光电鼠标的工作原理和结构简介

1. 分辨率

光学鼠标的分辨率通常用CPI（每英寸计数: 每英寸的测量次数）表示. CPI越高，反映玩家的微小操作越有帮助. 当鼠标光标移动相同的逻辑距离时，需要以高分辨率移动的物理距离会更短. 以800 CPI光电鼠标为例. 当用户将鼠标移动1英寸时，光学传感器将接收来自800个不同坐标点的反馈，并且鼠标箭头将同时在屏幕上移动800个像素. . 相反，如果鼠标箭头在屏幕上移动一个像素，则需要鼠标物理移动1/800英寸的距离. 因此，具有较高CPI的鼠标更适合在高分辨率屏幕下使用. 光学机械鼠标的分辨率通常为200-400 CPI，而光学鼠标的分辨率通常为400-800 CPI.

除CPI外，DPI（每英寸点数: 每英寸像素）通常用于描述光电鼠标的分辨率. 由于光电鼠标的分辨率反映了动态过程，因此使用CPI来描述它更合适. 但是，无论是CPI还是DPI，它都能描述光电鼠标的分辨率，并且在性能上没有区别.

2，刷新频率

光学鼠标的刷新率也称为扫描频率或帧频，它反映了光学传感器内部DSP每秒在CMOS上捕获图像的处理能力. 当鼠标移动时，光学传感器中的数字处理器会比较相邻拍摄的照片之间的差异，以确定鼠标的特定位移. 但是，当光电鼠标高速移动时，两次拍摄的图像中可能没有明显的参考物. 然后，光学鼠标注定无法完成正确的定位，并且会出现我们经常称为“跳帧”的现象. 增加光学鼠标的刷新率可以提高光学传感器的拍摄速度，减少没有相同参考物体的机会，并达到减少跳帧的目的.

3. 像素处理能力

尽管分辨率和刷新率都是光电鼠标的重要技术指标，但它们不能客观地反映光电鼠标的性能，因此罗技提出了像素处理能力的指标，并规定: 像素处理能力= CMO晶体阵列像素数×刷新率频率. 根据光学鼠标的定位原理，我们知道光学传感器会光学放大CMOS拍摄的图像，然后将其投影到CMOS晶体阵列上形成框架，因此在一定光学放大率的情况下， CMOS晶体阵列的像素数量增加. 实际拍摄图像的面积可以增加. 拍摄区域越大，图像各帧上的细节越清晰，参考物体越明显. 就像提高刷新率一样，它也可以减少跳帧的机会.

但是，应该指出的是，在大多数情况下，制造商不会宣布鼠标的CMOS尺寸，尺寸范围为15x15到30x30像素（像素）.

光电鼠标的工作原理和内部结构

光学鼠标和机械鼠标之间的最大区别在于其定位方法. 光电鼠标的工作原理是: 光电鼠标内部有一个发光二极管，该发光二极管发出的光照亮了光电鼠标的底面（这就是为什么鼠标底部始终发光的原因）光）. 然后，从光学鼠标的底面反射回的光的一部分穿过一组光学透镜，然后传输到用于成像的光传感设备（微成像仪）. 这样，当光学鼠标移动时，其移动轨迹将被记录为一组高速拍摄的连贯图像. 最后，光学鼠标内部的特殊图像分析芯片（DSP或数字微处理器）用于分析和处理在移动轨迹上捕获的一系列图像. 通过分析这些图像上特征点位置的变化，可以使用鼠标的“移动方向”和“移动距离”来完成光标的定位.

激光鼠标

激光鼠标实际上是光学鼠标，但是它使用激光代替普通的LED灯. 优点是它可以通过更多的表面，因为激光是相干光（相干光），几乎是单个波长，即使经过长距离传播后仍可以保持其强度和波形；而LED灯是不相干光（不相干光）.

激光鼠标传感器的图像采集过程基于由激光照射在传感器上反射的物体表面而产生的干涉条纹形成的光斑，而传统的光学鼠标是通过照亮产生的阴影而获得的由粗糙的表面得到. 因此，激光可以在表面图像上产生更大的对比度，从而使“ CMOS图像传感器”获得的图像更易于区分，并提高了鼠标的定位精度.

从功能实现的角度来看，光电鼠标主要由发光二极管，固定夹，光学透镜组件，光学传感器，接口控制器芯片和微动开关等6部分组成.

发光二极管

发光二极管等效于光学鼠标的光源. 其主要任务是满足光学传感器的拍摄需求并照亮要拍摄的“道路状况”. 另外，还使用发光二极管来满足光电辊的需求. 这里提到的滚轮是我们通常用来滚动浏览网页的鼠标中键. 不要把它误认为是机械鼠标底部的轨迹球.

用于光学传感器的发光二极管位于鼠标的“尾巴”上，并被固定夹覆盖；而服务于光电滚轮的发光二极管则位于鼠标的“头”上，该位置靠近滚轮的位置. 因此，尽管光学鼠标可能具有不止一个发光二极管，但不难区分.

