История компьютерных мышей

В наши дни управление компьютером без помощи мыши кажется чем-то нереальным (если, конечно, вы не приросший к консоли линуксоид, или не счастливый обладатель ноутбука, полностью заменяющего домашний ПК). А между тем было время, когда о таком удобном манипуляторе никто даже не знал.

В начале было...
История указательных устройств началась в начале 60-х годов прошлого века, когда инженер NASA Билл Инглиш (Bill English) и  программист Джефф Рулифсон (Jeff Rulifson), работавшие под началом Дугласа Энгельбарта (Douglas Engelbart) сконструировали манипулятор, позволявший указывать на отдельные точки экрана (это было необходимо для ускорения работы с текстами). Деревянный корпус устройства вмещал два металлических диска, вращавшихся при его передвижении в разных осях. NASA изобретение не оценило, поскольку для его работы необходима гравитация, в космосе отсутствующая.

В 1968 году Энгельбарт, работая уже в Стенфордском Исследовательском Институте, немного модернизировал «мышь» (название манипулятор получил из-за схожести сигнального провода с хвостом грызуна) и представил новый вариант группе инженеров Xerox. На тот момент устройство имело три кнопки одинакового размера, хотя сам изобретатель говорил, что будь у него такая возможность, он разместил бы пять — по одной для каждого пальца руки.

В исследовательской лаборатории Xerox, куда немногим позже и ушла новинка, конструкция Энгельбарта была значительно изменена. В частности, два диска были заменены небольшим шаром и роликами, передающими вращение зубчатым дискам.
Движение  шарика, вес и резиновое покрытие которого обеспечивают хорошее сцепление с рабочей поверхностью, передаётся два ролика, которые, в свою очередь передают движение зубчатым дискам. Направление и угол поворота этих дисков считываются двумя оптопарами (парами «светоизлучатель-фотоприёмник»)1. При перемещении мыши диск вращается, и с перового из фотоприёмников снимается сигнал с частотой, соответствующей скорости перемещения мыши. Второй фотодиод, смещённый на некоторый угол или имеющий на диске датчика смещённую систему отверстий/прорезей, служит для определения направления вращения диска (свет на нём появляется/исчезает раньше или позже, чем на первом, в зависимости от направления вращения).

Коммерческая реализация мышки впервые увидела свет в начале 70-х в составе персонального компьютера Alto. Однако по-настоящему широкое распространение получили лишь мышки, сконструированные в лаборатории Xerox в Пало Альто по заказу главы Apple Стива Джобса. Ему необходим был новый манипулятор для нового компьютера Lisa и это устойство должно было иметь всего одну кнопку и быть разборным — чтобы пользователи могли вычищать грязь из внутренностей. Заказ Джобса был выполнен в точности и именно эта конструкция легла в основу всех современных мышей.

В 1981 году в Швейцарии была основана компания, сосредоточившаяся на разработке и производстве нового типа манипуляторов, которые получали всё больше распространение. Имя этой компании — Logitech. Продукцию её завода продавали под своими брендами  Apple, Olivetti и Wang — крупнейшие поставщики ПК того времени. И лишь в середине 80-х Logitech стала продавать мыши под собственной маркой.

Конструкция мыши оказалась настолько удачной, что практически без изменений эксплуатировалась два десятка лет. Лишь во второй половине 90-х годов в исследовательской лаборатории Agilent Technologies, принадлежащей в то время Hewlett-Packard, появилась мышка нового типа — оптическая. Работает она по следующему принципу: с помощью светодиода и системы фокусирующих линз участок поверхности под мышкой подсвечивается, а отраженный от поверхности свет собирается другой линзой и попадает на приёмный сенсор микросхемы процессора обработки изображений. Этот чип делает снимки поверхности под мышью и последовательно сравнивает их, вычисляя скорость и направление перемещения манипулятора.

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 (коврике) специальной штриховки (перпендикулярными или ромбовидными линиями). В некоторых моделях мышей эти штриховки выполнялись красками, невидимыми в обычном свете (такие коврики даже могли иметь рисунок). Однако, такие мышки не получили широкого распространения из-за очевидных неудобств в эксплуатации: мышку необходимо было держать в определённой ориентации относительно коврика, сами коврики быстро загрязнялись, становясь непригодными, а заменить их было проблематично - у всех производителей рисунок разметки был разным, и к тому же отдельно от манипуляторов коврики не выпускались.

Оптические мыши второго поколения создавались на базе микросхемы, содержащей фотосенсор и процессор обработки изображения. Удешевление и миниатюризация компьютерной техники позволили уместить всё это в одном элементе за доступную цену. Фотосенсор периодически сканирует участок рабочей поверхности под мышью. При изменении рисунка процессор определяет, в какую сторону и на какое расстояние сместилась мышь. Сканируемый участок подсвечивается светодиодом (обычно — красного цвета) под косым углом.

Предполагалось, что такой датчик позволит оптической мыши работать на произвольной поверхности, однако скоро выяснилось, что многие продаваемые модели (в особенности первые широко продаваемые устройства) не так уж и безразличны к рисункам на коврике. На некоторых участках рисунка графический процессор способен сильно ошибаться, что приводит к хаотичным движениям указателя, абсолютно неадекватным реальному перемещению. Для склонных к таким сбоям мышей необходимо подобрать коврик с иным рисунком или вовсе с однотонным покрытием.

Отдельные модели также склонны к детектированию мелких движений при нахождении мыши в состоянии покоя, что проявляется дрожанием указателя на экране, иногда с тенденцией сползания в ту или иную сторону.

Впрочем, 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 четче определяет перемещения по такой поверхности).

22.jpg Первая коммерческая мышка, использующая такой принцип была выпущена компанией Microsoft в 1999 году.
Относительно недавно светодиод, используемый для подсветки поверхности, стали заменять инфракрасным лазером, что позволило существенно повысить контрастность получаемого на сенсоре снимка поверхности, а значит — лучшую распознаваемость поверхности и более высокую точность позиционирования. Однако, такие решения более дороги в производстве — ведь  пучок лазера необходимо рассеивать с помощью системы линз, в противном случае будет захвачен слишком маленький участок поверхности.

Своеобразным ответвлением от семейства оптических мышек первого поколения стали мышки индукционные. Они используют специальный коврик, который, питаясь от компьютера,  создаёт небольшое электромагнитное поле, наводящее индукционный ток в катушке, размещённой в манипуляторе. Специальный процессор может отслеживает перемещение манипулятора в этом магнитном поле, передавая сигнал обратно к компьютеру. Такие конструкции, однако, довольно дороги и обычно используются гибридные мышки, в которых от индукционного тока питается обычная оптическая система.

В первых вариантах конструкции шариковой мышки использовался  контактный датчик, представляющий собой текстолитовый диск с лучевидными металлическими дорожками и тремя контактами, прижатыми к нему. Основными недостатками контактных датчиков было быстрое окисление контактов, износ и невысокая точность.

На этом мы заканчиваем рассказ об истории манипуляторов типа «мышь».