光電式滑鼠

光電式滑鼠

光電滑鼠:在光電滑鼠內部有一個發光二極體,通過該發光二極體發出的光線,照亮光電滑鼠底部表面(這就是為什麼滑鼠底部總會發光的原因)。然後將光電滑鼠底部表面反射回的一部分光線,經過一組光學透鏡,傳輸到一個光感應器件(微成像器)內成像。這樣,當光電滑鼠移動時,其移動軌跡便會被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像。最後利用光電滑鼠內部的一塊專用圖像分析晶片(DSP,即數字微處理器)對移動軌跡上攝取的一系列圖像進行分析處理,通過對這些圖像上特徵點位置的變化進行分析,來判斷滑鼠的移動方向和移動距離,從而完成游標的定位。

簡介

光電式滑鼠:光電式滑鼠的底部有一個發光二極體(LED),

光電滑鼠光電滑鼠

並且需要一塊反射板發光二極體發出的光被反射板反射,可以被滑鼠檢測到。光電式滑鼠就是根據反射光強弱變化來判斷鼠標的移動和當前位置的。
與傳統的機械式鼠標相比,光電滑鼠具有定位準確、移動流暢且不易髒污等優勢,受到越來越多用戶的認可。隨著光電滑鼠價格的不斷下跌,取代機械式滑鼠而成為市場主流的趨勢已不可阻擋。

工作原理

這款微軟智慧型滑鼠利用了光學技術
光電滑鼠由安捷倫科技公司(AgilentTechnologies)開發,並於1999年下半年投入市場,這種滑鼠利用一個小照相機每秒拍攝1,500張照片,而且幾乎能在任何表面上工作。它具有一個紅色的小發光二極體(LED),用於將光從工作表面反射到互補金屬氧化物半導體(CMOS)感測器上。CMOS感測器將每一幅圖像都傳送給數位訊號處理器(DSP)進行分析。DSP以18MIPS(1MIPS表示每秒1百萬條指令)的速度運行,能夠檢測圖像中的圖案,並確定這些圖案與前一個圖像相比,發生了怎樣的移動。根據一系列圖像中圖案位置的變化,DSP確定滑鼠的移動距離並將相應坐標傳送給計算機。隨後,計算機根據從滑鼠接收到的坐標信息,移動螢幕上的游標。此過程每秒發生數百次,才使得游標的移動看上去非常流暢。

定位原理

光電滑鼠的參數

光電滑鼠的內部構成光電滑鼠的內部構成

解析度
光電滑鼠的解析度通常用CPI(CountPerInch:每英寸的測量次數)來表示,CPI越高,越利於反映玩家的微小操作。而且在滑鼠游標移動相同邏輯距離時,解析度高的需要移動的物理距離則要短。拿一款800CPI的光電滑鼠來說,當使用者將滑鼠移動1英寸時,其光學感測器就會接收到反饋回來的800個不同的坐標點,滑鼠箭頭同時會在螢幕上移動800個像素點。反過來,滑鼠箭頭在螢幕上移動一個像素點,就需要滑鼠物理移動1/800英寸的距離。所以,CPI高的滑鼠更適合在高解析度的螢幕下使用。光學機械滑鼠的解析度多為200~400CPI,而光電滑鼠的解析度通常在400~800CPI之間。
除CPI以外,DPI(DotsPerInch:每英寸像素數)也常被人用來形容光電滑鼠的解析度。由於光電滑鼠的解析度反映了一個動態過程,所以用CPI來形容更恰當些。但無論是CPI還是DPI,描述的都是光電滑鼠的解析度,不存在性能差別。

刷新頻率

光電滑鼠的刷新頻率也被稱為掃描頻率或者幀速率,它反映了光學感測器內部的DSP對CMOS每秒鐘可拍攝圖像的處理能力。在滑鼠移動時,光學感測器中的數字處理器通過對比所“拍攝”相鄰照片間的差異,從而確定滑鼠的具體位移。但當光電滑鼠在高速運動時,可能會出現相鄰兩次拍攝的圖像中沒有明顯參照物的情況。那么,光電滑鼠勢必無法完成正確定位,也就會出現我們常說的“跳幀”現象了。而提高光電滑鼠的刷新頻率就加大了光學感測器的拍攝速度,也就減少了沒有相同參考物的幾率,達到了減少跳幀的目的。
在這張照片中,您可以看到滑鼠底部的LED

像素處理能力

雖然解析度和刷新率都是光電滑鼠重要的技術指標,但它們並不能客觀反映光電滑鼠的性能,所以羅技提出了像素處理能力這個指標,並規定:像素處理能力=CMO晶陣像素數×刷新頻率。根據光電滑鼠的定位原理我們知道,光學感測器會將CMOS拍攝的圖像進行光學放大後再投射到CMOS晶陣上形成幀,所以在光學放大率一定的情況下,增加了CMOS晶陣像素數,也就可增大實際拍攝圖像的面積。而拍攝面積越大,每幀圖像上的細節也就越清晰,參考物也就越明顯,和提高刷新率一樣,也可減少跳幀的幾率。
不過,需要注意的是,大多數情況下,廠商不會公布滑鼠的CMOS尺寸,其大小從15x15到30x30像素(Pixel)不等。

