광학식 마우스

Optical mouse
Microsoft 무선 광학 마우스

광학 마우스는 표면에 대한 움직임을 감지하기 위해 광원(일반적으로 발광 다이오드(LED) 및 광검출기 배열과 같은 광검출기를 사용하는 컴퓨터 마우스입니다.광학식 마우스의 변형은 움직임을 감지하기 위해 움직이는 부품을 사용하는 이전의 기계식 마우스 디자인을 크게 대체했습니다.

최초의 광학식 마우스는, 인쇄 끝난 마우스 패드의 표면에서 움직임을 검출했습니다.현대의 광학 마우스는 종이와 같은 대부분의 불투명 확산 반사 표면에서 작동하지만, 대부분의 마우스는 광택이 나는 돌이나 유리와 같은 투명한 표면에서는 제대로 작동하지 않습니다.다크 필드 조명을 사용하는 광학 마우스는 이러한 표면에서도 안정적으로 작동할 수 있습니다.

기계 마우스

주요 기사:기계식 마우스

일반적으로 광학 마우스는 아니지만 거의 모든 기계 마우스는 LED와 포토다이오드를 사용하여 움직임을 추적하여 적외선 빔이 고무로 된 공에 의해 구동되는 한 쌍의 증분 회전 인코더 휠(왼쪽/오른쪽, 앞/뒤쪽)의 구멍을 통과하거나 통과하지 않는 경우를 감지했습니다.따라서, "광학 마우스"의 주요 차이점은 광학을 사용하는 것이 아니라, 마우스 움직임을 추적하기 위한 움직이는 부분이 완전히 부족하다는 것이다. 대신, 완전히 고체 시스템을 사용한다.

초기 광학 마우스

Williams와 Cherry의 반전 패키징 디자인이 개발되기 전의 초기 Xerox 광학 마우스 칩

1980년 12월 두 명의 독립 발명가에 의해 처음 시연된 두 개의 광학 마우스는 서로 다른 기본 [1][2][3]설계를 가지고 있었다.그 중 하나는 MIT and Mouse Systems Corporation의 [4][5]Steve Kirsch에 의해 발명되었으며, 적외선 LED와 4 사분원 적외선 센서를 사용하여 특수 금속 표면에 적외선 흡수 잉크로 인쇄된 격자 선을 감지했습니다.마우스 CPU의 예측 알고리즘은 그리드를 통해 속도와 방향을 계산했습니다.다른 하나는 리처드 F에 의해 발명되었다. Lyon of Xerox는 16픽셀 가시광선 이미지 센서를 사용하여 동일한 n타입([6][7]5µm)의 MOS 집적회로 칩에 동작검출을 내장하고 인쇄용지 또는 유사한 마우스 [8]패드의 어두운 영역에서 빛 점의 움직임을 추적했습니다.Kirsch와 Lyon 마우스는 매우 다른 행동을 했습니다. Kirsch 마우스는 패드에 내장된 x-y 좌표계를 사용했고 패드를 회전시켰을 때 제대로 작동하지 않았습니다. 반면 Lyon 마우스는 기계식 마우스와 마찬가지로 마우스 본체의 x-y 좌표계를 사용했습니다.

Microsoft Wireless IntelliMouse 탐색기의 광학 센서 (v.1.0)A)

최종적으로 Xerox STAR 오피스 컴퓨터와 함께 판매된 광학 마우스는 Lisa M이 특허를 취득한 역센서 칩 패키징 방식을 사용했습니다.윌리엄스와 로버트 S.Xerox 마이크로일렉트로닉스 센터의 체리.[9]

