Souris optique – Wikipedia

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Une souris optique sans fil Microsoft

Une souris optique est une souris d’ordinateur qui utilise une source de lumière, généralement une diode électroluminescente (LED), et un détecteur de lumière, tel qu’un réseau de photodiodes, pour détecter le mouvement par rapport à une surface. Les variations de la souris optique ont largement remplacé l’ancienne conception de la souris mécanique, qui utilise des pièces mobiles pour détecter le mouvement.

Les premières souris optiques ont détecté un mouvement sur les surfaces de tapis de souris pré-imprimées. Les souris optiques modernes fonctionnent sur la plupart des surfaces opaques à réflexion diffuse comme le papier, mais la plupart d’entre elles ne fonctionnent pas correctement sur les surfaces à réflexion spéculaire comme la pierre polie ou les surfaces transparentes comme le verre. Les souris optiques qui utilisent un éclairage à fond noir peuvent fonctionner de manière fiable même sur de telles surfaces.

Souris mécaniquesÉditer

Bien qu’elles ne soient pas communément appelées souris optiques, presque toutes les souris mécaniques ont suivi le mouvement à l’aide de LED et de photodiodes pour détecter quand des faisceaux de lumière infrarouge ont traversé et n’ont pas traversé des trous dans une paire de roues codeuses incrémentielles (une pour gauche / droite, une autre avant / arrière), entraîné par une balle caoutchoutée. Ainsi, la principale distinction des «souris optiques» n’est pas leur utilisation de l’optique, mais leur absence totale de pièces mobiles pour suivre le mouvement de la souris, utilisant plutôt un système entièrement à semi-conducteurs.

Souris optiques précocesÉditer

Une première puce de souris optique Xerox, avant le développement de la conception d’emballage inversé de Williams et Cherry

Les deux premières souris optiques, démontrées pour la première fois par deux inventeurs indépendants en décembre 1980, avaient des conceptions de base différentes:[1][2][3]

L’un d’eux, inventé par Steve Kirsch du MIT et Mouse Systems Corporation,[4][5] utilisé une LED infrarouge et un capteur infrarouge à quatre quadrants pour détecter les lignes de grille imprimées avec de l’encre absorbant l’infrarouge sur une surface métallique spéciale. Des algorithmes prédictifs dans le CPU de la souris ont calculé la vitesse et la direction sur la grille. L’autre type, inventé par Richard F. Lyon de Xerox, utilisait un capteur d’image en lumière visible de 16 pixels avec détection de mouvement intégrée sur le même type n (5 µm) puce de circuit intégré MOS,[6][7] et suivi le mouvement des points clairs dans un champ sombre d’un papier imprimé ou d’un tapis de souris similaire.[8] Les types de souris Kirsch et Lyon avaient des comportements très différents, car la souris Kirsch utilisait un système de coordonnées xy intégré dans le pad, et ne fonctionnait pas correctement lorsque le pad était tourné, tandis que la souris Lyon utilisait le système de coordonnées xy du corps de la souris, comme le font les souris mécaniques.

Le capteur optique d’un Microsoft Wireless IntelliMouse Explorer (v. 1.0A)

La souris optique finalement vendue avec l’ordinateur de bureau Xerox STAR a utilisé une approche de conditionnement de puce à capteur inversé brevetée par Lisa M. Williams et Robert S. Cherry du Xerox Microelectronics Center.[9]

Souris optiques modernesÉditer

Photographie au microscope de la puce de silicium du capteur IntelliMouse Explorer

Les souris optiques modernes indépendantes de la surface fonctionnent en utilisant un capteur optoélectronique (essentiellement une minuscule caméra vidéo basse résolution) pour prendre des images successives de la surface sur laquelle la souris fonctionne. Comme la puissance de calcul est devenue moins chère, il est devenu possible d’intégrer des puces de traitement d’image spéciales plus puissantes dans la souris elle-même. Cette avancée a permis à la souris de détecter un mouvement relatif sur une grande variété de surfaces, traduisant le mouvement de la souris en mouvement du curseur et éliminant le besoin d’un tapis de souris spécial. Une conception de souris optique à lumière cohérente et indépendante de la surface a été brevetée par Stephen B. Jackson chez Xerox en 1988.[10]

Les premières souris informatiques optiques modernes disponibles sur le marché ont été Microsoft IntelliMouse avec IntelliEye et IntelliMouse Explorer, introduites en 1999 à l’aide d’une technologie développée par Hewlett-Packard.[11] Il fonctionnait sur presque toutes les surfaces et représentait une amélioration bienvenue par rapport aux souris mécaniques, qui ramassaient la saleté, traçaient capricieusement, invitaient à une manipulation brutale et devaient être démontées et nettoyées fréquemment. D’autres fabricants ont rapidement suivi l’exemple de Microsoft en utilisant des composants fabriqués par le spin-off HP Agilent Technologies, et au cours des prochaines années, les souris mécaniques sont devenues obsolètes.

