Wie funktioniert eine Computer-Maus? #9

Hey Leute und willkommen zurück zu einer neuen Portion BrainFuck! Nachdem wir uns mittlerweile fast alle Komponenten in einem Rechner angeschaut haben, begeben wir uns dieses Mal aus ihm heraus und betrachten ein Eingabegerät, das vor 30 Jahren für den Durchbruch der Benutzerfreundlichkeit eines Computers verantwortlich war. Dieses Eingabegerät ist die Computer-Maus. Das grundlegende Prinzip einer Maus ist bei allen Variationen gleich. Die zweidimensionale Bewegung der Maus auf dem Schreibtisch wird mit einem Sensor erkannt, indem er die Veränderungen der X- und Y-Position misst. Diese beiden digitalen Werte werden nun über eine Schnittstelle an den Computer übermittelt, der daraus eine zweidimensionale Bewegung erstellt, die mit einem Mauszeiger oder Cursor auf dem Bildschirm angezeigt wird. Zusammen mit den Tasten auf einer Maus und dem Scrollrad lassen sich dann zum Beispiel Bildelemente auswählen und Seiten scrollen. Eine Maus besteht nun aus verschiedenen Bauteilen. Zum einen ist das der Sensor, die Tasten, das Scrollrad, die Gleitflächen, das Gehäuse und die Schnittstelle. Da ein Großteil davon aber selbsterklärend und nicht wirklich interessant ist, schauen wir uns jetzt nur das Kernstück einer Maus an, nämlich den Sensor und das damit verbundene Prinzip der Bewegungserkennung. Eine der ersten Computermäuse war die optomechanische Maus, einfach gesagt Kugelmaus. Wie das optomechanisch schon besagt, funktioniert sie mit einer Mischung aus optischen und mechanischen Techniken. Der mechanische Teil ist aber eine Gummikugel, die beim Bewegen der Maus über eine Oberfläche in Bewegung gerät. An ihr sind nun zwei Walzen im 90-Grad-Winkel zueinander befestigt. Die eine ist damit für die Veränderung der X-Position zuständig und die andere für die Y-Position. Nun kommen wir zum optischen Teil. An beiden Walzen sind Lochscheiben befestigt, an deren Seiten je eine Lichtquelle und ein Lichtdetektor befestigt ist. Dreht sich nun so eine Lochscheibe, dann wird die Lichtschranke regelmäßig durchbrochen und je schneller sich eine Maus nun bewegt, desto mehr Lichtimpulse gelangen an den Detektor, der aus jedem Lichtimpuls einen elektrischen Impuls generiert. Die Bewegung der Maus ist also proportional zu der Anzahl an elektrischen Impulsen und dieser Datenstrom wird anschließend an den Computer gesendet, der dann daraus eine zweidimensionale Bewegung des Mauszeigers errechnet. Ein großer Nachteil der optomechanischen Maus ist nun ihre eigentliche Mechanik. Sie wird nämlich wegen der Gummikugel sehr schnell verschmutzt und liefert dabei zunehmend ungenaue Messungen. Deshalb stellt die nächste Variante, die rein optische Computermaus, eine bessere Lösung dar. Hier wird nun mit einer meist roten Leuchtdiode die Fläche unter der Maus beleuchtet. Ein gewisser Teil des Lichts wird dabei zurückgeworfen, also reflektiert und mit einem optischen Sensor aufgenommen. Er fungiert wie eine kleine Kamera und macht einige tausend Bilder pro Sekunde. Anhand der Veränderung von zwei aufeinanderfolgenden Bildern errechnet dann ein Mikroprozessor in der Maus die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit. Mit dieser Variante lassen sich Bewegungen auf fast allen Oberflächen erkennen und der Nachteil der Verschmutzung ist nun auch kein Thema mehr. Trotzdem gibt es bei sehr glatten und transparenten