マウスは、1984 年の Apple Macintosh の導入によって初めて公の場に登場し、それ以来、コンピュータの使用方法を完全に再定義することに貢献してきました。
毎日のコンピューティング生活では、カーソルを移動したり、何かをアクティブにしたりするたびに、マウスに手を伸ばします。マウスは動きとクリックを感知してコンピュータに送信し、コンピュータが適切に応答できるようにします。
この記事では、ヒューマン マシン インターフェイスのこの重要な部分のカバーを外し、何が機能しているのかを正確に見ていきます。
コンピュータマウスの進化
マウスがいかにシンプルで効果的であるかは驚くべきことですが、マウスが日常生活の一部になるまでにどれだけの時間がかかったかも驚くべきことです。人々が自然に物を指すこと (通常は話す前) を考えると、優れたポインティング デバイスが開発されるまでにこれほど長い時間がかかったのは驚くべきことです。元々は 1960 年代に考案されましたが、マウスが主流になるまでに数十年かかりました。
コンピュータはデータ入力にテレタイプマシンやパンチカードのような粗雑なインターフェイスを使用していたため、当初はポイントする必要はありませんでした。初期のテキスト端末はテレタイプ (紙の代わりに画面を使用) をエミュレートするだけだったので、ほとんどの端末で矢印キーが見つかるまでには何年もかかりました (1960 年代から 1970 年代初頭まで)。全画面エディターはカーソル キーを初めて実際に活用したものであり、人間に初めてポイントする方法を提供しました。
ライト ペンは、ポインティング デバイスとして長年さまざまなマシンで使用され、1970 年代にはグラフィック タブレット、ジョイ スティック、その他のさまざまなデバイスも普及しました。しかし、これらはどれも実際にポインティング デバイスとして選ばれることはありませんでした。
マウスが Mac に取り付けられて登場すると、すぐに成功を収めました。そこにはまったく自然なことがある。グラフィック タブレットと比較すると、マウスは非常に安価であり、デスク上の占有スペースも非常に小さくなります。 PC の世界では、主にオペレーティング システムのサポート不足が原因で、マウスが普及するまでに時間がかかりました。 Windows 3.1 がグラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) を標準とした後、マウスはすぐに PC とヒューマン インターフェイスの選択肢になりました。
マウスの内部
マウスの主な目的は、手の動きをコンピュータが使用できる信号に変換することです。トラックボール マウスの内部を見て、それがどのように機能するかを見てみましょう。
- マウス内のボールがデスクトップに触れ、マウスが動くと転がります。マウスのロジックボードの下側: ボールの露出部分がデスクトップに接触します。
- マウス内の2 つのローラーがボールに接触します。ローラーの 1 つは X 方向の動きを検出するように向けられており、もう 1 つは最初のローラーに対して 90 度の方向に向けられており、Y 方向の動きを検出します。ボールが回転すると、これらのローラーの一方または両方も回転します。次の画像は、このマウスの 2 つの白いローラーを示しています:ボールに触れて X と Y の動きを検出するローラー
- ローラーはそれぞれシャフトに接続されており、シャフトは穴のあるディスクを回転させます。ローラーが回転すると、シャフトとディスクが回転します。次の画像はディスクを示しています。典型的な光エンコーディング ディスク: このディスクには、外縁の周囲に 36 個の穴があります。
- ディスクの両側には赤外線 LEDと赤外線センサーがあります。ディスクの穴は LED からの光線を遮断し、赤外線センサーが光のパルスを認識できるようにします。パルスの速度は、マウスの速度と移動距離に直接関係します。マウスの動きを追跡する光学式エンコーダの 1 つの拡大図: ディスクの片面には赤外線 LED (透明) があり、もう一方の面には赤外線センサー (赤色) があります。
- オンボードのプロセッサ チップが赤外線センサーからのパルスを読み取り、コンピューターが理解できるバイナリ データに変換します。チップはマウスのコードを介してバイナリ データをコンピュータに送信します。