S5085 puce de capteur optique IC (capteur CMOS + pilote)

La technologie sous-jacente à la souris d’ordinateur optique moderne est connue sous le nom de corrélation d’image numérique, une technologie lancée par l’industrie de la défense pour suivre des cibles militaires. Une simple version d’image binaire de la corrélation d’images numériques a été utilisée avec la souris optique de Lyon de 1980. Les souris optiques utilisent des capteurs d’image pour imager la texture naturelle dans des matériaux tels que le bois, le tissu, les tapis de souris et le Formica. Ces surfaces, lorsqu’elles sont éclairées à un angle rasant par une diode électroluminescente, projettent des ombres distinctes qui ressemblent à un terrain vallonné éclairé au coucher du soleil. Les images de ces surfaces sont capturées en succession continue et comparées les unes aux autres pour déterminer jusqu’où la souris s’est déplacée.

Pour comprendre comment le flux optique est utilisé chez les souris optiques, imaginez deux photographies du même objet, sauf légèrement décalées l’une par rapport à l’autre. Placez les deux photographies sur une table lumineuse pour les rendre transparentes et faites-les glisser l’une sur l’autre jusqu’à ce que leurs images soient alignées. La quantité que les bords d’une photographie surplombent l’autre représente le décalage entre les images et, dans le cas d’une souris d’ordinateur optique, la distance sur laquelle elle s’est déplacée.

Les souris optiques capturent mille images successives ou plus par seconde. Selon la vitesse à laquelle la souris se déplace, chaque image sera décalée de la précédente d’une fraction de pixel ou de plusieurs pixels. Les souris optiques traitent mathématiquement ces images en utilisant la corrélation croisée pour calculer combien chaque image successive est décalée par rapport à la précédente.

Une souris optique peut utiliser un capteur d’image ayant une matrice de 18 × 18 pixels de pixels monochromatiques. Son capteur partagerait normalement le même ASIC que celui utilisé pour le stockage et le traitement des images. Un raffinement accélérerait le processus de corrélation en utilisant les informations des mouvements précédents, et un autre raffinement empêcherait les bandes mortes lors d’un déplacement lent en ajoutant une interpolation ou un saut de trame.

Le développement de la souris optique moderne chez Hewlett-Packard Co. a été soutenu par une succession de projets connexes au cours des années 1990 chez HP Laboratories. En 1992, William Holland a obtenu le brevet américain 5089712 et John Ertel, William Holland, Kent Vincent, Rueiming Jamp et Richard Baldwin ont obtenu le brevet américain 5149980 pour mesurer l’avance de papier linéaire dans une imprimante en corrélant des images de fibres de papier. Ross R. Allen, David Beard, Mark T. Smith et Barclay J. Tullis ont reçu les brevets américains 5 578 813 (1996) et 5 644 139 (1997) pour les principes de navigation optique bidimensionnelle (c.-à-d., Mesure de position) basés sur la détection et la corrélation microscopiques , caractéristiques inhérentes à la surface sur laquelle le capteur de navigation s’est déplacé, et utilisation de mesures de position de chaque extrémité d’un capteur d’image linéaire (document) pour reconstruire une image du document. Il s’agit du concept de numérisation à main levée utilisé dans le scanner portable HP CapShare 920. En décrivant un moyen optique qui surmontait explicitement les limites des roues, des balles et des rouleaux utilisés dans les souris d’ordinateur contemporaines, la souris optique était anticipée. Ces brevets ont constitué la base du brevet américain 5 729 008 (1998) attribué à Travis N. Blalock, Richard A. Baumgartner, Thomas Hornak, Mark T. Smith et Barclay J. Tullis, où la détection d’image de caractéristique de surface, le traitement d’image et la corrélation d’image a été réalisé par un circuit intégré pour produire une mesure de position. La précision améliorée de la navigation optique 2D, nécessaire pour l’application de la navigation optique à la mesure 2D précise de l’avancée des supports (papier) dans les imprimantes grand format HP DesignJet, a été affinée dans le brevet américain 6,195,475 attribué en 2001 à Raymond G. Beausoleil, Jr., et Ross R. Allen.

