Оптические мыши: эволюция продолжается. История компьютерной мышки
В
нынешнем году исполнилось 10 лет с момента появления первых серийных
манипуляторов типа «мышь», оснащенных оптическими датчиками второго
поколения. За прошедшие годы в конструкцию этих устройств было внесено
множество изменений и усовершенствований, благодаря чему надежность и
точность работы современных мышей значительно повысилась. Впрочем,
изыскания в этой области продолжаются: разработчики предлагают все
новые и новые решения. Именно о них и пойдет речь в данной статье.
Сейчас
уже сложно себе представить, что еще 10 лет тому назад на вооружении
большинства пользователей ПК были оптомеханические мыши с катающимся по
поверхности стола шариком. В сознании нового поколения пользователей
понятие «компьютерная мышь» прочно ассоциируется с манипуляторами,
оснащенными оптическим датчиком. Однако покорить массовый рынок таким
манипуляторам удалось не сразу.
Мыши с оптическими сенсорами
первого поколения появились в продаже в начале 1990-х годов. У моделей
того времени датчик регистрации перемещений представлял собой две
оптопары (светодиод — фотодиод), в одной из которых применялся красный
светодиод, а в другой — инфракрасный. Такие мыши поставлялись со
специальными ковриками-планшетами и могли работать только на них.
Поверхность планшета, изготовленная из светоотражающего материала, была
покрыта мелкой сеткой вертикальных и горизонтальных линий. Линии одного
из направлений окрашивались синим цветом, а перпендикулярные им —
черным. Свет видимого красного диапазона поглощался синими линиями, а
излучение инфракрасного — черными. Таким образом, каждая из оптопар
реагировала только на перемещение манипулятора в своем направлении,
формируя последовательность электрических импульсов, на основе которых
и определялся пройденный путь по каждому из направлений.
Хотя
оптические мыши первого поколения были более долговечными по сравнению
с оптомеханическими и превосходили их по точности позициониро-вания, у
них имелись и существенные недостатки: гораздо более высокая цена и
необходимость использования специального планшета. Последний, кстати,
было необходимо регулярно чистить, поскольку при загрязнении его
поверхности мышь утрачивала работоспособность. Эти недостатки не
позволили оптическим мышам первого поколения получить широкое
распространение.
Новая эра
В конце
последнего десятилетия XX века инженеры компании Agilent Technologies
разработали принципиально иную конструкцию оптического датчика
регистрации перемещений. В нем использовалась миниатюрная видеокамера с
КМОП-сенсором, которая в течение одной секунды делала более тысячи
снимков находящейся под «брюшком» мыши поверхности. Для освещения
снимаемого участка был предусмотрен источник света — изначально в этом
качестве использовался красный светодиод.
Специализированный
процессор (DSP) в режиме реального времени анализировал изменения в
последовательности поступающих с камеры изображений и на основе этой
информации определял направление перемещения манипулятора и вычислял
пройденное расстояние.
Достигнутый к тому времени уровень
развития технологии производства полупроводниковых компонентов позволил
интегрировать миниатюрную видеокамеру и специализированный процессор в
одну компактную микросхему. Благодаря этому даже первые образцы мышей с
оптическими датчиками второго поколения отличались простотой
конструкции и высокой надежностью.
Внедрение оптических сенсоров
второго поколения стало настоящей революцией. Новые мыши хоть и были
поначалу дороже манипуляторов с катающимся шариком и оптомеханическими
датчиками, обладали целым рядом важных (с точки зрения конечных
пользователей) достоинств. Во-первых, они были значительно надежнее и
обеспечивали более высокую точность. Даже первые модели мышей с
оптическими датчиками второго поколения обеспечивали точность
регистрации перемещений не менее 400 cpi (counts per inch — отсчетов на
дюйм). Иными словами, манипулятор был способен зафиксировать
перемещение всего на 0,06 мм. Во-вторых, благодаря отсутствию в
оптическом датчике движущихся частей он не нуждался в регулярной
чистке. И в-третьих, оптические датчики второго поколения обеспечивали
стабильную работу манипулятора на многих типах поверхностей, что в
большинстве случаев позволило отказаться от специальных ковриков,
которые были неизменным атрибутом рабочего места пользователя ПК в
эпоху мышей с оптомеханическими датчиками.
