Компьютерная мышь

Первая компьютерная мышь

Изначальная конструкция датчика перемещения мыши, изобретённой Дугласом Энгельбартом в Стенфордском исследовательском институте в 1963 году, состояла из двух перпендикулярных колес, выступающих из корпуса устройства. При перемещении мыши колеса крутились каждое в своем измерении.

Такая конструкция имела много недостатков и довольно скоро была заменена на мышь с шаровым приводом.

В шаровом приводе движение мыши передается на выступающий из корпуса обрезиненный стальной шарик (его вес и резиновое покрытие обеспечивают хорошее сцепление с рабочей поверхностью). Два прижатых к шарику ролика снимают его движения по каждому из измерений и передают их на датчики угла поворота (инкрементальные энкодеры), преобразующие эти движения в электрические сигналы.

Основной недостаток шарового привода — загрязнение шарика и снимающих роликов, приводящее к заеданию мыши и необходимости в периодической её чистке (отчасти эта проблема сглаживалась путём металлизации роликов). Несмотря на недостатки, шаровой привод долгое время доминировал, успешно конкурируя с альтернативными схемами датчиков. В настоящее время шаровые мыши почти полностью вытеснены оптическими мышами второго поколения.

Существовало два варианта датчиков для шарового привода.

Контактный датчик представляет собой текстолитовый диск с лучевидными металлическими дорожками и тремя контактами, прижатыми к нему. Такой датчик достался шаровой мыши «в наследство» от прямого привода.

Основными недостатками контактных датчиков является окисление контактов, быстрый износ и невысокая точность. Поэтому со временем все мыши перешли на бесконтактные оптопарные датчики.

Оптопарный координатный датчик в мыши с шаровым приводом

Устройство механической компьютерной мыши

Оптический датчик состоит из двойной оптопары — светодиода и двух фотодиодов (обычно — инфракрасных) и диска с отверстиями или лучевидными прорезями, перекрывающего световой поток по мере вращения. При перемещении мыши диск вращается, и с фотодиодов снимается сигнал с частотой, соответствующей скорости перемещения мыши. Разница фаз засветки между двумя фотодиодами определяет направление вращения. Аналогичный сенсор стоит на колесике прокрутки.

Оптические датчики призваны непосредственно отслеживать перемещение рабочей поверхности относительно мыши. Исключение механической составляющей обеспечивало более высокую надёжность и позволяло увеличить разрешающую способность детектора.

Первое поколение оптических датчиков было представлено различными схемами оптопарных датчиков с непрямой оптической связью — светоизлучающих и воспринимающих отражение от рабочей поверхности светочувствительных диодов. Такие датчики имели одно общее свойство — они требовали наличия на рабочей поверхности (коврика для мыши) специальной штриховки (перпендикулярными или ромбовидными линиями). На некоторых ковриках эти штриховки выполнялись красками, невидимыми при обычном свете (такие коврики даже могли иметь рисунок).

Недостатками таких датчиков обычно называют:

• необходимость использования специального коврика и невозможность его замены другим. Кроме всего прочего, коврики разных оптических мышей часто не были взаимозаменяемыми и не выпускались отдельно;
• необходимость определённой ориентации мыши относительно коврика, в противном случае мышь работала неправильно;
• чувствительность мыши к загрязнению коврика (ведь он соприкасается с рукой пользователя) — датчик неуверенно воспринимал штриховку на загрязнённых местах коврика;
• высокую стоимость устройства.

Мышь с оптическим датчиком

Микросхема оптического датчика второго поколения

Второе поколение оптических мышей имеет более сложное устройство. В нижней части мыши установлена специальная быстрая видеокамера. Она непрерывно делает снимки поверхности стола и, сравнивая их, определяет направление и величину смещения мышки. Специальная контрастная подсветка поверхности светодиодом или лазером облегчает работу камеры. Оптические мыши второго поколения имеют огромное преимущество перед первым: они не требуют специального коврика и работают практически на любых поверхностях, кроме зеркальных или прозрачных; даже на фторопласте (включая чёрный).

Практически единственным производителем сенсоров оптических мышек является компания Avago Technologies. Её сенсоры имеют разрешение от 16х16 до 40х40 пикселей при нескольких тысячах кадров в секунду. Специализированный цифровой сигнальный процессор для расчёта перемещений интегрирован на кристалл вместе с сенсором.