Alors que la reconstruction de l’image dans l’application de numérisation de documents (Allen et al.) Nécessitait une résolution de la part des navigateurs optiques de l’ordre de 1 / 600ème de pouce, la mise en œuvre de la mesure optique de position chez la souris d’ordinateur ne bénéficie pas seulement des réductions de coûts inhérentes en naviguant à une résolution plus basse, mais aussi profiter de la rétroaction visuelle à l’utilisateur de la position du curseur sur l’écran de l’ordinateur. En 2002, Gary Gordon, Derek Knee, Rajeev Badyal et Jason Hartlove ont obtenu le brevet américain 6 433 780[12] pour une souris d’ordinateur optique qui mesure la position en utilisant la corrélation d’images. Certains petits pavés tactiles fonctionnent comme une souris optique.

Source de lumièreÉditer

Souris LEDÉditer

La V-Mouse VM-101 à base de LED bleues

Les souris optiques utilisaient souvent des diodes électroluminescentes (LED) pour l’éclairage lors de leur première popularisation. La couleur des LED de la souris optique peut varier, mais le rouge est le plus courant, car les diodes rouges sont peu coûteuses et les photodétecteurs au silicium sont très sensibles à la lumière rouge. Les LED IR sont également largement utilisées.[13] D’autres couleurs sont parfois utilisées, comme la LED bleue de la V-Mouse VM-101 illustrée à droite.

Souris laserÉditer

Bien qu’invisible à l’œil nu, la lumière produite par cette souris laser est capturée en violet car les CCD sont sensibles à une gamme de longueurs d’onde de lumière plus large que l’œil humain.

La souris laser utilise une diode laser infrarouge au lieu d’une LED pour éclairer la surface sous leur capteur. Dès 1998, Sun Microsystems a fourni une souris laser avec leurs serveurs et stations de travail Sun SPARCstation.[14]

Cependant, les souris laser ne sont entrées sur le marché grand public qu’en 2004, suite au développement par une équipe d’Agilent Laboratories, Palo Alto, dirigée par Doug Baney d’une souris laser basée sur un VCSEL (laser) à 850 nm offrant une amélioration 20X dans le suivi des performances. Tong Xie, Marshall T. Depue et Douglas M. Baney ont obtenu les brevets américains 7,116,427 et 7,321,359 pour leurs travaux sur des souris grand public à base de VCSEL à grande navigabilité et à faible consommation d’énergie. Paul Machin de Logitech, en partenariat avec Agilent Technologies, a présenté la nouvelle technologie comme MX 1000 souris laser. Cette souris utilise un petit laser infrarouge (VCSEL) au lieu d’une LED et a considérablement augmenté la résolution de l’image prise par la souris. L’éclairage laser permet un suivi de surface supérieur par rapport aux souris optiques éclairées par LED.[15]

Laser en verre (ou glaser), les souris ont les mêmes capacités qu’une souris laser, mais fonctionnent bien mieux sur des surfaces en miroir ou en verre transparent que d’autres souris optiques sur ces surfaces.[16][17] En 2008, Avago Technologies a introduit des capteurs de navigation laser dont l’émetteur a été intégré au CI à l’aide de la technologie VCSEL.[18]

En août 2009, Logitech a introduit des souris avec deux lasers pour mieux suivre les surfaces en verre et brillantes; ils les ont surnommés un capteur laser “Darkfield”.[19]

Les fabricants conçoivent souvent leurs souris optiques, en particulier les modèles sans fil alimentés par batterie, pour économiser de l’énergie lorsque cela est possible. Pour ce faire, la souris atténue ou clignote le laser ou la LED en mode veille (chaque souris a un temps de veille différent). Une implémentation typique (par Logitech) a quatre états de puissance, où le capteur est pulsé à différents taux par seconde:[[citation requise]

  • 11500: allumé à fond, pour une réponse précise pendant le déplacement, l’éclairage semble lumineux.
  • 1100: état de repli actif sans bouger, l’éclairage semble terne.
  • 110: veille
  • 12: état de sommeil

Le mouvement peut être détecté dans l’un de ces états; certaines souris éteignent complètement le capteur en mode veille, nécessitant un clic de bouton pour se réveiller.[20]

Les souris optiques utilisant des éléments infrarouges (LED ou lasers) offrent une augmentation substantielle de la durée de vie de la batterie par rapport à l’illumination du spectre visible. Certaines souris, comme la souris laser Logitech V450 848 nm, sont capables de fonctionner avec deux piles AA pendant une année complète, en raison des faibles besoins en énergie du laser infrarouge.[[clarification nécessaire]

Les souris conçues pour une utilisation où une faible latence et une grande réactivité sont importantes, comme dans les jeux vidéo, peuvent omettre les fonctions d’économie d’énergie et nécessitent une connexion filaire pour améliorer les performances. Des exemples de souris qui sacrifient l’économie d’énergie au profit des performances sont le Logitech G5 et le Razer Copperhead.

Souris optiques versus souris mécaniquesÉditer

La souris optique Logitech iFeel utilise une LED rouge pour projeter la lumière sur la surface de suivi.

