Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Беспроводная оптическая мышь Microsoft

Оптическая мышь является компьютерной мышью , которая использует источник света, как правило, светоизлучающий диод (СИД), и детектор света, такие как массив фотодиодов , чтобы обнаружить движение относительно поверхности. Варианты оптической мыши в значительной степени заменили старую конструкцию механической мыши , в которой для определения движения используются движущиеся части.

Самые первые оптические мыши обнаруживали движение на предварительно напечатанных поверхностях коврика для мыши. Современные оптические мыши работают с большинством непрозрачных диффузно отражающих поверхностей, таких как бумага, но большинство из них не работают должным образом на зеркально отражающих поверхностях, таких как полированный камень, или прозрачных поверхностях, таких как стекло. Оптические мыши, использующие темнопольное освещение, могут надежно работать даже на таких поверхностях.

Механические мыши [ править ]

Основная статья: Механическая мышь

Хотя их обычно не называют оптическими мышами, почти все механические мыши отслеживали движение, используя светодиоды и фотодиоды, чтобы определять, когда лучи инфракрасного света проходили и не проходили через отверстия в паре колес инкрементального поворотного энкодера (одно для левого / правого, другое вперед / назад), управляемый прорезиненным шариком. Таким образом, основное отличие «оптических мышей» не в использовании оптики, а в полном отсутствии движущихся частей для отслеживания движения мыши, вместо этого используется полностью твердотельная система.

Ранние оптические мыши [ править ]

Один из первых чипов для оптических мышей Xerox, до разработки дизайна перевернутой упаковки Уильямса и Черри.

Первые две оптические мыши, впервые продемонстрированные двумя независимыми изобретателями в декабре 1980 г., имели разные базовые конструкции: [1] [2] [3] Одна из них, изобретенная Стивом Киршем из Массачусетского технологического института и Mouse Systems Corporation , [4] [5 ] ] использовал инфракрасный светодиод и четырехквадрантный инфракрасный датчик для обнаружения линий сетки, напечатанных краской, поглощающей инфракрасное излучение, на специальной металлической поверхности. Алгоритмы прогнозирования в процессоре мыши рассчитывают скорость и направление по сетке. Другой тип, изобретенный Ричардом Ф. Лайоном из Xerox, использовал 16-пиксельный датчик изображения в видимом свете.со встроенным датчиком движения на той же микросхеме MOS n-типа ( 5  мкм ) [6] [7] и отслеживал движение светлых точек в темном поле печатной бумаги или аналогичного коврика для мыши. [8] Типы мышей Кирша и Лиона очень различались по поведению, поскольку мышь Кирша использовала систему координат xy, встроенную в площадку, и не могла работать правильно при повороте площадки, в то время как мышь Lyon использовала систему координат xy тело мыши, как это делают механические мыши.

Оптический датчик от Microsoft Wireless IntelliMouse Explorer (v. 1.0A)

В оптической мыши, которая в конечном итоге была продана с офисным компьютером Xerox STAR, использовалась технология упаковки инвертированного сенсорного чипа, запатентованная Лизой М. Уильямс и Робертом С. Черри из Xerox Microelectronics Center. [9]

Современные оптические мыши [ править ]

Фотография кремниевого кристалла сенсора IntelliMouse Explorer, сделанная под микроскопом

Современные оптические мыши, не зависящие от поверхности, работают с помощью оптоэлектронного датчика (по сути, крошечной видеокамеры с низким разрешением) для получения последовательных изображений поверхности, на которой работает мышь. По мере удешевления вычислительной мощности появилась возможность встраивать более мощные специализированные микросхемы обработки изображений в саму мышь. Этот прогресс позволил мыши обнаруживать относительное движение на самых разных поверхностях, преобразовывая движение мыши в движение курсора и устраняя необходимость в специальном коврике для мыши. Конструкция оптической мыши с когерентным светом, не зависящей от поверхности, была запатентована Стивеном Б. Джексоном в Xerox в 1988 г. [10]

Первыми коммерчески доступными современными оптическими компьютерными мышами были Microsoft IntelliMouse с IntelliEye и IntelliMouse Explorer, представленные в 1999 году с использованием технологии, разработанной Hewlett-Packard. [11] Она работала практически на любой поверхности и представляла собой долгожданное улучшение по сравнению с механическими мышами, которые собирали грязь, капризно следили за ней, требовали грубого обращения, и их нужно было часто разбирать и чистить. Другие производители вскоре последовали примеру Microsoft, используя компоненты, произведенные дочерней компанией HP Agilent Technologies , и в течение следующих нескольких лет механические мыши устарели.

