Оптическая мышь: принципы работы и технологические особенности

31.10.2023

Сенсоры почти всех современных компьютерных мышек, будь то проводные «грызуны» или беспроводные решения, работают по оптическому принципу. Как он устроен, какие продвинутые разработки оптической технологии существуют и чем они хороши? Попробуем разобраться детально.

Первые мыши регистрировали перемещение курсора посредством использования в конструкции специального шарика, который касался двух валиков с дисками. Их основной недостаток — на шарик постоянно налипала пыль и его было нужно регулярно чистить от загрязнений. Под занавес ХХ века на смену шариковым мышкам пришли оптические модели.

Простыми словами принцип работы оптических мышей заключается в «фотографировании» участка поверхности с помощью сенсора. Процессор считывает данные с этого сенсора, анализирует изменения и управляет смещением курсора. Чтобы фотографии получались контрастными, площадка под ними подсвечивается светодиодом или лазером. И да, оптические манипуляторы и лазерные устроены по схожему принципу, а различаются они лишь источником подсветки рабочей поверхности под мышью.

Устройство оптической мыши

В основе конструкции оптического датчика лежит источник света. В классических оптических мышках — это светодиод. Он распространяет лучи, которые отражаются от рабочей поверхности и улавливаются сенсором. Для фокусировки светового потока в схему дополнительно вводится призматическая линза. Сфокусированный ею пучок света освещает рабочую поверхность под довольно острым углом — примерно 25 – 30°. Это сделано для того, чтобы получать отчетливый светотеневой рисунок даже на поверхностях с незначительным микрорельефом.

Еще одна линза в конструкции оптической мышки усиливает отраженные световые лучи и направляет их на сенсор, оптическая ось которого перпендикулярна рабочей поверхности. В качестве сенсора обычно применяется монохромная CMOS-камера, способная делать свыше 1000 снимков в секунду. Отснятые ею кадры разбиваются на миниатюрные квадраты, каждому из которых присваивается усредненное значение яркости. Общая мозаика из квадратиков формирует координатную сетку, а изменение их покадровой яркости служит для процессора обработки своеобразным триггером, запускающим перемещения курсора вдоль осей Х и Y.

Наглядное устройство оптических мышей со светодиодным и лазерным источником света.

Отметим, что данные с сенсора оптической мыши передаются на компьютер не напрямую, а через специальную микросхему, которая также обрабатывает щелчки кнопок и прокрутку колеса. Драйвер мыши принимает данные с микросхемы, обрабатывает поступающую информацию и отправляет команды на компьютер относительно перемещения курсора и других действий мышью.

Схожим принципом действия обладают и лазерные мышки. Вместо LED-источника света в них установлен инфракрасный лазерный диод. В силу своих физических свойств он фокусируется точнее: ему не нужно отчетливо видеть неровности, которые отбрасывают тени. Корректная работа лазерных мышек возможна даже на зеркальных и стеклянных поверхностях — именно они зачастую «не по зубам» традиционными оптическим «грызунам». Чаще всего лазерные сенсоры используют в высокоточных профессиональных мышках а-ля Apple Magic Mouse, или Lenovo Professional. Еще одним плюсом лазерных мышек является низкое энергопотребление по сравнению со светодиодными, что позволяет дольше сохранять автономность беспроводным моделям.

Технические параметры оптического сенсора

Разрешение сенсора (DPI и CPI)

Разрешение или чувствительность сенсора измеряется в DPI (Dots Per Inch) — количестве отдельных точек, которые приходятся по вертикали или горизонтали на 1 дюйм «видимой» мышью поверхности. Говоря проще, это то количество пикселей, на которое сдвинется курсор, если мышь физически передвинется на один дюйм. Чем выше показатель DPI, тем меньшее расстояние понадобится преодолеть мышке, чтобы курсор прошел на экране больший путь. Это может быть крайне важно при позиционировании прицела в динамичных компьютерных шутерах.

В рядовых мышках показатель чувствительности обычно находится в пределах от 800 до 1400 DPI, в высокоточных игровых и дизайнерских моделях разрешение сенсора должно быть гораздо выше — с возможностью регулировки, которая нередко достигает от 200 до 16 000 DPI (однако зачастую диапазон настройки DPI все же более узок). Также встречаются продвинутые геймерские мыши, работающие в спектре от 100 до 25 600 DPI. За переключение чувствительности обычно отвечает кнопка смены DPI.

Возможность переключения DPI придется кстати, если приходится иметь дело с разнотипными задачами, требующими разной чувствительности мыши.

Для оптических мышек технически более корректным является показатель CPI (Counts Per Inch). По сути, он вполне тождественен DPI. Разница кроется лишь в том, что DPI обозначает количество точек на каждый пройденный мышью дюйм, а CPI определяет количество считываний, которые выполняет сенсор при перемещении на то же расстояние. На практике этим параметром оперируют нечасто, а используют обозначение чувствительности мышек в DPI.