Конечно, наряду с
перечисленными выше достоинствами у оптических сенсоров второго
поколения были и некоторые недостатки. В частности, они крайне
нестабильно работали на стеклянных, зеркальных и полированных
поверхностях. Учитывая это, разработчики продолжили поиск решений,
которые позволили бы улучшить характеристики мышей с оптическими
датчиками.
Лазер вместо светодиода
Заметной
вехой эволюции современных оптических мышей стало появление так
называемых лазерных сенсоров. Разработчики компании Agilent
Technologies предложили использовать для подсветки поверхности
инфракрасный полупроводниковый лазер, а сенсор расположить таким
образом, чтобы он считывал не рассеянный, а отраженный от поверхности
свет (см. схему).
Суть этого усовершенствования заключается в
следующем. Для нормальной работы оптического сенсора рабочая
поверхность, на которой используется манипулятор, должна иметь явно
выраженный микрорельеф (который может быть практически незаметен
невооруженным глазом). На гладкой поверхности световое пятно лишено
каких-либо деталей, и. образно говоря, «глазу» оптического сенсора в
этом случае просто не за что «зацепиться». Лазер, свет которого имеет
когерентную природу, позволяет получить гораздо более контрастное и
детальное изображение поверхности.
Благодаря применению лазера
удалось повысить точность оптического сенсора, а также обеспечить
стабильную работу манипулятора на таких прежде непригодных для
нормальной эксплуатации поверхностях, как лакированное дерево,
глазурованная керамическая плитка, гладкий пластик, полированный
металл, фотобумага, матовое стекло и т.п. Правда, и усовершенствованный
вариант оптического сенсора оказался неидеальным: в частности, его
создателям не удалось добиться стабильной работы на зеркале и
прозрачном стекле.
Первые прототипы манипуляторов с лазерным
сенсором, созданным специалистами компании Agilent Technologies, были
продемонстрированы в начале 2004 года. В сентябре того же года компания
Logitech начала выпуск мыши MX-1000 — первого в мире серийного
манипулятора, оснащенного лазерным сенсором. В качестве источника света
в этой мыши использовался полупро водниковый лазер ИК-диапазона (длина
волны — 842 нм).
В середине 2005 года компания Agilent Technologies
начала поставки готовых модулей датчиков перемещения на базе сенсоров
LaserStream всем заинтересованным производителям, и вскоре лазерные
мыши появились в ассортименте многих компаний. Сенсоры LaserStream
обеспечивали точность регистрации перемещения до 2000 cpi при скорости
движения до 45 дюймов/с (1,14 м/с) и ускорении до 20д. Некоторые
производители (в частности, Microsoft) пошли собственным путем,
самостоятельно разработав лазерные сенсоры для своих манипуляторов.
Несмотря
на определенные преимущества появление оптических мышей с лазерными
сенсорами не вызвало большого ажиотажа. Такая реакция объясняется тем.
что на тот момент потребности большинства пользователей в полной мере
удовлетворяли и мыши с оптическими сенсорами традиционной конструкции.
Модели с лазерными сенсорами в полной мере оценили разве что любители
динамичных компьютерных игр — да и то лишь после того, как появились
версии с проводным подключением к ПК (напомним, что Logitech МХ-1000
была беспроводной).
Новейшая история: эволюция продолжается
В
конце лета прошлого года в Сети начала циркулировать информация о том,
что Microsoft готовит очередную революцию в области оптических
сенсоров. Официальная презентация новой технологии BlueTrack состоялась
9 сентября 2008 года. Что же нового предложили разработчики Microsoft?
