鼠標結構與原理

光電鼠標原理
相對于傳統的機械式鼠標，光電鼠標具有定位準確、移動(dòng)流暢且不易臟污等優(yōu)點(diǎn)。并且，隨著(zhù)光電鼠標價(jià)格的不斷下跌，取代機械式鼠標而成為市場(chǎng)主流的趨勢已不可阻擋。

　　今天，筆者就以方正品牌機配備的光電鼠標為例，帶領(lǐng)大家一起去見(jiàn)識一下光電鼠標的內部“風(fēng)光”。


　　光電鼠標的工作原理

　　光電鼠標與機械式鼠標最大的不同之處在于其定位方式不同。

　　光電鼠標的工作原理是：在光電鼠標內部有一個(gè)發(fā)光二極管，通過(guò)該發(fā)光二極管發(fā)出的光線(xiàn)，照亮光電鼠標底部表面（這就是為什么鼠標底部總會(huì )發(fā)光的原因）。然后將光電鼠標底部表面反射回的一部分光線(xiàn)，經(jīng)過(guò)一組光學(xué)透鏡，傳輸到一個(gè)光感應器件（微成像器）內成像。這樣，當光電鼠標移動(dòng)時(shí)，其移動(dòng)軌跡便會(huì )被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像。最后利用光電鼠標內部的一塊專(zhuān)用圖像分析芯片（DSP，即數字微處理器）對移動(dòng)軌跡上攝取的一系列圖像進(jìn)行分析處理，通過(guò)對這些圖像上特征點(diǎn)位置的變化進(jìn)行分析，來(lái)判斷鼠標的移動(dòng)方向和移動(dòng)距離，從而完成光標的定位。

　　光電鼠標通常由以下部分組成：光學(xué)感應器、光學(xué)透鏡、發(fā)光二極管、接口微處理器、輕觸式按鍵、滾輪、連線(xiàn)、PS/2或USB接口、外殼等。下面分別進(jìn)行介紹：

　　光學(xué)感應器

　　光學(xué)感應器是光電鼠標的核心，目前能夠生產(chǎn)光學(xué)感應器的廠(chǎng)家只有安捷倫、微軟和羅技三家公司。其中，安捷倫公司的光學(xué)感應器使用十分廣泛，除了微軟的全部和羅技的部分光電鼠標之外，其他的光電鼠標基本上都采用了安捷倫公司的光學(xué)感應器。

圖1 光電鼠標內部的光學(xué)感應器
　　安捷倫公司的光學(xué)感應器主要由CMOS感光塊（低檔攝像頭上采用的感光元件）和DSP組成。CMOS感光塊負責采集、接收由鼠標底部光學(xué)透鏡傳遞過(guò)來(lái)的光線(xiàn)（并同步成像），然后CMOS感光塊會(huì )將一幀幀生成的圖像交由其內部的DSP進(jìn)行運算和比較，通過(guò)圖像的比較，便可實(shí)現鼠標所在位置的定位工作



圖2 光學(xué)感應器內部的組成方式
　　圖1是方正光電鼠內部的光學(xué)感應器，它采用的是安捷倫公司的H2000-A0214光學(xué)感應元件，其芯片內部的組成方式可參見(jiàn)圖2。圖3是H2000-A0214光學(xué)感應器的背面，從圖中我們可以看到，芯片上有一個(gè)小孔，這個(gè)小孔用來(lái)接收由鼠部底部的光學(xué)透鏡傳送過(guò)來(lái)的圖像。

圖3 光學(xué)感應器背面的小孔用來(lái)接收由鼠部底部的光學(xué)透鏡傳送過(guò)來(lái)的圖像
　　光電鼠標的控制芯片

　　控制芯片負責協(xié)調光電鼠標中各元器件的工作，并與外部電路進(jìn)行溝通（橋接）及各種信號的傳送和收取。我們可以將其理解成是光電鼠標中的“管家婆”。

　　圖4是羅技公司的CP5919AM控制芯片，它可以配合安捷倫的H2000-A0214光學(xué)感應元件，實(shí)現與主板USB接口之間的橋接。當然，它也具備了一塊控制芯片所應該具備的控制、傳輸、協(xié)調等功能。

　　這里有一個(gè)非常重要的概念大家應該知道，就是dpi對鼠標定位的影響。dpi是它用來(lái)衡量鼠標每移動(dòng)一英寸所能檢測出的點(diǎn)數，dpi越小，用來(lái)定位的點(diǎn)數就越少，定位精度就低；dpi越大，用來(lái)定位點(diǎn)數就多，定位精度就高。

