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光学式マウス （optical mouse） |
マウスはボールの回転からマウスの移動距離や方向を検出するポインティングデバイスです。
しかし、 しばらく使っているうちに、
ホコリやゴミがボールにくっついて、 マウスカーソルの動きが鈍くなってしまうことがあります。
こうなると
分解して、
本体側のローラーに絡まっているホコリをお掃除しなければなりません。
面倒です。
光学式マウスはそのような欠点を取り除いたもので、マウスの移動量を機械的にではなく、 光学的に検出しています。
光学式マウスの中央には、 ボールの代わりに IC があります。
これが光センサです。
IC の右側にある複雑な形の透明のプラスチック部品は、マウスパッド表面の照明用
LED と関連光学系部品です。
（写真をクリックすると大きく表示されます。）
光学系は左図
のようになっています。
LED から出た光は、 まずレンズとプリズムが一体になっている透明樹脂部品に入り、
プリズムの部分で反射を繰り返して、
マウスパッドの表面に斜めに当たります。
ここで乱反射した光の一部分が再びレンズ＆プリズムユニットを通って入り、
センサ上にマウスパッド表面の拡大像を結びます。
左の写真はレンズ＆プリズムユニットです。
光は右上から水平に入ってきて下に曲がり、
さらに斜め前方に曲げられて、レンズの真下でマウスパッドを照らします。
夕日の影は長くなるように、 斜めに照明すれば表面の凹凸は見えやすくなります。
左の写真はどこにでもあるコピー用紙の、 0.5×0.5mm ほどのエリアを拡大したものです。
肉眼では真っ白に見える紙でも、 顕微鏡では不規則な模様が見えますが、
斜めから照明すると微細な凹凸がいっそう強調されます。
光学式マウスは、 このような不規則な模様を 「見る」 ことによって移動量を算出しています。
下図は、 このような不規則な模様を拡大したもの、 と考えてください。
黄色の枠内が光学式マウスのセンサの画像です。
同じものが右の 「センサ画像」 と書かれているところにも表示されています。
下図左の黄色の枠内をマウスでドラッグすると枠が、 すなわち光学式マウスがマウスパッド上を移動します。
光学式マウスが動くと、センサの画像も変化します。
元の画像は薄い黄色の枠で表示されていますが、
オレンジ色で表示されている枠内は元の画像と移動後の画像の共通の部分です。
したがって、 この共通部分の位置と大きさを検出すれば、 マウスの移動量を知ることができます。
いちばん上の写真のマウスに使われている光センサは、１秒間に最大 2300 回、
このような、 新旧の画像を比較して共通部分を検出するという処理を行うことができます。
センサの画素数は 16×16 ピクセル、
解像度は 800cpi （counts per inch） ですから、
マウスパッド表面の約 0.5×0.5mm のエリアを見ています。
秒速 7cm の速さでマウスを動かしたとき、 画像が 1 ピクセルづつ移動していく計算になります。
左の写真は基板の裏面から見た光センサのお腹です。
この穴から光が入ります。
上の光学系の図
でも、この写真でも、どう見てもセンサは普通の IC のように樹脂で固められているのではなく、
単に樹脂製の 「箱」 に入っているだけように見えます。
で、 ものは試し、 パッケージの隙間に細いドライバを差し込んでこじ開けてみると、
いとも簡単に、ぱかんと開いてしまいました。
これほど簡単にチップがむき出しになる IC は初めてです。
左側にあるのがセンサのチップです。
これが、 箱入り娘の顕微鏡写真です。
左に規則正しく並んでいる正方形の部分がイメージセンサでしょう。
センサ 1 画素のサイズは 0.06×0.06mm 程度で、
通常のイメージセンサの面積より 1 桁ほど大きいようです。
幾何学的にこうなってしまうのか、 あるいは感度を高くするためなんでしょうか ？
（写真をクリックすると、大きい写真が表示されます。）
光は IC パッケージ底面の小さい穴から入ってきますが、
これは単なる穴
ですから、
当然ホコリも入ってきます。
マウスにきちんと組み込まれていれば心配ありませんが、 不用意に分解するのはよした方がいいようです。
蓋を開いて顕微鏡で見ると、 無数のゴミやホコリ、 繊維クズなどがありました。
エアーで吹き飛ばしたり、 ずいぶん苦労しましたが、 小さい異物がまだ随所に残っています。
update: 2007.09.23