Предполагалось, что такие мыши будут работать на произвольной поверхности, однако вскоре выяснилось, что многие продаваемые модели (в особенности, первые широко продаваемые устройства) не так уж и безразличны к фактуре поверхности или рисункам на коврике. На некоторых участках рисунка графический процессор способен сильно ошибаться, что приводит к хаотичным движениям указателя, не отвечающим реальному перемещению. Для склонных к таким сбоям мышей необходимо подобрать коврик с иным рисунком. Особенности контрастной подсветки приводят к ошибкам мышки на гладких поверхностях типа зеркал.

Пыль и ворс на оптике сенсора также приводит к ошибкам движения или эффекту мелких движений в состоянии покоя, что проявляется дрожанием указателя на экране, иногда с тенденцией сползания в ту или иную сторону.

Мышь с двойным датчиком

Датчики второго поколения постепенно совершенствуются и в настоящее время мыши, склонные к сбоям, встречаются гораздо реже. Кроме совершенствования датчиков, некоторые модели оборудуются двумя датчиками перемещения сразу, что позволяет, анализируя изменения сразу на двух участках поверхности, исключать возможные ошибки. Такие мыши иногда способны работать на стеклянных, оргстеклянных и зеркальных поверхностях (на которых не работают другие мыши).

Также выпускаются коврики для мышей, специально ориентированные на оптические мыши. Например, коврик, имеющий на поверхности силиконовую плёнку с взвесью блёсток (предполагается, что оптический сенсор гораздо чётче определяет перемещения по такой поверхности).

Также к недостаткам оптических мышей некоторые люди относят свечение таких мышей даже при выключенном компьютере. Поскольку большинство недорогих оптических мышей имеет полупрозрачный корпус, он пропускает красный свет светодиодов, который мешает уснуть в случае, если компьютер находится в спальне. Это происходит, если напряжение на порты PS/2 и USB подаётся от линии дежурного напряжения; большинство материнских плат позволяет изменить это перемычкой +5 V <-> +5 VSB, но в этом случае не будет возможности включать компьютер с клавиатуры. Для устранения этой проблемы можно также купить мышку с инфракрасным светодиодом подсветки.

Лазерный датчик

В последние годы была разработана новая, более совершенная разновидность оптического датчика, использующего для подсветки полупроводниковый лазер[4].

О недостатках таких датчиков пока известно мало, но известно об их преимуществах:

• более высоких надёжности и разрешении;
• отсутствии заметного свечения (сенсору достаточно слабой подсветки лазером видимого или, возможно, инфракрасного диапазона);
• низком энергопотреблении;
• имеются полностью интегрированные решения, когда лазер подсветки выполняется на том же кристалле, что и сенсор[5].

Графический планшет с индукционной мышью

Индукционные мыши используют специальный коврик, работающий по принципу графического планшета или собственно входят в комплект графического планшета. Некоторые планшеты имеют в своем составе манипулятор, похожий на мышь со стеклянным перекрестием, работающий по тому же принципу, однако немного отличающийся реализацией, что позволяет достичь повышенной точности позиционирования за счёт увеличения диаметра чувствительной катушки и вынесения её из устройства в зону видимости пользователя.

Индукционные мыши имеют хорошую точность, и их не нужно правильно ориентировать. Индукционная мышь может быть «беспроводной» (к компьютеру подключается планшет, на котором она работает), и иметь индукционное же питание, следовательно, не требовать аккумуляторов, как обычные беспроводные мыши.

Мышь в комплекте графического планшета позволит сэкономить немного места на столе (при условии, что на нём постоянно находится планшет).

Индукционные мыши редки, дороги и не всегда удобны. Мышь для графического планшета практически невозможно поменять на другую (например, больше подходящую по руке, и т. п.).

Мышь, оснащённая гироскопом, распознаёт движение не только на поверхности, но и в пространстве: её можно взять со стола и управлять движением кисти в воздухе.
Гироскопические датчики совершенствуются. Например, по заявлению Logitech, механические датчики, выполненные по технологии MEMS, используемые в мыши MX Air, миниатюрнее традиционных гироскопических. На сегодняшний день самым миниатюрным гироскопическим датчиком укомплектованы мыши NEO MOUSE, разработанные корейской компанией NEO REFLECTION. Вес «Нео мыши» составляет всего 13 граммов, а по размеру она не больше пальчиковой батарейки.

