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光電鼠標工作原理和結(jié)構(gòu)介紹
光電鼠標工作原理和結(jié)構(gòu)介紹
文章編號:30131
2008-1-11 16:47:49

光電鼠標的參數(shù)

 

1分辨率


  光電鼠標的分辨率通常用CPI(Count Per Inch : 每英寸的測量次數(shù))來表示,CPI越高,越利于反映玩家的微小操作。而且在鼠標光標移動相同邏輯距離時,分辨率高的需要移動的物理距離則要短。拿一款800 CPI的光電鼠標來說,當使用者將鼠標移動1英寸時,其光學傳感器就會接收到反饋回來的800個不同的坐標點,鼠標箭頭同時會在屏幕上移動800個像素點。反過來,鼠標箭頭在屏幕上移動一個像素點,就需要鼠標物理移動1/800英寸的距離。所以,CPI高的鼠標更適合在高分辨率的屏幕下使用。光學機械鼠標的分辨率多為200400 CPI,而光電鼠標的分辨率通常在400800 CPI之間。


  除CPI以外,DPI(Dots Per Inch : 每英寸像素數(shù))也常被人用來形容光電鼠標的分辨率。由于光電鼠標的分辨率反映了一個動態(tài)過程,所以用CPI來形容更恰當些。但無論是CPI還是DPI,描述的都是光電鼠標的分辨率,不存在性能差別。


2、刷新頻率


  光電鼠標的刷新頻率也被稱為掃描頻率或者幀速率,它反映了光學傳感器內(nèi)部的DSPCMOS每秒鐘可拍攝圖像的處理能力。在鼠標移動時,光學傳感器中的數(shù)字處理器通過對比所拍攝相鄰照片間的差異,從而確定鼠標的具體位移。但當光電鼠標在高速運動時,可能會出現(xiàn)相鄰兩次拍攝的圖像中沒有明顯參照物的情況。那么,光電鼠標勢必無法完成正確定位,也就會出現(xiàn)我們常說的跳幀現(xiàn)象了。而提高光電鼠標的刷新頻率就加大了光學傳感器的拍攝速度,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。


 


3、像素處理能力
  雖然分辨率和刷新率都是光電鼠標重要的技術(shù)指標,但它們并不能客觀反映光電鼠標的性能,所以羅技提出了像素處理能力這個指標,并規(guī)定:像素處理能力=CMO晶陣像素數(shù)×刷新頻率。根據(jù)光電鼠標的定位原理我們知道,光學傳感器會將CMOS拍攝的圖像進行光學放大后再投射到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(shù),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(jié)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(shù)情況下,廠商不會公布鼠標的CMOS尺寸,其大小從15x1530x30像素(Pixel)不等。
    



    

光電鼠標的工作原理和內(nèi)部構(gòu)成
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(nèi)部有一個發(fā)光二極管,通過該發(fā)光二極管發(fā)出的光線,照亮光電鼠標底部表面(這就是為什么鼠標底部總會發(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,經(jīng)過一組光學透鏡,傳輸?shù)揭粋€光感應(yīng)器件(微成像器)內(nèi)成像。這樣,當光電鼠標移動時,其移動軌跡便會被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像。最后利用光電鼠標內(nèi)部的一塊專用圖像分析芯片(DSP,即數(shù)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征點位置的變化進行分析,來判斷鼠標的移動方向和移動距離,從而完成光標的定位。




    


激光鼠標


激光鼠標其實也是光電鼠標,只不過是用激光代替了普通的LED光.好處是可以通過更多的表面,因為激光是 Coherent  Light(相干光),幾乎單一的波長,即使經(jīng)過長距離的傳播依然能保持其強度和波形;而LED 光則是Incoherent Light(非相干光)。


