光电鼠标是什么

光电鼠标(光学鼠标)通过发光二极管和光电二极管检测鼠标相对于表面的移动。与机械鼠标不同，它可以通过鼠标球的旋转来驱动两个垂直轴的旋转，从而获得鼠标的移动位置。

光电鼠标(也称为“光学鼠标”)通过发光二极管和光电二极管检测鼠标相对于表面的移动。与机械鼠标不同，它可以通过鼠标球的旋转来驱动两个垂直轴的旋转，从而获得鼠标的移动位置。最早的光学鼠标需要印在鼠标垫表面才能检测鼠标运动，现在的光学鼠标如果工作在透明的表面，比如玻璃镜，就无法检测到鼠标运动。激光二极管可以使其达到更好的分辨率和精度。电池供电的无线光学鼠标通过间歇闪烁光学组件来省电，只有在检测到运动时，LED才会稳定亮起。

简介

具有发光半导体的光源脉冲信号传感器和由红外散射光斑照射的光电传感器

光电鼠标的工作原理

一种判断信号的方法

光电鼠标使用光学断续器来判断信号，其最显著的特点是鼠标移动时需要使用特殊的反射器作为垫板。这个垫子的主要特点是它的微小黑白点。这是因为，在光学鼠标的底部，有一个发光二极管和两个相互垂直的光敏管。当发光二极管分别照射白点和黑点时，会产生折射和不折射两种状态，光敏管处理这两种状态后会产生相应的信号，从而促使计算机做出反应。没有那个垫，光学鼠标就不能工作。

原则

光学鼠标

作文

无线光电鼠标

光学感应器

光学传感器是光学鼠标的核心，只有安捷伦、微软、罗技才能生产光学传感器。其中，安捷伦的光学传感器应用广泛。除了微软的全部光学鼠标和罗技的部分光学鼠标外，其他光学鼠标基本都使用安捷伦的光学传感器。

控制芯片

控制芯片负责协调光学鼠标中各部件的工作，与外部电路通信(桥接)，收发各种信号。我们可以理解为光学鼠标中的“管家”。

有一个很重要的概念大家都应该知道，那就是DPI(光电鼠标中DPI的引入——光电灵敏度下面)对鼠标定位的影响。DPI用来衡量鼠标每一寸移动都能检测到的点数。DPI越小，用于定位的点越少，定位精度越低。DPI越大，用于定位的点越多，定位精度越高。

通常传统机械鼠标的扫描精度在200DPI以下，而光电鼠标可以达到5000甚至12000DPI，这是光电鼠标在定位精度上可以轻松超越机械鼠标的主要原因。

光学透镜组件

光学透镜组件位于光学鼠标的底部。从图5中可以清楚地看到，光学透镜组件由一个棱镜和一个圆形透镜组成。其中棱镜负责将LED发出的光传输到鼠标底部并照亮。

圆形镜头相当于相机的镜头，负责将鼠标底部被照亮的图像传输到光学传感器底部的小孔中。通过观察光学鼠标的后壳，我们可以看到圆形镜头非常类似于照相机。通过实验，作者得出结论:阻挡棱镜或圆形透镜的光路会立即导致光学鼠标失明。因此，光学鼠标无法定位，这表明了光学透镜组件的重要性。

发光二极管

光学传感器需要不断“拍摄”缺少光线的鼠标底部，自然需要“摄影灯”的支撑。否则从鼠标底部拍摄的图像会很暗，暗的图像无法比较，当然光学定位也不可能。

通常，光学鼠标中使用的发光二极管(如图7所示)是红色的(其中一些是蓝色的)并高亮显示(以便获得足够的照明)。LED发出的部分红光通过鼠标底部的光学镜头(即棱镜)照亮鼠标底部。另一部分直接传输到光学传感器的前面。一句话总结，LED的作用是产生光学鼠标所需的光源。

触摸键

一个没有按键的鼠标是无法想象的——一个普通的光学鼠标上至少有两个触摸按键。方正光电鼠标的PCB上焊接有三个触摸按钮。除了左按钮和右按钮，中间的按钮被分配给翻页轮。高级鼠标通常有两个翻页轮，X和Y，而大多数光学鼠标只有一个翻页轮，就像这个方正光学鼠标一样。当翻页轮上下滚动时，正在查看的“文档”或“网页”就会上下滚动。当按下滚轮时，印刷电路板上的“中间键”将被激活。注意:“中键”生成的动作可以由用户根据自己的需要来定义。