Мышь A4Tech X7 с дополнительными кнопками

Производители постоянно стараются добавить на топовые модели дополнительные кнопки, чаще всего — кнопки под большой или указательный и реже — под средний палец. Некоторые кнопки служат для внутренней настройки мыши (например, для изменения чувствительности) или двойные-тройные щелчки (для программ и игр), на другие — в драйвере и/или специальной утилитой назначаются некоторые системные функции, например:

• горизонтальная прокрутка;
• двойное нажатие (double click);
• навигация в браузерах и файловых менеджерах;
• управление уровнем громкости и воспроизведением аудио- и видеоклипов;
• запуск приложений;
• и тому подобное.

Apple Magic Mouse

В 2009 году фирмой Apple представлена мышь Magic Mouse, являющаяся первой в мире мышью с сенсорным управлением и поддержкой технологии мультитач. Вместо кнопок, колёсиков и прочих элементов управления в этой мыши используется сенсорный тачпад[6], позволяющей при помощи различных жестов осуществлять нажатия, прокрутку в любом направлении, масштабирование картинки, переходы по истории документов и прочее.

Колёса и потенциометры — диски, выступающие из корпуса, доступные для вращения. Потенциометры, в отличие от колёс, имеют крайние положения.

Наличие одного колеса между кнопками (или «скролла»; для вертикальной прокрутки) на сегодняшний день является стандартом де-факто. Такое колесо может отсутствовать у концептуальных моделей, имеющих для прокрутки иные конструктивы.

Колёса и потенциометры также могут быть использованы для регулировки, например, громкости.

Мышь Mitsumi Scroll, имеющая джойстик вместо колеса прокрутки

Мини-джойстик — рычаг с двумя кнопками, исключающий одновременное нажатие обеих кнопок (или сдвоенное под прямым углом плечо, ориентированное в четырёх основных направлениях). Плечо может иметь центральный рычажок или, наоборот, центральное углубление (аналогично джойстикам игровых пультов). Изредка встречаются мини-джойстики с потенциометром.

Кроме вертикальной и горизонтальной прокрутки, джойстики мыши могут быть использованы для альтернативного перемещения указателя или регулировок, аналогично колёсам.

Трекбол — шарик, вращающийся в любом направлении. Движения шарика снимаются механическим (как в механической мыши) или оптическим способом (применяемым в современных трекболах).

Трекбол можно рассматривать как двухмерное колесо прокрутки. Аналогично джойстику, трекбол может быть использован для альтернативного перемещения указателя. Трекболы обычно используются специалистами, такими, как звукооператорами и другими, так как, чтобы вращать шарик пальцами, нужно достаточно долго привыкать. Однако трекбол обеспечивает более точное позиционирование курсора, чем мыши за счёт идеального сочетания пары датчик-шарик и отсутствия влияния всей руки на движение.

Трекбол, закреплённый горизонтально, является одним из способов профилактики туннельного синдрома.

Трекбол меньше подходит для шутеров из-за надобности активно вращать колесо, но неплохо справляется в стратегиях; однако основное назначение данного устройства — работа с прикладными приложениями. Для игр подходят трекболы с настраиваемой акселерацией, увеличивающей скорость на больших отрезках прокрутки.

У трекболов имеется и весьма весомый недостаток — шар и его углубление часто приходится протирать от пота, пыли и жира. Частичным решением проблемы мог бы стать электромагнитный трекбол, но ни одна компания пока не предложила такой манипулятор широкой публике.

Качающееся колесо прокрутки

Сенсорные полоски и панели (тачпад) — элементы, определяющие перемещение пальца по поверхности. Полоски определяют движение в одном измерении (как колёса), панели — в двух (как трекболы).

Сенсорные полоски и панели выполняют те же функции, что колеса с трекболами, но не имеют движущихся частей.

Гибридные элементы управления объединяют в себе несколько принципов.

