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광마우스

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목차

1. 개요

광마우스는 표면의 이미지를 캡처하여 움직임을 감지하는 컴퓨터 입력 장치이다. 1980년대에 개발되었으며, MIT와 제록스에서 각각 독립적으로 개발한 기술을 기반으로 한다. 1999년 마이크로소프트가 IntelliEye 기술을 탑재한 IntelliMouse를 출시하면서 대중화되었다. 광마우스는 LED 또는 레이저를 광원으로 사용하며, 디지털 이미지 상관 기술을 통해 작동한다. 기계식 마우스와 비교하여 움직이는 부품이 없어 먼지에 강하고 유지 보수가 용이하며, 표면의 제약이 덜하다.

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광마우스
광마우스
일반적인 광마우스
일반적인 광마우스
다른 이름광학 마우스
발명가윌리엄 키르히너
로버트 라이언
로널드 앤슨
개발 연도1980년
종류컴퓨터 마우스
입력 방식광학 센서
작동 원리
작동 원리광학 센서를 사용하여 표면의 움직임을 감지
특징전통적인 마우스 볼이 필요 없음
움직이는 부품이 적어 내구성이 좋음
다양한 표면에서 사용 가능
볼 마우스에 비해 정밀도가 높음
역사
개발 배경초기 마우스의 단점 (볼의 오염, 마모) 해결 필요
광학 기술 발전
초기 모델1980년대 초, 윌리엄 키르히너가 개발 (상용화 실패)
로버트 라이언과 로널드 앤슨이 제록스에서 개발 (상용화)
대중화1990년대 후반, 기술 발전 및 가격 하락으로 대중화
기술
센서LED 또는 레이저 사용
표면의 미세한 변화 감지
이미지 처리센서가 감지한 이미지를 분석하여 움직임 방향 및 거리 계산
인터페이스USB
블루투스
장단점
장점높은 정밀도
적은 유지 보수 비용
다양한 표면에서 사용 가능
단점유리 또는 반사되는 표면에서 작동이 어려울 수 있음
마우스 패드 필요
활용
활용 분야일반적인 컴퓨터 작업
게임
그래픽 디자인
CAD
같이 보기
관련 항목마우스 (컴퓨터)
트랙볼
터치패드
레이저 마우스

2. 역사

광마우스의 역사는 1980년대 초, 두 명의 발명가가 각각 독립적으로 광마우스를 개발하면서 시작되었다.


  • 스티브 커시 (MIT, 마우스 시스템즈): 적외선 LED와 4분면 적외선 센서를 사용, 특수 금속 표면에 적외선 흡수 잉크로 인쇄된 격자선을 감지하는 방식.[24][25] 마우스의 CPU에 있는 예측 알고리즘을 통해 격자 위에서의 속도와 방향을 계산했다.
  • 리처드 F. 라이언 (제록스): n형 (5µm) MOS 집적 회로 칩과 16 픽셀 가시광선 이미지 센서를 사용, 인쇄된 종이나 마우스 패드의 어두운 영역에서 빛 점의 움직임을 추적하는 방식.[6][7][8]


윌리엄스와 체리가 개발한 반전 패키징 디자인 이전의 초기 제록스 광마우스 칩


OEM 브랜드의 마우스 시스템즈(키르쉬) 광마우스의 밑면과 마우스패턴 표시


커시의 마우스는 패드에 내장된 x-y 좌표계를 사용했기 때문에 패드가 회전하면 제대로 작동하지 않았지만, 라이언 마우스는 기계식 마우스와 마찬가지로 마우스 본체의 x-y 좌표계를 사용했다는 차이점이 있었다.

1990년대 후반, 마이크로소프트는 휴렛 팩커드(HP)의 기술을 기반으로 한 인텔리마우스(IntelliMouse)와 인텔리아이(IntelliEye) 광학 기술을 선보이며 광마우스의 대중화를 이끌었다.[13] 이후 애플 등 다른 제조업체들도 광마우스를 채택하면서 기계식 마우스는 빠르게 대체되었다.

