Чем отличаются сенсоры на мышках

Как работает оптическая мышь

Содержание

Содержание

Компьютерная мышь — определенно самый распространенный манипулятор для управления ПК. И если раньше выбор был один — громоздкая пластиковая мышь с шариком, то теперь эти «грызуны» делают из разных материалов, они бывают разных форм и с разной начинкой. Об одном из сенсоров — оптическом — и пойдет речь.

Первая оптическая мышка была создана в 1981 году Стивеном Киршом. Практически параллельно оптическую мышку создал Ричард Лайон, работник Xerox. Однако коммерческого успеха они не добились: для работы девайса требовался специальный коврик. Лишь в 1999 году была выпущена мышь IntelliMouse под маркой Microsoft, которая не нуждалась
в особенных ковриках.

Некоторые ошибочно разделяют оптические и лазерные мыши. Но это в корне неверно: оптические мыши включают в себя два вида — и лазерные, и светодиодные. Принцип работы обоих — одинаков. Различие лишь в источнике подсветки, которым служит или светодиод,
или лазер.

Устройство оптической светодиодной мыши

Установленный под небольшим углом светодиод мыши через пластиковую линзу-призму подсвечивает поверхность, по которой двигают манипулятор. Через другую линзу, которая усиливает отраженный свет, система получения изображений Image Acquisition System (IAS) фотографирует поверхность, подсвеченную светодиодом, с частотой 1 кГц и выше.

Так как в светодиодных мышах свет отражается от неровностей, даже незаметных глазу,
такая мышь не будет работать на идеально гладких поверхностях — зеркале и стекле.

Затем сенсор-процессор обработки изображений (DSP), который обрабатывает информацию
со скоростью 18 миллионов операций в секунду, анализирует поступающие фотографии: происходит разбивка кадра на миниатюрные квадраты. Каждому из них присваивается усредненное значение яркости от 0 до 63, где 0 — черный, а 63 — белый цвет. Мозаика, состоящая из множества таких квадратов, является координатной сеткой и точкой отсчета
для сенсора DSP.

Сенсор передает информацию ПК не напрямую, а через еще одну микросхему, которая обрабатывает щелчки кнопок и прокрутку колесика. Микросхема сводит все данные воедино
и отправляет на компьютер. Драйвер мыши обрабатывает эту информацию, перемещает курсор по экрану и совершает остальные действия.

Процессор отслеживает все изменения поверхности и теней, покадрово сравнивая их, высчитывает результаты перемещения мыши вдоль осей Х и Y и передает их на ПК.
Такая технология получила название оптической корреляции.

Особенности устройства оптической лазерной мыши

В отличие от светодиодных, в таких мышках установлен инфракрасный лазерный диод. Лазер в силу своих физических свойств фокусируется на поверхности точнее: ему не нужны отчетливо видные неровности, отбрасывающие тени. Поэтому работа лазерных мышек возможна даже на зеркальных и стеклянных поверхностях. Остальные этапы процесса
те же, что и у светодиодных мышей.

Плюсом лазерных мышек является низкое энергопотребление по сравнению
со светодиодными. Минусом — лазерные мышки раньше, чем светодиодные теряют «ориентацию» при отрыве от поверхности.

Некоторые оптические мыши имеют сразу два сенсора для более точной работы.

Технические характеристики сенсора мыши

DPI и CPI простыми словами

Первый (и чаще всего единственный) параметр, с которым сталкивается покупатель мышки — максимальное разрешение сенсора или dpi. DPI расшифровывается как количество точек
на дюйм (dots per inch). Этим термином, который изначально относился к принтерной печати, измеряют качество изображения — плотность пикселей чернил на бумаге.

DPI оптической мыши — это расстояние (количество пикселей), на которое сдвинется курсор на экране, если мышь физически передвинется на один дюйм. То есть чем выше dpi, тем на меньшее расстояние нужно сдвинуть мышку, чтобы курсор прошел на экране больший путь. Этот показатель может быть 800, 1200, 2400 и выше.

Во многих игровых мышках dpi можно переключать, а его максимальное значение может достигать внушительных цифр, например, 25 600.

Cpi (counts per inch, количество считываний на дюйм) — минимальное расстояние, которое физически может зарегистрировать сенсор мыши. Этот термин относится именно к оптическим мышкам, и, по сравнению с dpi, он технически корректный.

Но производители в характеристиках указывают именно узнаваемую аббревиатуру dpi вместо правильной, но малоизвестной cpi. По сути, оба термина описывают один и тот же процесс только с разных ракурсов: с точки зрения пользователя, смотрящего на движение курсора
по экрану, и с точки зрения сенсора, считывающего движения мыши. Допустимо рассматривать эти параметры как аналогичные.

