Войти
Беспроводная оптическая мышь Microsoft Оптическая мышь - это компьютерная мышь, которая использует источник света, обычно светоизлучающий диод (LED), и детектор света, такой как матрица из фотодиодов, для обнаружения движения 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 освещение темного поля, могут надежно функционировать даже на таких поверхностях.
Хотя обычно их не называют оптическими мышами, почти все механические мыши отслеживали движение с помощью светодиодов и фотодиодов для обнаружения лучей инфракрасного света проходил и не проходил через отверстия в паре колес инкрементального поворотного энкодера (одно для левого / правого, другое для прямого / заднего), приводимых в движение 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.
Ранний чип для оптических мышей Xerox, до разработки конструкции перевернутой упаковки Уильямса и Черри Первые две оптические мыши, впервые продемонстрированные двумя независимыми изобретателями в декабре 1980 г. имели разные базовые конструкции: в одном из них, изобретенном Стивом Киршем из MIT и Mouse Systems Corporation, использовались инфракрасный светодиод и четырехквадрантный инфракрасный датчик для обнаруживать линии сетки, напечатанные чернилами, поглощающими инфракрасное излучение, на специальной металлической поверхности. Алгоритмы прогнозирования в ЦП мыши вычисляли скорость и направление по сетке. Другой тип, изобретенный Ричардом Ф. Лайоном из Xerox, использовал 16-пиксельный датчик изображения видимого света со встроенным обнаружением движения на том же n-type (5 мкм ) микросхема МОП-интегральной схемы и отслеживала движение светлых точек в темном поле отпечатанной бумаги или аналогичного коврика для мыши. Типы мышей Kirsch и Lyon очень различались по поведению, поскольку мышь Kirsch использовала систему координат xy, встроенную в площадку, и не работала правильно при повороте площадки, в то время как мышь Lyon использовала систему координат xy корпуса мыши, как механические мыши.
Оптический датчик от Microsoft Wireless IntelliMouse Explorer (v. 1.0A) В оптической мыши, которая в конечном итоге продавалась с офисным компьютером Xerox STAR, использовалась технология упаковки инвертированного сенсорного чипа, запатентованная Лизой М. Уильямс и Робертом С. Черри Центра микроэлектроники Xerox.
Фотография сенсора IntelliMouse Explorer с микроскопа кремниевый кристалл Современные оптические мыши, не зависящие от поверхности, работают с использованием оптоэлектронных устройств . датчик (по сути, крошечная видеокамера с низким разрешением) для получения последовательных изображений поверхности, на которой работает мышь. По мере удешевления вычислительной мощности стало возможным встраивать более мощные специализированные обработки изображений чипы в саму мышь. Этот прогресс позволил мыши обнаруживать относительное движение на самых разных поверхностях, переводя 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 году.
Первыми коммерчески доступными современными оптическими компьютерными мышами были Microsoft IntelliMouse с IntelliEye и IntelliMouse. Explorer, представленный в 1999 году с использованием технологии, разработанной Hewlett-Packard. Он работал практически на любой поверхности и представлял собой долгожданное улучшение по сравнению с механическими мышами, которые собирали грязь, прихотливы, 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.
S5085 микросхема оптического датчика (CMOS-датчик + драйвер) Технология, лежащая в основе современной оптической компьютерной мыши, известна как корреляция цифрового изображения, технология, впервые использованная в оборонной промышленности для отслеживания военные цели. Простая версия корреляции цифровых изображений с двоичными изображениями использовалась в оптической мыши Lyon 1980 года. Оптические мыши используют датчики изображения для изображения естественной текстуры материалов, таких как дерево, ткань, коврики для мыши и Formica. Эти поверхности, когда они освещаются светоизлучающим диодом под углом, 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 световой стол , чтобы сделать их прозрачными, и перемещайте 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 более 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 датчик, используемый 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. была поддержана 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, неотъемлемые характеристики поверхности, по которой перемещался навигационный датчик, и использование измерений положения каждого конца линейного (документ) датчика изображения 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 предвкушение 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, необходимая для применения оптической навигации к точному 2D-измерению продвижения носителя (бумаги) в широкоформатных принтерах HP DesignJet, была дополнительно уточнена в патенте США 6 195 475, выданном в 2001 г. Раймонду Г. Босолей-младшему и Росс Р. Аллен.
