光电鼠标原理(光电鼠标的结构及工作原理)

今天我想和大家分享一下光学鼠标的原理介绍。接下来我从以下几个方面来介绍一下:光电鼠标的介绍，光电鼠标的原理，光电鼠标的参数，光电鼠标的内部结构。

光学鼠标简介光学鼠标是围绕一个传感器构建的，它根据不同的设备以不同的速度监控表面。鼠标的精确度根据电子显示的图像质量和速度而变化。有一些决定鼠标好坏的重要因素你需要牢记在心，那就是传感器的大小和质量，接收和发送图像的速度，以及通过测量每小时相交分析点的数量得到的分辨率。所以鼠标的性能可以来自这三个变量。

光电鼠标介绍

光电鼠标是围绕一个传感器构建的，该传感器根据不同的设备以不同的速度监控表面。鼠标的精确度根据电子显示的图像质量和速度而变化。有一些决定鼠标好坏的重要因素是你需要牢记的，那就是传感器的大小和质量，接收和发送图像的速度，以及测量每一个英文小时所跨越的分析点的数量。所以鼠标的性能可以从这三个变量来判断。比如，除非厂家公布数据，否则很难判断传感器的大小。该变量的范围从15x15到30x30像素。仅用这个变量值，问题就相当简单:如果灵敏度相同，更大的传感器可以提供更好的坐标。

光电鼠标原理

光电鼠标定位的工作流程大致由固定夹、光学镜头、光学传感器、接口控制器芯片、微动开关六部分组成。

◆发光二极管

LED相当于光学鼠标的光源，主要任务是满足光学传感器的拍摄需求，照亮要拍摄的“路况”。此外，LED也被用来满足光电辊的需要。这里说的滚轮就是我们经常用来翻页的鼠标中键。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LED位于鼠标的“尾部”，将被固定夹覆盖；为光电轮服务的发光二极管位于鼠标的“头部”，靠近光电轮

◆固定夹

照亮鼠标底部的LED具有很强的亮度。为了防止发出的光干扰其他元件的工作，也为了使光通过透镜后能量更加集中，LED上覆盖了固定夹。夹子通常是黑色的，因为它能吸收光线。

◆光学镜头

光学系统通常由一个棱镜和一个圆透镜组成。LED发出的光通过一个棱镜片照亮鼠标的底面，反射的投影通过另一个圆形透镜汇聚到光学传感器的小孔中。作为光传输的必经之路，透镜系统的重要性不言而喻。

◆光学传感器

光学传感器是光学鼠标的核心部件，CMOS传感器和数字信号处理器(DSp)是其中最重要的两个部分。CMOS传感器是由数百个光电器件组成的矩阵，用来拍摄鼠标的物理位移。光学传感器会将拍摄到的光信号放大，投射到CMOS矩阵上形成一帧，然后成帧的图像会从光信号转换成电信号，传输到DSp进行处理。DSp对相邻帧间的差异进行去噪和分析后，得到的位移信息通过接口电路传输到计算机。

◆接口控制器芯片

控制器芯片负责管理光电鼠标的接口电路，使鼠标可以通过USB、pS/2等接口连接到pC。考虑到成本，所有品牌的光电鼠标一般都采用第三方接口控制器芯片，赛普拉斯、凌阳、EMC是常见的接口控制器芯片厂商。另外，有些光学鼠标选用的是带接口控制器功能的光学传感器(如Protophase公司的pAN401光学传感器)，这样的光学鼠标内部是不可能找到独立的接口控制器芯片的。

◆微动开关

通常使用光电鼠标时，最需要处理的就是鼠标按键，鼠标按键与内部的微动开关一一对应。因此，键盘的设计和微动开关的质量共同决定了鼠标的手感。当然微动开关的好坏也影响光电鼠标的故障率。因此，一些厂商会在宣传资料中宣称其产品的某一型号使用了高档微动开关，从而吸引消费者购买。

光电鼠标参数

光电鼠标外壳大部分采用工程塑料，也有部分产品以金属外壳为卖点，但手感和制造成本都不理想，所以并不普及。鼠标外壳采用抛光磨砂设计，而模仿苹果鼠标的透明有机玻璃双壳设计和磨砂面加软胶材质设计虽然流行，但比传统设计更容易磨损。

◆键盘设计

键盘是鼠标上盖的主要组成部分。光学鼠标的键盘分为三种设计:按钮式、盖式和一体式。其中，按键式小键盘为独立按键，不与鼠标上盖相连；盖键板与上盖连接，但也有独立的部分；现在最流行的是一体式键盘，键盘本身就是鼠标上盖的一部分。微软和罗技的很多产品都采用了这种方式。

◆底垫设计

为了让光学鼠标移动更加灵活，减少底部的摩擦力，引入了脚垫的概念:鼠标底部垫上塑料片，减少摩擦力。鼠标脚垫的设计主要分为以微软为代表的大脚垫和以罗技为代表的小脚垫，各有利弊。前者因为体积大，材质软，比后者更耐磨防尘。因为后者的脚垫尺寸不到前者的一半，而且材质较硬，所以后者受力面积小，比前者更柔韧。个人认为对于普通玩家来说，前脚垫设计更适用；对于发烧的游戏玩家来说，后者是首选。