Время отклика и частота опроса

Временной отрезок, за который сигнал дойдет от движения мыши до отображения перемещения курсора на экране, называется временем отклика. Этот параметр напрямую зависит от частоты опроса, а также типа подключения мыши к ПК — проводное, беспроводное.

Следующий важный параметр сенсора — частота опроса. Она показывает, как часто сенсор оценивает информацию о текущем местоположении мыши по сравнению с исходным, т.е. частоту фотографирования поверхности. Чем выше опросная частота, тем более плавно движется курсор на экране. Например, при частоте опроса 500 Гц время отклика — 2 мс,
а при 1000 Гц — 1 мс.

В топовых игровых мышках этот показатель может достигать
15 кГц и выше.

Скорость

Скорость сенсора измеряется в дюймах в секунду (ips — inch per second). Показывает максимальную дистанцию, которую пройдет мышка за одну секунду, не теряя отслеживания.
У обычных мышек этот параметр составляет 120–150 ips или 3-4 м/с. Большего и не требуется: попробуйте переместить девайс с такой скоростью и у вас не хватит места на столе.

В геймерских манипуляторах умудряются довести значения до 450 ips и выше, что эквивалентно 10 м/с. Не каждый человек сможет физически развить такую скорость сенсора.

Ускорение (G)

Отвечает за то, как быстро изменяется скорость сенсора от нуля до максимального значения. При резких движениях мыши курсор может срываться улетать в сторону. Чем выше показатель ускорения девайса, тем сильнее защита от срыва курсора.

Ускорение (G) оптической мыши равнозначно ускорению свободного падения и составляет 9,81 м/с2.

Максимальные значения ускорения для большинства игроков составляют 20–30 G,
но производители доводят параметр до планки 50 G (около 500 м/с2) и выше. Это значение превышает человеческие возможности: геймер никогда не сможет развить
такое ускорение мышью.

Зачем нужны такие рекорды? Во-первых, чем выше значения скорости и ускорения, тем выше точность и плавность работы сенсора мыши. Это особенно важно для киберспортсменов. Во-вторых, внушительные цифры всегда идут на пользу маркетингу.

Cкорость и ускорение компьютерной мышки не менее важные параметры для геймеров, чем время отклика или разрешение сенсора. Но именно последние указываются в характеристиках девайсов, а про первые — продавцы часто «забывают».

Светодиод

В бюджетных оптических мышах используются красные светодиоды. Они дешевле
в производстве, а кремниевые фотосенсоры более чувствительны к красному цвету.
До недавнего времени отличить светодиодную мышку от лазерной можно было по характерному красному свечению. Однако в современных светодиодных мышках иногда используют светодиоды других цветов, а также бесцветные. Последние девайсы внешне неотличимы от лазерных мышек.

В зависимости от производителя устройство оптики может незначительно меняться: дополнительная линза или вертикальная фокусировка луча, но принцип работы у всех оптических мышек остается прежним.

Разница между оптическими и светодиодными мышками технически невелика. Оба вида компьютерных «грызунов» — одной ценовой категории — обладают схожим принципом работы, параметрами и производительностью.

Выбор между светодиодной и лазерной мышкой — дело вкуса. Не стоить верить утверждениям, что лазерные мыши быстрее и точнее. В данном вопросе лучше опираться на материал изготовления девайса, наличие дополнительных кнопок, визуальную красоту мышки и то, насколько удобно она лежит в руке. Подробнее о выборе мышки можно прочесть тут.

Источник

Лазерная мышь или оптическая — что лучше?

Компьютерные мыши отличаются не только цветами и дизайном. Одним из главных отличий моделей можно считать принцип работы. Разбираемся, какие мыши лучше: оптические или лазерные?

Сердце каждой компьютерной мыши — сенсор, контролирующий передвижение по поверхности.

Принцип их работы схож между собой, отличается только конструкция сенсора. Оптический аксессуар работает на стандартном светодиоде, лазерные же девайсы оснащены специальным инфракрасным излучателем.

Как работают мыши разных типов?

Оптико-светодиодный сенсор состоит из излучателя, специального датчика и микросхемы, которые регистрируют скорость и направление перемещения компьютерной мыши. Работает это следующим образом:

В недорогих девайсах используют светодиоды красного цвета. Это связано с низкой ценой таких излучателей и высокой чувствительностью кремниевых фотоприемников к частотному диапазону излучения в пределах 660 нанометров. В дорогих моделях могут применяться светодиоды прочих цветов, включая спектры, не воспринимаемые глазом.