  激光鼠標傳感器獲得影像的過程是根據(jù),激光照射在物體表面所產(chǎn)生的干涉條紋而形成的光斑點反射到傳感器上獲得的,而傳統(tǒng)的光學鼠標是通過照射粗糙的表面所產(chǎn)生的陰影來獲得。因此激光能對表面的圖像產(chǎn)生更大的反差,從而使得“CMOS成像傳感器”得到的圖像更容易辨別,提高鼠標的定位精準性。



圖3


從功能實現(xiàn)角度看,光電鼠標主要由發(fā)光二極管、固定夾、光學透鏡組件、光學傳感器、接口控制器芯片以及微動開關(guān)6部分元器件組成。
圖一


發(fā)光二極管


  發(fā)光二極管相當于光電鼠標的光源,其主要任務(wù)是滿足光學傳感器的拍攝需要,將所要拍攝的路況照亮。除此以外,發(fā)光二極管還被用來滿足光電式的滾輪的需要。這里所說的滾輪是我們常用來翻動網(wǎng)頁的鼠標中鍵,不要誤認為是機械鼠標底部的軌跡球。


  為光學傳感器服務(wù)的發(fā)光二極管在鼠標尾部,會被固定夾遮蓋起來;而為光電式滾輪服務(wù)的發(fā)光二極管則在鼠標頭部,也就是滾輪位置附近。所以,雖然光電鼠標內(nèi)部可能擁有不止一個發(fā)光二級管,但分辨起來并不難。


  大多數(shù)的光電鼠標在使用時發(fā)紅光,是因為紅色高亮度的發(fā)光二極管問世最早,無論是技術(shù)還是產(chǎn)業(yè)化都最成熟,成本也最低廉,壽命更容易得到保障,所以大部分光電鼠標都采用了發(fā)紅光的二極管。當然,我們在市場上也會看到其他顏色的產(chǎn)品,但這是為了迎合部分玩家標新立異的需求,和性能無關(guān)。


圖二

    


固定夾


  負責照亮鼠標底部的發(fā)光二極管擁有很強的亮度,為了避免射出的光線干擾其他元器件工作,并且使光線通過透鏡后能量更加集中,所以發(fā)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。


圖三


光學透鏡組件


  光學透鏡組件被放在光電鼠標的底部位置,光學透鏡組件由一個棱光鏡和一個圓形透鏡組成。其中,棱光鏡負責將發(fā)光二極管發(fā)出的光線傳送至鼠標的底部,并予以照亮。圓形透鏡則相當于一臺攝像機的鏡頭,這個鏡頭負責將已經(jīng)被照亮的鼠標底部圖像傳送至光學感應(yīng)器底部的小孔中。通過觀看光電鼠標的背面外殼,我們可以看出圓形透鏡很像一個攝像頭通過試驗,筆者得出結(jié)論:不管是阻斷棱光鏡還是圓形透鏡的光路,均會立即導(dǎo)致光電鼠標失明。其結(jié)果就是光電鼠標無法進行定位,由此可見光學透鏡組件的重要性。
圖四


光學傳感器


光學傳感器是光電鼠標的核心部件,“CMOS感光器數(shù)字信號處理器(DSP是其中最重要的兩部分。CMOS感光器是一個由數(shù)百個光電器件組成的矩陣,恰似一部相機,用來拍攝鼠標物理位移的畫面。光學傳感器會將拍攝的光信號進行放大并投射到CMOS矩陣上形成幀,然后再將成幀的圖像由光信號轉(zhuǎn)換為電信號,傳輸至數(shù)字信號處理器進行處理。DSP對相鄰幀之間差別進行除噪和分析后,將得出的位移信息通過接口電路傳給計算機。


目前能夠生產(chǎn)光學感應(yīng)器的廠家只有安捷倫、微軟和羅技三家公司。其中,安捷倫公司的光學感應(yīng)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感應(yīng)器。

