Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2006 №4

Оптические датчики для компьютерных мышей Avago Technologies

Швечиков Игорь


Avago Technologies — новое имя на мировом рынке полупроводниковых компонентов. Сегодня это крупнейшая в мире независимая частная полупроводниковая компания. Она образовалась в конце 2005 года. Тогда состоялась сделка по продаже подразделения полупроводниковых компонентов компании Agilent Technologies частным инвестиционным компаниям — Kohlberg Kravis Roberts & Co. и Silver Lake Partners. В 2005 финансовом году штат Avago Technologies насчитывал 6500 сотрудников, а чистый годовой доход компании составил $1,8 млрд.

Оптоэлектронные компоненты — это та область, где ранее Hewlett-Packard и Agilent Technologies были признанными лидерами. А теперь Avago по праву считается № 1 в мире по разработке и производству оптических сенсоров для компьютерных мышей, красных и янтарных светодиодов для электронных знаков и сигнальных табло, оптических датчиков-кодеров перемещения для струйных, лазерных и фотопринтеров, инфракрасных трансиверов для ноутбуков и КПК, а также оптопар и оптронных микросхем. Настоящая публикация посвящена истории компонентов для компьютерных мышей и современным достижениям Avago Technologies в этой области.

Современные компьютерные мыши выпускаются во многих формах, в широком диапазоне размеров, свойств и цен. Это устройство ввода основывается на двух технологиях — оптической и механической. Механическое устройство появилось раньше — в 1960-х годах. Оптическая технология была внедрена в 1980-х.

С тех пор с массовым освоением компьютеров для коммуникаций, хранения данных и организации сетей функция мыши как устройства ввода становится все более значительной, особенно в обеспечении более высоких скоростей отслеживания и лучшем отклике, которые так необходимы требовательным пользователям.

Улучшение эксплуатационных качеств компьютерной мыши привело к изменению ее первоначального скромного вида. От проводного устройства с одной кнопкой проделан путь к широкому спектру вариантов для всех типов пользователей, включая беспроводные модели и высококлассные устройства для современных компьютерных игр.

Из истории компьютерной мыши

Компьютерная мышь была изобретена Дугласом Энгельбартом (Douglas Engelbart), который вместе с главным инженером Биллом Инглишем (Bill English) из Стэнфордского исследовательского института (Stanford Research Institute, теперь SRI International) разработал в 1963 году первый экземпляр. Он известен как устройство для системы ввода Энгельбарта (Engelbart's oN-Line System — NLS). В нем использовалось два перпендикулярных колеса, соединенных с потенциометрами, для фиксации перемещений вдоль горизонтальной и вертикальной осей.

В 1971 году исследовательский центр Xerox Palo Alto Research Center (PARC) подписал с SRI соглашение на использование мыши. В мыши Xerox PARC внешние колеса были заменены на шарик, который мог вращаться в любом направлении. Движения шарика передавались на перпендикулярные колеса, соединенные с электрическими коммутаторами, что позволяло перемещать курсор на экране. Первая мышь Xerox PARC вступила в строй в 1972 году, и современные механические мыши во многом обязаны этой разработке.

Медленное распространение мышей в 70-х и начале 80-х годов прошлого века обусловлено двумя причинами — малым числом персональных компьютеров на рынке и высокой ценой устройств. Мыши Xerox PARC в те годы стоили покупателю огромных денег — $400 — и требовали интерфейсной платы (еще $300).

Следующая веха в истории механической мыши связана с компанией Apple. В отличие от предыдущих разработок с использованием электрических коммутаторов мыши Apple использовали оптические энкодеры, разнесенные на 90º вдоль экватора шарика.