В лазерных мышках подсветку создает лазерный инфракрасный диод. Тонкий луч передается через сенсор непосредственно на процессор. Инфракрасное излучение позволяет точно фокусироваться на плоскости с более мелкими неровностями, чем может воспринять устройство с обычным источником света.

Лазерные и оптические мыши: главные отличия

Долгое время считалось, что оптические мыши идеальны для офисного использования, а геймерам и дизайнерам лучше подходят лазерные. Однако со временем оптические практически догнали своих «конкурентов» по всем характеристикам: у них тоже высокое разрешение, высокая точность и скорость отклика. Но конструктивные особенности остались прежними, и этим обусловлена их главное отличие.

Лазерные мыши гораздо более безразличны к качеству поверхности. Если вам приходится работать в «походных условиях», двигая мышь то по листу бумаги, то по полированному столу, то по собственной ноге, лазер будет иметь большое преимущество перед оптикой. Мышь со светодиодом не обеспечит вам плавного перемещения, например, по глянцевой поверхности: курсор будет «скакать».

Но, если вы используете мышь на коврике, как и положено, разницы не будет никакой. Разумеется, если речь идет о периферии одной ценовой категории.

Какая мышка лучше: другие отличия

Для тех, кто любит вникнуть в суть, разберемся в характеристиках более подробно. Вас могут убеждать, что лазерные мыши гораздо более «продвинутые», но так ли это важно?

Разрешение

Оптические светодиодные мыши среднего уровня имеют разрешение 800 до 1600 dpi, хорошие игровые имеют регулируемые 200 — 3200 dpi. Манипуляторы с лазерным сенсором охватывают диапазон 1200 — 16000 dpi.

Оптимальное для большинства ПК, ноутбуков, позволяющее работать без задержек — 800 dpi. Именно этот показатель был у первых шариковых мышек, он остается минимальным для манипуляторов и сегодня. Если вы покупаете мышь, чтобы работать в офисе, нет никакой разницы, оптическая она или лазерная.

Время отклика

Время отклика мыши — еще один важный параметр, в первую очередь для геймеров. Оно никак не зависит от типа манипулятора: офисные модели могут иметь отклик порядка 10 мс, игровые — 1 мс.

Скорость

Лазерные манипуляторы обладают хорошей скоростью, в то время как у оптических аналогов она ниже. По сути скорость зависит от разрешения сенсора, размера и разрешения монитора. Например, при одном и том же разрешении сенсора скорость движения по монитору FHD и 4К будет разной. Если вы профессионально играете на большом 4К мониторе, вам пригодится лазерная мышь с 1600 dpi и выше.

Рабочая поверхность

Как мы уже отмечали, лазерная мышка более приспособлена для универсального использования — качество ее работы не ухудшается при смене рабочей площади. Даже на тканевых и стеклянных поверхностях она показывает отличные результаты. Оптическая может «глючить».

Автономность работы

Элемент питания в мышах менять приходится не так часто. Но лазерные модели более экономичны: батарейки хватает на несколько лет даже при ежедневном активном использовании. Конечно, это не решающий аргумент, но все же еще одно отличие между мышами двух типов.

Стоимость

Теоретически лазерные мыши дороже аналогичных оптических. Но сегодня на рынке есть множество разных производителей: продукция менее известных брендов гораздо доступнее, чем признанных лидеров. Поэтому можно купить хорошую лазерную мышь дешевле, чем оптическую.

Лазерная мышь среднего уровня Logitech G G Pro Gaming Mouse

Лазерная мышь или оптическая: что лучше для игр?

Это может показаться странным, но большинство киберспортсменов используют оптические модели мышей. Такие модели более удобны, потому что обеспечивают более стабильное и предсказуемое поведение, а в играх это принципиально важно. В шутерах высокие DPI — это не всегда хорошо. Нелегко целиться во врага, когда малейшее дрожание руки сбивает прицел.

Как отличить лазерную мышь от оптической?

Вид современной компьютерной мыши сложно отличать на глаз. Тип сенсора можно определить, опираясь сразу на несколько параметров:

Для полной достоверности необходимо соответствие минимум трех перечисленных пунктов. При необходимости информацию можно узнать у продавца — консультанта.

Итого: лазерная или оптическая мышь лучше?

Для большинства пользователей тип сенсора не имеет никакого значения. Гораздо более важно обратить внимание на другие параметры: эргономичность, вес, наличие дополнительных кнопок. Выбор игровой мыши — это целая наука. Наши рекомендации по этому поводу ищите в этой статье.