この光学機械配置では、ディスクが機械的に動き、光学システムが光のパルスをカウントします。このマウスのボールの直径は 21 mm です。ローラーの直径は7mmです。エンコードディスクには 36 個の穴があります。したがって、マウスが 25.4 mm (1 インチ) 移動すると、エンコーダ チップは 41 個の光パルスを検出します。
各エンコーダ ディスクには、ディスクの両側に 1 つずつ、2 つの赤外線 LED と 2 つの赤外線センサーがあることに気づいたかもしれません (したがって、マウス内には 4 つの LED/センサーのペアがあります)。この構成により、プロセッサはディスクの回転方向を検出できるようになります。エンコーダ ディスクと各赤外線センサーの間には、小さな正確な位置に穴が開いたプラスチック片があります。それはこの写真に見られます:
このプラスチック片は、赤外線センサーが「見る」ことができる窓を提供します。ディスクの一方の側の窓は、もう一方の側よりもわずかに高い位置にあります。正確には、エンコーダ ディスクの穴の 1 つの高さの半分です。この違いにより、2 つの赤外線センサーはわずかに異なる時間で光のパルスを認識します。センサーの 1 つが光のパルスを感知しても、もう 1 つは光のパルスを感知しない場合や、その逆の場合があります。方向がどのように決定されるかをうまく説明しています。
コンピュータのマウスを接続する
現在市販されているほとんどのマウスは、 USBコネクタを使用してコンピュータに接続します。 USB は、プリンタ、デジタル カメラ、キーボード、マウスなど、あらゆる種類の周辺機器をコンピュータに接続するための標準的な方法です。このテクノロジーの詳細については、 「USB ポートの仕組み」を参照してください。
一部の古いマウス (その多くは現在も使用されています) には PS/2 タイプのコネクタが付いています。他のいくつかの古いマウスでは、PS/2 コネクタの代わりにシリアル タイプのコネクタを使用してコンピュータに接続しています。詳細については、 「シリアル ポートの仕組み」を参照してください。
光学式マウス
Agilent Technologies によって開発され、1999 年末に世界に導入された光学式マウスは、実際には小さなカメラを使用して毎秒数千枚の写真を撮影します。
マウスパッドなしでほぼすべての表面で作業できるため、ほとんどの光学式マウスは小型の赤色発光ダイオード(LED) を使用しており、その表面から光を相補型金属酸化膜半導体(CMOS) センサーに反射させます。 LED に加えて、最近の技術革新として、LED テクノロジーと比較してより多くの表面の詳細を検出するレーザーベースの光学式マウスがあります。これにより、LED マウスよりもさらに多くの表面でレーザーベースの光学式マウスを使用できるようになります。
センサーと光学式マウスの他の部分がどのように連携するかは次のとおりです。
- CMOS センサーは、分析のために各画像をデジタル シグナル プロセッサ (DSP) に送信します。
- DSP は画像内のパターンを検出し、前の画像からパターンがどのように移動したかを調べます。
- 一連の画像上のパターンの変化に基づいて、DSP はマウスがどれだけ移動したかを判断し、対応する座標をコンピューターに送信します。
- コンピュータはマウスから受け取った座標に基づいて画面上のカーソルを移動します。これが毎秒数百回行われるため、カーソルが非常にスムーズに動いているように見えます。
光学式マウスには、トラックボール マウスに比べていくつかの利点があります。
- 可動部品がないため、摩耗が少なく、故障の可能性が低くなります。
- 汚れがマウスの中に侵入してトラッキングセンサーを妨害することはありません。
- トラッキング解像度の向上は、よりスムーズな応答を意味します。
- マウスパッドなどの特別な表面は必要ありません。
別のタイプの光学式マウスは 10 年以上前から存在しています。オリジナルの光学式マウス テクノロジーは、集束した光線を反射率の高いマウス パッドからセンサー上に反射させます。マウスパッドには暗い線の格子がありました。マウスを動かすたびに、光線がグリッドによって遮られます。光が遮られるたびにセンサーがコンピューターに信号を送り、カーソルが対応する量だけ動きました。