Матрица микросхемы оптического датчика S5085 (датчик CMOS + драйвер)

Технология, лежащая в основе современной оптической компьютерной мыши, известна как корреляция цифровых изображений , технология, впервые примененная в оборонной промышленности для отслеживания военных целей. Простая версия корреляции цифровых изображений с двоичным изображением использовалась в оптической мыши Lyon 1980 года. Оптические мыши используют датчики изображения для изображения естественной текстуры таких материалов, как дерево, ткань, коврики для мыши и Formica . Эти поверхности, когда они освещены светоизлучающим диодом под углом скольжения, отбрасывают отчетливые тени, напоминающие холмистую местность, освещенную на закате. Изображения этих поверхностей фиксируются в непрерывной последовательности и сравниваются друг с другом, чтобы определить, как далеко переместилась мышь.

Чтобы понять, как оптический поток используется в оптических мышах, представьте две фотографии одного и того же объекта, но с небольшим смещением друг относительно друга. Поместите обе фотографии на светлый стол, чтобы они стали прозрачными, и двигайте одну через другую, пока их изображения не совпадут. Величина, на которую края одной фотографии нависают над другой, представляет собой смещение между изображениями, а в случае оптической компьютерной мыши - расстояние, на которое она переместилась.

Оптические мыши снимают тысячу последовательных изображений или больше в секунду. В зависимости от того, насколько быстро движется мышь, каждое изображение будет смещено относительно предыдущего на доли пикселя или на несколько пикселей. Оптические мыши математически обрабатывают эти изображения, используя кросс-корреляцию, чтобы вычислить, насколько каждое последующее изображение смещено от предыдущего.

Оптическая мышь может использовать датчик изображения, имеющий массив монохроматических пикселей 18 × 18 пикселей. Его датчик обычно использует тот же ASIC, что и тот, который используется для хранения и обработки изображений. Одним из усовершенствований будет ускорение процесса корреляции за счет использования информации из предыдущих движений, а другим усовершенствованием будет предотвращение мертвых зон при медленном движении путем добавления интерполяции или пропуска кадров.

Разработка современной оптической мыши в Hewlett-Packard Co. поддерживалась рядом связанных проектов в 1990-х годах в HP Laboratories. В 1992 году Уильям Холланд получил патент США 5 089 712, а Джон Эртель, Уильям Холланд, Кент Винсент, Рюиминг Джемп и Ричард Болдуин получили патент США 5 149 980 на измерение линейного продвижения бумаги в принтере путем сопоставления изображений бумажных волокон. Росс Р. Аллен, Дэвид Бирд, Марк Т. Смит и Барклай Дж. Таллис были награждены патентами США 5 578 813 (1996) и 5 ​​644 139 (1997) на принципы двумерной оптической навигации (т. Е. Измерения местоположения), основанные на обнаружении и корреляции микроскопических , характерные особенности поверхности, по которой перемещался навигационный датчик,и использование измерений положения каждого конца линейного датчика изображения (документ) для восстановления изображения документа. Это концепция сканирования от руки, используемая в портативном сканере HP CapShare 920. Описанием оптических средств, которые явно преодолели ограничения колес, шариков и роликов, используемых в современных компьютерных мышах, было предвидено появление оптической мыши. Эти патенты легли в основу патента США 5729008 (1998 г.), выданного Трэвису Н. Блэлоку, Ричарду А. Баумгартнеру, Томасу Хорнаку, Марку Т. Смиту и Баркли Дж. Таллису, где обнаружение поверхностных элементов изображения, обработка изображений и корреляция изображений был реализован с помощью интегральной схемы для измерения положения. Повышенная точность 2D оптической навигации,необходимый для применения оптической навигации для точного 2D-измерения продвижения носителя (бумаги) в широкоформатных принтерах HP DesignJet, был дополнительно уточнен в патенте США 6 195 475, выданном в 2001 г. Раймонду Г. Босолей-младшему и Россу Р. Аллену.

Хотя для реконструкции изображения в приложении для сканирования документов (Аллен и др.) Требовалось разрешение оптических навигаторов порядка 1/600 дюйма, реализация оптического измерения положения на компьютерных мышах не только выигрывает от снижения затрат. при навигации с более низким разрешением, но также пользуйтесь преимуществом визуальной обратной связи с пользователем о положении курсора на дисплее компьютера. В 2002 году Гэри Гордон , Дерек Кни, Раджив Бадьял и Джейсон Хартлов были награждены патентом США 6 433 780 [12] на оптическую компьютерную мышь, которая измеряла положение с использованием корреляции изображений. Некоторые небольшие трекпады работают как оптическая мышь.