Другие полезные статьи о мышках:

Источник

С точки зрения оптических мышей…

В этой статье мы рассмотрим принципы работы сенсоров оптических мышей, прольем свет на историю их технологического развития, а также развенчаем некоторые мифы, связанные с оптическими «грызунами».

Кто тебя выдумал…

Привычные для нас сегодня оптические мыши ведут свою родословную с 1999 года, когда в массовой продаже появились первые экземпляры таких манипуляторов от Microsoft, а через некоторое время и от других производителей. До появления этих мышей, да и еще долго после этого, большинство массовых компьютерных «грызунов» были оптомеханическими (перемещения манипулятора отслеживались оптической системой, связанной с механической частью — двумя роликами, отвечавшими за отслеживание перемещения мыши вдоль осей × и Y; эти ролики, в свою очередь, вращались от шарика, перекатывающегося при перемещении мыши пользователем). Хотя встречались и чисто оптические модели мышей, требовавшие для своей работы специального коврика. Впрочем, такие устройства встречались не часто, да и сама идея развития подобных манипуляторов постепенно сошла на нет.

Откуда берутся видимые отличия в работе манипуляторов, мы выясним чуть позднее, а пока позвольте приступить к рассмотрению базовых принципов работы оптических мышей, точнее их систем слежения за перемещением.

Как «видят» компьютерные мыши

В этом разделе мы изучим базовые принципы работы оптических систем слежения за перемещением, которые используются в современных манипуляторах типа мышь.

Итак, «зрение» оптическая компьютерная мышь получает благодаря следующему процессу. С помощью светодиода, и системы фокусирующих его свет линз, под мышью подсвечивается участок поверхности. Отраженный от этой поверхности свет, в свою очередь, собирается другой линзой и попадает на приемный сенсор микросхемы — процессора обработки изображений. Этот чип, в свою очередь, делает снимки поверхности под мышью с высокой частотой (кГц). Причем микросхема (назовем ее оптический сенсор) не только делает снимки, но сама же их и обрабатывает, так как содержит две ключевых части: систему получения изображения Image Acquisition System (IAS) и интегрированный DSP процессор обработки снимков.

На основании анализа череды последовательных снимков (представляющих собой квадратную матрицу из пикселей разной яркости), интегрированный DSP процессор высчитывает результирующие показатели, свидетельствующие о направлении перемещения мыши вдоль осей × и Y, и передает результаты своей работы вовне по последовательному порту.

Если мы посмотрим на блок-схему одного из оптических сенсоров, то увидим, что микросхема состоит из нескольких блоков, а именно:

Некоторые детали работы микросхемы оптического сенсора мы рассмотрим чуть далее, когда доберемся к самому совершенному из современных сенсоров, а пока вернемся к базовым принципам работы оптических систем слежения за перемещением манипуляторов.

Нужно уточнить, что информацию о перемещении мыши микросхема оптического сенсора передает через Serial Port не напрямую в компьютер. Данные поступают к еще одной микросхеме-контроллеру, установленной в мыши. Эта вторая «главная» микросхема в устройстве отвечает за реакцию на нажатие кнопок мыши, вращение колеса прокрутки и т.д. Данный чип, в том числе, уже непосредственно передает в ПК информацию о направлении перемещения мыши, конвертируя данные, поступающие с оптического сенсора, в передаваемые по интерфейсам PS/2 или USB сигналы. А уже компьютер, используя драйвер мыши, на основании поступившей по этим интерфейсам информации, перемещает курсор-указатель по экрану монитора.

Именно по причине наличия этой «второй» микросхемы-контроллера, точнее благодаря разным типам таких микросхем, довольно заметно отличались между собой уже первые модели оптических мышей. Если о дорогих устройствах от Microsoft и Logitech слишком плохо отозваться я не могу (хотя и они не были вовсе «безгрешны»), то масса появившихся вслед за ними недорогих манипуляторов вела себя не вполне адекватно. При движении этих мышей по обычным коврикам курсоры на экране совершали странные кульбиты, скакали чуть ли не на пол Рабочего стола, а иногда… иногда они даже отправлялись в самостоятельное путешествие по экрану, когда пользователь совершенно не трогал мышь. Доходило и до того, что мышь могла запросто выводить компьютер из режима ожидания, ошибочно регистрируя перемещение, когда манипулятор на самом деле никто не трогал.