현대 광마우스는 광전자 센서(저해상도 비디오 카메라)를 사용하여 작동하는 표면의 이미지를 연속적으로 캡처한다. 컴퓨팅 성능이 발전하면서 마우스 자체에 이미지 처리 칩을 내장할 수 있게 되었고, 다양한 표면에서 상대적 움직임을 감지하여 커서의 움직임으로 변환할 수 있게 되었다.

2. 1. 초기의 광마우스 (1980년대)

1980년에 두 명의 발명가가 각각 독립적으로 광마우스를 개발했다.

  • 스티브 커시(MIT, 마우스 시스템즈): 적외선 LED와 4분면 적외선 센서를 사용, 특수 금속 표면에 적외선 흡수 잉크로 인쇄된 격자선을 감지하는 방식.[24][25] 마우스의 CPU에 있는 예측 알고리즘을 통해 격자 위에서의 속도와 방향을 계산했다.
  • Richard Francis Lyon(제록스): n형 (5µm) MOS 집적 회로 칩과 16 픽셀 가시광선 이미지 센서를 사용, 인쇄된 종이나 마우스 패드의 어두운 영역에서 빛 점의 움직임을 추적하는 방식.[6][7][8]


커시의 마우스는 패드에 내장된 x-y 좌표계를 사용했기 때문에 패드가 회전하면 제대로 작동하지 않았지만, 라이언 마우스는 기계식 마우스와 마찬가지로 마우스 본체의 x-y 좌표계를 사용했다.

제록스 스타 오피스 컴퓨터와 함께 판매된 광마우스는 제록스 마이크로일렉트로닉스 센터의 리사 M. 윌리엄스와 로버트 S. 체리가 특허를 받은 반전 센서 칩 패키징 방식을 사용했다.[9]

마우스 시스템즈(키르쉬) 디자인은 PC 호환 형태로 상용화되었고,[10] 선 마이크로시스템즈 워크스테이션용,[11] 데이터 제너럴에서도 판매되었다.[12]

2. 2. 현대의 광마우스 (1990년대 후반 ~ 현재)

1999년, 마이크로소프트는 인텔리마우스(IntelliMouse)와 함께 인텔리아이(IntelliEye) 광학 기술을 선보였다. 이 기술은 휴렛 팩커드(HP)의 기술을 기반으로 했으며, 광마우스의 대중화를 이끌었다.[13] 이후 애플 등 다른 제조업체들도 광마우스를 채택하면서 기계식 마우스는 빠르게 대체되었다.

현대 광마우스는 광전자 센서(저해상도 비디오 카메라)를 사용하여 작동하는 표면의 이미지를 연속적으로 캡처한다. 컴퓨팅 성능이 발전하면서 마우스 자체에 이미지 처리 칩을 내장할 수 있게 되었고, 다양한 표면에서 상대적 움직임을 감지하여 커서의 움직임으로 변환할 수 있게 되었다.

2. 2. 1. 광학 센서

현대 광마우스는 광전자 센서(저해상도 비디오 카메라)를 사용하여 마우스가 작동하는 표면의 연속적인 이미지를 캡처하여 작동한다. 컴퓨팅 성능이 저렴해짐에 따라, 더 강력한 특수 목적의 이미지 처리 칩을 마우스 자체에 내장하는 것이 가능해졌다. 이러한 발전으로 마우스는 다양한 표면에서 상대적인 움직임을 감지하여 마우스의 움직임을 커서의 움직임으로 변환하고, 특수 마우스 패드의 필요성을 없앴다.[13]

'''S5085''' 광학 센서 IC 다이(CMOS 센서 + 드라이버)


현대 광마우스의 기반이 되는 기술은 디지털 이미지 상관으로 알려져 있으며, 이는 군사 목표물 추적을 위해 방위 산업에서 개척한 기술이다. 광마우스는 이미지 센서를 사용하여 나무, 천, 마우스 패드 및 Formica와 같은 재료에서 자연적으로 발생하는 텍스처를 이미지화한다. 이러한 표면은 발광 다이오드에 의해 비스듬한 각도로 조명될 때 석양이 비치는 언덕이 많은 지형과 유사한 뚜렷한 그림자를 드리운다. 이러한 표면의 이미지는 연속적으로 캡처되어 서로 비교하여 마우스가 얼마나 멀리 움직였는지 결정한다.