Хотя для восстановления 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 извлекайте выгоду из снижения затрат, присущего 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 получили патент США 6 433 780 на оптическую компьютерную мышь, которая измеряла положение с помощью корреляции изображений. Некоторые маленькие сенсорные панели работают как оптическая мышь.
В мыши V-Mouse VM-101 на основе синих светодиодов Оптические мыши часто использовали светоизлучающие диоды (светодиоды) для освещения при первой популяризации. 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. Иногда используются другие цвета, например, синий светодиод V-Mouse VM-101, показанный справа.
Хотя свет, создаваемый этой лазерной мышью, невидим невооруженным глазом, он улавливается фиолетовым цветом, 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. Однако лазерные мыши не выходили на основной потребительский рынок до 2004 года, после разработки командой Agilent Laboratories, Пало-Альто, во главе с Дугом Бэйни, лазерной мыши на основе 850 нм VCSEL (лазер), которая предложила 20-кратное улучшение. в отслеживании производительности. 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 основе VCSEL с низким энергопотреблением и широкими возможностями навигации. Пол Мачин из Logitech в сотрудничестве с Agilent Technologies представил новую технологию - лазерную мышь MX 1000. В этой мыши используется небольшой инфракрасный лазер (VCSEL) вместо светодиода, и она значительно увеличила разрешение изображения, получаемого с помощью мыши. Лазерная подсветка обеспечивает превосходное отслеживание поверхности по сравнению с оптическими мышами со светодиодной подсветкой.
Стеклянные лазерные (или стеклянные) мыши имеют те же возможности, что и лазерные мыши, но гораздо лучше работают на зеркальных или прозрачных стеклянных поверхностях, чем другие оптические мыши. на тех поверхностях. В 2008 году Avago Technologies представила лазерные навигационные датчики, излучатель которых был интегрирован в ИС с использованием технологии VCSEL.
В августе 2009 года компания Logitech представила мыши с двумя лазерами, чтобы лучше отслеживать по стеклу и глянцевым поверхностям; они назвали их лазерным датчиком «Darkfield ».
Производители часто конструируют 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 генерирует импульсы с разной частотой в секунду:
Движение может быть обнаружено в любом из этих состояний; некоторые мыши полностью отключают датчик в спящем состоянии, для чего требуется щелчок кнопки для пробуждения.
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, могут работать от двух батареек AA в течение всего года из-за низкого энергопотребления инфракрасного лазера.
Мыши, предназначенные для использования в условиях низкой задержки и важна высокая скорость отклика, например, при игре в видеоигры, могут отсутствовать функции энергосбережения и потребоваться проводное соединение для повышения производительности. Примерами мышей, которые жертвуют энергосбережением в пользу производительности, являются Logitech G5 и Razer Copperhead.
Оптическая мышь Logitech iFeel использует красный светодиод для проецирования света на поверхность слежения. В отличие от механических мышей, механизмы слежения которых могут забиваться ворсинками, у оптических мышей нет подвижные части (кроме кнопок и колесика прокрутки); поэтому они не требуют никакого обслуживания, кроме удаления мусора, который может скапливаться под излучателем света. Однако они обычно 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 мышей могут отслеживать по глянцевой и прозрачной поверхности и имеют гораздо более высокая чувствительность.
По состоянию на 2006 год механические мыши имели более низкие требования к средней мощности, чем их оптические аналоги; 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, скользких, мягких, липких или рыхлых поверхностях и, как правило, в мобильных условиях, когда не хватает ковриков для мыши. Поскольку оптические мыши передают движение на основе изображения, которое светит светодиод (или инфракрасный диод) , использование с разноцветными ковриками для мыши может привести к ненадежной работе; однако лазерные мыши не страдают этими проблемами и будут отслеживать на таких поверхностях.
