光学导航设备通过比较所捕获的表面结构例如手指褶皱的图像来检测非光学平面如手指的相对运动。光源和传感器阵列相互接近地布置在外壳内。传感器阵列安装在衬底上。透镜阵列插入要成像的表面与传感器阵列之间，以将表面例如使用者手指表面的1∶1图像形成到二维传感器阵列上。微透镜可以设计以与传感器阵列上的单独象素匹配，或透镜阵列的每个元件用于覆盖传感器上的一组象素。微透镜可以布置为使得图像形成到传感器阵列上，或形成于空间平面中以使图像从表面离焦。