Oberflächen Probleme. Das ist unter anderem der Grund, dass eine weitere optische Technologie entwickelt wurde, nämlich die Lasermaus. Hier wird nun statt einer Leuchtdiode ein Laser als Lichtquelle benutzt, der infrarotes Licht ausstrahlt. Er schafft es zusammen mit einem Sensor nämlich deutlich schärfere Aufnahmen von der Fläche unter der Maus zu machen. Grund dafür ist der Speckle-Effekt. Diese Lichtgranulation tritt nur bei kohärentem Licht, z.B. das eines Lasers, auf und bringt dabei geringste Unebenheiten einer Oberfläche zum Vorschein. Man kann die Lasermaus damit sogar auf hochpolierten Materialien und sogar auf Spiegeln verwenden. Bei transparenten Flächen wie Glas hat aber sogar sie Probleme. Diese drei Varianten, die optomechanische, optische und Lasermaus, sind allesamt herkömmliche Maustypen, die von verschiedenen Herstellern produziert werden bzw. wurden. In den letzten Jahren sind allerdings auch herstellerspezifische Technologien entwickelt worden, die die Oberflächentoleranz nochmals verbessern sollen. So hat Microsoft mit ihrer BlueTrack-Technologie ein Verfahren entwickelt, die Maus auf verschiedensten Oberflächen nutzbar zu machen. Der Erfolg liegt in einer vergrößerten blauen Lichtquelle zusammen mit einem verbesserten Optik-Sensor und einer speziellen Pixelgeometrie. Vom Teppich über die Armlehne eines Sessels bis hin zu Marmor wird alles toleriert. Ein Tracking auf Glas ist jedoch selbst damit nicht möglich. Die Lösung dieser Einschränkung hat sich Logitech zur Aufgabe gemacht und entwickelte schließlich die Darkfield-Laser-Tracking-Technologie. Dabei wird das Prinzip der Dunkelfeldmikroskopie benutzt, um sich an noch kleineren Strukturen zu orientieren. Selbst minimaler Staub oder Mikrokratzer auf einer Glasfläche genügen dazu schon aus. Je nachdem, welche Sensortechnik man schlussendlich benutzt, unterscheidet sich die Empfindlichkeit der Maus. Sie gibt die Strecke an, die mit der Maus zurückgelegt werden muss, um eine bestimmte Strecke auf dem Bildschirm zurückzulegen. Je empfindlicher eine Maus, desto weniger muss man sie bewegen. Eine genaue Angabe gibt dafür die Auflösung einer Maus, die in DPI angegeben wird. Dieses Dots per Inch besagt, wie viele Punkte auf einem Zoll erkannt werden können. Eine DPI-Zahl von 1000 bedeutet also, dass auf einem Zoll 1000 Messpunkte aufgenommen werden. Wenn man die Maus 1 Zoll, also 2,54 cm bewegt, bewegt sich der Mauszeiger um 1000 Pixel. Neben der Empfindlichkeit einer Maus gibt es dann auch noch die Mausbeschleunigung, die einen Zeitfaktor mit ins Spiel bringt. Ist diese Mausbeschleunigung aktiv, bewegt sich der Mauszeiger bei schnellen Bewegungen weiter als bei langsamen. Das Verhältnis der zurückgelegten Strecke mit der Maus zur Strecke mit dem Mauszeiger variiert also. Diese ziemlich unsinnige Funktion sollte meiner Meinung nach, vor allem fürs Zocken, ausgeschaltet werden. Als letztes gibt es dann noch die Polling Rate bzw. Abtastrate. Sie gibt an, wie viele Signale pro Sekunde an den Computer gesendet werden. Und das war es dann mit der Theorie, also lasst uns jetzt ein praktisches Beispiel anschauen im Specs-Check. Für dieses Video hat mir Rocket eine Kone XTD Lasermaus zugeschickt. Ausführliche Infos und den aktuellen Preis dafür findet ihr wie immer in der Infobox. Auf der Verpackung prangert zunächst einmal der Name der Maus und darunter wird auf