Колёса, джойстики и трекболы могут включать в себя кнопку, срабатывающую при прямом нажатии на элемент управления.. Так, на большинстве компьютерных мышей возможно, помимо прокрутки колеса, еще и нажать на него, чтобы выполнить ту или иную функцию в приложении (т. е. стандартное колесо прокрутки одновременно является средней кнопкой мыши). Например, по умолчанию, — открытие гиперссылки в новой вкладке в браузере.

Колесо может иметь элементы джойстика — свободу наклона по оси вращения. Таково качающееся колесо прокрутки (наклон колеса служит для горизонтальной прокрутки), оно одновременно является колесом, джойстиком и кнопкой.

Беспроводная мышь на подзарядке (4 — мышь, 5 — док-станция)

Сигнальный провод мыши иногда рассматривается как мешающий и ограничивающий фактор. Этого фактора лишены беспроводные мыши. Однако беспроводные мыши имеют серьёзную проблему — вместе с сигнальным кабелем они теряют стационарное питание и вынуждены иметь автономное, от аккумуляторов или батарей, которые требуют подзарядки или замены, а также увеличивают вес устройства.

Аккумуляторы беспроводной мыши могут подзаряжаться как вне мыши, так и внутри неё (точно так же, как аккумуляторы в мобильных телефонах). В последнем случае мышь должна периодически подсоединяться к стационарному питанию через кабель, док-станцию или площадку для индукционного питания.

Первыми попытками было внедрение инфракрасной связи между мышью и специальным приёмным устройством, которое, в свою очередь, подключалось к порту компьютера.

Оптическая связь на практике проявила крупный недостаток: любое препятствие между мышью и датчиком мешало работе.

Беспроводная мышь Apple Mighty Mouse

Радиосвязь между мышью и приёмным устройством, подключённым к компьютеру, позволила избавиться от недостатков инфракрасной связи и вытеснила её.

Можно выделить три поколения беспроводных мышей. Первое поколение использовало частотные диапазоны, предназначенные для радиоуправляемых игрушек (27 МГц). Они имели низкую частоту опроса (типично 20—50 Гц), неустойчивую связь, взаимное влияние при близком расположении. Такие мышки имели курьёзную проблему: поскольку радиус действия этих мышей составлял несколько метров, а организации, как правило, закупали однотипную технику партиями, бывали случаи, когда курсором на экране компьютера управляла мышь, расположенная даже на соседнем этаже. Такие мыши, как правило, имеют переключатель, позволяющий выбрать один из двух радиочастотных каналов, в большинстве случаев переход на другой канал снимал проблемы. В настоящее время мышки первого поколения уже не производятся.

Беспроводная мышка с донглом

Беспроводная мышь Gigabyte Force M9 ICE Black с лазерным датчиком

Второе поколение радиомышей использовало свободный частотный диапазон 2,45 ГГц и строилось на базе высокоинтегрированных скоростных радиоканалов. В таких решениях удалось полностью избавиться от «детских болезней» первого поколения. Основным недостатком считается необходимость в специальном USB-донгле, в котором находится приёмник мышки. Такой донгл занимает USB-слот на компьютере. Потеря донгла делает мышку «мёртвым» железом из-за несовместимости методов радиосвязи разных производителей. Мышки второго поколения — наиболее массовые в настоящее время.

Третье поколение радиомышек использует стандартные радиоинтерфейсы. Как правило, это Bluetooth или (гораздо реже) другие стандартные радиоинтерфейсы персональных сетей. Мышки с Bluetooth не нуждаются в специальном донгле, так как современные компьютеры оснащаются этим интерфейсом. Другое достоинство Bluetooth-мышек — не требуется специальных драйверов. Недостаток Bluetooth — высокая цена и большее энергопотребление.

Индукционные мыши чаще всего имеют индукционное питание от специальной рабочей площадки («коврика») или графического планшета. Но такие мыши являются беспроводными лишь отчасти — планшет или площадка всё равно подключаются кабелем. Таким образом, кабель не мешает двигать мышью, но и не позволяет работать на расстоянии от компьютера, как с обычной беспроводной мышью.

Некоторые мышки могут не подходить для левшей. Леворукие пользователи обычно выбирают симметричные мыши. Такими устройствами могут одинаково комфортно пользоваться как левши, так и правши. Для удобства использования мыши такими пользователями в компьютерных операционных системах существует возможность зеркального переназначения кнопок мыши.