광학 흐름이 광마우스에 어떻게 사용되는지 이해하려면, 동일한 객체를 약간씩 다른 위치에서 촬영한 두 장의 사진을 상상해 볼 수 있다. 두 사진을 라이트 테이블에 놓고 투명하게 만든 다음, 이미지들이 일치할 때까지 서로 밀어보면, 한 사진의 가장자리가 다른 사진보다 얼마나 겹쳐지는지가 이미지 간의 오프셋을 나타내며, 광학식 컴퓨터 마우스의 경우 이동 거리를 나타낸다.

광마우스는 초당 1,000개 이상의 연속 이미지를 캡처한다. 마우스가 얼마나 빨리 움직이느냐에 따라 각 이미지는 이전 이미지에서 픽셀의 일부 또는 여러 픽셀만큼 오프셋된다. 광마우스는 상호 상관 관계를 사용하여 이러한 이미지를 수학적으로 처리하여 각 연속 이미지가 이전 이미지에서 얼마나 오프셋되었는지 계산한다. 광학 센서의 출력은 일반적으로 델타 X, Y 좌표이다. 일부 광학 IC는 이미지 데이터도 얻을 수 있다. 마우스는 일반적으로 빠른 데이터 처리를 위해 일종의 이미지 획득 시스템과 DSP 프로세서를 내장한다.

광마우스는 18 × 18 픽셀 배열의 흑백 픽셀을 가진 이미지 센서를 사용할 수 있다. 센서는 일반적으로 이미지를 저장하고 처리하는 데 사용되는 것과 동일한 ASIC을 공유한다.

휴렛 팩커드(Hewlett-Packard Co.)에서 현대 광마우스 개발은 1990년대 HP 연구소에서 일련의 관련 프로젝트를 통해 지원되었다.

2. 2. 2. 작동 원리

현대 광마우스는 광전자 센서를 사용하여 마우스가 작동하는 표면의 연속적인 이미지를 캡처하여 작동한다. 이 센서는 작은 저해상도 비디오 카메라와 같은 역할을 한다.[13] 컴퓨팅 성능이 발전하면서, 마우스 자체에 강력한 이미지 처리 칩을 내장할 수 있게 되었다. 이를 통해 마우스는 다양한 표면에서 상대적인 움직임을 감지하고, 마우스의 움직임을 커서의 움직임으로 변환할 수 있게 되었다.

광마우스의 핵심 기술은 디지털 이미지 상관이다. 이 기술은 군사 목표물 추적을 위해 방위 산업에서 개발되었다. 광마우스는 이미지 센서를 사용하여 나무, 천, 마우스 패드 등 다양한 재료의 표면 텍스처를 이미지화한다. 이러한 표면은 발광 다이오드(LED)에 의해 비스듬한 각도로 조명될 때, 석양이 비치는 언덕과 같은 뚜렷한 그림자를 만든다. 이러한 표면의 이미지는 연속적으로 캡처되고, 서로 비교되어 마우스가 얼마나 움직였는지 결정한다.

광학 흐름이 광마우스에서 어떻게 사용되는지 이해하려면, 동일한 객체를 약간 다른 위치에서 촬영한 두 장의 사진을 상상해 보자. 두 사진을 라이트 테이블에 놓고 투명하게 만든 후, 이미지들이 일치할 때까지 서로 밀어본다. 한 사진의 가장자리가 다른 사진보다 얼마나 겹쳐지는지가 이미지 간의 오프셋(변위)을 나타내며, 광마우스의 경우 이동 거리를 나타낸다.

광마우스는 초당 1,000개 이상의 이미지를 캡처한다. 마우스의 움직임 속도에 따라 각 이미지는 이전 이미지에서 픽셀의 일부 또는 여러 픽셀만큼 오프셋된다. 광마우스는 상호 상관 관계를 사용하여 이러한 이미지를 수학적으로 처리하고, 각 이미지가 이전 이미지에서 얼마나 오프셋되었는지 계산한다. 광학 센서의 출력은 일반적으로 델타 X, Y 좌표이다. 일부 광학 IC는 이미지 데이터도 얻을 수 있다. 마우스는 일반적으로 빠른 데이터 처리를 위해 이미지 획득 시스템과 DSP 프로세서를 내장한다.