当我们取下翻页滚轮时，可以看到滚轮位置隐藏着一对光电“发射/接收”装置。“滚轮”上设有栅格，可以间隔“阻断”该对光电“发射/接收”器件的光路，从而产生翻页脉冲信号，并通过控制芯片将脉冲信号传输到Windows操作系统，从而产生翻页动作。

发展史

随着人们对鼠标要求的进一步提高，原有的机械鼠标和光机鼠标越来越不能满足要求，于是出现了新一代光电鼠标。但是光学鼠标的出现并不顺利，也经历了第一代光学鼠标和第二代光学鼠标的演变，然后发展成为我们今天在市场上看到的主流光学鼠标。

第一代光学鼠标

早在光机鼠标发展的同一个时代，就出现了无机械结构的数字光电鼠标。设计这种光学鼠标的初衷是为了将鼠标的精度提高到一个新的水平，使其能够完全满足专业应用的需求。这种光电鼠标没有滚球、转轴等传统设计，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射板(相当于一个专用鼠标垫)。

工作时，光学鼠标必须在反射板上移动，X发光二极管和Y发光二极管分别发出光线照射反射板，然后光线会被反射板反射回来，穿过透镜组件照射光敏芯片。光敏芯片将光信号转换成相应的数字信号，然后发送到定位芯片进行特殊处理，从而产生X-Y坐标偏移数据。

第一代光学鼠标

这种光学鼠标在精度指标上取得了一定的进步，但在后期的应用中暴露出了很多缺陷。首先，光学鼠标必须依靠反射板，其位置数据完全是根据反射板中的网格信息生成的。如果反射板脏污或磨损，光学鼠标无法判断光标的位置。如果反射器严重损坏或丢失，整个鼠标将被丢弃。其次，光电鼠标的使用非常不人性化，其移动方向必须垂直于反射器上的网格纹理，用户不可能直接将光标从屏幕左上角移动到右下角；第三，光学鼠标成本挺高的，几百块钱的价格在今天算不了什么。但当时人们只愿意出20元左右买鼠标，光学鼠标的高价似乎不合理。由于大量的弊端，这种光学鼠标一直没有普及，充其量只是在少数专业绘图场合有一定程度的应用，但是随着光机鼠标的全面普及，这种光学鼠标很快被市场淘汰

第二代光学鼠标

虽然第一代光学鼠标在市场上惨败，但全数字工作模式、无机械结构、精度高的优势仍然吸引着业界的关注。如果能克服其固有缺陷，就能发扬其优点，制造高精度、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是在这一领域取得成就的第一批公司。1999年，微软推出了名为“智能鼠标浏览器”的第二代光学鼠标，采用微软和安捷伦共同开发的智能眼光学引擎。从此，人们对鼠标的内部控制芯片有了更深入的了解，安捷伦芯片成为良好鼠标控制核心的代名词。智能鼠标浏览器中使用的智能眼引擎是微软和安捷伦设计的，当时还在惠普，规格是1500Hz和400CPI。也就是这个时候，人们关注的是扫描速率、分辨率等鼠标测量标准。

第二代光学鼠标的结构与上述所有产品有很大不同。鼠标底部没有滚轮，不需要反射镜来实现定位。其核心部件是LED、微型摄像头、光学引擎和控制芯片。工作时，发光二极管发光照亮鼠标底部的表面，同时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芯片对生成图像的数字矩阵进行分析。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，最终将分析结果转化为坐标偏移量，实现光标定位。

第二代光学鼠标各项指标达到了设计初衷。它不仅保留了光学鼠标精度高、无机械结构等优点，而且可靠性和耐用性高，使用时无需清洗即可保持良好的工作状态。它诞生后，很快引起了业界的关注，也吸引了一些实力雄厚的公司的关注。

2000年，鼠标行业另一巨头罗技与安捷伦合作推出相关产品。它使用的是安捷伦H2000光学成像引擎，性能和Intellimouse Explorer鼠标一样。这一代是第一代光学成像引擎。现在看来光学鼠标有一些众所周知的缺点，比如刷新率只有1500次/秒，分辨率400CPI。对采样面的适应性较差，尤其是镜面和图案面。但当时相比老式的光机鼠标，已经是一个不小的进步了。