Кстати, если вы до сих пор боретесь с подобной проблемой, то она решается одним махом вот так: выбираем Мой Компьютер > Свойства > Оборудование > Диспетчер устройств > выбираем установленную мышь > заходим в ее «Свойства» > в появившемся окне переходим на закладку «Управление электропитанием» и снимаем галочку с пункта «Разрешить устройству вывод компьютера из ждущего режима» (рис. 4). После этого мышь уже не сможет вывести компьютер из режима ожидания ни под каким предлогом, даже если вы будете пинать ее ногами 🙂

Итак, причина столь разительного отличия в поведении оптических мышей была вовсе не в «плохих» или «хороших» установленных сенсорах, как до сих пор думают многие. Не верьте, это не более чем бытующий миф. Или фантастика, если вам так больше нравится 🙂 В ведущие себя совершенно по-разному мыши часто устанавливались совершенно одинаковые микросхемы оптических сенсоров (благо, моделей этих чипов было не так уж много, как мы увидим далее). Однако вот, благодаря несовершенным чипам контроллеров, устанавливаемых в оптические мыши, мы имели возможность сильно поругать первые поколения оптических грызунов.

Однако, мы несколько отвлеклись от темы. Возвращаемся. В целом система оптического слежения мышей, помимо микросхемы-сенсора, включает еще несколько базовых элементов. Конструкция включает держатель (Clip) в который устанавливаются светодиод (LED) и непосредственно сама микросхема сенсора (Sensor). Эта система элементов крепится на печатную плату (PCB), между которой и нижней поверхностью мыши (Base Plate) закрепляется пластиковый элемент (Lens), содержащий две линзы (о назначении которых было написано выше).

В собранном виде оптический элемент слежения выглядит как показано выше. Схема работы оптики этой системы представлена ниже.

Оптимальное расстояние от элемента Lens до отражающей поверхности под мышью должно попадать в диапазон от 2.3 до 2.5 мм. Это рекомендации производителя сенсоров. Вот вам и первая причина, почему оптические мыши плохо себя чувствуют «ползая» по оргстеклу на столе, всевозможным «полупрозрачным» коврикам и т. п. И не стоит клеить на оптические мыши «толстые» ножки, когда отваливаются или стираются старые. Мышь из-за чрезмерного «возвышения» над поверхностью может впадать в состояние ступора, когда «расшевелить» курсор после пребывания мыши в состоянии покоя становится довольно проблематично. Это не теоретические измышления, это личный опыт 🙂

Кстати, о проблеме долговечности оптических мышей. Помниться, некоторые их производители утверждали что, дескать «они будут служить вечно». Да надежность оптической системы слежения высока, она не идет ни в какое сравнение с оптомеханической. В то же время в оптических мышах остается много чисто механических элементов, подверженных износу точно так же, как и при господстве старой доброй «оптомеханики». Например, у моей старой оптической мыши стерлись и поотваливались ножки, сломалось колесо прокрутки (дважды, в последний раз безвозвратно :(), перетерся провод в соединительном кабеле, с манипулятора слезло покрытие корпуса… зато вот оптический сенсор нормально работает, как ни в чем не бывало. Исходя из этого, мы смело можем констатировать, что слухи о якобы впечатляющей долговечности оптических мышей не нашли своего подтверждения на практике. Да и зачем, скажите на милость, оптическим мышам «жить» слишком долго? Ведь на рынке постоянно появляются новые, более совершенные модели, созданные на новой элементной базе. Они заведомо совершеннее и удобнее в использовании. Прогресс, знаете ли, штука непрерывная. Каким он был в области эволюции интересующих нас оптических сенсоров, давайте сейчас и посмотрим.

Из истории мышиного зрения

Инженеры-разработчики компании Agilent Technologies, Inc. не зря едят свой хлеб. За пять лет оптические сенсоры этой компании претерпели существенные технологические усовершенствования и последние их модели обладают весьма впечатляющими характеристиками.

Но давайте обо всем по порядку. Первыми массово выпускаемыми оптическими сенсорами стали микросхемы HDNS-2000 (рис. 8). Эти сенсоры имели разрешение 400 cpi (counts per inch), то бишь точек (пикселей) на дюйм, и были рассчитаны на максимальную скорость перемещения мыши в 12 дюймов/с (около 30 см/с) при частоте осуществления снимков оптическим сенсором в 1500 кадров за секунду. Допустимое (с сохранением стабильной работы сенсора) ускорение при перемещении мыши «в рывке» для чипа HDNS-2000 — не более 0.15 g (примерно 1.5 м/с 2 ).