최신 광학 마우스

IntelliMouse Explorer 센서 실리콘 다이 현미경 사진

현대의 표면 독립형 광학 마우스는 광전자 센서(본질적으로 작은 저해상도 비디오 카메라)를 사용하여 마우스가 작동하는 표면의 연속적인 이미지를 촬영합니다.컴퓨팅 파워가 저렴해짐에 따라, 마우스 자체에 보다 강력한 특수 목적의 화상 처리 칩을 내장하는 것이 가능해졌다.이를 통해 마우스는 다양한 표면에서 상대적인 움직임을 감지할 수 있게 되어 마우스 움직임을 커서의 움직임으로 변환하여 특별한 마우스 패드가 필요하지 않게 되었습니다.표면에 의존하지 않는 간섭성 광마우스 디자인은 Stephen B에 의해 특허 취득되었습니다.1988년 [10]제록스의 잭슨이요

시판되고 있는 최초의 현대적인 광학 컴퓨터 마우스는,[11] 1999년에 Hewlett-Packard에 의해서 개발된 테크놀로지를 사용해 도입된 IntelliMouse 와 IntelliMouse Explorer 입니다.그것은 거의 모든 표면에서 작동했고, 먼지를 줍고, 변덕스럽게 추적하고, 거칠게 다루게 하고, 자주 분해하고 청소해야 하는 기계식 마우스에 비해 반가운 향상을 나타냈다.다른 제조업체들은 곧 HP의 분사 Agilent Technologies가 제조한 부품을 사용하여 Microsoft의 선례를 따랐고, 이후 몇 년 동안 기계식 마우스는 더 이상 사용되지 않게 되었습니다.

S5085 광학 센서 IC 다이(CMOS 센서 + 드라이버)

현대의 광학 컴퓨터 마우스의 기초가 되는 기술은 디지털 이미지 상관관계로 알려져 있으며, 방위산업이 군사 목표물을 추적하기 위해 개척한 기술이다.1980 Lyon 광학 마우스에서는 디지털 이미지 상관 관계의 간단한 이진 이미지 버전이 사용되었습니다.광학식 마우스는 목재, 천, 마우스 패드, 포미카 등의 소재에서 자연스럽게 발생하는 텍스처를 이미지 센서를 이용해 촬영한다.이 표면들은 발광 다이오드에 의해 방목 각도로 비추면 석양에 비치는 언덕 지형을 닮은 뚜렷한 그림자를 던집니다.이러한 표면의 이미지는 연속적으로 캡처되고 마우스가 얼마나 이동했는지 확인하기 위해 서로 비교됩니다.

광학 마우스에서 광학 흐름이 어떻게 사용되는지 이해하기 위해 서로 약간의 오프셋을 제외하고 동일한 물체의 두 사진을 상상해 보십시오.두 사진을 모두 라이트 테이블 위에 올려 투명하게 만든 후 이미지가 정렬될 때까지 서로 밀어 넣습니다.한 사진의 가장자리가 다른 사진의 가장자리에 돌출되어 있는 양은 이미지 사이의 오프셋을 나타내며 광학 컴퓨터 마우스의 경우 마우스가 이동한 거리를 나타냅니다.

광학 마우스는 초당 1,000개 이상의 연속 이미지를 캡처합니다.마우스의 이동 속도에 따라 각 이미지는 이전 이미지와 몇 개의 픽셀에서 몇 개의 픽셀만큼 오프셋됩니다.광학 마우스는 교차 상관 관계를 사용하여 이러한 이미지를 수학적으로 처리하여 각각의 연속된 이미지가 이전 이미지와 얼마나 오프셋되는지 계산합니다.

광학 마우스는 단색 픽셀의 18 × 18 픽셀 배열을 가진 이미지 센서를 사용할 수 있습니다.이 센서는 일반적으로 이미지 저장 및 처리에 사용되는 것과 동일한 ASIC를 공유합니다.한 가지 개선사항은 이전 모션의 정보를 사용하여 상관 프로세스를 가속화하는 것이며, 다른 개선사항은 보간 또는 프레임 스킵을 추가하여 느리게 이동할 때 데드밴드를 방지하는 것입니다.