das Rocket Titanwheel hingewiesen, das ein besonders robustes Scrollrad sein soll und übrigens auch 4D-fähig ist. Man kann also auch nach rechts und links scrollen. Der verbaute Pro-Aim-Laser-Sensor R3 hat eine Auflösung von 8200 dpi und übersendet diese Datenpunkte dann mit einer Polling Rate von maximal 1000 Hz. Außerdem beherrscht die Maus EasyShift+. Damit hat jede Taste eine zweite Funktion, wenn man die EasyShift-Taste gedrückt hält. Dann befinden sich in der Maus 4 Multicolor-LEDs, die frei programmierbar sind und eine Tracking & Distance Control Unit. Mit dieser Einheit lässt sich die Maus für die momentan verwendete Unterlage optimieren und verringert auch noch den Pickup-Flight. Das bedeutet, dass der Sensor nur funktioniert, wenn die Maus direkt auf der Fläche aufliegt und beim geringsten Abheben der Maus der Sensor keine Reaktion mehr zeigt, was oftmals gewünscht ist. Dann steht hier noch, dass ein 576 KB großer Speicher enthalten ist, der Makros und Einstellungen speichert und dann gibt es auch noch ein Weight System, mit dem man das Gewicht der Maus verändern kann, das zeige ich euch aber gleich. In der Innenseite sieht man schließlich noch den TurboCore V2 ARM MCU-Prozessor, der in der Maus verbaut ist und mit seinen 72 MHz die Messdaten des Sensors verarbeitet. Hier sieht man dann jetzt die eigentliche Maus mit ihren Tasten. Das ist eine Minustaste, um die Auflösung, also die DPI-Zahl, zu verkleinern, eine Plus-Taste, um sie zu vergrößern, das 4D-Scrollrad und eine Taste für das Windows-Startmenü. An der Seite wäre das bei allen anderen Mäusen vermutlich der Seite-Zurück-Button. Hier ist es allerdings der Easy-Shift-Button, der die Zweitfunktionen der anderen Tasten aktiviert und darunter noch ein normaler Seite-Vor-Button. Auf der Unterseite befindet sich der Laser und die Gleitflächen und auch das besagte Weight System. Dort kann man dann bis zu 4-5 Gramm Gewichte einsetzen und damit das Gewicht der Maus seinen ganz persönlichen Wünschen anpassen. Zu einer guten Maus gehört natürlich auch ein gutes Mauspad. Deshalb hat mir Rocket auch noch ein Hero-Mauspad mitgeschickt. Das ist übrigens auch in der Infobox verlinkt. Besonders bemerkenswert bei diesem Mauspad ist die eigenartige Oberfläche, die ich so noch nie bei anderen Pads gesehen habe. Sie fühlt sich wie eine Mischung aus Stoff und Gummi an, laut Rocket ist es aber eine 3D-vulkanisierte Silikon-Oberfläche, was das auch immer sein soll. Und die Unterfläche ist dabei dann noch schön gummiert, damit das Mauspad nicht verrutscht. Jetzt mal ganz abgesehen von dem Sponsoring von Rocket, finde ich das Setup persönlich richtig nice und bin auch noch nach Monaten der Benutzung sehr davon überzeugt. Also schaut euch das echt mal an. Danke fürs Anschauen! Wie man auf meinen sozialen Netzwerken schon mitbekommen hat, bin ich jetzt endlich mit meinen Prüfungen fertig und auch echt froh, dass ich in den nächsten Wochen wieder mehr Zeit für Videos haben werde. Ich versuche bis Anfang Oktober dann alle Computer-Videos fertig zu bekommen, damit ich danach wieder abwechslungsreichere und für einige vermutlich interessantere Videos machen kann. Freut euch da schon mal drauf! Wenn ihr Lust habt, könnt ihr euch jetzt noch das letzte Video der Computer-Reihe zu CDs, DVDs und Blu-rays anschauen oder ihr schaut euch das Remake eines meiner ersten Videos an. Viel Spaß dabei!