Optiline hiir

Juhtmeta hiir

Optiline hiir on osutusseade (inglise pointing device), mis erinevalt mehaanilisest (rullikuga) hiirest kasutab aluspinnal liikumise tuvastamiseks valgust kiirgavaid pooljuhist dioode ja fotodioode.

Tööpõhimõte

V-Mouse VM-101

Optiline hiir teeb oma väikese kaamera abil aluspinnast pidevalt pilte (u 1500 pilti sekundis). Punast valgust kiirgav diood (LED) on abivalgustus, et kaamera näeks aluspinnast pilti teha. LED-valgus põrkab aluspinnalt metalloksiidist pooljuhist sensorile (CMOS). CMOS saadab iga pildi digitaalsignaali protsessorile (DSP). DSP töötleb sensorilt saadud digitaalseid pilte – teeb kindlaks pildi mustrid ja jälgib, kas need on võrreldes eelmise pildiga muutunud. Sel viisil tuvastab DSP, kui kaugele, kui kiirelt ja millises suunas on hiir kahe pildi vahel liikunud ning edastab vastavad koordinaadid arvutile. DSP töötab kiirusel 18 MIPS (miljonit instruktsiooni sekundis). Optilise valguse värv võib varieeruda, kuid enim kasutatakse punast valgust. Punased LED-valgusdioodid on kõige odavamad ja väga valgustundlikud. Sinist LED-valgust kasutab näiteks V-Mouse VM-101 (pildil).

Tootjafirmade väitel on optilised hiired võimelised tegema kuni 6000 pilti sekundis.

Uudse optilise hiire tehnoloogia on tuntud kui digitaalne pildikorrelatsioontehnoloogia, mis töötati välja relvatööstuse poolt, et jälitada sõjalisi sihtmärke. Optilised hiired kasutavad pildisensoreid, et tuvastada üldtuntud materjalitekstuure nagu puit, riie. Need aluspinnad tekitavad kiirgava dioodiga valgustades kindlalt eristatava varjundi. Nende pindade pildid võetakse töö käigus töötlusele ja võrreldakse teineteisega, et tuvastada, kui kaugele on hiir liikunud.

Optilised hiired teevad tuhat täpset pilti sekundis. Sõltuvalt sellest, kui kiirelt hiir liigub, on iga järgmine pilt eelmisest kindla piksliosakese võrra eemal. Optiline hiir töötleb neid pilte matemaatiliselt, kasutades ristuvat vastastikust sõltuvust (korrelatsiooni), et arvutada kahe pildi vaheline kaugus.

Optiline hiir võib kasutada pildisensorit, mis koosneb 18x18 monokromaatilis-pikslilisest massiivist. Selle sensor sisaldab tavaliselt sama rakenduspõhist sisseehitatud kiibistikku nagu pilditöötlussensor. Üks viimistlus oleks pilditöötlus protsessi kiirendus, kasutades eelnevatest pildiseeriatest saadud infot, teine viimistlus on korduvate piltide välistamine hiire aeglasel liikumisel (kaadrite vahelejätmine).

Laserhiir

1998. aastal, Sun Microsystems varustas oma Sun SPARCstation serverid and töökohad algeliste laserhiirtega. Laserhiired ei jõudnud aga üldsuse kasutusse enne 2004. aastat, mil Logitech tõi partnerluses firmaga Agilent Technologies välja oma esimese laserhiire (MX 1000) ja reklaamis seda kui täpseimat hiirt maailmas. LASERHIIRE tööpõhimõte on täpselt sama, mis optilisel hiirel – valgustatud aluspinda pildistatakse ning liikumine tuvastatakse piltide liikumisega. Erinevalt optilisest hiirest, millel aluspinda valgustab LED e. abilamp, kasutatakse laserhiires pinna valgustamiseks laserkiirt. Laseri eelis seisneb selles, et see kiirgab kitsaid, koherentseid, täpselt suunatud valguskimpe ning seda saab koondada väga väikeseks täpiks. Laseri valgustatud pind loob sensorile tunduvalt teravama ja kontrastsema kujutise kui tavaline "pehme" valgus. Tänu suuremale täpsusele töötab laserhiir ka mõnel sellisel tasapinnal, millel optiline võib hätta jääda – keraamilised plaadid, klaas. Augustis 2009 tõi Logitech välja kaks uut laserhiirt, mis töötaksid klaas- ja läikival pinnal paremini; nimetades need "dark field" hiirteks.

Ajalugu

Xeroxi optilise hiire kiip

Microsoft Wireless IntelliMouse Explorer´i optiline sensor

Üks esimesi optilisi hiiri – Sun Type 4 – valmistati aastal 1982. Tootjaks USA firma Mouse Systems. See töötas kahel led/foto-sensoril. Üks paar tuvastas vertikaalseid liigutusi, teine horisontaalseid. Kahjuks töötas hiir vaid spetsiaalsel triibulisel hiirepadjal.