Затем на рынке появились микросхемы оптических сенсоров ADNS-2610 и ADNS-2620. Оптический сенсор ADNS-2620 уже поддерживал программируемую частоту «съемки» поверхности под мышью, с частотой в 1500 либо 2300 снимков/с. Каждый снимок делался с разрешением 18х18 пикселей. Для сенсора максимальная рабочая скорость перемещения по прежнему была ограничена 12 дюймами в секунду, зато ограничение по допустимому ускорению возросло до 0.25 g, при частоте «фотографирования» поверхности в 1500 кадров/с. Данный чип (ADNS-2620) также имел всего 8 ножек, что позволило существенно сократить его размеры по сравнению с микросхемой ADNS-2610 (16 контактов), внешне похожей на HDNS-2000. В Agilent Technologies, Inc. задались целью «минимизировать» свои микросхемы, желая сделать последние компактнее, экономнее в энергопотреблении, а потому и удобнее для установки в «мобильные» и беспроводные манипуляторы.

Микросхема ADNS-2610 хотя и являлась «большим» аналогом 2620-й, но была лишена поддержки «продвинутого» режима 2300 снимков/с. Кроме того, этот вариант требовал 5В питания, тогда как чип ADNS-2620 обходился всего 3.3 В.

Вышедший вскоре чип ADNS-2051 представлял собой гораздо более мощное решение, чем микросхемы HDNS-2000 или ADNS-2610, хотя внешне (упаковкой) был также на них похож. Этот сенсор уже позволял программируемо управлять «разрешением» оптического датчика, изменяя таковое с 400 до 800 сpi. Вариант микросхемы также допускал регулировку частоты снимков поверхности, причем позволял менять ее в очень широком диапазоне: 500, 1000,1500, 2000 или 2300 снимков/с. А вот величина этих самых снимков составляла всего 16х16 пикселей. При 1500 снимках/с предельно допустимое ускорение мыши при «рывке» составляло по прежнему 0.15 g, максимально возможная скорость перемещения — 14 дюймов/с (т. е. 35.5 см/с). Данный чип был рассчитан на напряжение питания 5 В.

Сенсор ADNS-2030 разрабатывался для беспроводных устройств, а потому имел малое энергопотребление, требуя всего 3.3 В питания. Чип также поддерживал энергосберегающие функции, например функцию снижения потребления энергии при нахождении мыши в состоянии покоя ( power conservation mode during times of no movement), переход в режим «сна», в том числе при подключении мыши по USB интерфейсу, и т.д.. Мышь, впрочем, могла работать и не в энергосберегающем режиме: значение «1» в бите Sleep одного из регистров чипа заставляло сенсор «всегда бодрствовать», а значение по умолчанию «0» соответствовало режиму работы микросхемы, когда по прошествии одной секунды, если мышь не перемещалась (точнее после получения 1500 совершенно одинаковых снимков поверхности) сенсор, напару с мышью, переходил в режим энергосбережения. Что касается остальных ключевых характеристик сенсора, то они не отличались от таковых у ADNS-2051: тот же 16-и контактный корпус, скорость перемещения до 14 дюймов/с при максимальном ускорении 0.15 g, программируемое разрешение 400 и 800 cpi соответственно, частоты осуществления снимков могли быть точно такими же, как и у вышерассмотренного варианта микросхемы.

Такими были первые оптические сенсоры. К сожалению, им были свойственны недостатки. Большой проблемой, возникающей при передвижением оптической мыши по поверхностям, особенно с повторяющимся мелким рисунком, являлось то, что процессор обработки изображений порой путал отдельные похожие участки монохромного изображения, получаемые сенсором и неверно определял направление перемещения мыши.

В итоге и курсор на экране перемещался не так, как требовалось. Указатель на экране даже становился способен на экспромт 🙂 — на непредсказуемые перемещения в произвольном направлении. Кроме того, легко догадаться, что при слишком быстром перемещении мыши сенсор мог вообще утратить всякую «связь» между несколькими последующими снимками поверхности. Что порождало еще одну проблему: курсор при слишком резком перемещении мыши либо дергался на одном месте, либо происходили вообще «сверхъестественные» 🙂 явления, например, с быстрым вращением окружающего мира в игрушках. Было совершенно ясно, что для человеческой руки ограничений в 12-14 дюймов/с по предельной скорости перемещения мыши явно мало. Также не вызывало сомнений, что 0.24 с (почти четверть секунды), отведенные для разгона мыши от 0 до 35.5 см/с (14 дюймов/с — предельная скорость) это очень большой промежуток времени, человек способен двигать кистью значительно быстрее. И потому при резких движениях мыши в динамичных игровых приложениях с оптическим манипулятором может придтись несладко…

Понимали это и в Agilent Technologies. Разработчики осознавали, что характеристики сенсоров надо кардинально улучшать. В своих изысканиях они придерживались простой, но правильной аксиомы: чем больше снимков в секунду сделает сенсор, тем меньше вероятность того, что он потеряет «след» перемещения мыши во время совершения пользователем компьютера резких телодвижений 🙂

Хотя, как мы видим из вышеизложенного, оптические сенсоры и развивались, постоянно выпускались новые решения, однако развитие в этой области можно смело назвать «очень постепенным». По большому счету, кардинальных изменений в свойствах сенсоров так и не происходило. Но техническому прогрессу в любой области порой свойственны резкие скачки. Случился такой «прорыв» и в области создания оптических сенсоров для мышей. Появление оптического сенсора ADNS-3060 можно считать действительно революционным!

