Transcript 平成15年度情報システム工学序論 Inside of the Black Box 光学式マウス

平成15年度情報システム工学序論
Inside of the Black Box
光学式マウス
情報システム工学科 1年
0311300125
北村 宗義
2003年 5月30日
背景
●急速に普及した光学式(Optical)マウ
スだが、その動作原理が意外と知ら
れていないため。
目的
●対象の動作原理を調べる
●USBの出力信号はどのような波形を し
ているのかを調べる
●使用されている部品、チップの
働きを調べる
対象とした製品
●メーカー:ELECOM
●品名:pop grast
●型番:M-PGUO2RSV
●定格:USB,PS/2対応の
ホイール付き光学式マ
ウス
内部の構造、部品の構成
●まず上蓋を外した。
上蓋は、裏からネジ一
本で止められており、
非常に簡単に外す事が
できた。
内部の部品名称
下ケース
導光部＋集光部レンズ
ホイール
LEDカバー
基盤
USBケーブルコネクタ
基盤部の部品名称（表）
ボタンスイッチ×３
ロータリーエンコーダー
USBのコネクタ
HDNS2000チップ
(Agilent Technologies製）
LED（赤）
基盤部の部品名称（裏）
CY7C63743チップ
（CYPRESS製ロースピード
USBコントローラー）
HDNS2000チップ
（裏からはイメージセン
サの穴が見える）
光学式マウスの動作原理
●LEDから出た光が、机など
の表面で反射し、イメー
ジセンサがその光を受け
取る。
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●その画像を元に移動量を算
出する。
●その情報をボタンクリック、
ホイールの信号と共に２
本(D+,D-)のラインに乗せ
てコンピュータにおくる。
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導光部＋集光レンズ部
●LEDから出た光を机
等の表面で反射させ、
集光レンズを通して
HDNS2000チップの
イメージセンサ部に
反射光を送る。
●一体化されており、
コンパクトである。
LEDからの光の伝わり方
●LEDから出た光が導光部を通り
２回の全反射の後、机等の表面で反射して
集光レンズを通り
イメージセンサ（HDNS2000）に届く。
回路図
HDNS2000 Quadrature mode
HDNS2000
●裏にあるイメージセンサから
画像を読み取り、移動量、
移動方向を算出する。
●2,3ピン(XA,XB)でx方向、
4,5(YA,YB)ピンで、y方向の
移動量を出力する。
（この信号はボール式マウス
と同じである）
●動かしていない時は７ピンに
よってLEDが暗くなる。
HDNS2000 2,3ピンの信号
●XAとXBで、4分の１位相がずれており、どち
らが先か後かで移動方向の正負が判別できる。
●移動量は単位時間毎の波の数で決まる。
CY7C63743 (USBコントローラ)
CY7C63743
●1,2,3,4ピンでHDNS2000
からの信号を受け取る。
●20,21,22ピンでボタン、
23,24ピンでロータリー
エンコーダーからの信
号を受け取る。
●15ピンでD+を、16ピン
でD-の信号を出力する。
D+/D-の信号波形を読む
●写真の用にして、
マウスを動かした時の
GND、D+/D-間の
電圧の波形をオシロス
コープを用いて読み
取った。
●今回は鮮明に撮らえる事
のできたD-を中心に発
表する。
D+/D-の信号波形
●写真はマウスを動か
していない時の波形
である。
●上がD+,下がD-である。
●D+には細かい波が、
あるが、どちらも同
じ波長だという事が
判る。
D-の信号波形 1
●左がマウスを左に動かした時、右がマウス
を右に動かした時のD-の波形である。
●矢印部に相違部が顕著に出ている。
D-の信号波形 2
●左がマウスを上に動かした時、右がマウスを下に動
かした時のD-の波形である。
●少しはっきりしないが、相違部が見て取れる。
D-の信号波形 3
●左がマウスを右上に動かした時、右がマウスを左下
に動かした時のD-の波形である。
●右上に動かした時は上移動と右移動の波形を足した
波形、左下に動かした時は下移動と左移動の波形
を足した波形になっている。
まとめ
●光学式もボール式も、基本的なつくりは同じ
である。
●PS/2もUSBも出力信号は同じ波形。
だから汎用ドライバが起動する。
●光学式（LEDから出た光がイメージセンサに
届く）の部分に無駄が無く、非常に洗練され
ている。
感想
●回路を読み取る事が、初体験だったのでいろ
いろ勉強になった。
●アジレントテクノロジーという会社を初めて
知った。この会社が無かったら光学式マウス
もこんなに安く、また普及しなかっただろう。
参考文献
●SOFT BANK 「見て解るパソコン解体新書」vol.1,5
●Agilent Technologies
http://www.semiconductor.agilent.com/cgibin/morpheus/home/home.jsp
●文部省「情報機器と情報社会のしくみ」開発委員会
http://www.dainippon-tosho.co.jp/mext/joho-kiki/
●CYPRESS
http://www.cypress.com
●斉藤サイト
http://www.saitosite.com