この種の光学式マウスは使いにくく、光線とセンサーの位置を確実に合わせるために正確な角度でマウスを保持する必要がありました。また、マウス パッドの損傷または紛失により、交換用のパッドを購入するまでマウスが使用できなくなりました。現在の光学式マウスははるかに使いやすく、信頼性も向上しています。
光学式マウスの精度
光学式マウスの精度に影響を与える要因は数多くあります。最も重要な側面の 1 つは解像度です。解像度は、マウスを動かしたときに光学センサーと焦点レンズが「認識」する 1 インチあたりのピクセル数です。解像度は、1 インチあたりのドット数 (dpi) で表されます。解像度が高いほどマウスの感度が高くなり、応答を得るためにマウスを動かす必要が少なくなります。
ほとんどのマウスの解像度は 400 または 800 dpi です。ただし、電子ゲームをプレイするために設計されたマウスは、1600 dpi もの解像度を提供できます。一部のゲーミング マウスでは、より小さくゆっくりとした動きをする必要がある場合に、その場で dpi を下げてマウスの感度を下げることができます。
歴史的に、コード付きマウスはワイヤレス マウスよりも応答性が高かった。しかし、この事実は、無線技術と光学センサーの進歩により変わりつつあります。品質に影響を与えるその他の要因は次のとおりです。
- 光学センサーのサイズ— 他のマウス コンポーネントがより大きなサイズを処理できると仮定すると、一般的には大きいほど優れています。サイズの範囲は 16 x 16 ピクセルから 30 x 30 ピクセルまでです。
- リフレッシュ レート— マウスを動かしたときにセンサーが画像をサンプリングする頻度です。他のマウス コンポーネントが処理できると仮定すると、一般に高速であるほど優れています。レートの範囲は 1 秒あたり 1500 ～ 6000 サンプルです。
- 画像処理速度— 光学センサーのサイズとリフレッシュ レートの組み合わせです。繰り返しますが、速度は速いほど良く、レートの範囲は 0.486 ～ 5.8 メガピクセル/秒です。
- 最大速度— マウスを移動して正確な追跡を取得できる最大速度です。速度は速いほど良く、速度の範囲は 16 ～ 40 インチ/秒です。
ワイヤレスマウス
ほとんどのワイヤレス マウスは、無線周波数 (RF) テクノロジーを使用してコンピュータに情報を伝達します。無線ベースの RF デバイスには、送信機と受信機という 2 つの主要コンポーネントが必要です。仕組みは次のとおりです。
- 送信機はマウスに内蔵されています。マウスの動きとクリックしたボタンに関する情報をエンコードする電磁 (無線) 信号を送信します。
- コンピューターに接続されているレシーバーは信号を受信してデコードし、マウス ドライバー ソフトウェアとコンピューターのオペレーティング システムに渡します。
- レシーバーは、コンピューターに接続する別個のデバイス、拡張スロットに挿入する特別なカード、または内蔵コンポーネントにすることができます。
多くの電子機器は通信に無線周波数を使用します。例には、携帯電話、ワイヤレス ネットワーク、ガレージ ドア オープナーなどがあります。競合せずに通信するために、異なる種類のデバイスには異なる周波数が割り当てられています。新しい携帯電話は 900 メガヘルツの周波数を使用し、ガレージ ドア オープナーは 40 メガヘルツの周波数で動作し、802.11b/g 無線ネットワークは 2.4 ギガヘルツで動作します。メガヘルツ（MHz）は「1秒あたり100万サイクル」を意味するため、「900メガヘルツ」は1秒あたり9億の電磁波があることを意味します。ギガヘルツ (GHz) は「1 秒あたり 10 億サイクル」を意味します。 RF と周波数の詳細については、 「無線スペクトルのしくみ」を参照してください。
テレビのリモコンなどの近距離無線通信に一般的に使用される赤外線技術とは異なり、RF デバイスは送信機 (マウス) と受信機の間に明確な見通し線を必要としません。通信に電波を使用する他のタイプのデバイスと同様に、ワイヤレス マウスの信号は机やモニターなどの障壁を通過する可能性があります。
RF テクノロジーは、ワイヤレス マウスにさらに多くの利点をもたらします。これらには次のものが含まれます。
- RF トランスミッターは低電力を必要とし、電池で動作可能です
- RFコンポーネントは安価です
- RFコンポーネントは軽量です