但在与安捷伦合作后，微软毅然走上自主研发之路，并于2001年底推出了自己的第二代IntelliEye光学引擎。但是二代和一代差别不大。主要性能指标为刷新率2000Hz，分辨率400CPI。因为微软并没有过多的宣传这一代产品，只是在几款新产品上使用，比如Intellimouse Explorer 2.0，IO 1.0等等。当时他关注的是欧美市场，所以国内很少有人知道。

至此，光学鼠标形成了以微软和罗技为代表的两大阵营。安捷伦科技虽然掌握了光学引擎的核心技术，但并不涉及鼠标产品的制造，而是向第三方鼠标厂商提供光学引擎产品。市场上几乎所有非微软和罗技品牌的鼠标都使用其技术。

毫无疑问，集所有完美指标于一身的光学鼠标，从诞生之日起就注定前途无量。虽然最初几年光学鼠标价格昂贵，在消费市场上很少有人关注，但2001年后情况逐渐改变，各种鼠标制造商纷纷推出光学鼠标产品，消费者意识到了它的优势。

此后，随着厂商的大力推广，消费者的观念逐渐改变，花更多的钱购买光学鼠标的用户数量也在不断增加。同时，光学鼠标技术不断发展，分辨率提高到800dpi精度，刷新频率高达每秒6000次，在激烈的竞技游戏中可以灵活运用，也很好地解决了困扰光学鼠标的色盲问题。再加上顺利的量产工作，它的成本一直在下降，100元左右就能买到一个非常好的光学鼠标(便宜的产品可能只要30到40元)。光学鼠标近两年进入爆炸式增长期，大部分安装用户都把它作为首选产品。与之形成鲜明对比的是，机械鼠标的市场份额正在缩小。虽然在低端领域还有一定的需求，但是被光学鼠标取代，退出市场的趋势非常明显。

光电感应

总结

光电灵敏度，即鼠标的分辨率和精度，是选择鼠标的主要依据之一。单位是DPI或CPI，意思是鼠标移动时每寸可以精确定位的最大信息量。显然，鼠标每英寸能定位的信息越多，鼠标就越精确。定义这个参数的初衷是为了描述鼠标的精度和准确度。对于以前用滚球定位的鼠标，一般用DPI来表示鼠标的定位能力。DPI是DotsPerInch的缩写，表示每英寸的像素数，是最常用的分辨率单位。常见的光学鼠标出现后，发现DPI不适合描述鼠标精度，因为DPI反映的是静态指标，更适合打印机或扫描仪。由于鼠标移动是一个动态的过程，所以用CPI来表示鼠标分辨率更合适。CPI是CountPerInch的缩写，CountPerInch是鼠标核心芯片制造商安捷伦定义的标准，表示每英寸采样率。

感觉

大部分鼠标使用400CPI，少数罗技高端鼠标使用800CPI。400CPI是什么意思？也就是说，鼠标每移动一英寸，就可以反馈400个不同的坐标，换句话说，400CPI的鼠标可以观察到你手的微弱移动0.06 mm，理论上CPI越大，光学鼠标越灵敏。比如我们把鼠标向左移动一英寸，400CPI的鼠标会向电脑发出“左移”信号400次，而800CPI的鼠标会发出800次。我们假设一下，如果把鼠标移动1/800英寸，800CPI的鼠标会向电脑发出移动信号，而400CPI的鼠标不会响应。我们必须把它移动1/800英寸，它才能发出移动信号。由此可以看出，这两种分辨率在性能上最大的区别在于，800CPI的鼠标在移动开始时会比400cpi的鼠标反应更快。800CPI和400CPI鼠标的性能差异只有在显示分辨率高的时候才比较明显。800CPI的鼠标虽然定位准确，但是价格昂贵。除非是专业图形用户或者专业游戏玩家，400CPI分辨率的光学鼠标就够了。