Лучший из

Общая схема анализа перемещений мыши не изменилась по сравнению с более ранними моделями — полученные блоком IAS сенсора микроснимки поверхности под мышью обрабатываются затем интегрированным в этой же микросхеме DSP (процессором), который определяет направление и дистанцию перемещения манипулятора. DSP вычисляет относительные величины смещения по координатам × и Y, относительно исходной позиции мыши. Затем внешняя микросхема контролера мыши (для чего он нужен, мы говорили ранее) считывает информацию о перемещении манипулятора с последовательного порта микросхемы оптического сенсора. Затем уже этот внешний контроллер транслирует полученные данные о направлении и скорости перемещения мыши в передаваемые по стандартным интерфейсам PS/2 или USB сигналы, которые уже от него поступают к компьютеру.

Но вникнем чуть глубже в особенности работы сенсора. Блок-схема чипа ADNS-3060 представлена выше. Как видим, принципиально его структура не изменилась, по сравнению с далекими «предками». 3.3 В питание к сенсору поступает через блок Voltage Regulator And Power Control, на этот же блок возложена функции фильтрации напряжения, для чего используется подключение к внешнему конденсатору. Поступающий с внешнего кварцевого резонатора в блок Oscillator сигнал (номинальная частота которого 24 МГц, для предыдущих моделей микросхем использовались более низкочастотные задающие генераторы) служит для синхронизации всех вычислительных процессов, протекающих внутри микросхемы оптического сенсора. Например, частота снимков оптического сенсора привязана к частоте этого внешнего генератора (кстати, на последний наложены не весьма жесткие ограничения по допустимым отклонениям от номинальной частоты — до +/- 1 МГц). В зависимости от значения, занесенного по определенному адресу (регистру) памяти чипа, возможны следующие рабочие частоты осуществления снимков сенсором ADNS-3060.

Доступная оптическая мышь для офиса и дома Oklick 695MW Black-Silver

Как нетрудно догадаться, исходя из данных в таблице, определение частоты снимков сенсора осуществляется по простой формуле: Частота кадров = (Задающая частота генератора (24 МГц)/Значение регистра отвечающего за частоту кадров).

Осуществляемые сенсором ADNS-3060 снимки поверхности (кадры) имеют разрешение 30х30 и представляют собой все ту же матрицу пикселей, цвет каждого из которых закодирован 8-ю битами, т.е. одним байтом (соответствует 256 градациям серого для каждого пикселя). Таким образом, каждый поступающий в DSP процессор кадр (фрейм) представляет собой последовательность из 900 байт данных. Но «хитрый» процессор не обрабатывает эти 900 байт кадра сразу по поступлении, он ждет, пока в соответствующем буфере (памяти) накопится 1536 байт сведений о пикселях (то есть добавится информация еще о 2/3 последующего кадра). И только после этого чип приступает к анализу информации о перемещении манипулятора, путем сравнения изменений в последовательных снимках поверхности.

С разрешением 400 или 800 пикселей на дюйм их осуществлять, указывается в бите RES регистров памяти микроконтроллера. Нулевое значение этого бита соответствует 400 cpi, а логическая единица в RES переводит сенсор в режим 800 cpi.

После того как интегрированный DSP процессор обработает данные снимков, он вычисляет относительные значения смещения манипулятора вдоль осей × и Y, занося конкретные данные об этом в память микросхемы ADNS-3060. В свою очередь микросхема внешнего контроллера (мыши) через Serial Port может «черпать» эти сведения из памяти оптического сенсора с частой примерно раз в миллисекунду. Заметьте, только внешний микроконтроллер может инициализировать передачу таких данных, сам оптический сенсор никогда не инициирует такую передачу. Поэтому вопрос оперативности (частоты) слежения за перемещением мыши во многом лежит на «плечах» микросхемы внешнего контроллера. Данные от оптического сенсора передаются пакетами по 56 бит.