Компания Microsoft выступила с дебютом на рынке мышей в 1983 году. Основной функцией выпущенного устройства с названием «Мышь с зеленым глазом» («Green Eye Mouse») была поддержка навигации в контекстном графическом интерфейсе пользователя для Microsoft Word for MS-DOS v.1.00. Эта мышь имела две зеленые выступающие кнопки, давшие название устройству, и соединялась 25-контактным разъемом с последовательным портом оригинальных ПК и клонов. На нижней стороне она имела три маленьких стальных шарика, обеспечивавших скольжение по поверхности, и большой стальной шарик в центре — для регистрации положения.

Одна из ранних разработок оптических мышей началась с модели компании Mouse Systems. Эта мышь была коммерчески доступна с 1982 по 1995 год и имела четырехсегментный фотодиодный кристалл. Она могла использоваться только на специальной зеркальной поверхности с сеткой тонких линий. В конечном счете, были доступны несколько моделей для компьютеров Amiga и еще несколько с коннектором PS/2 для соединения с компьютерами IBM PC или клонами.

Потом, в 1985 году, Xerox внедрил рабочую станцию 6085 Star, в состав которой входила оптическая мышь, не «привязанная» к прецизионной оптической поверхности. Хотя она поставлялась с ковриком с отпечатанным точечным узором, но также смогла бы работать на других поверхностях с высококонтрастным рисунком. Однако она не работала на обычных поверхностях большинства ковриков или столов.

В 1999 году Agilent Technologies представила революционный оптический позиционирующий датчик. Это инновационное устройство работает посредством фиксирования изображений поверхности, по которой движется, и последовательного их сравнения для определения скорости и направления движения. Оно способно осуществлять навигацию на разных поверхностях, не ограничивая пользователя обязательным использованием коврика для мыши (рис. 1).

Рис. 1. Типичная проводная оптическая мышь на основе СИД
Рис. 1. Типичная проводная оптическая мышь на основе СИД

Улучшая оптическую технологию, в сентябре 2004 года Agilent представил новую технологию лазерной засветки и отслеживания. Мышь на основе лазера обеспечивает большие возможности по отслеживанию, чем мыши со светодиодами, и вместе с технологией Agilent LaserStream она может работать на окрашенном металле, полупрозрачных пластиках, матовом стекле и многих других поверхностях, ранее сложных для навигации. Лазерные устройства Agilent также улучшили навигационные возможности по сравнению с датчиками позиционирования, использующими светоизлучающие диоды (СИД) в качестве источника освещения.

С учетом того, что эти датчики могут «похвастаться» рекордными характеристиками (например, скорость перемещения до 45 дюймов в секунду, частота кадров более 7000 в секунду и разрешение 2000 отсчетов на дюйм) возможности мыши значительно расширились.

Оптические мыши на основе светоизлучающих диодов

В оптической мыши, в отличие от механической, имеющей в нижней части катающийся шарик, движущихся деталей нет, у нее снизу — прозрачная линза. Во многих мышах на базе СИД используется видимый свет, обычно красный (рис. 1). В состоянии покоя свет СИДа меркнет или мигает с целью энергосбережения, что существенно для беспроводных мышей. В мышах на основе лазерных инфракрасных или инфракрасных СИД излучение невидимо.

Сердцем оптической мыши является мини-камера с низким разрешением, которая называется датчиком. Навигационный СИД освещает поверхность, свет отражается от нее и собирается линзой. Большинство производителей мышей используют красные СИД, также есть примеры использования ИК-светодиодов.

Во время движения мыши датчик делает последовательные снимки поверхности и сравнивает их для определения расстояния и направления перемещения, используя цифровую обработку сигнала (рис. 2). И хотя датчик оптической мыши может работать практически на любой поверхности, все же существуют некоторые, что не пригодны для нормальной навигации. Например, зеркала, стекло, глянцевые и «голографические» поверхности, мелованная бумага.