Принцип
действия оптического сенсора остался прежним, однако в конструкцию
практически всех ключевых компонентов были внесены существенные
изменения. Разработчики решили отказаться от применения в качестве
источника света лазера и вернуться к обычному светодиоду. В итоге был
выбран синий светодиод (отсюда, видимо, и название BlueTrack)
повышенной мощности. Площадь пятна, изображение которого считывает
миниатюрная видеокамера, было увеличено в 4 раза. Благодаря этому в
поле зрения камеры попадает гораздо больше деталей, что, в свою
очередь, обеспечивает более стабильную работу датчика на гладких
поверхностях. Соответственно пришлось установить светочувствительный
сенсор большего размера и новую оптику.
Как заявил менеджер по
платформенному инжинирингу корпорации Microsoft Марк Делью (Mark
DePue). «технология BlueTrack показывает превосходные результаты в тех
областях, в которых оптическая и лазерная технологии терпят неудачу.
Лазерные мыши, например, не очень хорошо работают на некоторых
распространенных домашних поверхностях, таких как гранит и мрамор
Впрочем, к приведенному высказыванию
следует относиться с
некоторой долей скептицизма. Например, на прозрачном стекле мыши с
оптическими сенсорами BlueTrack работают не очень стабильно. Да и
пассаж относительно того, что гранит и мрамор являются
«распространенными домашними поверхностями», как-то плохо соответствует
окружающей нас действительности. У многих ли читателей дома имеется
мраморный столик или подоконник из полированного гранита?
Есть и
другие вопросы. Так, не очень логичным выглядит выбор именно синей
подсветки. Обычные оптические датчики в силу характеристик
КМОП-сенсоров наиболее эффективно работают с источниками света красного
и ИК-диапазона. В этом нетрудно убедиться, заменив в обычной оптической
мыши
красный светодиод синим — после такой модернизации манипулятор на
многих поверхностях будет работать хуже. Из слов инженеров, принимавших
участие в разработке технологии BlueTrack, можно сделать вывод, что
цвет подсветки не является принципиальным моментом. Оптические сенсоры
манипуляторов работают с объектами размером в десятки и сотни микрон
(пылинки, царапины и т.п.), а влияние длины волны используемого
источника света на разрешающую способность начнет проявляться лишь в
том случае, когда необходимо различать объекты размером в десятые доли
микрона. Так что выбор синего цвета, скорее всего, был продиктован
маркетинговыми соображениями: с точки зрения продвижения новой
технологии столь наглядное отличие от старых моделей является удачной
находкой.
Осенью 2008 года Microsoft представила первые серийные
продукты с сенсорами BlueTrack — беспроводные мыши Explorer и Explorer
Mini Как заявляет производитель, эти модели стабильно работают на
гранитных и мраморных столешницах, ковровом покрытии, деревянных столах
и парковых скамейках. В нынешнем году ассортимент «синеглазых» мышей
Microsoft пополнился игровой моделью Sidewinder Х8.
Тем
временем инженеры швейцарской компании Logitech продолжали работать над
совершенствованием лазерной технологии. Основной задачей исследований
стало обеспечение стабильной работы лазерного сенсора на гладких
поверхностях — в частности на стекле. По словам Рори Дули, занимающего
в компании Logitech посты старшего вице-президента и генерального
менеджера подразделения устройств управления, необходимость в
совершенствовании конструкции лазерных сенсоров была продиктована
значительным ростом популярности портативных ПК. владельцам которых
часто приходится использовать для работы самые разнообразные типы
поверхностей. Чаще всего проблемы с оптическими и лазерными
манипуляторами возникают именно на стеклянных столешницах, которые
нередко встречаются в интерьерах, оформленных в стиле хай-тек.
Результатом
напряженной работы инженеров Logitech стала технология Darkfield Laser
Tracking, официально представленная компанией 19 августа текущего года.