Hewlett-Packard사의 최신 광학 마우스 개발은 1990년대 HP Laboratories의 일련의 관련 프로젝트에 의해 지원되었습니다.1992년에 William Holland는 미국 특허 508만9712개를 받았으며 John Ertel, William Holland, Kent Vincent, Rueiming Jamp 및 Richard Baldwin은 종이 섬유의 이미지를 상호 연관시켜 프린터의 선형 용지 진도를 측정한 공로로 US 특허 5,14980개를 받았습니다.로스 R.앨런, 데이비드 비어드, 마크 T. 스미스, 바클레이 J.툴리스는 항법 센서가 이동한 표면의 미세한 고유 특징, 그리고 선형(문서) 이미지의 각 끝의 위치 측정을 사용하여 검출 및 상관관계를 갖는 2차원 광학 항법(즉, 위치 측정) 원칙에 대해 미국 특허 5,578,813(1996)과 5,644,139(1997)를 받았다.를 눌러 문서의 이미지를 재구성합니다.이것은 HP CapShare 920 핸드헬드 스캐너에서 사용되는 프리핸드 스캔 개념입니다.현대 컴퓨터 마우스에서 사용되는 휠, 볼, 롤러의 한계를 명확하게 극복한 광학 수단을 기술함으로써 광학 마우스를 기대했다.이러한 특허는 Travis N. Blalock, Richard A에게 수여된 US 특허 5,729,008(1998)의 기초가 되었습니다.바움가르트너, 토마스 호나크, 마크 T. 스미스, 바클레이 J.표면 특징 화상 검출, 화상 처리, 화상 상관을 집적회로에 의해 실현해 위치 측정을 실현한 툴리스.HP DesignJet 대형 포맷 프린터에서 미디어(종이)의 정확한 2D 측정에 광학 내비게이션 적용에 필요한 2D 광학 내비게이션의 정밀도는 2001년 Raymond G. Beausoleil, Jr. 및 Ross R.에게 수여된 미국 특허 6,195,475에서 더욱 개선되었습니다.알렌.

문서 스캔 애플리케이션(Allen 등)의 이미지 재구성은 1/600인치 정도의 광학 탐색기에 의한 해상도를 필요로 하는 반면, 컴퓨터 마우스에서의 광학 위치 측정의 구현은 낮은 해상도로 탐색하는 데 내재된 비용 절감의 이점을 누릴 수 있다.시각 피드백을 컴퓨터 디스플레이의 커서 위치 사용자에게 제공합니다.2002년 게리 고든, 데릭 니, 라지예프 바달, 제이슨 하트러브는 이미지 상관관계를 이용해 위치를 측정한 광학 컴퓨터 마우스로 미국 특허 6,433,780을[12] 받았다.일부 소형 트랙패드(Blackberry 스마트폰의 트랙패드 등)는 광학 마우스처럼 작동합니다.

광원

LED 마우스

파란색 LED 기반 V-마우스 VM-101

광학 마우스는 처음 대중화되었을 때 조명용으로 발광 다이오드(LED)를 사용하는 경우가 많았다.광학 마우스 LED의 색상은 다양하지만 빨간색이 가장 일반적입니다. 빨간색 다이오드는 저렴하고 실리콘 광검출기는 빨간색 빛에 매우 민감하기 때문입니다.IR LED도 널리 [13]사용되고 있습니다.오른쪽에 표시된 V-Mouse VM-101의 파란색 LED와 같은 다른 색상이 사용될 수 있습니다.

레이저 마우스

CCD는 인간의 눈보다 넓은 광파장 범위에 민감하기 때문에 육안으로는 보이지 않지만 이 레이저 마우스가 만들어내는 빛은 보라색으로 포착된다.