光電鼠標的控制芯片

控制芯片負責協(xié)調(diào)光電鼠標中各元器件的工作,并與外部電路進行溝通(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。這里有一個非常重要的概念大家應(yīng)該知道,就是dpi對鼠標定位的影響。dpi是它用來衡量鼠標每移動一英寸所能檢測出的點數(shù),dpi越小,用來定位的點數(shù)就越少,定位精度就低;dpi越大,用來定位點數(shù)就多,定位精度就高。

通常情況下,傳統(tǒng)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機械式鼠標的主要原因。


接口控制器芯片


接口控制器芯片負責管理光電鼠標的接口電路部分,使鼠標可以通過USB、PS/2等接口與PC相連?;诔杀痉矫婵紤],各品牌的光電鼠標一般都采用第三方的接口控制器芯片,而像賽普拉斯、凌陽、EMC都是常見的接口控制器芯片廠商。另外,有的光電鼠標選用了具備接口控制器功能的光學傳感器(比如原相公司的PAN401光學傳感器),所以在這類光電鼠標內(nèi)部是無法發(fā)現(xiàn)獨立的接口控制器芯片的。


微動開關(guān)


平時使用一款光電鼠標時,打交道最多的要算是鼠標按鍵了,而鼠標按鍵一一對應(yīng)著內(nèi)部的微動開關(guān),所以按鍵板設(shè)計和微動開關(guān)的品質(zhì)共同決定了鼠標的手感。當然,微動開關(guān)的質(zhì)量還影響著光電鼠標的故障率。
圖五


外殼設(shè)計


光電鼠標的外殼大部分采用了工程塑料,也有采用金屬上蓋作為賣點的產(chǎn)品,但手感和制造成本并不理想,所以并沒有流行開來。鼠標外殼多用拋光和磨砂兩種設(shè)計,而仿效蘋果鼠標的透明有機玻璃雙層殼設(shè)計以及磨砂表面配合軟橡膠材料的設(shè)計比較流行,但相比傳統(tǒng)設(shè)計,卻更易磨損。


按鍵板設(shè)計


鼠標上蓋的主要部件就是按鍵板了,光電鼠標的按鍵板分為按鈕式、蓋板式和一體式3種設(shè)計。其中,按鈕式按鍵板是獨立按鈕,與鼠標上蓋沒有連接;蓋板式按鍵板與上蓋有所連接,但也有獨立的部分;而一體式按鍵板是現(xiàn)今最為流行的,按鍵板本身就是鼠標上蓋的一部分。微軟和羅技的很多產(chǎn)品都采用了這種方式。


底部墊腳設(shè)計


為了使光電鼠標移動更靈活,減少底部的摩擦力,所以引入了墊腳的概念:用塑料片將鼠標底部墊起,從而減少摩擦。鼠標墊腳的設(shè)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(zhì)偏軟,所以比后者耐摩、防塵;后者因為墊腳尺寸不足前者一半,材質(zhì)堅硬,所以受力面積小,比前者更靈活。筆者個人認為,對于普通玩家,前者的墊腳設(shè)計更適用;而對于發(fā)燒級的游戲玩家,后者卻是首選。


鼠標滾輪


1996年,微軟發(fā)明了鼠標滾輪按鍵,由于給使用者提供了更多方便,所以時至今日,幾乎所有鼠標上都能看到它的身影。滾輪按鍵設(shè)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;后者利用發(fā)光二極管獲得滾動信息,壽命更長。


人體工程學設(shè)計


對于光電鼠標來說,人體工程學設(shè)計的目的就是讓用戶可在手指自然放松的情況下,手掌緊貼在鼠標表面。但即使使用采用人體工程學設(shè)計的光電鼠標,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(shù)據(jù)為準,生產(chǎn)符合人體工程學的鼠標模具,而對于另一部分消費者來說,使用該產(chǎn)品時,反而可能更加勞累。

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恕在下不敬,這樣的鼠標不知道您見過沒?
光電鼠標原理~有圖有真相~
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