Одновременно были анонсированы и первые модели манипуляторов,
оснащенные лазерными сенсорами усовершенствованной конструкции:
беспроводные мыши Performance Mouse MX и Anywhere Mouse MX (см.
врезку). Давайте разберемся, каковы же принципиальные новшества
Darkfield Laser Tracking.
Наиболее критичный фактор, от которого
напрямую зависит стабильность работы оптического датчика, — наличие на
рабочей поверхности микрорельефа и деталей, которые способна
зафиксировать видеокамера. Понятно, что чем больше деталей способна
разпичить камера, тем стабильнее работает датчик. Основной проблемой,
которая препятствует нормальной работе оптического датчика традиционной
конструкции на полированных и стеклянных поверхностях, является
отсутствие явно выраженного микрорельефа и заметных деталей, которые
могли бы служить достаточно четкими ориентирами для расчета перемещений
манипулятора. Лазерный сенсор позвопяет получить более четкую и
контрастную картинку, однако с ним возникают другие проблемы. Так, от
прозрачной поверхности отражается совсем незначительное количество
попавшего на нее света, и в этом спучае интенсивности светового потока
попросту не хватает для того, чтобы сенсор был способен считать
достаточно контрастное изображение. При работе на непрозрачной
полированной поверхности возникает обратнаяситуация: отраженного света
слишком много, и яркие блики «ослепляют» светочувствительный сенсор.
Естественно, что в обоих случаях стабильная работа датчика регистрации
перемещений становится невозможной.
Чтобы обойти эти проблемы,
разработчики компании Logitech решили вместо съемки отраженного от
поверхности изображения испопьзовать метод микроскопии в темном поле
(отсюда и название технологии — Darkfield). Для этого видеокамеру
сенсора расположили параллельно рабочей поверхности, а не под углом,
как это было ранее. Посколькуисточник света, как и прежде, установлен
под углом к поверхности, то лучи от ее ровных участков отражаются под
тем же углом и в объектив камеры не попадают. В результате камера
фиксирует только изображения объектов, рассеивающих падающий на них
свет. — микроскопических царапин, неровностей и посторонних частиц.
Таким образом удается получить своеобразную '«карту дефектов»
поверхности, чем-то напоминающую изображение звездного неба. В реальных
условиях эксплуатации даже на чистой и идеально гладкой (как нам
кажется) стеклянной поверхности найдется достаточно много объектов,
которые разглядит камера сенсора — это не видимые невооруженным глазом
микроскопические трещины и царапины, частички пыли, ворсинки, отпечатки
пальцев, остатки моющих средств и т.д. Благодаря этому
усовершенствованный лазерный сенсор способен работать даже на
прозрачных и гладких поверхностях, не имеющих явно выраженного
микрорельефа. Как утверждают разработчики, технология Darkfield Laser
Tracking обеспечивает стабильную работу манипулятора на множестве
разнообразных поверхностей, включая стекло толщиной 4 мм и более.
В ожидании новой революции
Возможно,
у многих читателей возник вполне закономерный вопрос: а есть ли вообще
необходимость в дальнейшем усовершенствовании оптических датчиков? Ведь
нельзя не признать, что даже первые образцы мышей с оптическими
датчиками второго поколения были настолько лучше оптомеханических
моделей, что буквально за пару лет смогли занять доминирующее положение
на рынке. Если бы возможности оптического датчика не удовлетворяли
потребности бопьшинства пользователей, то этого бы не случилось.
Конечно,
нельзя забывать о том. что в течение нескольких последних лет произошли
значительные изменения в структуре парка ПК. Стремительно растет доля
ноутбуков — а значит, становится все больше попьзователей. которые
эксппуатируют компьютеры в мобильных условиях. Это может служить весьма
правдоподобным объяснением того, что производители стремятся сделать
датчики оптических мышей менее зависимыми от типа поверхности. Ведь в
отличие от стационарного рабочего места, которое можно оборудовать в
соответствии со своими предпочтениями, в мобильных условиях обычно
приходится довольство-ваться тем, что в буквальном смысле находится под
рукой, а это может быть и деревянная скамейка, и подоконник, и
стеклянный столик в кафе.