레이저 마우스는 LED 대신 적외선 레이저 다이오드를 사용하여 센서 아래 표면을 비춥니다.1998년부터 Sun Microsystems는 Sun SPARCstation 서버와 워크스테이션에 [14]레이저 마우스를 제공했습니다.그러나 추적 성능이 20배 향상된 850nm VCSEL 기반의 레이저 기반 마우스를 Doug Baney가 이끄는 Agilent Laboratories, Palo Alto 팀이 개발한 이후인 2004년까지 레이저 마우스는 주류 소비자 시장에 진입하지 못했습니다.동시에, 마셜 T.Depue와 Douglas M. Baney는 저소비 전력 광범한 항행성 VCSEL 기반의 컨슈머 마우스에 대한 연구로 미국 특허 7,116,427과 7,321,359를 받았습니다.Logitech의 Paul Machin은 Agilent Technologies와 협력하여 MX 1000 레이저 마우스라는 새로운 기술을 발표했습니다.이 마우스는 LED 대신 소형 적외선 레이저(VCSEL)를 사용해 마우스가 촬영한 화상의 해상도를 크게 높였다.레이저 조명은 LED 조명 광학 [15]마우스에 비해 우수한 표면 추적을 가능하게 했다.

유리 레이저(또는 글레이저) 마우스는 레이저 마우스와 동일한 기능을 가지고 있지만 거울이나 투명한 유리 표면에서 [16][17]다른 광학 마우스보다 훨씬 더 잘 작동합니다.2008년 Avago Technologies는 VCSEL [18]기술을 사용하여 이미터를 IC에 통합한 레이저 내비게이션 센서를 도입했습니다.

2009년 8월 Logitech는 유리와 광택이 나는 표면을 더 잘 추적하기 위해 레이저를 2개 장착한 쥐를 도입했습니다.이 쥐를 "Darkfield" 레이저 [19]센서라고 부릅니다.

힘

제조업체는 가능한 한 전력을 절약하기 위해 광학 마우스(특히 배터리로 작동하는 무선 모델)를 설계하는 경우가 많습니다.이를 위해 스탠바이 모드일 때 마우스는 레이저 또는 LED를 어둡게 하거나 점멸합니다(마우스마다 스탠바이 시간이 다릅니다).(Logitech에 의한) 일반적인 실장에는,[citation needed] 4개의 전원 상태가 있습니다.여기서 센서는 초당 다른 속도로 펄스됩니다.

  • 11500: 풀 온, 이동 중 정확한 응답을 위해 조명이 밝게 표시됩니다.
  • 1100: 폴백 활성 상태, 움직이지 않는 동안 조명이 어두워 보입니다.
  • 110: 스탠바이
  • 12: sleep 상태

이러한 상태에서 움직임을 감지할 수 있습니다. 일부 마우스는 절전 상태에서 센서를 완전히 끄므로 버튼을 클릭해야만 웨이크업할 수 있습니다.

적외선 소자(LED 또는 레이저)를 사용하는 광학 마우스는 가시 스펙트럼 조명에 비해 배터리 수명을 크게 늘립니다.Logitech V450 848 nm 레이저 마우스와 같은 일부 마우스는 적외선 [clarification needed]레이저의 낮은 전력 요구 사항 때문에 2개의 AA 배터리에서 1년 동안 작동할 수 있습니다.

비디오 게임 플레이 등 레이텐시가 낮고 응답성이 높은 곳에서 사용하기 위해 설계된 마우스는 절전 기능을 생략하고 성능을 향상시키기 위해 유선 연결이 필요할 수 있습니다.성능을 위해 절전 효과를 희생하는 마우스의 예로는 Logitech G5와 Razer Copperhead가 있습니다.

광학식 마우스와 기계식 마우스

Logitech iFeel 광학 마우스는 빨간색 LED를 사용하여 추적 표면에 빛을 투사합니다.

추적 메커니즘이 보풀로 막힐 수 있는 기계식 마우스와 달리 광학식 마우스는 움직이는 부품(버튼과 스크롤 휠 제외)이 없기 때문에 발광체 아래에 쌓일 수 있는 이물질을 제거하는 것 외에는 유지보수가 필요하지 않습니다.그러나 일반적으로 일부 마우스 패드를 포함하여 광택이 나고 투명한 표면에서는 추적할 수 없기 때문에 작동 중에 커서가 예측할 수 없이 이동하게 됩니다.영상 처리 능력이 낮은 마우스도 빠른 움직임을 추적하는 데 문제가 있지만, 일부 고품질 마우스는 2m/s 이상 빠르게 추적할 수 있습니다.