需要注意的是，鼠标的这个参数是一个有争议的参数。人们原本设置这个参数是为了反映鼠标的精度，但实际上DPI或者CPI并不能很好的完成这个任务，所以有些厂商并不使用这个参数，或者即使使用也有不同的计算方法，这完全是光学鼠标的工作模式造成的。光学鼠标的结构可以分为三个部分，即成像系统IAS(图像采集系统)、信号处理系统DPS(数字信号处理器)和接口系统SPI(串行外设接口)。首先，成像系统IAS相当于一台高速数码相机，它连续拍摄鼠标垫。然后信号处理系统DPS对每一张拍摄的图片进行分析，通过图片的变化来判断鼠标的移动。最后，接口系统SPI将鼠标移动的数据传输给计算机。其中最重要的是IAS系统，它是鼠标的核心部分，由光源、镜头和CMOS成像三部分组成。镜头可以放大图像，类似显微镜。显然，增加镜头的放大率可以提高鼠标的DPI。而单纯增加放大倍数会使图像模糊、失真，使得DSP系统很难准确分析运动。所以DPI就像一把双刃剑。单纯提高DPI是没有意义的，大多数鼠标使用的USB和PS/2接口的数据传输功率是有限的。过大的DPI可能会超出接口的传输容量。

求解鼠标精度

如果鼠标不够准确，可能会移动不灵活，在高速移动中失控，甚至晃动指针。要解决这个问题，不仅要适当提高DPI，还要提高光源的亮度，增加CMOS感光面积，增加每秒的像素数。这几个方面必须相互配合，单独提高一个意义不大，甚至适得其反。比如早在第二代光学引擎，微软就把每秒的照片数提高到了6000张。罗技没有公布这个数据，估计不会低于6000。但是这个数字不能代表鼠标精度，所以罗技和安捷伦都没有使用这个参数。有些厂商综合了这些方面，提出了像素处理能力这个参数，表示鼠标每秒可以处理的像素数量。主流鼠标像素处理能力达到300万/秒。应该说像素处理能力是一个相当科学的参数，缺点是不够直观。所以有人提出了鼠标可以适应的最大加速度和速度。从实验开始，鼠标可以适应工作时鼠标移动的最大加速度和速度。但是这些参数并不能完全反映鼠标的准确性，而且各个工厂的商标命名方式也不一样，很难相互比较。一般来说，光电灵敏度仍然是一个传统的、相对被广泛接受的参数，但成熟的消费者应该理解这个参数。在选择鼠标时，他们不仅要看数字，还要更多地了解鼠标的实际使用效果。另外，光学鼠标虽然可以在多种材质上工作，但是对材质还是比较挑剔的。为了让鼠标更好的工作，建议搭配合适的鼠标垫。也许光学鼠标的发明者没有想到光学鼠标的发展使得鼠标垫市场发展迅速。

定位技术

定位技术是指鼠标定位的方式，与鼠标的工作模式密切相关。常见的定位方法有光栅定位、轨迹球定位、LED定位、激光定位等。

光栅定位主要是机械鼠标使用，但由于纯机械鼠标已经基本消失，这里的机械鼠标其实指的是机械鼠标。鼠标移动时，带动橡皮球滚动，橡皮球的滚动在鼠标内水平和垂直方向摩擦栅轮的滚轮，带动栅轮转动。栅轮的边框呈网格状，靠近栅格的两侧，一侧为红外发光管，另一侧为红外接收组件。鼠标的移动被转换成水平和垂直网格轮在不同方向和速度上的旋转。当光栅轮转动时，光栅轮的齿周期性地阻挡红外发光管发出的红外线照射水平和垂直红外接收部件产生脉冲。鼠标中的控制芯片通过两个脉冲的相位差来判断水平或垂直栅轮的旋转方向，通过脉冲的频率来判断栅轮的旋转速度，并通过数据线将鼠标的移动信息连续传送给主机，主机通过处理使屏幕上的光标与鼠标同步移动。

轨迹球定位的工作原理其实和光栅类似，只是改变了滚轮的移动方式，固定了球座，用手直接移动轨迹球来控制鼠标箭头的移动。轨迹球摩擦时，带动左右两侧、上下两侧的滚轮，滚轮上有栅格轮，通过发光管和接收组件产生脉冲信号进行定位。但是轨迹球滚轮体积大，行程长，这种定位方法可以做非常精确的操作。轨迹球的另一个优点是它的稳定性，可以用一个手指控制，而不会因为手的移动而影响定位。此外，还有使用光电方法的轨迹球，其工作原理类似于LED定位。

