Tài liệu Nguyên lý hoạt động của chuột cơ và chuột quang docx

Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của chuột cơ và quang (Phần cuối)
Phần này sẽ trình bày về nguyên lý và cấu tạo của cảm biến
ảnh dùng trong chuột quang.
Hình dưới cho thấy chip camera ở dưới đáy chuột (phần hình đĩa tròn có lỗ tròn nhỏ
chính giữa đĩa tròn ). Nếu chúng ta gỡ chip camera này khỏi chuột, gỡ phần bảo vệ ra,
nhìn vào lỗ tròn nhỏ với một kính hiển vi chúng ta nhìn thấy toàn bộ chip như hình sau
Góc dưới nhất bên trái là mắt thật sự của chip bao gồm ma trận những tế bào nhận ánh
sáng (thường gọi optical sensor matrix) CCD (charge coupled device) hay CMOS_số
lượng tế bào tùy thuộc loại chip (thường 18×18 hoặc 16×16).Hiện nay người ta dùng
cảm biến CMOS hơn là CCD.
Kiến trúc của optical sensor matrix như hình dưới. Theo nguyên lý chung, mỗi tế bào
(hay còn gọi pixel) dù là CCD hay công nghệ CMOS có nhiệm vụ biến đổi ánh sáng
chiếu từ một phần nhỏ bề mặt vào photodetector (các hình chũ nhật màu đen của hình
dưới) thành electron. Kế tiếp là đọc giá trị (lượng điện tích được tích lũy) của mỗi tế
bào (photodetector).
Trong một thiết bị CCD, điện tích thực sự được vận chuyển xuyên qua chip và được đọc
ở một góc của mảng , ở đây cũng thực hiện khuếch đại như hình ( ở output
amplifier).Bộ chuyển đổi tương tự sang số chuyển đổi giá trị của mỗi pixel thành số.
Trong thiết bị CMOS, ở mỗi pixel có amplifier riêng (bộ khuếch đại) khuếch đại và di
chuyển điện tích sử dụng những “đường dây”. Với bộ giải mã hàng và cột, mỗi pixel có
thể được đọc riêng biệt. Amplifier được thực hiện bởi vài transistor.
Kiến trúc optical sensor matrix. Ô hình chữ nhật màu đen biểu diễn 1 tế bào(hoặc
pixel)_photodetector. Ô hình chữ nhật màu tím làm nhiệm vụ khuếch đại trên chính
pixel.
Kiến trúc optical sensor matrix với các bộ chuyển đổi tương tự-số trên chip và trên
pixel.
Trên mỗi pixel là các vi thấu kính để ánh sáng hội tụ chính xác vào pixel
Trung tâm của ma trận quang (thực chất là ma trận các ô nhận ánh sáng CMOS) được
định vị chính xác ở trung tâm của chip. Chip được sắp đặt trên một khung làm việc của
chip (framework of package) để cho ma trận quang được định vị chính xác dưới một
cửa sổ quang. DIP package có một cửa sổ quang ở dưới đáy(lỗ tròn giữa đĩa tròn nhỏ

giống như của IC trong hình).Cỡ chip (chip size) là 2,4×1,95mm2 , cỡ của ma trận
quang là 0,8×0,8mm, đường kính cửa sổ quang cỡ 1,2mm.
Các thông số chất lượng của chuột quang.
Chất lượng của chuột quang được định nghĩa bởi nó làm việc tốt như thế nào. Trong khi
một số khía cạnh (hình dáng, kích cỡ, trọng lượng, màu sắc, số nút bấm, …v.v) là những
sở thích cá nhân, chúng ta thực sự có thể so sánh chất lượng bằng các khía cạnh sau:
Cỡ cảm biến ảnh(Image Sensor Size)
Độ phân giải (resolution)
Tốc độ làm tươi(refresh rate)
Chi tiết ảnh(Image detail)
Cỡ cảm biến ảnh(pixels)
Cảm biến quang trong chuột quang về cơ bản là một camera số nhỏ.Khi chúng ta nhìn ra
ngoài vườn qua một cửa sổ, cỡ cửa sổ càng lớn thì khung cảnh chúng ta nhìn thấy càng.
Giống như vậy, cỡ cảm biến cho biết cỡ diện tích bề mặt mà cảm biến thu ảnh (đo bằng
pixel). Cỡ cảm biến càng lớn thì ảnh chụp càng lớn. Ảnh lớn bao nhiêu giúp chúng ta có
thể di chuyển chuột nhanh bấy nhiêu mà vẫn giữ được việc bám chính xác bề mặt. Nếu
bộ xử lý ảnh trong chuột có thể xử lý ảnh càng lớn nói chung càng tốt.
Cỡ cảm biến ảnh biến thiên trong khoảng 16×16pixels tới 30×30pixels.
Đ ộ phân giải (counts/inch)
Độ phân giải của chuột được xác định bằng đặt tính quang của thấu kính hội tụ và cỡ
vật lý của cảm biến ảnh. Độ phân giải của chuột sau đó được chỉnh sữa thêm bởi phần
mềm driver trong máy tính, ở đó độ nhạy của chuột có thể giảm bằng cách bỏ qua sự di
chuyển rất nhỏ hoặc tăng bằng cách nhảy thêm hơn một pixel trên màn hình cho dù
chuột chỉ di chuyển 1 pixel trên desk (bề mặt).Độ phân giải của chuột thường được tính
bằng CPI( counts per inch), nhưng cũng có thể được tính bằng số pixel trên inch . Độ
phân giải này có nghĩa:có bao nhiêu pixel cảm biến quang mà camera nhìn thấy trên 1
inch bề mặt, không phải số pixel trên màn hình (máy tính) mà con trỏ di chuyển khi
chuột di chuyển 1 inch trên bề mặt. Thông thường độ phân giải cỡ 400CPI hay 800CPI.
Tốc đ ộ làm tươi(Hz or samples/sec)
Đi cùng với cỡ cảm biến và độ phân giải, camera chụp những bức ảnh nhanh bao nhiêu