После официального анонса технологии
Logitech Darkfield Laser Tracking в Сети с новой силой разгорелась
полемика относительно необходимости дальнейшего усовершенствования
оптических датчиков. По словам одного из высокопоставленных сотрудников
Logitech, необходимость исследований в области обеспечения стабильной
работы манипуляторов на прозрачных поверхностях (в частности, на
стекле) была продиктована потребностями покупателей. По данным
собственного исследования швейцарской компании, примерно у 40%
владельцев ПК возникает потребность в использовании мыши на стеклянной
поверхности. В ответ представители Microsoft заметили, что, по их
данным, такая потребность появляется лишь у 7% пользователей, но в то
же время гораздо чаще приходится эксплуатировать мышь на полированном
граните и мраморе.
Если разобраться, подобная полемика не стоит
выеденного яйца. Чтобы выяснить, насколько востребованы технологические
инновации в оптических манипуляторах, внедренные производителями этих
устройств в разное время, не нужно проводить масштабного опроса и
продолжительных дискуссий. Достаточно просто зайти в любой крупный
магазин компьютерных аксессуаров и взглянуть на витрины. Сразу же
станет ясно, какие устройства пользуются наибольшим спросом.
Удивительно, но в числе бестселлеров мы не обнаружим ни мышей с
лазерными датчиками (которые присутствуют на рынке уже несколько лет),
ни моделей Microsoft с сенсором BlueTrack. И если окинуть взглядом
модельные ряды ведущих производителей манипуляторов, то нетрудно
заметить, что большая часть моделей по-прежнему оснащается оптическими
датчиками традиционной конструкции. Вопреки громким заявлениям,
совершить новую революцию пока не удалось.
Разумеется, нельзя
отрицать того факта, что по техническим характеристикам мыши с
лазерными сенсорами превосходят модели с обычными оптическими
датчиками, а манипуляторы с BlueTrack или Darkfield вообще чуть ли не в
полушаге от совершенства. Однако в реальной жизни необходимо учитывать
и другой немаловажный фактор — цену. Покупателю приходится выбирать
между манипулятором за 15 долл., способным (условно говоря) работать на
десяти типах поверхностей, и моделью за 100 долл., которая может столь
же стабильно (или даже еще лучше) функционировать на двадцати типах
поверхностей. Как показывает практика и статистика продаж, большинство
выбирает первый вариант. В конце концов, если имеющаяся мышь не
работает на стеклянном столике, не проще ли воспользоваться сенсорной
панелью (touchpad), которая имеется практически у каждого ноутбука, чем
выкладывать кругленькую сумму за новый манипулятор? Видимо, многие
именно так и поступают.
По большому счету, гонку технологий в
области совершенствования оптических датчиков на нынешнем этапе можно
кратко охарактеризовать известным латинским изречением ars pro arte
(искусство ради искусства). Новейшие достижения в этой области наглядно
демонстрируют высокий технологический уровень производителей, однако не
способны сотворить настоящую революцию в «мышестроении». Что бы там ни
говорили маркетологи и высокопоставленные сотрудники
компаний-производителей, и BlueTrack, и Darkfield Laser Tracking — это
лишь очередные этапы эволюции оптического датчика второго поколения.
Для того чтобы совершить новый переворот, необходимо как минимум
изобрести датчик регистрации перемещений с иным принципом действия,
который к тому же будет обладать очевидными преимуществами над
существующими конструкциями. И при этом сделать готовый продукт
недорогим. По силам ли кому-нибудь решить эту непростую задачу? Вопрос
пока остается открытым...
|