光電滑鼠定位原理光電滑鼠定位原理

光電滑鼠的內部構成
從功能實現角度看,光電滑鼠主要由發光二極體、固定夾、光學透鏡、光學感測器、接口控制器晶片以及微動開關6部分元器件組成。
光電滑鼠的PCB基板

發光二極體

發光二極體相當於光電滑鼠的光源,其主要任務是滿足光學感測器的拍攝需要,將所要拍攝的“路況”照亮。除此以外,發光二極體還被用來滿足光電式的滾輪的需要。這裡所說的滾輪是我們常用來翻動網頁的滑鼠中鍵,不要誤認為是機械滑鼠底部的軌跡球。
為光學感測器服務的發光二極體在滑鼠“尾部”,會被固定夾遮蓋起來;而為光電式滾輪服務的發光二極體則在滑鼠“頭部”,也就是滾輪位置附近。所以,雖然光電滑鼠內部可能擁有不止一個發光二級管,但分辨起來並不難。
大多數的光電滑鼠在使用時發紅光,是因為紅色高亮度的發光二極體問世最早,無論是技術還是產業化都最成熟,成本也最低廉,壽命更容易得到保障,所以大部分光電滑鼠都採用了發紅光的二極體。當然,我們在市場上也會看到其他顏色的產品,但這是為了迎合部分玩家標新立異的需求,和性能無關。

固定夾

負責照亮滑鼠底部的發光二極體擁有很強的亮度,為了避免射出的光線干擾其他元器件工作,並且使光線通過透鏡後能量更加集中,所以發光二級光上覆蓋了固定夾。固定夾通常是黑色的,因為黑色吸收光線的能力最好。

光學透鏡

光學透鏡系統通常由一面棱光透鏡和一面圓形透鏡組成。發光二極體射出的光線先通過一面棱光透鏡照亮滑鼠底部表面,而反射回來的投影再經過另一面圓形透鏡匯聚到光學感測器的小孔里。作為光線傳遞的必經之路,透鏡系統的重要性不言而喻了。
光學感測器
光學感測器是光電滑鼠的核心部件,“CMOS感光器”和“數位訊號處理器(DSP)”是其中最重要的兩部分。CMOS感光器是一個由數百個光電器件組成的矩陣,恰似一部相機,用來拍攝滑鼠物理位移的畫面。光學感測器會將拍攝的光信號進行放大並投射到CMOS矩陣上形成幀,然後再將成幀的圖像由光信號轉換為電信號,傳輸至數位訊號處理器進行處理。DSP對相鄰幀之間差別進行除噪和分析後,將得出的位移信息通過接口電路傳給計算機。

接口控制器晶片

接口控制器晶片負責管理光電滑鼠的接口電路部分,使滑鼠可以通過USB、PS/2等接口與PC相連。基於成本方面考慮,各品牌的光電滑鼠一般都採用第三方的接口控制器晶片,而像賽普拉斯、凌陽、EMC都是常見的接口控制器晶片廠商。另外,有的光電滑鼠選用了具備接口控制器功能的光學感測器(比如原相公司的PAN401光學感測器),所以在這類光電滑鼠內部是無法發現獨立的接口控制器晶片的。

微動開關

平時使用一款光電滑鼠時,打交道最多的要算是滑鼠按鍵了,而滑鼠按鍵一一對應著內部的微動開關,所以按鍵板設計和微動開關的品質共同決定了滑鼠的手感。當然,微動開關的質量還影響著光電滑鼠的故障率。因此,有的廠商會在宣傳材料中聲明自己的某款型號產品使用了高檔的微動開關,從而吸引消費者購買。
光電滑鼠採用的微動開關
光電滑鼠的外部設計

外殼設計

蘋果公司將自己的光電滑鼠轉變成了一件現代藝術品
光電滑鼠的外殼大部分採用了工程塑膠,也有採用金屬上蓋作為賣點的產品,但手感和製造成本並不理想,所以並沒有流行開來。滑鼠外殼多用拋光和磨砂兩種設計,而仿效蘋果滑鼠的透明有機玻璃雙層殼設計以及磨砂表面配合軟橡膠材料的設計比較流行,但相比傳統設計,卻更易磨損。
按鍵板設計
滑鼠上蓋的主要部件就是按鍵板了,光電滑鼠的按鍵板分為按鈕式、蓋板式和一體式3種設計。其中,按鈕式按鍵板是獨立按鈕,與滑鼠上蓋沒有連線;蓋板式按鍵板與上蓋有所連線,但也有獨立的部分;而一體式按鍵板是現今最為流行的,按鍵板本身就是滑鼠上蓋的一部分。微軟和羅技的很多產品都採用了這種方式。
底部墊腳設計
為了使光電滑鼠移動更靈活,減少底部的摩擦力,所以引入了墊腳的概念:用塑膠片將滑鼠底部墊起,從而減少摩擦。滑鼠墊腳的設計主要分為以微軟為代表的大墊腳派和以羅技為代表的小墊腳派,各有利弊。前者因為墊腳尺寸大,材質偏軟,所以比後者耐摩、防塵;後者因為墊腳尺寸不足前者一半,材質堅硬,所以受力面積小,比前者更靈活。筆者個人認為,對於普通玩家,前者的墊腳設計更適用;而對於發燒級的遊戲玩家,後者卻是首選。
滑鼠滾輪
1996年,微軟發明了滑鼠滾輪按鍵,由於給使用者提供了更多方便,所以時至今日,幾乎所有滑鼠上都能看到它的身影。滾輪按鍵設計通常包括兩種,第一種是以微軟為代表的機械式滾輪,第二種是以羅技為代表的光電式滾輪。前者利用滾輪帶動機械電位器來獲得滾動信息,定位更準;後者利用發光二極體獲得滾動信息,壽命更長。
人體工程學設計
對於光電滑鼠來說,人體工程學設計的目的就是讓用戶可在手指自然放鬆的情況下,手掌緊貼在滑鼠表面。但即使使用採用人體工程學設計的光電滑鼠,也可能無法獲得舒適的手感。這是因為廠家只可能以部分消費者的手型數據為準,生產符合人體工程學的滑鼠模具,而對於另一部分消費者來說,使用該產品時,反而可能更加勞累。

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