光电鼠标基础知识（智达宇通）

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一、光电鼠标内部的主要元器件

光电鼠标内部主要包括“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。

1.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，不要误认为是光机鼠标底部的轨迹球。
　　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。

　　小知识：光电鼠标发红光的原因

　　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。

2.固定夹

　　负责照亮鼠标底部的发光二极管拥有很强的亮度，为了避免射出的光线干扰其他元器件工作，并且使光线通过透镜后能量更加集中，所以发光二级光上覆盖了固定夹。固定夹通常是黑色的，因为黑色吸收光线的能力最好

3.光学透镜

　　光学透镜系统通常由一面棱光透镜和一面圆形透镜组成。发光二极管射出的光线先通过一面棱光透镜照亮鼠标底部表面，而反射回来的投影再经过另一面圆形透镜汇聚到光学传感器的小孔里。作为光线传递的必经之路，透镜系统的重要性不言而喻了。

4.光学传感器

　　光学传感器是光电鼠标的核心部件，“CMOS感光器”和“数字信号处理器（DSP）”是其中最重要的两部分。CMOS感光器是一个由数百个光电器件组成的矩阵，用来拍摄鼠标物理位移的画面。光学传感器会将拍摄的光信号进行放大并投射到CMOS矩阵上形成帧，然后再将成帧的图像由光信号转换为电信号，传输至数字信号处理器进行处理。DSP对相邻帧之间差别进行除噪和分析后，将得出的位移信息通过接口电路传给计算机。

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5.接口控制器芯片
　　接口控制器芯片负责管理光电鼠标的接口电路部分，使鼠标可以通过USB、PS/2等接口与PC相连。基于成本方面考虑，各品牌的光电鼠标一般都采用第三方的接口控制器芯片，而像赛普拉斯、凌阳、EMC都是常见的接口控制器芯片厂商。另外，有的光电鼠标选用了具备接口控制器功能的光学传感器（比如原相公司的PAN401光学传感器），所以在这类光电鼠标内部是无法发现独立的接口控制器芯片的。

（图8  这就是一款赛普拉斯的接口控制器芯片）

6.微动开关
使用一款光电鼠标时，打交道最多的要算是鼠标按键了，而鼠标按键一一对应着内部的微动开关，所以按键板设计和微动开关的品质共同决定了鼠标的手感 ，微动开关的质量还影响着光电鼠标的故障率。因此，有的厂商会在宣传材料中声明自己的某款型号产品使用了高档的微动开关。

（图9  光电鼠标采用的微动开关）

三、光电鼠标的定位原理
　　光电鼠标的定位原理，发光二极管照亮采样表面，对比度强烈的待采样影像通过透镜在CMOS上成像，CMOS将光学影像转化为矩阵电信号传输给DSP，DSP则将此影像信号与存储的上一采样周期的影像进行比较分析，然后发送一个位移距离信号到接口电路。接口电路对由DSP发来的位移信号进行整合处理，而已传入计算机内部的位移信号再经过驱动程序的进一步处理，最终在系统中形成光标的位移。

（图10  光电鼠标定位示意图）
小知识：光电鼠标和激光鼠标区别
　　光电鼠标并不等于激光鼠标，两者的显示原理有所区别。比如，光电鼠标需要透镜支持，而部分激光鼠标则不需要。这类激光鼠标的成像原理是将激光照射在物体表面，产生的干涉条纹可直接产生光斑点反射到传感器上，因此省略了传统的光学透镜系统，理论上这样反馈的图像更精确。
　　另外，人造红宝石激光发生器和特制的半导体二极管都可产生激光。前者可生成可见激光，但成本高昂，很少会使用在鼠标领域中；后者可生成不可见激光，成本相对低廉，市面上出售的激光鼠标大多采用这种方式。所以说，工作时底部是否发光，也可作为光电鼠标和激光鼠标的一个明显区别。
四、光电鼠标的重要参数

1.光电鼠标的分辨率
光电鼠标的分辨率通常用CPI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也常被人用来形容光电鼠标的分辨率。CPI的全称是“count per inch”，直译为“每英寸的测量次数”；而DPI的英文全称是“dots per inch”，直译为“每英寸像素”。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。
2.光电鼠标的刷新频率
　　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。文章第三部分在介绍光电鼠标定位原理时已提到过了，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 “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。
3.光电鼠标的像素处理能力
　　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
五、微软和安捷伦的角力
　　安捷伦和微软是全球两大光学传感器的生产厂商。虽然相比微软的妇孺皆知，DIYer对安捷伦了解得并不多。但从光学传感器这个领域来看，安捷伦绝对拥有与微软比肩的实力。

1999年从惠普分离出来的安捷伦公司，迅速成为世界上最大的电子厂商之一，其经营范围涉及电子测量仪器、半导体产品、生命科学与化学分析、通信解决方案及自动测试设备等多个领域。光学传感器虽然只是其繁多复杂的产品线之一，但也是最成功的产品线之一。
　　1999年，微软与安捷伦公司合作，推出了世界上第一款光电鼠标传感器——IntelliEye，堪称鼠标发展史上最重要的发明之一。
　　2000年，安捷伦公司和罗技公司合作，推出性能和IntelliEye相近的光学传感器，同样采用了1500次刷新频率400 CPI分辨率。不过，无论是微软还是安捷伦的第一代产品，由于刷新率太低，所以丢帧现象都很严重。另外，由于CMOS尺寸太小（16×16），所以对采样表面的适应性也都很差。
　　2001年，安捷伦又推出了第二代光学传感器。虽然在分辨率和刷新频率方面都有所提高，但因为CMOS和DSP没有重大改进，所以性能提升并不明显。
　　2001年底，微软公司在与安捷伦停止合作后，独立研发了第二代IntelliEye光学传感器。通过重新设计CMOS和DSP算法，将刷新频率提升到了前所未有的6000Hz，同时将CMOS加大到了22×22的规格，从而很好地解决了鼠标丢帧和采样表面适应性差的问题。
　　2002年下半年，安捷伦公司和罗技公司合作，推出了MX光学引擎。在上一代光学传感器的基础上，加大刷新频率的同时，进一步增大了CMOS的尺寸，所以在像素处理能力这一指标上远远超越了同期其他品牌的产品，受到了广大游戏玩家的青睐。
小知识：分辨率和刷新率的演进
　　1999年，微软研发了第一代的光学传感器，可提供1500Hz刷新频率与400 CPI分辨率
　　2002年，微软研发了第二代的光学传感器，可提供6000Hz刷新频率与800 CPI分辨率
　　2003年，微软研发了第三代的光学传感器，可提供9000Hz刷新频率与800 CPI分辨率
　　1999年，安捷伦研发了第一代光学传感器，可提供1500Hz刷新频率与400 CPI分辨率
　　2001年，安捷伦研发了第二代光学传感器，最高提供2500Hz刷新频率与800 CPI分率
　　2002年，安捷伦研发了第三代光学传感器，可提供6500Hz刷新频率与800 CPI分辨率                                                                                                                                          智达宇通

Tony.L

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