Эволюция датчиков перемещения компьютерной мыши

№38-1,

технические науки

В данной статье рассмотрены основные виды датчиков компьютерной мыши, предназначенные для отслеживания её передвижений относительно рабочей поверхности. Рассказано как о самых старых технологиях, так и совсем новых, только набирающих обороты.

Похожие материалы

Что все мы не выпускаем из рук, сидя за компьютером? Чем мы запускаем программы, открываем/закрываем папки и двигаем окна? Что служит нам идеальным инструментом для серфинга в интернете? Конечно же, манипулятор мышь. На данный момент, нет устройства более подходящего для управления компьютером, чем мышь. Да, сейчас получили широкое распространение сенсорные экраны и многие другие способы ввода информации, но, исходя из соображений эргономики, большинство пользователей все равно выбирает мышь.

Корни этого манипулятора уходят в для кого-то далекий, а для кого-то не очень 1968 год. Именно тогда, 9 декабря, она была представлена на Калифорнийской выставке интерактивных устройств. Спустя пару лет изобретатель Дуглас Энгельбарт, которому и принадлежала идея, получил патент на этот гаджет (рис. 1).

Первая компьютерная мышь

Рисунок 1. Первая компьютерная мышь

Как можно увидеть из рисунка выше, это была неуклюжая и неудобная деревянная коробка, конструкция которой имела уйму недостатков. Перемещения мыши отслеживались при помощи двух колес, расположенных перпендикулярно друг другу, выступающих из корпуса и вращающихся каждое в своем направлении. Такой тип привода принято называть прямым. К слову, от него довольно быстро отказались в пользу шарового привода, который имел очень продолжительный жизненный цикл, так что давайте остановимся на нем чуть подробнее.

Шаровой привод является уже более сложным решением, принцип действия которого заключается в следующем. Движение мыши (рис. 2) по поверхности стола или коврика отслеживается с помощью выступающего из корпуса стального шарика, покрытого резиной.

Компьютерная мышь с шаровым приводом

Рисунок 2. Компьютерная мышь с шаровым приводом

Его внушительный вес и та самая резина обеспечивают очень хорошее сцепление с рабочей поверхностью и минимизируют вероятность возникновения фантомных данных о перемещении. Внутри мыши расположены два ролика, прижатых к шару, которые считывают его движения и передают их на инкрементальные энкодеры (датчики угла поворота), которые в свою очередь преобразуют данные о передвижении в электрические сигналы. Конструкция, в принципе, достаточно удобна и надежна, но свои недостатки все же имела, ввиду чего и была со временем вытеснена более совершенными устройствами, речь о которых пойдет чуть ниже. Основным же недостатком шарового привода было загрязнение шарика и роликов, считывающих информацию, из-за чего приходилось периодически производить чистку механизма.

Следующим витком эволюции в «мышиных» датчиках стал оптический привод первого поколения. В чем же заключалась его особенность и чем он был лучше шарового? Оптические датчики непосредственно отслеживают перемещение рабочей поверхности относительно мыши. Отказ в конструкции от механической составляющей дал серьезный прирост в надежности устройства и позволил увеличить разрешающую способность датчиков. Первое поколение, о котором идет речь, было представлено множеством самых разнообразных схем, но все они имели одну общую черту. Все они состояли из оптопарных датчиков с непрямой оптической связью, т.е. имели два диода, один из которых излучал свет, а второй воспринимал отражение. И все бы ничего, если не один существенный минус, а именно: такие датчики требовали обязательного наличия на рабочей поверхности (в данном случае, коврике) специальной разметки в виде перпендикулярных или ромбовидных линий. Разумеется, не всем это было по душе, так как коврик мог порваться или просто загрязниться от рук пользователя, ввиду чего сенсоры начинали работать не совсем корректно. И покупка нового коврика зачастую также не была решением проблемы, так как многие мыши требовали для себя именно свой, специальный коврик, которые отдельно не продавали, только вкупе с мышью.

Все это, в конечном итоге, привело к созданию второго поколения оптических датчиков, которые являются уже гораздо более сложной конструкцией. Внизу такой мыши установлена специальная, очень быстрая камера, способная делать несколько тысяч кадров в секунду (рис. 3).

Камера мыши с оптическим датчиком второго поколения

Рисунок 3. Камера мыши с оптическим датчиком второго поколения

Камера непрерывно делает снимки рабочей поверхности, сравнивает их и на основе полученных данных определяет направление перемещения мыши. Контрастная светодиодная подсветка (в большинстве своем, красного цвета) облегчает эту задачу. Бесспорным преимуществом данной модели является возможность её работы практически на любой поверхности, за исключением прозрачных и зеркальных. Мышь не требует никакой специальной разметки и коврика, однако, многие до сих пор используют коврик, но уже чисто для удобства или эстетики рабочего места. На данный момент, эта конструкция является самой распространенной на рынке. Недостатков второе поколение оптических датчиков практически не имеет, разве что мелкие пылинки или ворс на датчике могут привести к небольшим движениям курсора в состоянии покоя самой мыши. Эта проблема решается простым продуванием нижней поверхности мыши, так что даже переживать из-за этого не стоит. Но, несмотря, ни на что инженеры всего мира не бездействуют и продолжают как совершенствовать этот вариант, так и изобретать новые. Давайте поговорим еще о паре датчиков, которые тоже постепенно завоевывают место на столе у нас с вами.

Оптический лазерный датчик (рис. 4). Эволюция оптического датчика, использующая для подсветки полупроводниковый лазер. О недостатках пока мало что известно, но преимущества на лицо: увеличенная надежность и разрешение, заметно более низкое энергопотребление. В широкий обиход войти еще не успели, но так всегда и происходит с любым изобретением в области техники.

Лазерный датчик

Рисунок 4. Лазерный датчик

Гироскопическая мышь (рис. 5). Такая мышь отслеживает передвижение себя не только на поверхности, но и в трехмерном пространстве. Её можно взять в руки и, двигая ею в воздухе, управлять курсором.

Гироскопическая мышь от компании Buffalo

Рисунок 5. Гироскопическая мышь от компании Buffalo

Странно, непривычно… Гироскопические датчики непрестанно совершенствуются, но широкого распространения пока не получили, пользователи все-таки предпочитают работать на компьютере, двигая мышь по столу стандартным образом, а не размахивая руками вокруг себя. Время покажет, что будет дальше, а пока имеем то, что имеем.

Список литературы

  1. Волков С.В. Современные технические решения и проблемы в обеспечении комплексной безопасности / С.В. Волков, В.И. Кулапин, А.В. Светлов // Надежность и качество сложных систем. – 2014. №4. – С. 61-68.
  2. Максимов Е.Ю. Сопряжение компьютера со специальным внешним устройством / Е.Ю. Максимов, А.Н. Карамышев, И.Ю. Наумова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. – 2007. – Т. 1. – С. 131-134