Contrairement aux souris mécaniques, dont les mécanismes de suivi peuvent être obstrués par des peluches, les souris optiques n’ont pas de pièces mobiles (à part les boutons et les molettes de défilement); par conséquent, ils ne nécessitent aucun entretien autre que l’élimination des débris qui pourraient s’accumuler sous l’émetteur de lumière. Cependant, ils ne peuvent généralement pas suivre sur des surfaces brillantes et transparentes, y compris certains tapis de souris, entraînant une dérive imprévisible du curseur pendant le fonctionnement. Les souris avec moins de puissance de traitement d’image ont également des problèmes de suivi des mouvements rapides, tandis que certaines souris de haute qualité peuvent suivre plus rapidement que 2 m / s.

Certains modèles de souris laser peuvent suivre sur des surfaces brillantes et transparentes et ont une sensibilité beaucoup plus élevée.

Depuis 2006 les souris mécaniques avaient des besoins de puissance moyenne inférieurs à leurs homologues optiques; la puissance utilisée par les souris est relativement faible, et n’est un facteur important que lorsque la puissance provient des batteries, avec leur capacité limitée.

Les modèles optiques surpassent les souris mécaniques sur des surfaces inégales, glissantes, douces, collantes ou lâches, et généralement dans des situations mobiles sans tapis de souris. Étant donné que les souris optiques rendent le mouvement basé sur une image que la LED (ou la diode infrarouge) éclaire, l’utilisation avec des tapis de souris multicolores peut entraîner des performances peu fiables; cependant, les souris laser ne souffrent pas de ces problèmes et suivront sur de telles surfaces.

RéférencesÉditer

  1. ^ John Markoff (10 mai 1982). “Les souris d’ordinateur sortent des laboratoires de R&D”. InfoWorld. 4 (18): 10-11. ISSN 0199-6649.
  2. ^ John Markoff (21 février 1983). “In Focus: La souris qui roulait”. InfoWorld. InfoWorld Media Group, Inc. 5 (8): 28. ISSN 0199-6649.
  3. ^ Sol Sherr (1988). Des dispositifs d’entrée. Presse académique. ISBN 0126399700.
  4. ^ Liz Karagianis (automne 1997). “Steve Kirsch”. Spectre du MIT.
  5. ^ “Portraits de sociétés liées au MIT: Infoseek, Santa Clara, CA”. MIT: L’impact de l’innovation. MIT. Récupéré 31 décembre 2006.
  6. ^ Lyon, Richard F. (août 1981). “La souris optique et une méthodologie architecturale pour les capteurs numériques intelligents” (PDF). Dans H. T. Kung; Robert F. Sproull; Guy L. Steele (éd.). Systèmes et calculs VLSI. Presse informatique. doi: 10.1007 / 978-3-642-68402-9_1.
  7. ^ Stan Augarten (1983). État de l’art: une histoire photographique du circuit intégré. Ticknor & Fields. pp. 60–61. ISBN 0-89919-195-9.
  8. ^ “Tapis de souris Xerox”. Digibarn.com. Récupéré 2010-05-29.
  9. ^ Lisa M. Williams (alias L&LL) et Robert (Bob) S. Cherry, brevet américain 4 751 505 souris optique.
  10. ^ Stephen B. Jackson, brevet américain 4 794 384, dispositif de traducteur optique.
  11. ^ “Communiqué de presse Microsoft, 19 avril 1999”. Microsoft. 1999-04-19. Archivé de l’original le 2011-11-28. Récupéré 2011-05-11.
  12. ^ US 6433780, “Seeing eye mouse for a computer system”
  13. ^ Winn L. Rosch (2003). Bible de matériel de Winn L. Rosch (6e éd.). Que Publishing. p. 756. ISBN 978-0-7897-2859-3.
  14. ^ Conseils d’ingénierie informatique – Souris Archivé le 5 mai 2009 à la Wayback Machine. Récupéré le 31 décembre 2006.
  15. ^ “Souris sans fil laser Logitech MX1000”. CNET. 4 novembre 2004. Récupéré 19 juillet 2018.
  16. ^ Comparaison de souris optique, laser et laser en verre. Archivé le 3 mars 2016 à la machine Wayback
  17. ^ Souris laser en verre par A4Tech. Archivé le 3 mars 2016 à la machine Wayback
  18. ^ “Avago Technologies annonce des capteurs de navigation laser miniatures pour les applications de souris”. 28 janvier 2008. Récupéré 2013-03-25.
  19. ^ “Logitech Darkfield Innovation Brief” (PDF). Logitech. 2009.
  20. ^ Certains modèles de souris Targus fonctionnent de cette façon.