光电鼠标的工作原理 光电鼠标, 原理

huji87

本期我们将目光转移到司空常见的光电鼠标上。虽说无线鼠标的诞生让光电鼠面临危机，但是凭借反应快、定位准、价格便宜等优势，可以预见----未来若干年内光电鼠还将被大规模使用。

与传统的机械式鼠标相比，光电鼠标具有定位准确、移动流畅且不易脏污等优势，受到越来越多用户的认可。随着光电鼠标价格的不断下跌，取代机械式鼠标而成为市场主流的趋势已不可阻挡。

光电鼠标的工作原理




这款微软智能鼠标利用了光学技术
光电鼠标由安捷伦科技公司(Agilent Technologies)开发，并于1999年下半年投入市场，这种鼠标利用一个小照相机每秒拍摄1,500张照片，而且几乎能在任何表面上工作。它具有一个红色的小发光二极管(LED)，用于将光从工作表面反射到互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器上。CMOS传感器将每一幅图像都发送给数字信号处理器(DSP)进行分析。DSP以18MIPS（1MIPS表示每秒1百万条指令）的速度运行，能够检测图像中的图案，并确定这些图案与前一个图像相比，发生了怎样的移动。根据一系列图像中图案位置的变化，DSP确定鼠标的移动距离并将相应坐标发送给计算机。随后，计算机根据从鼠标接收到的坐标信息，移动屏幕上的光标。此过程每秒发生数百次，才使得光标的移动看上去非常流畅。




光电鼠标定位原理

光电鼠标的参数

分辨率

光电鼠标的分辨率通常用CPI(Count Per Inch : 每英寸的测量次数)来表示，CPI越高，越利于反映玩家的微小操作。而且在鼠标光标移动相同逻辑距离时，分辨率高的需要移动的物理距离则要短。拿一款 800 CPI的光电鼠标来说，当使用者将鼠标移动1英寸时，其光学传感器就会接收到反馈回来的800个不同的坐标点，鼠标箭头同时会在屏幕上移动800个像素点。反过来，鼠标箭头在屏幕上移动一个像素点，就需要鼠标物理移动1/800英寸的距离。所以，CPI高的鼠标更适合在高分辨率的屏幕下使用。光学机械鼠标的分辨率多为200～400 CPI，而光电鼠标的分辨率通常在400～800 CPI之间。

除CPI以外，DPI(Dots Per Inch : 每英寸像素数)也常被人用来形容光电鼠标的分辨率。由于光电鼠标的分辨率反映了一个动态过程，所以用CPI来形容更恰当些。但无论是CPI还是DPI，描述的都是光电鼠标的分辨率，不存在性能差别。

刷新频率

光电鼠标的刷新频率也被称为扫描频率或者帧速率，它反映了光学传感器内部的DSP对CMOS每秒钟可拍摄图像的处理能力。在鼠标移动时，光学传感器中的数字处理器通过对比所“拍摄”相邻照片间的差异，从而确定鼠标的具体位移。但当光电鼠标在高速运动时，可能会出现相邻两次拍摄的图像中没有明显参照物的情况。那么，光电鼠标势必无法完成正确定位，也就会出现我们常说的“跳帧”现象了。而提高光电鼠标的刷新频率就加大了光学传感器的拍摄速度，也就减少了没有相同参考物的几率，达到了减少跳帧的目的。




在这张照片中，您可以看到鼠标底部的LED

像素处理能力

虽然分辨率和刷新率都是光电鼠标重要的技术指标，但它们并不能客观反映光电鼠标的性能，所以罗技提出了像素处理能力这个指标，并规定：像素处理能力＝CMO晶阵像素数×刷新频率。根据光电鼠标的定位原理我们知道，光学传感器会将CMOS拍摄的图像进行光学放大后再投射到CMOS晶阵上形成帧，所以在光学放大率一定的情况下，增加了CMOS晶阵像素数，也就可增大实际拍摄图像的面积。而拍摄面积越大，每帧图像上的细节也就越清晰，参考物也就越明显，和提高刷新率一样，也可减少跳帧的几率。

不过，需要注意的是，大多数情况下，厂商不会公布鼠标的CMOS尺寸，其大小从15x15到30x30像素（Pixel）不等。

光电鼠标的内部构成

从功能实现角度看，光电鼠标主要由发光二极管、固定夹、光学透镜、光学传感器、接口控制器芯片以及微动开关6部分元器件组成。



光电鼠标的PCB基板

发光二极管

发光二极管相当于光电鼠标的光源，其主要任务是满足光学传感器的拍摄需要，将所要拍摄的“路况”照亮。除此以外，发光二极管还被用来满足光电式的滚轮的需要。这里所说的滚轮是我们常用来翻动网页的鼠标中键，不要误认为是机械鼠标底部的轨迹球。

为光学传感器服务的发光二极管在鼠标“尾部”，会被固定夹遮盖起来；而为光电式滚轮服务的发光二极管则在鼠标“头部”，也就是滚轮位置附近。所以，虽然光电鼠标内部可能拥有不止一个发光二级管，但分辨起来并不难。

大多数的光电鼠标在使用时发红光，是因为红色高亮度的发光二极管问世最早，无论是技术还是产业化都最成熟，成本也最低廉，寿命更容易得到保障，所以大部分光电鼠标都采用了发红光的二极管。当然，我们在市场上也会看到其他颜色的产品，但这是为了迎合部分玩家标新立异的需求，和性能无关。

字数限制，详见：光电鼠标的工作原理

周海青

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