광마우스는 18 × 18 픽셀 배열의 흑백 픽셀을 가진 이미지 센서를 사용할 수 있다. 센서는 일반적으로 이미지를 저장하고 처리하는 데 사용되는 것과 동일한 ASIC을 공유한다.

3. 광원의 종류

광마우스는 광원으로 발광 다이오드(LED)나 레이저를 사용한다. 초기에는 LED가 주로 사용되었으며, 빨간색 LED가 가장 일반적이었다. 이후 적외선 레이저 다이오드를 사용하는 레이저 마우스가 개발되어 더 높은 정밀도와 다양한 표면에서의 작동성을 제공하게 되었다.

3. 1. LED 마우스

파란색 LED를 사용하는 V-Mouse VM-101


광마우스가 처음 대중화되었을 때, 주로 발광 다이오드(LED)를 광원으로 사용했다. 광마우스의 LED 색상은 다양할 수 있지만, 빨간색 LED가 가장 일반적인데, 이는 가격이 저렴하고 실리콘 광 감지기가 빨간색 빛에 매우 민감하기 때문이다. 적외선 LED도 널리 사용된다.[16] 이외에도 오른쪽 그림에 있는 V-Mouse VM-101과 같이 파란색 LED 등 다른 색상의 LED도 사용될 수 있다.

3. 2. 레이저 마우스

레이저 마우스는 LED 대신 적외선 레이저 다이오드를 사용하여 센서 아래 표면을 비춘다. 1998년 썬 마이크로시스템즈는 썬 SPARC스테이션 서버와 워크스테이션에 레이저 마우스를 제공하였다.[26] 2004년 로지텍은 아바고 테크놀로지스와 협력하여 MX 1000 레이저 마우스를 출시하면서 레이저 마우스가 주류 시장에 진입했다.[27]

육안으로는 보이지 않지만, 이 레이저 마우스가 생성하는 빛은 CCD가 인간의 눈보다 더 넓은 빛 파장 범위에 민감하기 때문에 보라색으로 포착된다.


레이저 마우스는 LED 광학 마우스에 비해 이미지 해상도가 높아 정밀도가 향상되고, 다양한 표면에서 작동 가능하다. 특히, 유리나 광택 표면과 같이 기존 광학 마우스가 작동하기 어려운 환경에서도 우수한 성능을 보인다.

2008년, 아바고 테크놀로지스는 VCSEL 기술을 사용하여 IC에 방출기가 통합된 레이저 탐색 센서를 출시했다.[19]

2009년 8월, 로지텍은 "암시야" 레이저 센서를 탑재한 마우스를 출시했다. 이 센서는 두 개의 레이저를 사용하여 유리 및 광택 표면에서 더 나은 추적을 가능하게 했다.[20]

4. 전력 관리

광마우스, 특히 무선 마우스는 배터리 수명을 늘리기 위해 전력 관리 기술을 사용한다. 마우스는 대기 모드에서 레이저나 LED의 밝기를 낮추거나 깜빡이는 방식으로 전력을 절약한다. 일부 마우스는 절전 모드에서 센서를 완전히 끄기도 한다.[1]

로지텍의 일반적인 구현에서는 센서가 초당 다른 속도로 펄스되는 4가지 전원 상태를 가진다.[2]

상태설명
11500완전히 켜짐, 움직이는 동안 정확한 반응을 위해 조명이 밝다.
1100움직이지 않는 동안의 예비 활성 상태, 조명이 흐리다.
110대기
12절전 상태



이러한 상태에서 움직임을 감지할 수 있다.[3]

적외선 LED나 레이저를 사용하는 광마우스는 가시광선을 이용하는 마우스보다 배터리 수명이 길다.[4] 로지텍 V450 848nm 레이저 마우스와 같은 일부 마우스는 적외선 레이저의 낮은 전력 요구 사항 덕분에 AA 배터리 2개로 1년 동안 작동할 수 있다.[5]

비디오 게임 플레이와 같이 낮은 지연 시간과 높은 응답성이 중요한 경우, 마우스는 전력 절약 기능을 사용하지 않고 유선 연결을 사용하기도 한다.[6] 이러한 예로는 로지텍 G5와 Razer Copperhead가 있다.[7]

5. 기계식 마우스와의 비교

광마우스는 기계식 마우스와 달리 움직이는 부품이 없어 먼지에 강하고 유지 보수가 거의 필요 없다는 장점이 있다.[13] 하지만 광마우스는 광택이 나는 표면이나 투명한 표면에서는 제대로 작동하지 않을 수 있는데, 이는 빛이 표면에서 반사되거나 투과되어 센서가 움직임을 제대로 감지하지 못하기 때문이다. 이러한 문제는 일부 레이저 마우스 모델에서는 개선되어 광택이 나거나 투명한 표면에서도 높은 감도로 움직임을 추적할 수 있다.