圖4 羅技公司的CP5919AM控制芯片
　　通常情況下，傳統機械式鼠標的掃描精度都在200dpi以下，而光電鼠標則能達到400甚至800dpi，這就是為什么光電鼠標在定位精度上能夠輕松超過(guò)機械式鼠標的主要原因。
光學(xué)透鏡組件

　　光學(xué)透鏡組件被放在光電鼠標的底部位置，從圖5中可以清楚地看到，光學(xué)透鏡組件由一個(gè)棱光鏡和一個(gè)圓形透鏡組成。

圖5 光學(xué)透鏡組件由一個(gè)棱光鏡和一個(gè)透鏡組成
　　

　　其中，棱光鏡負責將發(fā)光二極管發(fā)出的光線(xiàn)傳送至鼠標的底部，并予以照亮。

　　圓形透鏡則相當于一臺攝像機的鏡頭，這個(gè)鏡頭負責將已經(jīng)被照亮的鼠標底部圖像傳送至光學(xué)感應器底部的小孔中。通過(guò)觀(guān)看光電鼠標的背面外殼，我們可以看出圓形透鏡很像一個(gè)攝像頭（如圖6）！

圖6 光電鼠標的背面外上的殼圓形透鏡很像一個(gè)攝像頭
　　通過(guò)試驗，筆者得出結論：不管是阻斷棱光鏡還是圓形透鏡的光路，均會(huì )立即導致光電鼠標“失明”。其結果就是光電鼠標無(wú)法進(jìn)行定位，由此可見(jiàn)光學(xué)透鏡組件的重要性。

　　發(fā)光二極管

　　光學(xué)感應器要對缺少光線(xiàn)的鼠標底部進(jìn)行連續的“攝像”，自然少不了“攝影燈”的支援。否則，從鼠標底部攝到的圖像將是一片黑暗，黑暗的圖像無(wú)法進(jìn)行比較，當然更無(wú)法進(jìn)行光學(xué)定位了。

圖7 光電鼠標內部的發(fā)光二極管
　　通常，光電鼠標采用的發(fā)光二極管（如圖7）是紅色的（也有部分是藍色的），且是高亮的（為了獲得足夠的光照度）。發(fā)光二極管發(fā)出的紅色光線(xiàn)，一部分通過(guò)鼠標底部的光學(xué)透鏡（即其中的棱鏡）來(lái)照亮鼠標底部；另一部分則直接傳到了光學(xué)感應器的正面。

　　用一句話(huà)概括來(lái)說(shuō)，發(fā)光二極管的作用就是產(chǎn)生光電鼠標工作時(shí)所需要的光源。
輕觸式按鍵

　　沒(méi)有按鍵的鼠標是不敢想象的，因而再普通的光電鼠標上至少也會(huì )有兩個(gè)輕觸式按鍵。方正光電鼠標的PCB上共焊有三個(gè)輕觸式按鍵（圖8）。除了左鍵、右鍵之外，中鍵被賦給了翻頁(yè)滾輪。高級的鼠標通常帶有X、Y兩個(gè)翻頁(yè)滾輪，而大多數光電鼠標還是像這個(gè)方正光電鼠標一樣，僅帶了一個(gè)翻頁(yè)滾輪。翻頁(yè)滾輪上、下滾動(dòng)時(shí)，會(huì )使正在觀(guān)看的“文檔”或“網(wǎng)頁(yè)”上下滾動(dòng)。而當滾輪按下時(shí)，則會(huì )使PCB上的“中鍵”產(chǎn)生作用。注意：“中鍵”產(chǎn)生的動(dòng)作，可由用戶(hù)根據自己的需要進(jìn)行定義。

圖8 方正光電鼠標的PCB上共焊有三個(gè)輕觸式按鍵
　　

　　當我們卸下翻頁(yè)滾輪之后，可以看到滾輪位置上，“藏”有一對光電“發(fā)射/接收”裝置（如圖9）�！皾L輪”上帶有柵格，由于柵格能夠間隔的“阻斷”這對光電“發(fā)射/接收”裝置的光路，這樣便能產(chǎn)生翻頁(yè)脈沖信號，此脈沖信號經(jīng)過(guò)控制芯片傳送給Windows操作系統，便可以產(chǎn)生翻頁(yè)動(dòng)作了。

圖9 光電“發(fā)射/接收”裝置
　　

　　除了以上這些，光電鼠標還包括些什么呢？它還包括連接線(xiàn)、PS/2或USB接口、外殼等。由于這幾個(gè)部分與機械式鼠標沒(méi)有多大分別，因此，這里就不再說(shuō)明了

多看原理性的東西  有好處

很好的東西，看了