Xeroxi esimene optiline hiir kasutas 16-pikslilist nähtava valguse pildisensorit sisseehitatud liikumistuvastusega samal kiibil, järgides heledate punktide liikumist tumedapinnalisel hiirepadjal. Nende kahe algse optilise hiire vahe seisnes selles, et Sun type hiire puhul oli x-y koordinaatsüsteemistik ehitatud sisse hiirepadjale, seega ei töötanud hiir korrektselt, kui padi liikus paigast. Samas Xeroxi hiire puhul oli x-y-koordinaatsüsteemistik ehitatud hiire sisse.

Tänapäevased aluspinnast sõltumatud optilised hiired töötavad optoelektrooniliste sensoritega (teisiti öeldes, madala-resolutsioonilise videokaameraga), et teha edukamalt hiire aluspinnast pilte. Kui arvutitehnika muutus odavamaks, sai võimalikuks asetada hiire võimsamaid spetsiaalseid pilte töötlevaid kiipe otse hiire sisse, mitte hiirematile. See samm muutis võimalikuks tuvastada liikumist laiahaardelisemalt, erinevatel pindadel, tõlgendades hiire liikumist kursori liikumiseks ja välistades hiiremati vajaduse.

Esimene laialdaselt kasutatav optiline hiir oli Microsoft IntelliMouse, mis jõudis turule 2001. aastal Hewelett-Packardi poolt. See töötas pea igal pinnal ja oli võrreldes seni kasutusel olnud mehaaniliste hiirtega kasutajasõbralikum (erinevalt rullikuga hiirest puuduvad optilisel hiirel liikuvad osakesed, mis võiks aluspinnal olevat mustust endasse koguda). Optilised hiired on ka vastupidavamad (mehaanilised komponendid tugevamad), täpsemad ja töötavad erinevatel pindadel. Järgmistel aastatel asendasid optilised hiired mehaanilised hiired peaaegu täielikult.

Jõutarbimine

Tootjad hakkasid muutma optilisi hiiri ka vähem elektrit tarbivaks, eriti patareidel töötavaid hiiri. Seega, kui hiirt parajasti ei kasutata, läheb see standby mode´ile ja LED ei kiirga valgust. See funktsioon pikendab ka LED /laseri eluiga. Mänguritele disainitud hiirtel (nt Logitech G5 või Razer Copperhead) see funktsioon puudub. Tüüpilisel Logitechi optilisel hiirel on 4 einevat jõutarbimis-olekut, kus sensorid töötavad erineval kiirusel (pilte sekundis):

• 1500: maksimumjõudlus – hiire liigutamisel mööda aluspinda, valgus kiirgab eredalt
• 100: vähendatud jõudlus – kui hiirt ei liigutata, vähendatud valgus
• 10: puhkeseisund
• 2: uneseisund

Mõned optilised hiired lülitavad end nö. uneseisundis täielikult välja ja vajavad uuesti tööle hakkamiseks nupule vajutamist. Osad optilised hiired, nagu nt V450 848 nm laserhiir, töötavad kahe AA-patarei pealt terve aasta, kuna infrapuna laser vajab töötamiseks vähe energiat.

Ühilduvusviisid

• USB – traadita või juhtmega. Traadita optiline hiir kasutab vastuvõtjat
• PS/2
• Bluetooth – tuvastab kursori liikumist LED- või lasersensori abil.

Traadita hiired töötavad tavaliselt raadiolainetel, tuntud kui RF (Radio Frequency). RF traadita hiired vajavad töötamiseks kaht komponenti: raadioandur ja raadiovastuvõtja.

• RF-andur – raadiosagedusandur on hiire sisse ehitatud. Hiir salvestab oma liikumise ja nupulevajutused ja saadab selle informatsiooni raadiosignaalidena vastuvõtjale.
• RF-vastuvõtja – võtab signaalid andurilt vastu, dekodeerib need ja saadab signaalid otse arvutile. Enamik vastuvõtjaist on sisseehitatud, ühildudes hiire sisendiga, osad on vaja installida arvuti ühildusavaga, kolmandat tüüpi vastuvõtjad ühilduvad otse kaabliga. Enamikul traadita hiirtel on sisseehitatud vastuvõtjad, mis ühilduvad arvuti sisendseadmega ja on mõõtmetelt väiksed.

Tulevik

Seni on optilised hiired jäänud hätta klaas- ja peegelpindadel. Miks paljud optilised hiired klaaspinnal hätta jäävad? Kuna klaas on läbipaistev, ei suuda hiir tuvastada aluspinnal piisavalt kumerusi, et liikumist märgistada. Ka peegelpinnad on probleemiks, sest nad peegeldavad sama pilti tagasi, ajades DSP segadusse. Kui süsteem ei tuvasta aluspinnaga seotud muutusi, ei tööta hiir korralikult. Seega on veel vanemate optiliste hiirte kasutamiseks klaaspinnal vajahiirematti.

Tehnoloogia arenguga on tulnud kasutusele topeltsensorid: samal pinnal töötavad korraga kaks sensorit, võimaldades veelgi suuremat täpsust aluspinna mustri ja liikumise tuvastamisel. Need sensorid on paigutatud erineva nurga alla, et tuvastada pinda erinevatest punktidest samal ajal. See tehnoloogia on eriti vajalik graafiliste disainide ja jooniste tegemiseks.