現在市場にあるほとんどのマウスと同様、ワイヤレス マウスは、初期のトラック ボール システムではなく、光学センサー テクノロジーを使用しています。光学テクノロジーにより精度が向上し、ほぼすべての表面でワイヤレス マウスを使用できるようになります。これは、コードでコンピュータに接続されていない場合に重要な機能です。
ペアリングとセキュリティ
マウスのトランスミッターがレシーバーと通信するには、それらをペアリングする必要があります。これは、両方のデバイスが共通の識別コードを使用して、同じチャネル上の同じ周波数で動作していることを意味します。チャネルとは、単に特定の周波数とコードです。ペアリングの目的は、他のソースや RF デバイスからの干渉を除去することです。
ペアリング方法はマウスのメーカーによって異なります。一部のデバイスは事前にペアリングされています。特定のボタンを押すか、受信機やマウスのダイヤルを回すと自動的に行われるペアリング シーケンスなどの方法を使用するものもあります。
マウスが受信機に送信する情報を保護するために、ほとんどのワイヤレス マウスには、データを読み取り不可能な形式にエンコードする暗号化スキームが組み込まれています。一部のデバイスでは、周波数ホッピング方式も使用されており、これにより、マウスとレシーバーが所定のパターンを使用して周波数を自動的に変更します。これにより、干渉や盗聴からさらに保護されます。
Bluetooth マウス
ワイヤレス マウスで一般的に使用される RF テクノロジの 1 つはBluetoothです。 Bluetooth テクノロジは、プリンタ、ヘッドセット、キーボード、マウスなどの周辺機器を、コンピュータや携帯情報端末(PDA) などの Bluetooth 対応デバイスにワイヤレスで接続します。 Bluetooth レシーバーは同時に複数の Bluetooth 周辺機器に対応できるため、Bluetooth はパーソナル エリア ネットワーク(PAN) とも呼ばれます。 Bluetooth デバイスの到達距離は約 33 フィート (10 メートル) です。
Bluetooth は、RF テクノロジーを使用して 2.4 GHz 範囲で動作します。スペクトル拡散周波数ホッピングと呼ばれる技術により、複数の Bluetooth 周辺機器間の干渉を回避します。 802.11b/g ワイヤレス ネットワークなどの WiFi デバイスも、一部のコードレス電話や電子レンジと同様、2.4 GHz 範囲で動作します。 Bluetooth のバージョン 1.2 は、他の 2.4 GHz 通信との干渉を避けるために設計された強化された周波数ホッピング テクノロジである適応周波数ホッピング (AFH) を提供します。
ハラルド ブルートゥースは 900 年代後半のデンマークの王でした。彼はデンマークとノルウェーの一部を単一の王国に統合することに成功し、その後デンマークにキリスト教を導入しました。彼は両親を追悼するために、ジェリングのルーン石という大きな記念碑を残しました。彼は986年に息子のスヴェン・フォークビアードとの戦いで戦死した。この規格名を選択したことは、技術の仕組みについてほとんど言及していないとしても、バルト海地域 (デンマーク、スウェーデン、ノルウェー、フィンランドを含む国々) の企業が通信業界にとっていかに重要であるかを示しています。
RFマウス
もう 1 つの一般的なタイプのワイヤレス マウスは、27 MHz で動作し、通信範囲が約 6 フィート (2 メートル) の RF デバイスです。最近では、より長い到達距離 (約 33 フィート (10 メートル)) と、干渉が少なくより高速な伝送という利点を備えた 2.4 GHz RF マウスが市場に登場しました。 1 つの部屋に複数の RF マウスがあると、クロストークが発生する可能性があります。これは、受信機が誤って間違ったマウスからの送信を受信することを意味します。ペアリングと複数のチャンネルは、この問題を回避するのに役立ちます。
通常、RF レシーバーはUSB ポートに接続され、マウス (マウスと一緒に販売されている場合はキーボード) 以外の周辺機器は受け入れられません。ノートブック コンピューター用に設計された一部のポータブル モデルには、使用しないときにマウス内のスロットに保管できるコンパクトなレシーバーが付属しています。
ワイヤレス RF マウスとキーボードを両方使用する場合は、一緒に購入してください。ペアリングと送信技術は各メーカーとデバイスに固有です。 RF ワイヤレス キーボードとマウスを個別に購入した場合は、それぞれのレシーバーを PC に接続する必要がある場合があります。