Время отклика и частота опроса сенсора

Время отклика мыши и частота опроса сенсора напрямую связаны между собой. Первый параметр обозначает временной отрезок, за который сигнал о движении мышки дойдет до отображения перемещения курсора на экране. Измеряется время отклика в миллисекундах (мс).

Частота опроса показывает, как часто сенсор «фотографирует» рабочую поверхность. Тем самым оценивается информация о текущем местоположении курсора. Чем больше кадров в секунду регистрирует сенсор, тем плавнее движется курсор и тем меньшее время отклика будет у мыши. Этот показатель выражается в Герцах и обычно находится в районе 1 000 Гц. У топовых игровых мышек частота опроса сенсора может достигать 15 000 Гц и выше, но такие значения встречаются крайне редко.

Скорость (IPS)

Параметр IPS (Inches Per Second) — это линейная скорость движения мышки, при которой сенсор способен считывать поверхность. Выражается показатель в дюймах за секунду. IPS выступает гарантом того, что при развитии определенной скорости движения мышью все перемещения будут в точности зарегистрированы сенсором. В подавляющем большинстве встречаются мыши с IPS в районе 150 – 200 (порядка 4 – 5 м/с), а в продвинутых игровых моделях максимальная скорость перемещения нередко достигает 400 – 500 ips (примерно 10 м/с). Некоторые экземпляры по типу Razer Basilisk Ultimate способны «разгоняться» до 650 ips. Впрочем, это скорее маркетинговый ход, нежели полезная фича — подобная скорость эквивалентна перемещению мыши на уровне 15 м/с, а человеческая рука попросту не способна двигаться настолько быстро.

С практической точки зрения в условном шутере по типу CS2, если скорость сенсора мышки будет ниже, нежели скорость движения рукой, то при стремительном рывке курсор улетит в пол или потолок из-за ошибочного расчета координат. Когда что-то подобное происходит в напряженные моменты раунда — приятного здесь мало. Тем не менее, нынче срывы случаются довольно редко. Куда более реальной их причиной может стать забитый пылью и грязью коврик, чем недостаточная скорость IPS.

Ускорение (G)

Показатель ускорения G определяет то, насколько быстро курсор будет перемещаться в зависимости от скорости движения мыши. Чем выше показатель ускорения мышки, тем меньше риск срыва курсора при резких перемещениях манипулятора — проявление такого эффекта в динамичных играх может сулить дезориентацией персонажа.

Показатель ускорения определяет то, насколько быстро будет перемещаться курсор в зависимости от скорости движения мыши.

В оптических мышах за единицу величины G принято брать ускорение свободного падения (порядка 9.81 м/с²). Как правило, в недорогих игровых манипуляторах ускорение находится в пределах от 10 до 20 G, у более дорогих моделей этот показатель выше и нередко превышает планку в 40 G. Опять же, природа человеческих мышц не позволяет придать мыши ускорение даже в 10 G. Но на деле высокий показатель ускорения все же действительно позволяет мышке лучше реагировать на резкие движения, предотвращая риск срыва курсора.

Прогрессивные технологии в оптических мышках

В отдельные разновидности оптической технологии стоит записать фирменные разработки BlueTrack от Microsoft и V-Track от A4Tech.

BlueTrack — это усовершенствованная разработка компании Microsoft, применяемая и другими производителями. От классической «оптики» сенсоры BlueTrack отличаются синим цветом подсветки (отсюда и название), повышенной яркостью светодиодного источника света, увеличенной площадью освещения и высоким разрешением матрицы в приемнике. Все это в комплексе обеспечивает высочайшую точность позиционирования курсора. При этом мыши с таким сенсором заметно превосходят традиционные оптические и способны уверенно работать на стекле, полированном камне, ковровом ворсе.

Разница между различными популярными технологиями в оптических мышах.

К разработке сенсоров V-Track приложили руку инженеры A4Tech. Собственно, и применяются они преимущественно в ее устройствах. Технология V-Track может использоваться как с оптическими, так и с лазерными сенсорами. Впрочем, второй вариант стоит недешево, а потому встречается крайне редко. Размер светового пятна в таких сенсорах невелик, плотность светового потока — высокая, а линза фотоприемника имеет очень узкую диафрагму. Луч света падает на рабочую поверхность не наклонно, а строго вертикально. Благодаря этим улучшениям V-Track обеспечивает очень высокую точность и способен работать даже на объемном меху, где другие виды сенсоров попросту бесполезны.

Подавляющее большинство мышек на современном рынке — это оптические светодиодные. Другие типы сенсоров встречаются гораздо реже. Так, немногочисленную касту лазерных манипуляторов представляют продвинутые игровые и профессиональные решения (для дизайнеров и художников), а сенсоры BlueTrack и V-Track характерны для узкого круга «грызунов» от определенных брендов.

Напоследок мы рекомендуем изучить отдельный материал «Как выбрать мышку для игр, офисных задач и творческой работы», где поведано об особенностях выбора мышек в целом.