레이저 마우스의 일부 모델은 광택이 나고 투명한 표면을 추적할 수 있으며 감도가 훨씬 높습니다.

2006년 현재 기계식 마우스는 광학식 마우스에 비해 평균 전력 요건이 낮았다. 마우스가 사용하는 전력은 상대적으로 작으며, 제한된 용량으로 전지에서 전력을 얻을 때 중요한 고려 사항이다.

광학 모델은 울퉁불퉁한 표면, 매끄러운 표면, 부드러운 표면, 끈적임 또는 느슨한 표면, 일반적으로 마우스 패드가 없는 모바일 환경에서 기계식 마우스보다 성능이 우수합니다.광학식 마우스는 LED(또는 적외선 다이오드)가 비추는 이미지를 기반으로 움직임을 표시하기 때문에 여러 색상의 마우스 패드와 함께 사용하면 성능이 불안정해질 수 있습니다. 단, 레이저 마우스는 이러한 문제를 겪지 않고 이러한 표면에서 추적됩니다.

레퍼런스

  1. ^ John Markoff (May 10, 1982). "Computer mice are scurrying out of R&D labs". InfoWorld. 4 (18): 10–11. ISSN 0199-6649.
  2. ^ John Markoff (February 21, 1983). "In Focus: The Mouse that Rolled". InfoWorld. InfoWorld Media Group, Inc. 5 (8): 28. ISSN 0199-6649.
  3. ^ Sol Sherr (1988). Input Devices. Academic Press. ISBN 0126399700.
  4. ^ Liz Karagianis (Fall 1997). "Steve Kirsch". MIT Spectrum. Archived from the original on March 22, 2018.
  5. ^ "Portraits of MIT-Related Companies: Infoseek, Santa Clara, CA". MIT: The Impact of Innovation. MIT. Archived from the original on December 1, 1998. Retrieved 31 December 2006.
  6. ^ Lyon, Richard F. (August 1981). "The Optical Mouse, and an Architectural Methodology for Smart Digital Sensors" (PDF). In H. T. Kung; Robert F. Sproull; Guy L. Steele (eds.). VLSI Systems and Computations. Computer Science Press. pp. 1–19. doi:10.1007/978-3-642-68402-9_1. ISBN 978-3-642-68404-3.
  7. ^ Stan Augarten (1983). State of the Art: A Photographic History of the Integrated Circuit. Ticknor & Fields. pp. 60–61. ISBN 0-89919-195-9.
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  9. ^ 리사 M. 윌리엄스와 로버트 S.체리, 미국 특허 4,751,505 옵티컬 마우스
  10. ^ 스테판 B.잭슨, 미국 특허 4,794,384 광번역장치
  11. ^ "Microsoft Press Release, April 19th 1999". Microsoft. 1999-04-19. Archived from the original on 2011-11-28. Retrieved 2011-05-11.
  12. ^ US 6433780, "컴퓨터 시스템의 아이 마우스 보기"
  13. ^ Winn L. Rosch (2003). Winn L. Rosch hardware bible (6th ed.). Que Publishing. p. 756. ISBN 978-0-7897-2859-3.
  14. ^ 컴퓨터 엔지니어링 힌트– 2009년 5월 5일 Wayback Machine에서 마우스 아카이브 완료.2006년 12월 31일 취득.
  15. ^ "Logitech MX1000 Laser Cordless Mouse". CNET. November 4, 2004. Retrieved July 19, 2018.
  16. ^ 광학, 레이저 및 유리 레이저 마우스 비교2016년 3월 3일 Wayback Machine에서 보관
  17. ^ A4Tech의 유리 레이저 마우스.2016년 3월 3일 Wayback Machine에서 보관
  18. ^ "Avago Technologies Announces Miniature Laser Navigation Sensors for Mouse Applications". January 28, 2008. Retrieved 2013-03-25.
  19. ^ "Logitech Darkfield Innovation Brief" (PDF). Logitech. 2009.