◆鼠标滚轮

1996年，微软发明了鼠标滚轮按钮。由于它为用户提供了更多的便利，现在几乎所有的鼠标上都可以看到它。按键设计通常包括两种，第一种是以微软为代表的机械滚轮，第二种是以罗技为代表的光电滚轮。前者用滚轮驱动机械电位器获取滚动信息，定位更准确；后者采用LED获取滚动信息，使用寿命更长。

◆人体工程学设计

对于光学鼠标，符合人体工程学的设计旨在允许用户在手指自然放松的同时保持手掌靠近鼠标表面。然而，即使您使用符合人体工程学设计的光学鼠标，您也可能不会获得舒适的感觉。这是因为厂商只能根据一部分消费者的手部数据来生产符合人体工程学的鼠标模具，而对于另一部分消费者来说，使用这种产品可能会更累。

光电鼠标的内部结构

随着人们对鼠标要求的进一步提高，原来的机械鼠标和光学鼠标越来越不能满足要求，于是出现了新一代的光学鼠标。然而，光学鼠标的外观并不光滑。它也经历了第一代和第二代光电鼠标的演变，再发展到今天我们在市场上看到的主流光电鼠标。

◆第一代光学鼠标

在早期光学鼠标发展的同时，出现了一种没有机械结构的数码光学鼠标。设计这款光学鼠标的初衷是将鼠标的精度提升到一个全新的水平，使其完全满足专业应用的需求。这种光电鼠标没有传统的滚球和转轴设计。它的主要部件是两个发光二极管、一个光敏芯片、一个控制芯片和一个带网格的反光板(相当于一个特制的鼠标垫)。工作时，光学鼠标必须在反光板上移动，X LED和Y LED会发光照亮反光板，然后光被反光板反射回来，经过透镜组后照射在感光芯片上。光敏芯片将光信号转换成相应的数字信号，送入定位芯片进行特殊处理，从而产生X-Y坐标偏移数据。

第一代光电鼠标原理:这种光电鼠标在精度指标上确实有进步，但是在后期的应用中暴露了很多缺陷。首先，光学鼠标必须依赖反射镜，其位置数据完全根据反射镜中的网格信息生成。如果反射器变脏或磨损，光学鼠标就无法判断光标的位置。如果反光板严重损坏或者意外丢失，那么整个鼠标就报废了；其次，光学鼠标的使用非常没有人情味，它的移动方向必须垂直于反光板上的网格纹理，所以用户不可能将光标从屏幕的左上角快速移动到右下角。第三，光学鼠标的成本相当高。几百元的价格在今天不算什么，但在那个年代，人们只愿意为鼠标支付20元左右，光学鼠标的高昂价格似乎不合理。由于存在大量的弊端，这种光学鼠标一直没有得到普及，充其量只是在少数专业绘图场合得到了一定程度的应用。但是随着光电鼠标的全面普及，这种光电鼠标很快被市场淘汰。

◆第二代光电鼠标

虽然第一代光电鼠标在市场上惨败，但全数字工作模式、无机械结构、精度高的优势依然吸引着业界的目光。如果能克服其固有的缺陷，就会发扬其优点，制造出高精度、高可靠性、高耐久性的产品，在技术上是可行的。微软公司和安捷伦科技公司在这一领域取得了第一批成就。1999年，微软推出了“IntelliMouseExplorer”第二代光学鼠标，采用了微软和安奇伦合作开发的IntelliEye光学引擎。从此，人们对鼠标的内部控制芯片有了进一步的了解，安捷伦芯片成为了好的鼠标控制核心的代名词。鼠标浏览器使用的IntelliEye引擎是微软与安捷伦合作设计的，当时安捷伦还在惠普。其规格为1500Hz，400CpI。扫描速率、分辨率等鼠标测量标准正是在这个时候被人们所关注。

第二代光电鼠标的结构与上面提到的所有产品都有很大的不同。它的底部没有滚轮，也不需要使用反光板来实现定位。其核心部件是LED、光学引擎和控制芯片。工作时，LED发光照亮鼠标底部的表面，而微型摄像头以一定的时间间隔连续拍摄图像。鼠标移动过程中产生的不同图像被传输到光学引擎进行数字处理，最后由光学引擎中的定位DSp芯片对产生的图像进行数字矩阵分析。由于相邻两幅图像总是具有相同的特征，通过比较这些特征点的位置变化信息，可以判断鼠标的移动方向和距离，最终将分析结果转换为坐标偏移量，实现光标定位。第二代光电鼠标的各项指标都达到了最初的设计意图。它不仅保留了光学鼠标精度高、无机械结构的优点，而且可靠性高、经久耐用，使用过程中无需清洗即可保持良好的工作状态。它诞生后，迅速引起了业界和一些有实力的公司的关注。