광마우스는 울퉁불퉁하거나, 미끄럽거나, 부드럽거나, 끈적이거나, 느슨한 표면 등 다양한 환경에서 기계식 마우스보다 뛰어난 성능을 보인다. 특히 마우스 패드 없이 사용하는 경우에도 안정적으로 작동한다. 다만, 여러 색상이 섞인 마우스 패드를 사용하면 LED 조명 이미지에 따라 움직임이 불안정해질 수 있다. 레이저 마우스는 이러한 문제에 영향을 받지 않는다.

과거에는 기계식 마우스가 광마우스보다 전력 소비량이 적었지만, 현재는 광마우스의 전력 효율이 개선되어 큰 차이가 없다. 마우스의 전력 소비량은 배터리를 사용하는 무선 마우스의 경우에만 중요한 고려 사항이다.

참조

[1] 학술지 Computer mice are scurrying out of R&D labs https://books.google[...] 1982-05-10
[2] 학술지 In Focus: The Mouse that Rolled https://books.google[...] InfoWorld Media Group, Inc. 1983-02-21
[3] 서적 Input Devices https://archive.org/[...] Academic Press
[4] 학술지 Steve Kirsch http://spectrum.mit.[...] 1997-09-22
[5] 웹사이트 Portraits of MIT-Related Companies: Infoseek, Santa Clara, CA http://web.mit.edu/n[...] MIT 2006-12-31
[6] 서적 VLSI Systems and Computations Computer Science Press 1981-08-01
[7] 서적 State of the Art: A Photographic History of the Integrated Circuit http://smithsonianch[...] Ticknor & Fields
[8] 웹사이트 Xerox Mousepad http://www.digibarn.[...] Digibarn.com 2010-05-29
[9] 특허
[10] 웹사이트 Optical mouse, the old way https://kuzyatech.co[...] 2023-04-29
[11] 웹사이트 Sun and Mouse Systems mice and optical pads https://www.retrotec[...] 2023-04-29
[12] 웹사이트 Old optical mouse https://commons.wiki[...] 2023-04-29
[13] 특허
[14] 웹사이트 Microsoft Press Release, April 19th 1999 http://www.microsoft[...] Microsoft 2011-05-11
[15] 서적 Advances in Embedded Computer Vision Springer 2014
[16] 서적 Winn L. Rosch hardware bible https://books.google[...] Que Publishing
[17] 웹사이트 Computer Engineering Tips – Mouse http://computer-engi[...] 2006-12-31
[18] 웹사이트 Logitech MX1000 Laser Cordless Mouse https://www.cnet.com[...] 2018-07-19
[19] 웹사이트 Avago Technologies Announces Miniature Laser Navigation Sensors for Mouse Applications http://www.avagotech[...] 2013-03-25
[20] 웹사이트 Logitech Darkfield Innovation Brief http://www.logitech.[...] 2009
[21] 학술지 Computer mice are scurrying out of R&D labs https://books.google[...] 1982-05-10
[22] 학술지 In Focus: The Mouse that Rolled https://books.google[...] InfoWorld Media Group, Inc. 1983-02-21
[23] 서적 Input Devices https://books.google[...] Academic Press
[24] 학술지 Steve Kirsch http://spectrum.mit.[...] 1997-09-22
[25] 웹인용 Portraits of MIT-Related Companies: Infoseek, Santa Clara, CA http://web.mit.edu/n[...] MIT 2017-05-06
[26] 웹사이트 Computer Engineering Tips – Mouse http://computer-engi[...] 2006-12-31
[27] 웹사이트 Logitech – MX1000 Laser Cordless Mouse http://www.logitech.[...]


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