LED定位是大多数光学鼠标的定位方式，是电眼的一种工作方式。光学鼠标内部有一个发光二极管，发光二极管发出的光照亮了光学鼠标的底面(这就是为什么鼠标底部总是发光的原因)。然后反射一部分从光学鼠标底面反射的光。最后，利用光电鼠标内部的专用图像分析芯片(DSP、数字微处理器)对运动轨迹上拍摄的一系列图像进行分析处理。通过分析这些图像上特征点位置的变化，可以判断鼠标的移动方向和距离，定位光标。

激光定位也是光电鼠标的一种定位方法，其特点是用激光代替普通的LED发出的光。激光是电子激发的光，与普通光相比具有较高的单色性和线性度，用于定位的激光主要是不可见光。普通光线在不同颜色表面的反射率不一致，导致光学鼠标由于光线在某些颜色表面的反射率较低而无法识别的“色盲”问题。另外，普通光不能用在透明材料表面，否则会反弹。由于激光的近单波长可以更好地识别表面状况，并且灵敏度大大提高，所以激光定位鼠标可以有效地解决这些问题。

刷新率

概念

鼠标的刷新率，也叫鼠标的采样频率，是指鼠标每秒可以采集和处理的图像数。刷新率也是鼠标的重要性能指标之一，即鼠标每秒可以采集的图像数据一般以fps/s为单位。

可以说，虽然光学鼠标有很多优点，但是刷新率的不足是其致命的伤害，这也是早期光学鼠标没有进入主流市场的主要原因之一。

光学鼠标

光电鼠标不像机电鼠标那样通过网格的旋转产生运动信息，而是依靠鼠标下面的CMOS传感器来区分鼠标的运动。

性能指标

刷新率的性能指标往往被消费者忽视。因为刷新率也叫采样频率，很多朋友把采样频率和定义为采样速率的DPI值混为一谈。刷新率在应用中也起着重要的作用。比如鼠标快速移动一定距离。如果鼠标的刷新率小于移动距离内的图像数据，那么鼠标内部扫描的图像数据就会出现盲点，即图像数据无法扫描，最终导致光标位置定位失败，导致指针过去常见的丢失。确切地说，鼠标的刷新率参数越高，意味着每秒采样的数据速率越高，性能越高。

我们都有坐公交车的经历:在自动启动的时候，可以通过窗外景物的后移来判断车在前进。光学鼠标下的CMOS传感器是利用我们的眼睛观察事物的特性工作的:当我们移动鼠标时，CMOS传感器会“观察”鼠标下的采样面(桌面或鼠标垫)，获取鼠标的移动信息。CMOS并不总是“睁眼”，而是“眨眼”。也就是说，CMOS以一定的频率对采样面进行采样，产生离散量，转换成数字信息供计算机处理。那么这个采样频率就是我们所说的刷新率。

生成数字信号

为了产生数字信号，鼠标下面的CMOS类似于我们看到的网格。它将采样图像分割成许多排列紧密的像元，然后在这些像元中找到相同的像素，即参考对象。通过比较两幅采样图像的相同像素，我们可以知道鼠标移动的方向。由于采样频率是固定的，所以可以计算出鼠标的移动速度。

当鼠标移动过快时，鼠标无法在连续两次扫描的图片中找到相同的像素，因此无法判断光标移动的速度和方向，这就是鼠标刷新率不足导致光标指针丢失的现象。

对鼠标的影响

如何才能让鼠标满足我们的移动需求？对于鼠标来说，可以增加CMOS像素的数量或者增加刷新率。

2002年下半年，罗技开发了新一代MX光学引擎，引入了新的鼠标性能符号:像素处理能力。像素处理能力=每帧像素数×刷新率，是刷新率和CMOS像素的综合指标。当时罗技极光貂(MX500)的像素处理能力是每秒470万像素。

而微软的Optical Silver Shark 4.0(IE4.0)刷新率为6000帧/秒，CMOS尺寸为22×22，很容易计算出微软鼠标的像素处理能力为22×22×6000 = 290万像素/秒。其实罗技MX引擎的刷新率还不如微软的5000帧/秒左右，只是因为罗技增加了CMOS像素的数量。