Источник света [ править ]

Светодиодные мыши [ править ]

V-Mouse VM-101 на основе синих светодиодов

Оптические мыши часто использовали светоизлучающие диоды (светодиоды) для освещения, когда впервые получили широкое распространение. Цвет светодиодов оптической мыши может быть разным, но чаще всего используется красный цвет, поскольку красные диоды недороги, а кремниевые фотодетекторы очень чувствительны к красному свету. Также широко используются ИК-светодиоды. [13] Иногда используются другие цвета, такие как синий светодиод V-Mouse VM-101, показанный справа.

Лазерные мыши [ править ]

Несмотря на то, что свет, создаваемый этой лазерной мышью, невидим невооруженным глазом, он имеет фиолетовый цвет, поскольку ПЗС-матрицы чувствительны к более широкому диапазону длин волн, чем человеческий глаз.

В лазерной мыши используется инфракрасный лазерный диод вместо светодиода для освещения поверхности под датчиком. Еще в 1998 году Sun Microsystems поставляла лазерную мышь вместе со своими серверами и рабочими станциями Sun SPARCstation. [14] Однако лазерные мыши не выходили на массовый потребительский рынок до 2004 года, после разработки командой Agilent Laboratories, Пало-Альто, во главе с Дугом Бэни, лазерной мыши на основе 850-нм VCSEL (лазера), который предложили 20-кратное повышение эффективности отслеживания. Тонг Се, Маршалл Т. Депуэ и Дуглас М. Бэйни были награждены патентами США 7,116,427 и 7,321,359 за свою работу над потребительскими мышами на базе VCSEL с низким энергопотреблением и широкими возможностями навигации. Пол Мачин в Logitech, в сотрудничестве с Agilent Technologies представила новую технологию - лазерную мышь MX 1000 . В этой мыши используется небольшой инфракрасный лазер (VCSEL) вместо светодиода, что значительно повысило разрешение изображения, получаемого с помощью мыши. Лазерное освещение обеспечивает превосходное отслеживание поверхности по сравнению с оптическими мышами со светодиодной подсветкой. [15]

Стекло лазера (или Glaser ) мыши имеют те же возможности лазерной мыши , но работы намного лучше на зеркале или прозрачного стекла поверхностей , чем другие оптические мыши на тех поверхностях. [16] [17] В 2008 году Avago Technologies представила лазерные навигационные датчики, чей излучатель был интегрирован в ИС с использованием технологии VCSEL . [18]

В августе 2009 года компания Logitech представила мышей с двумя лазерами для лучшего отслеживания на стеклянных и глянцевых поверхностях; они назвали их лазерным сенсором « Темное поле ». [19]

Мощность [ править ]

Производители часто разрабатывают свои оптические мыши, особенно беспроводные модели с батарейным питанием, для экономии энергии, когда это возможно. Для этого в режиме ожидания мышь затемняет или мигает лазером или светодиодом (у каждой мыши разное время ожидания). Типичная реализация (от Logitech ) имеет четыре состояния питания, при которых датчик пульсирует с разной частотой в секунду: [ необходима ссылка ]

  • 11500: полностью включен, для точной реакции во время движения, освещение кажется ярким.
  • 1100: переход в активное состояние при отсутствии движения, подсветка тусклая.
  • 110: режим ожидания
  • 12: состояние сна

Движение можно обнаружить в любом из этих состояний; некоторые мыши полностью выключают сенсор в спящем состоянии, требуя нажатия кнопки для пробуждения. [20]

Оптические мыши, использующие инфракрасные элементы (светодиоды или лазеры), обеспечивают значительное увеличение срока службы батареи по сравнению с освещением в видимом спектре. Некоторые мыши, такие как лазерная мышь Logitech V450 с длиной волны 848 нм, способны работать от двух батареек AA в течение всего года из-за низких требований к мощности инфракрасного лазера. [ требуется разъяснение ]

Мыши, предназначенные для использования там, где важны низкая задержка и высокая скорость отклика, например, в видеоиграх , могут не иметь функций энергосбережения и требовать проводного подключения для повышения производительности. Примерами мышей, которые жертвуют энергосбережением в пользу производительности, являются Logitech G5 и Razer Copperhead.

Оптические и механические мыши [ править ]

В оптической мыши Logitech iFeel используется красный светодиод для проецирования света на поверхность отслеживания.

