Sekunde oder 2500 U/min.
Die minimale Drehgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die zu einem minimalen Δx- und Δy-Zählwert zwischen den Sensoren 16 führt. Dies hängt von der Rahmenrate und der Entfernung zwischen den Sensoren 16 ab. Falls die Entfernung zwischen den Sensoren 16 erhöht wird, wird die minimale Drehgeschwindigkeit, die zu erkennen ist, verringert. Da die Navigationssensoren 16 in der Regel lediglich zwischen 100 und 200 mal pro Sekunde Daten berichten, sollten Δx- und Δy-Zählwerte über eine Anzahl von Rahmen akkumuliert werden.
Aufgrund der Tatsache, daß die Drehdaten bei einem Ausführungsbeispiel aus den Δx- und den Δy-Werten ermittelt werden, und aufgrund der Tatsache, daß die Δx- und Δy-Werte in der Regel ein Rauschen in denselben aufweisen, werden die Drehdaten bei einer Form der Erfindung gefiltert (d. h. gemittelte, geglättete, gewichtete Filter), um die Änderungen der Drehdaten abzumildern und ein verbessertes Rauschverhalten zu liefern.
Fachleute werden erkennen, daß Funktionen, die durch den Drehsensor 300 durchgeführt werden, in Hardware, Software, Firmware oder einer beliebigen Kombination aus denselben implementiert sein können. Die Implementierung kann über einen Mikroprozessor, eine programmierbare Logikvorrichtung oder eine Zustandsmaschine erfolgen. Komponenten der vorliegenden Erfindung können in einer Software auf einem oder mehreren computerlesbaren Medien vorliegen. Der Begriff computerlesbares Medium, wie er hierin verwendet wird, ist so definiert, daß er jegliche Arten von Speichern, flüchtig oder nicht-flüchtig, beispielsweise Floppy-Disks, Festplatten, CD-ROMs, Flash-Speicher, Nur-Lese-Speicher (ROM) und Direktzugriffsspeicher umfaßt.
Die beiden Sensoren 16 und der Drehdatengenerator 302 können als ein einzelnes Integrierte-Schaltung-Gehäuse oder als separate Gehäuse implementiert sein. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann der Drehdatengenerator 302 in einer externen Vorrichtung, beispielsweise einem Computer oder einer anderen elektronischen Vorrichtung, integriert sein.
Obwohl oben im Zusammenhang mit einer optischen Maus ein optischer Bewegungssensor 16 erörtert wurde, wird man verstehen, daß Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nicht auf eine optische Maus beschränkt sind und daß die hierin beschriebenen Methoden auch auf andere Vorrichtungen anwendbar sind, bei denen ein Drehungserfassen erwünscht ist, wie beispielsweise bei Spielsteuerungen, Gestiksteuerungen, Persönlicher-Digitaler-Assistent-Vorrichtungen (PDA-Vorrichtungen, PDA- = personal digital assistant), Mobiltelephonen oder anderen Vorrichtungen.

Claims

Vorrichtung (300) zum Erfassen einer Drehung, die folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Bewegungssensoren (16), die in einer koplanaren Anordnung aufgebaut sind, wobei die Mehrzahl von Bewegungssensoren jeweils konfiguriert ist, um Bewegungsdaten zu erzeugen, die eine Bewegung eines jeweiligen der Mehrzahl von Bewegungssensoren (16) in zwei Dimensionen anzeigen; und einen Drehdatengenerator (302) zum Erzeugen von Drehdaten auf der Basis der Bewegungsdaten, wobei die Drehdaten eine Drehung eines ersten der Bewegungssensoren um einen zweiten der Bewegungssensoren darstellen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Drehdaten einen Drehwinkelwert umfassen und bei der das Vorzeichen des Drehwinkelwertes eine Drehrichtung des ersten Bewegungsensors um den zweiten Bewegungsensor anzeigt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Drehdaten einen Drehzentrumswert umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Drehdatengenerator (302) die Drehdaten auf der Basis der Bewegungsdaten und von gespeicherten Sensorkonfigurationsdaten erzeugt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der die Sensorkonfigurationsdaten Orientierungsdaten umfassen, die eine Orientierung des ersten und des zweiten Bewegungsensors darstellen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, bei der die Sensorkonfigurationsdaten Entfernungsinformationen umfassen, die eine Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Bewegungsensor darstellen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Mehrzahl von Bewegungssensoren (16) jeweils ein Teilsatz eines einzelnen Bewegungssensors sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Bewegungssensoren (16) optische Bewegungssensoren sind.
Vorrichtung (300) nach Anspruch 8, bei der die Mehrzahl von Bewegungssensoren (16) ein erstes und ein zweites zweidimensionales Array aus Photodetektoren (148) aufweisen, die in einer koplanaren Anordnung konfiguriert sind und die konfiguriert sind, um digitale Darstellungen von Bildern, die auf das erste und das zweite Array ausgerichtet sind, zu erzeugen und um zweidimensionale Bewegungsdaten auf der Basis der digitalen Darstellungen der Bilder zu erzeugen, wobei die Bewegungsdaten eine individuelle Bewegung des ersten und des zweiten Arrays anzeigen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Bewegungsdaten Delta-X- und Delta-Y-Daten sind.
Verfahren zum Erfassen einer Drehbewegung, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines ersten und eines zweiten zweidimensionalen Arrays aus Photodetektoren (16); Lenken von Bildern auf das erste und das zweite Array aus Photodetektoren (8); Digitalisieren der Ausgänge der Photodetektoren in dem ersten und dem zweiten Array, wodurch digitale Darstellungen der Bilder erzeugt werden (158); Korrelieren der digitalen Darstellungen der Bilder (160); Erzeugen von Translationsdaten auf der Basis der Korrelation, wobei die Translation eine Translation in zwei Dimensionen des ersten und des zweiten Arrays anzeigt; und Erzeugen von Drehdaten auf der Basis der Translationsdaten, wobei die Drehdaten eine Drehung des ersten Arrays um das zweite Array anzeigen (302).
Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das erste und das zweite Array koplanar sind.
Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem die Drehdaten einen Drehwinkelwert umfassen und bei dem das Vorzeichen des Drehwinkelwerts eine Drehrichtung des ersten Arrays um das zweite Array anzeigt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Drehdaten einen Drehzentrumswert umfassen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, das ferner folgende Schritte aufweist: Speichern von Arraykonfigurationsdaten, wobei die Drehdaten auf der Basis der Translationsdaten und der gespeicherten Arraykonfigurationsdaten erzeugt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem die Arraykonfigurationsdaten Orientierungsdaten umfassen, die eine Orientierung des ersten und des zweiten Arrays darstellen.
Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, bei dem die Arraykonfigurationsdaten Trennungsinformationen umfassen, die eine Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Array darstellen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem das erste und das zweite Array jeweils ein Teilsatz eines einzelnen zweidimensionalen Arrays aus Photodetektoren sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, bei dem die Translationsdaten inkrementale X- und Y-Translationsdaten sind.