Ну а блок Led Cотtrоl, которым оборудован сенсор, ответственен за управление диодом подсветки — путем изменения значения бита 6 (LED_MODE) по адресу 0x0a микропроцессор оптосенсора может переводить светодиод в два режима работы: логический «0» соответствует состоянию «диод всегда включен», логическая «1» переводит диод в режим «включен только при необходимости». Это важно, скажем, при работе беспроводных мышей, так как позволяет экономить заряд их автономных источников питания. Кроме того, сам диод может иметь несколько режимов яркости свечения.

Лазерное будущее?

Недавно сеть наполнили хвалебные статьи о мыши Logitech MX1000 Laser Cordless Mouse, в которой для подсветки поверхности под мышью использовался инфракрасный лазер. Обещалась чуть ли не революция в сфере оптических мышей. Увы, лично попользовавшись этой мышью, я убедился, что революции не произошло. Но речь не об этом.

Я не разбирал мышь Logitech MX1000 (не имел возможности), но уверен, что за «новой революционной лазерной технологией» стоит наш старый знакомый — сенсор ADNS-3060. Ибо, по имеющимся у меня сведениям, характеристики сенсора этой мыши ничем не отличаются от таковых у, скажем, модели Logitech МХ510. Вся «шумиха» возникла вокруг утверждения на сайте компании Logitech о том, что с помощью лазерной системы оптического слежения выявляется в двадцать раз (!) больше деталей, чем с помощью светодиодной технологии. На этой почве даже некоторые уважаемые сайты опубликовали фотографии неких поверхностей, дескать, как видят их обычные светодиодные и лазерные мыши 🙂

Конечно, эти фото (и на том спасибо) были не теми разноцветными яркими цветочками, с помощью которых нас пыталась убедить на сайте Logitech в превосходстве лазерной подсветки системы оптического слежения. Нет, конечно же, оптические мыши не стали «видеть» ничего подобного на приведенные цветные фотографии с разной степенью детализации — сенсоры по-прежнему «фотографируют» не более чем квадратную матрицу серых пикселей, отличающихся между собой лишь разной яркостью (обработка информации о расширенной цветовой палитре пикселей непомерным грузом легла бы на DSP).

Давайте прикинем, для получения в 20 раз более детализированной картинки, нужно, извините за тавтологию, в двадцать раз больше деталей, передать которые могут только дополнительные пиксели изображения, и ни что иное. Известно, что Logitech MX 1000 Laser Cordless Mouse делает снимки 30х30 пикселей и имеет предельное разрешение 800 cpi. Следовательно, ни о каком двадцатикратном росте детализации снимков речи быть не может. Где же собака порылась :), и не являются ли подобные утверждения вообще голословными? Давайте попробуем разобраться, что послужило причиной появления подобного рода информации.

Как известно, лазер излучает узконаправленный (с малым расхождением) пучок света. Следовательно, освещенность поверхности под мышью при применении лазера гораздо лучше, чем при использовании светодиода. Лазер, работающий в инфракрасном диапазоне, был выбран, вероятно, чтобы не слепить глаза возможным все-таки отражением света из-под мыши в видимом спектре. То, что оптический сенсор нормально работает в инфракрасном диапазоне не должно удивлять — от красного диапазона спектра, в котором работает большинство светодиодных оптических мышей, до инфракрасного —«рукой подать», и вряд ли для сенсора переход на новый оптический диапазон был труден. Например, в манипуляторе Logitech MediaPlay используется светодиод, однако также дающий инфракрасную подсветку. Нынешние сенсоры без проблем работают даже с голубым светом (существуют манипуляторы и с такой подсветкой), так что спектр области освещения — для сенсоров не проблема. Так вот, благодаря более сильной освещенности поверхности под мышью, мы вправе предположить, что разница между местами, поглощающими излучение (темными) и отражающими лучи (светлыми) будет более значительной, чем при использовании обычного светодиода — т.е. изображение будет более контрастными.

И действительно, если мы посмотрим на реальные снимки поверхности, сделанные обычной светодиодной оптической системой, и системой с использованием лазера, то увидим, что «лазерный» вариант куда более контрастен — отличия между темными и яркими участками снимка более значительны. Безусловно, это может существенно облегчить работу оптическому сенсору и, возможно, будущее именно за мышами с лазерной системой подсветки. Но назвать подобные «лазерные» снимки в двадцать раз более детализированными вряд ли можно. Так что это еще один «новорожденный» миф.

Какими будут оптические сенсоры ближайшего будущего? Сказать трудно. Вероятно, они перейдут таки на лазерную подсветку, а в Сети уже ходят слухи о разрабатываемом сенсоре с «разрешением» 1600 cpi. Нам остается только ждать.

Источник