Оптические мыши на основе лазерных диодов

Принцип действия лазерной мыши в основном такой же, как и у оптической на основе СИД (рис. 2), за исключением того, что лазерная мышь использует в качестве источника освещения лазерный диод. Когерентные свойства лазерного излучения обуславливают высокую контрастность получаемого изображения при отражении от поверхности. Изображение, появляющееся на датчике, проявляет детали любой поверхности, даже глянцевой, которая выглядела бы совершенно однородной при освещении некогерентным светом СИД. В случае освещения поверхности лазером контрастность изображения поверхности увеличивается примерно в 20 раз, что позволяет прецизионному датчику изображения без затруднений отслеживать и рассчитывать положение и перемещение мыши там, где обычная мышь на основе СИД этого сделать не может.

Рис. 2. Оптическая мышь освещает область на рабочей поверхности с помощью светодиода, изображение поверхности отображается на навигационном датчике
Рис. 2. Оптическая мышь освещает область на рабочей поверхности с помощью светодиода, изображение поверхности отображается на навигационном датчике

Первая коммерчески доступная лазерная оптическая мышь была представлена в беспроводном варианте (рис. 3).

Рис. 3. Первая коммерческая лазерная мышь — беспроводная Logitech MX 1000 Laser Cordless Mouse
Рис. 3. Первая коммерческая лазерная мышь — беспроводная Logitech MX 1000 Laser Cordless Mouse

Проводные и беспроводные оптические мыши

Проводная оптическая мышь имеет кабель для соединения с компьютером. Самые распространенные сегодня интерфейсы — это USB и PS/2. Такие мыши не требуют внутреннего источника питания в виде батарей. Они питаются напрямую от компьютера через кабель. Беспроводная мышь основывается на радиочастотной технологии (24 МГц, 27 МГц, 2,4 ГГц или Bluetooth). Такая мышь имеет две структурные части. Основная часть — это собственно оптическая мышь. Другая часть — трансивер, который работает как радиоканал между компьютером и мышью. Обычно трансивер соединен с компьютером через USB порт.

Беспроводная мышь требует для работы обычные батарейки или аккумуляторы. Наиболее распространены элементы типа AAA или AA. Обычно необходимо по две штуки на устройство. В зависимости от конструкции различается срок службы батарей. Для обеспечения работы беспроводной системы мышь и трансивер должны быть синхронизованы. Это делается в два этапа. Сначала выбираются одинаковые установки канала на мыши и трансивере. Затем нажимается кнопка синхронизации на трансивере, после чего нажимается кнопка синхронизации на мыши. После успешной синхронизации загорается светодиод (обычно зеленый на трансивере).

Характеристики компьютерных оптических мышей

В настоящее время компоненты оптических мышей описываются несколькими характерными величинами, которые в совокупности дают представление об итоговой производительности и назначении мыши.

Разрешение отражает точность изображения захваченного «камерой» оптической мыши, выраженное обычно в отчетах на дюйм (counts per inch) — cpi. Мыши с разрешением 400 и 800 cpi пригодны для большинства офисных применений. Мыши с большим разрешением (до 2000 cpi) предназначены для игр и графических приложений, где необходима повышенная точность позиционирования.

Частота кадров говорит о количестве изображений, снятых «камерой» каждую секунду. Значение этого параметра обычно лежит в пределах от 500 до 7000 fps (frame per second-кадров в секунду).

Максимальная скорость — скорость перемещения мыши, при которой процессор и вся система адекватно отображает это перемещение. Измеряется обычно в дюймах в секунду (inches per second — ips) и для современных изделий составляет от 10 до 20 ips.