sẽ xác định chuột có thể di chuyển bao xa trên một giây mà không đánh mất sự bám bề
mặt. Tốc độ làm tươi được đo bằng mẫu trên giây(samples/sec), Hertz, hay có phần
không chính xác là frames trên giây. Tốc độ làm tươi của chuột thay đổi từ 1500 đến
6000 samples/sec
Chi tiết ảnh
Chất lượng của thấu kính có thể làm mất tự nhiên và hư ảnh mà cảm biến nhìn thấy, làm
khó khăn cho bộ xử lý ảnh. Màu ánh sáng có thể tác động đến độ tương phản của bề
mặt (ánh sáng đỏ làm lộ các chi tiết tốt hơn của ánh sáng xanh) và bộ xử lý được thiết
kế để đáp ứng tốt nhất bước sóng ánh sáng đi kèm. Chẳng hạn,cảm biến chuột quang
ADNS-3080 của Agilent có đường cong đáp ứng theo bước sóng ánh sáng như sau:
Vì vậy ánh sáng đỏ bước sóng 630nm làm việc tốt (và cho công suất hiệu quả, nên
người ta dùng ánh sáng đỏ),
Một số số đo chất lượng hữu ích:
Những yếu tố chất lượng trên không là cách tốt nhất để so sánh chuột quang,vì vậy
chúng phải được tổng hợp lại để đưa ra sự biểu diễn đầy đủ ý nghĩa về chất lượng toàn
bộ của một hệ thống chuột quang. Một số số đo chất lượng đầy đủ ý nghĩa:
Công suất xử lý ảnh(Mpixels/sec)
Tốc độ tối đa_Max speed(inches/sec)
Độ tăng tốc cực đại_Max acceleration(g)
Công suất xử lý ảnh:
Tổng số dữ liệu ảnh được xử lý trên giây tăng nếu tăng cỡ cảm biến ảnh hay tốc độ làm
tươi. Những chuột có cùng dữ liệu ảnh được xử lý trên giây sẽ làm việc như nhau ngay
cả chúng có cỡ cảm biến và tốc độ làm tươi rất khác nhau. Một cỡ cảm biến lớn cùng
với một tốc độ làm tươi chậm hơn có thể làm việc giống như một cỡ cảm biến nhỏ với
một tốc độ làm tươi nhanh hơn
Để tính toán công suất xử lý ảnh chúng ta nhân tổng số pixel trong mỗi ảnh với tổng số
ảnh chụp trên giây. Công suất xử lý ảnh của chuột thấp nhất cỡ 0,486Mpixels/sec cho
tới 5.8Mpixels/sec đối vớiLogitech MX510.
Lưu ý: Tốc độ cập nhật của vị trí con trỏ trên màn hình được giới hạn bởi tốc độ cập
nhật của hệ thống USB qua đó sự cập nhật ( vị trí con trỏ trên màn hình) được gửi. Vì

vậy, trong khi Microsoft IntelliMouse Explorer 3.0(một chuột quang của Microsoft)
chụp 6000 ảnh trên giây và Microsoft IntelliMouse Explorer 2.0 chụp 2000ảnh trên giây,
cả hai chuột trên con trỏ chuột trên màn hình cập nhật chỉ 125 lần trên giây(bằng tốc độ
của USB)