マウスのイノベーション
多くのコンピューター関連デバイスと同様に、マウスは他のガジェットやテクノロジーと組み合わせて、改良された多目的デバイスを作成しています。例としては、マルチメディア マウス、マウス/リモコンの組み合わせ、ゲーム マウス、生体認証マウス、チルト ホイール マウス、モーション ベース マウスなどがあります。マウス技術の革新についてさらに詳しく知るには、マルチメディア マウスとマウス/リモコンの組み合わせから始めましょう。
マルチメディアマウスとコンビネーションマウス/リモート
これらのタイプのマウスは、 Windows XP Media Center Editionコンピュータなどのマルチメディア システムで使用されます。マウスの機能と追加のボタン (再生、一時停止、進む、戻る、音量など) を組み合わせてメディアを制御するものもあります。テレビやメディア プレーヤーのリモコンにマウス機能を追加したものもあります。リモコンは一般的に赤外線センサーを使用しますが、一部のリモコンではより広い範囲を実現するために赤外線と RF テクノロジーを組み合わせて使用します。
ゲーミングマウス
ゲーミング マウスは、PC およびゲーム コントローラーで使用するために設計された高精度の光学式マウスです。機能としては次のものが挙げられます。
- 複数のボタンにより柔軟性が向上し、その場で dpi レートを調整するなどの機能が追加されます。
- ワイヤレス接続と光学センサー
- モーションフィードバックと双方向コミュニケーション
モーションベースのマウス
マウス技術におけるもう 1 つの革新は、モーションベースの制御です。この機能を使用すると、マウスを空中で振ることによってマウス ポインターを制御します。
あるメーカーが特許を取得したこの技術には、空中でマウスを振るときの動きを追跡する小型ジャイロスコープが組み込まれています。電磁変換器とセンサーを使用し、2軸の回転を同時に検出します。マウスは、コリオリ効果の原理に基づいて動作します。コリオリ効果とは、別の回転オブジェクトに関連して移動しているオブジェクトが見かけ上回転することです。デバイスと付属のソフトウェアは、マウスの動きをコンピュータの画面上の動きに変換します。このマウスには、デスクトップで使用するための光学センサーも含まれています。
一部の PCキーボードとマウスは、連携して動作するように設計されており、より多くの入力オプションを提供します。たとえば、Logicool Cordless Desktop LX700 には、スクロール、パン、ズーム機能を備えたキーボードが付属しています。マウスにも同じ機能が含まれているため、どちらを使用してもこれらの機能を実行できます。
生体認証マウス
生体認証マウスは、許可されたユーザーのみがマウスの制御とコンピューターへのアクセスを許可することで、コンピューター システムのセキュリティを強化します。保護は、レシーバーまたはマウスに組み込まれた指紋リーダーによって実現されます。この機能により、パスワードではなく指紋を使用して安全にログインできるため、セキュリティが強化され、利便性が向上します。
生体認証機能を使用するには、マウスに付属のソフトウェア プログラムが指紋を登録し、対応する許可されたユーザーに関する情報を保存します。一部のソフトウェア プログラムでは、ファイルを暗号化および復号化することもできます。生体認証指紋テクノロジーの詳細については、 「指紋スキャナーの仕組み」を参照してください。
チルトスクロールホイール
マウス スクロールにおける最近の技術革新は、画面上を水平 (左/右) と垂直 (上/下) の両方にスクロールできる傾斜スクロール ホイールです。両方向にスクロールできる機能は、Web ページやスプレッドシートなどの幅の広いドキュメントを表示するときに便利です。
水平方向と垂直方向の両方に移動するには、スクロール ホイールを支点とレバーの組み合わせに配置します。これは、 Logicoolコードレス Click! で使用されているデザインです。プラスマウス。
垂直および水平スクロールのもう 1 つの方法は、Logicool V500 コードレス ノートブック マウスで採用されている、指の水平および垂直のスライドに反応するタッチ スクロール パネルです。