Продукция Avago Technologies

Компания Avago Technologies на мировом рынке занимает лидирующее положение в производстве оптических датчиков для компьютерных мышей и предлагает сегодня широчайшую линейку компонентов. Компоненты Avago предназначены не только для удовлетворения потребностей геймеров и пользователей, нуждающихся в максимально точном позиционировании, но и для и широкого круга потребителей. Проводные оптические мыши остаются самыми массовыми устройствами ввода, и Avago постоянно расширяет диапазон датчиков для этой группы изделий (таблица 1). Недавно на рынок вышел оптический датчик ADNS-5020, отличающийся малыми размерами и низким энергопотреблением. ADNS-5020 включает интегрированный осциллятор и драйвер СИД, работает от 5 В и имеет самоподстраивающуюся частоту кадров с выбираемыми разрешениями 500 и 1000 cpi, скоростями до 14 ips и ускорением до 2 g. ADNS-5020 поставляется с линзой ADNS-5100, держателем светодиода ADNS-5200 и светодиодом HLMP-ED80. Эти компоненты образуют полный комплект для сборки навигационной системы проводной мыши.

Таблица 1. Датчики проводных оптических мышей на основе СИД
Таблица 1. Датчики проводных оптических мышей на основе СИД

Аналогичная новинка ADNS-5030 появилась и в серии датчиков для беспроводных мышей на основе СИД (таблица 2). ADNS-5030 также имеет один из самых малых корпусов среди таких оптических датчиков (9,9×12,85×4,32 мм). Частота кадров датчика автоматически подстраивается — в зависимости от характеристик поверхности для оптимальной производительности с разрешением до 1000 cpi, скоростями до 14 ips и ускорениями до 2 g. Датчик обеспечивает автоматическое сбережение энергии, когда мышь находится в покое, и имеет в своем составе осциллятор и драйвер светодиода. ADNS-5030 также может сопрягаться с линзой ADNS-5100, держателем светодиода ADNS-5200 и светодиодом HLMP-ED80. Эти элементы образуют полный набор для навигационной системы беспроводной мыши, которая имеет наиболее компактную компоновку из всех подобных систем.

Таблица 2. Датчики беспроводных оптических мышей на основе СИД
Таблица 2. Датчики беспроводных оптических мышей на основе СИД

Avago Technologies сегодня предлагает несколько вариантов компонентов для оснащения лазерных мышей (таблица 3). В серии датчиков для этих устройств в феврале 2006 года появился ADNS-7050 LaserStream для беспроводных мышей. Этот датчик обеспечивает работу мыши в течение 12 месяцев от батареек AA (номинальное напряжение 3 В). LaserStream работает на широком множестве «трудных» прежде поверхностей. Датчик ADNS-7050 работает при напряжении питания от 2,7 до 3,6 В, сочетая режимы самоподстройки и энергосбережения для продления жизни батарей. Он обеспечивает детектирование перемещения при скорости до 20 дюймов в секунду (ips), ускорении до 8 G и выбираемом разрешении 400 и 800 отсчетов на дюйм (cpi). Датчик обеспечивает регулировку частоты кадров для оптимизации работы и имеет внутренний осциллятор, что исключает необходимость во внешнем тактировании. Выход датчика представляет собой четырехпроводной последовательный порт с контактом детекции перемещения.

Таблица 3. Датчики оптических мышей на основе лазерных диодов
Таблица 3. Датчики оптических мышей на основе лазерных диодов

LaserStream, как и датчики других серий, поставляется в комплекте, состоящем из самого датчика, одномодового поверхостно-излучающего лазера с вертикальным резонатором (VCSEL) — ADNV-6340, который обеспечивает лучшую в своем классе надежность и стойкость к электростатическому разряду до 2 кВ, круглую или усеченную линзу и клипсу-держатель для лазера. Эти части закрепляются на основании, которое разрабатывает производитель мыши, и составляют полную и компактную лазерную систему слежения для мыши. Комплект LaserStream обеспечивает точное отслеживание перемещения и безопасность глаз по классу 1. Безусловным преимуществом комплектов Avago для оптических мышей является то, что они не требуют точной оптической настройки в процессе производства.

Литература

  1. Teo Chiang Mei. Understanding Optical Mice. Avago Technologies 5989-2995EN.
  2. www.avagotech.com/opticalnavigation

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке