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탐구보고서 : 광마우스의 원리
1. 탐구주제
광마우스의 원리는 무엇일까? 색깔이나 환경에 따른 반응이 다를까?
2. 실험동기
과학탐구 주제로 뭐가 좋을까하고 주위를 둘러보다가 옆에서 빨간 불을 뿜어내고 있는 광마우스는 어떻게 작용하는 것일까? 하는 궁금증이 생겼다. 또 어떤 조건에서 더 빨리, 자유롭게 움직일 수 있는지도 궁금해져서 이 실험을 하게 되었다.
3. 탐구를 통해 알고 싶은 점
- 광마우스의 원리는 무엇일까?
- 색깔에 따라 반응속도나 정확도가 다를까?
- 여러 다른 물체에 올려놓고 움직이면 반응속도나 정확도가 다를까?
- 왜 빨간빛을 사용할까?
4. 준비물
?광마우스, 색종이, 은박지, 유리판, 옷감, 거울, 일반 마우스패드, 디지털카메라, 종이와 연필
5. 실험 방법 및 절차
① 컴퓨터의 제어판에서 마우스의 설정을 확인하고 그 설정이 고정되도록 한다.
② 보조프로그램에서 그림판을 실행시켜 놓는다.
③ 책상 위에 각각의 색종이를 깔아놓고 그 위에 마우스를 놓는다.
④ 최대한 손목을 움직이지 않고 같은 자리에서 빠른 속도로 원을 그린다.
⑤ 마우스의 움직임과 화면의 그림을 비교한다.
⑥ 은박지, 유리판, 옷감, 거울, 마우스패드를 놓고 같은 방법으로 실험한다.
6. 탐구결과 예상
- 색깔에 따른 실험은 광마우스에서 빨간빛이 나오니까 빨간색에서는 안 움직일 것 같다.
- 물체에 따른 실험은 표면이 매끄러운 유리판에서 가장 잘 움직일 것 같다.
7. 실험과정
① 실험 전에 컴퓨터의 제어판에서 마우스의 설정을 확인하고 그 설정을 고정한다.
② 보조프로그램에서 그림판을 실행시켜 놓는다.
③ 책상 위에 각각의 색종이를 깔아놓고 그 위에 마우스를 놓는다.
④ 색깔별 실험사진
<마우스 설정 캡처화면> <준비물>
<색깔별 실험 준비> …(생략)
<그림판 캡처화면>
⑤ 최대한 손목을 움직이지 않고 같은 자리에서 빠른 속도로 원을 10번 그린다.
⑥ 각각의 그림판을 캡처해둔다.
⑦ 은박지, 유리판, 옷감, 거울, 마우스패드를 놓고 같은 방법으로 실험한다.
⑧ 물체별 실험사진
<물체별 실험 준비> <그림판 캡처화면>
⑨ 최대한 손목을 움직이지 않고 같은 자리에서 빠른 속도로 원을 10번 그린다.
⑩ 각각의 그림판을 캡처해둔다.
8. 실험결과
① 색깔별 실험 그림
<빨간색> <흰색>
<파란색> <검정색>
※ 마우스의 움직임과 화면의 그림을 비교한다.
빨간색
파란색
노란색
검정색
흰색
가장 잘 움직임
○
잘 움직임
○
보통
○
안 움직임
○
가장 안 움직임
○
가장 잘 움직이는 순서: 흰색 > 빨간색 > 노란색 > 파란색 > 검정색
② 물체별 실험 그림
<은박지> <거울>
<옷감> <마우스패드>
※ 마우스의 움직임과 화면의 그림을 비교한다.
은박지
유리판
옷감
거울
마우스패드
가장 잘 움직임
○
잘 움직임
○
보통
안 움직임
○
가장 안 움직임
○
○
가장 잘 움직이는 순서: 마우스패드 > 옷감 > 은박지> 유리판, 거울
9. 탐구결과
색깔별 실험은 광마우스에서 빨간빛이 나오니까 반대되는 색인 파란색에서 가장 잘 움직일 줄 알았는데, 흰색에서 동그라미의 크기도 일정하고 같은 위치에 그려진 걸로 보아 가장 정확히 잘 움직이는 것으로 관찰됐다. 또 검정색에서는 분명히 손목을 거의 움직이지 않고 같은 위치에서 동그라미를 그렸는데 점점 옆으로 옮겨가는 것이 관찰되었다.
광마우스가 잘 움직이는 색부터 흰색 > 빨간색 > 노란색 > 파란색 > 검정색 순으로 관찰되었다.
물체별 실험은 표면이 매끄러운 유리판에서 잘 움직일 거라고 예상했었는데, 마우스패드에서 가장 잘 움직였고, 은박지에서는 도저히 마우스로 원을 그리고 있었다고 믿기 어려울 정도로 안 움직여졌다. 그래도 은박지는 사정이 좀 나았다. 유리판과 거울은 마우스가 거의 움직이지 않았다. 여러 차례 시도해 보았는데 결과는 같았다.
광마우스가 잘 움직이는 물체부터 마우스패드 > 옷감 > 은박지> 유리판, 거울 순으로 관찰되었다.
10. 그 외 인터넷을 통해 알게된 점
★ 왜 빨간빛을 사용할까?
광마우스에서 나오는 빨간빛 있죠? 그것이 바로 광마우스의 광학빔입니다.
광마우스는 그 빛을 바닥에 쏘아 반사되는 것을 받아 인식하게 되는 것이죠.
나무 바닥이라고 하셔도 코팅이 어떻게 되느냐에 따라 광마우스가 움직이거나 움직이지 않기도 합니다. 또한 유리 같은 경우 광학빔이 통과할 경우 그 빛을 모두 분산시켜버려 다시 반사되어 돌아오는 것을 방해하여 움직이지 않습니다.
어두운 곳에서 레이저를 쏴서 유리를 통과해보면 레이저가 분산되는 것을 눈으로 확인할 수 있습니다.
대개 광마우스에 사용되는 불빛은 밝은 빨간빛이지요? 이건 빨간빛을 쏴주는 LED의 가격이 가장 저렴하기 때문이랍니다.(만들어내는 빛의 파장이 길수록 쌉니다)
※ 광센서(optical sensor)와 DSP 기술, 초정밀 렌즈를 이용한 광학 기술을 이용해 빛으로 움직임을 감지하도록 제작한 마우스.
마우스를 움직이면 빨간 불빛을 내는 작은 다이오드 LED 부분에서 빛이 바닥으로 쏘아지고, 마우스와 접하고 있는 바닥에서 반사된 빛은 다시 마우스의 광센서에 입력된다.
광센서는 비디오카메라의 CCD 화면과 같은 역할을 하여 바닥의 미묘한 차이를 인지하고, 이를 디지털 신호 처리(DSP) 칩에서 분석한 다음 이동 거리를 산출하여 좌표를 컴퓨터로 보내고, 컴퓨터는 마우스에서 받은 좌표를 기초로 하여 화면 위에 있는 커서를 움직이는 것이다. 이것은 1초에도 수백 번씩 반복되기 때문에 화면의 커서는 매우 부드럽게 움직인다.
광마우스는 유리 바닥에서는 반사율이 일정하지 않아 인지율이 떨어지며 제대로 작동하지 않는다. 또 거울이나 코팅이 두껍게 된 가구 표면에서도 마찬가지이다. 그리고 광마우스에서 나오는 붉은 빛이나 비슷한 색을 가진 바닥에서는 광센서가 감지하지 못하기 때문에 움직이지 않는다. 그 외에는 빛의 반사가 되지 않는 표면이면 어느 재질이든 작동한다.
초기의 광마우스는 전용 패드를 사용하였다. 기존 볼 마우스는 볼이 바닥에 닿아 마모되거나 볼에 이물질이 묻어 1∼2년 사용하면 쓸 수 없게 된다. 하지만 광마우스는 볼을 사용하지 않기 때문에 움직임을 인지하는 핵심 부품에 이물질이 묻어 고장 날 확률이 훨씬 적다.
단지 광마우스는 기존의 볼마우스에 비해 인식이 조금 느린 편이다. 일반 사용자들은 그 차이를 느끼기 어렵지만 게이머나 프로게이머가 사용하기에는 아직 문제가 있다.
http://100.naver.com/100.nhn?docid=775274
11. 탐구를 통해 알게 된 점
이 실험을 통해 나는 광마우스가 빨간빛을 아래로 쏘아서 바닥에서 반사된 빛이 광센서라 불리는 초정밀 렌즈에 의해 읽혀져 움직임을 감지한다는 것을 알게 되었다.
물론 더 비교해 봐야할 것도 많겠지만, 내가 실험한 것들 중에는 흰색종이와 마우스패드가 가장 정확히 잘 움직이는 것으로 관찰됐다.
그래서 광마우스는 바닥에서 반사된 빛이 퍼지거나 굴절되어 각도가 벗어나면 광센서가 정확한 움직임을 인식하지 못한다는 것도 알게 되었다.
12. 탐구를 마치며
여름방학을 즐겁게 보내고 있다가 탐구보고서를 어떻게 쓸까 생각하면서 한참 고민을 많이 했는데, 바로 내가 공부하는 책상위에서도 과학의 존재는 발견할 수 있다는 걸 깨달았다. 컴퓨터를 자주 이용하면서도 마우스가 없으면 얼마나 불편할지에 대해서는 생각해보지 못했었다.
컴퓨터를 사용하는데 쓰는 도구에 지나지 않지만, 이용자가 원하는 형태의 그림을 그리거나 폴더이동 등등 이용자의 모든 명령에 즉각 반응할 수 있다는 것이 얼마나 컴퓨터를 더 빠르고 편리하게 하는지 알 수 있었다.
이번 실험을 통해 이렇게 우리주변에 작은 물체 하나에도 숨어있는 과학으로 인해 우리의 생활이 얼마나 더 편하고 풍요로워졌는지 다시 한 번 내 주위를 둘러보는 계기가 되었다.
13. 참고자료
백과사전 http://100.naver.com/100.nhn?docid=775274
네이버 블로그 및 지식인
http://kin.naver.com/db/detail.php?d1id=1&dir_id=10402&eid=xKIToYuSbFt1DXc7CgvNbis6sLWsJ8k5
http://kin.naver.com/db/detail.php?d1id=1&dir_id=10402&eid=bsfGQvxnZVEqdtxvY45T9cRL7yzRi9/O
http://kin.naver.com/db/detail.php?d1id=1&dir_id=10402&eid=Q5kAT2bYfqNokpQe/TTBEnZTXEzNH9XI&qb=saS4tr/svbogud+47Q==
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