В отличие от механических мышей, механизмы слежения которых могут забиваться ворсом, у оптических мышей нет движущихся частей (кроме кнопок и колес прокрутки); поэтому они не требуют никакого обслуживания, кроме удаления мусора, который может скапливаться под излучателем света. Однако они, как правило, не могут отслеживать на глянцевых и прозрачных поверхностях, включая некоторые коврики для мыши, что приводит к непредсказуемому смещению курсора во время работы. Мыши с меньшей мощностью обработки изображений также имеют проблемы с отслеживанием быстрого движения, тогда как некоторые высококачественные мыши могут отслеживать быстрее, чем 2 м / с .

Некоторые модели лазерных мышек могут отслеживать как на глянцевых, так и на прозрачных поверхностях и имеют гораздо более высокую чувствительность.

По состоянию на 2006 год у механических мышей было меньше требований к средней мощности, чем у их оптических собратьев; Мощность, потребляемая мышами, относительно мала, и это является важным соображением, когда питание поступает от батарей с их ограниченной емкостью.

Оптические модели превосходят механических мышей на неровных, гладких, мягких, липких или рыхлых поверхностях и, как правило, в мобильных условиях, когда коврики для мыши отсутствуют . Поскольку оптические мыши , визуализация движения на основе изображения , которое светодиод (или инфракрасный диод) горит , использование разноцветных ковриков может привести к ненадежной производительности; однако лазерные мыши не страдают этими проблемами и будут отслеживать на таких поверхностях.

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Джон Маркофф (10 мая 1982 г.). «Компьютерные мыши бегут из лабораторий НИОКР» . InfoWorld . 4 (18): 10–11. ISSN  0199-6649 .
  2. ↑ Джон Маркофф (21 февраля 1983 г.). «В фокусе: мышь, которая катилась» . InfoWorld . InfoWorld Media Group, Inc. 5 (8): 28. ISSN 0199-6649 . 
  3. ^ Sol Шерр (1988). Устройства ввода . Академическая пресса. ISBN 0126399700.
  4. ^ Лиз Karagianis (осень 1997). «Стив Кирш» . MIT Spectrum .
  5. ^ «Портреты компаний, связанных с MIT: Infoseek, Санта-Клара, Калифорния» . Массачусетский технологический институт: влияние инноваций . Массачусетский технологический институт . Источник +31 Декабрь +2006 .
  6. ^ Лион, Ричард Ф. (август 1981). «Оптическая мышь и архитектурная методология интеллектуальных цифровых датчиков» (PDF) . В HT Kung; Роберт Ф. Спроул; Гай Л. Стил (ред.). Системы СБИС и вычисления . Computer Science Press. С. 1–19. DOI : 10.1007 / 978-3-642-68402-9_1 . ISBN  978-3-642-68404-3.
  7. ↑ Стэн Аугартен (1983). Состояние искусства: фотографическая история интегральной схемы . Тикнор и Филдс. С. 60–61. ISBN 0-89919-195-9.
  8. ^ "Коврик для мыши Xerox" . Digibarn.com . Проверено 29 мая 2010 .
  9. ^ Лиза М. Уильямс (также известная как L&LL) и Роберт (Боб) С. Черри, Патент США 4,751,505 Оптическая мышь.
  10. ^ Стивен Б. Джексон, Патент США 4,794,384 Устройство оптического транслятора.
  11. ^ "Microsoft Press Release, 19 апреля 1999" . Microsoft. 1999-04-19. Архивировано из оригинала на 2011-11-28 . Проверено 11 мая 2011 .
  12. ^ US 6433780 , «Мышь- видящий глаз для компьютерной системы». 
  13. ^ Винн Л. Рош (2003). Библия оборудования Винна Л. Роша (6-е изд.). Que Publishing. п. 756. ISBN. 978-0-7897-2859-3.
  14. ^ Советы по компьютерной инженерии - мышь. Архивировано 5 мая 2009 г. в Wayback Machine . Проверено 31 декабря 2006 г.
  15. ^ «Лазерная беспроводная мышь Logitech MX1000» . CNET . 4 ноября 2004 . Проверено 19 июля 2018 года .
  16. ^ Сравнение оптической, лазерной и стеклянной лазерной мыши. Архивировано 3 марта 2016 года в Wayback Machine.
  17. ^ Стеклянная лазерная мышь от A4Tech. Архивировано 3 марта 2016 года в Wayback Machine.
  18. ^ «Avago Technologies представляет миниатюрные сенсоры лазерной навигации для мыши» . 28 января 2008 . Проверено 25 марта 2013 .
  19. ^ «Краткий обзор инноваций Logitech Darkfield» (PDF) . Logitech . 2009 г.
  20. ^ Некоторые модели мышей Targus работают таким образом.