大多数光学鼠标在使用时会发出红光，因为红色高亮度发光二极管是第一个问世的. 技术和工业化都最成熟，成本也最低，寿命更容易保证，因此大多数光电鼠标都使用红色发光二极管. 当然，我们还将在市场上看到其他颜色的产品，但这是为了满足某些播放器的非常规需求，并且与性能无关.

固定剪辑

负责照亮鼠标底部的发光二极管具有很强的亮度. 为了避免发射的光干扰其他组件的工作，并且使光的能量在通过透镜后更加集中，用固定夹覆盖发光的二次光. 固定夹通常是黑色的，因为黑色具有最佳的吸收光的能力.

光学镜片组件

光学镜头组件位于光学鼠标的底部. 光学透镜组件由棱镜和圆形透镜组成. 其中，棱镜镜负责将发光二极管发出的光传输到鼠标底部并对其进行照明. 圆形镜头等效于照相机的镜头，它负责将鼠标的照明底部图像传输到光学传感器底部的小孔. 通过查看光学鼠标的后壳，我们可以看到圆形镜头与相机非常相似. 通过实验，作者得出结论，无论是阻挡棱镜还是圆形透镜的光路，都会立即导致光学鼠标“失明”. 结果，光学鼠标无法定位，这说明了光学透镜组件的重要性.

光学传感器

光学传感器是光学鼠标的核心组件，“ CMOS传感器”和“数字信号处理器（DSP）”是两个最重要的部分. CMOS传感器是一个由数百个光电设备组成的矩阵，就像照相机一样，用于为鼠标的物理位移拍照. 光学传感器将拍摄的光信号放大并将其投射到CMOS矩阵上以形成帧，然后将来自光信号的帧图像转换为电信号，并将其传输到数字信号处理器进行处理. DSP对相邻帧之间的差异进行噪声消除和分析后，获得的位移信息通过接口电路传输到计算机.

当前，唯一能够生产光学传感器的制造商是Agilent，Microsoft和Logitech. 其中，安捷伦的光学传感器得到了广泛的应用. 除了Microsoft的所有光学鼠标和Logitech的某些光学鼠标外，其他光学鼠标基本上都使用安捷伦的光学传感器.

光电鼠标的控制芯片

控制芯片负责协调光电鼠标中各种组件的工作，与外部电路通信（桥接）以及发送和接收各种信号. 我们可以将其理解为光电鼠标中的“管家”. 每个人都应该知道一个非常重要的概念，那就是dpi对鼠标定位的影响. dpi是每英寸鼠标移动可检测到的点数的度量. dpi越小，用于定位的点数越少，定位精度越低； dpi越大，用于定位的点越多，定位精度也越高.

在正常情况下，传统机械鼠标的扫描精度低于200dpi，而光学鼠标可以达到400甚至800dpi. 这是光学鼠标在定位精度上可以轻易超过机械鼠标的主要原因.

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，以便可以通过USB，PS / 2和其他接口将鼠标连接到PC. 基于成本考虑，各种品牌的光电鼠标通常使用第三方接口控制器芯片，赛普拉斯，凌阳和EMC是常见的接口控制器芯片制造商. 另外，某些光电鼠标使用具有接口控制器功能的光学传感器（例如原相公司的PAN401光学传感器），因此在这种类型的光电鼠标中找不到独立的接口控制器芯片.

微动开关

使用光电鼠标时，最常使用鼠标按钮. 鼠标按钮与内部微动开关一一对应，因此键盘的设计和微动开关的质量决定了鼠标的手感. 当然，微动开关的质量也会影响光电鼠标的故障率.

外壳设计

光电鼠标的外壳主要由工程塑料制成，也有一些产品以金属盖为卖点，但手感和制造成本并不理想，因此尚未流行. 鼠标外壳大多采用抛光和磨砂设计. 模仿苹果鼠标的透明有机玻璃双壳设计和采用软橡胶材料制成的磨砂表面设计更受欢迎，但与传统设计相比，它更易于磨损.

键盘设计

鼠标上盖的主要组件是按钮板. 光电鼠标的按键板分为三种设计: 按键式，盖板式和集成式. 其中，按钮式键盘是一个独立的按钮，未连接到鼠标的上盖. 盖式键盘连接到上盖，但是有单独的部分. 集成键盘是当今最受欢迎的键盘，键盘本身就是鼠标盖的一部分. Microsoft和Logitech的许多产品都采用了这种方法.

底垫设计

为了使光学鼠标移动更灵活并减少底部的摩擦，引入了脚的概念: 鼠标底部用塑料板填充以减少摩擦. 鼠标垫的设计主要分为以Microsoft为代表的大垫和以Logitech为代表的小垫. 每种都有其优点和缺点. 前者比后者更具耐用性和防尘性，因为它的脚大且材料柔软. 后者的受力面积小，并且比前者更具柔韧性，因为它的脚尺寸小于前者的一半，并且材料坚硬. 作者个人认为，对于普通玩家而言，前者的脚部设计更为合适；对于发烧级游戏玩家来说，后者是首选.

鼠标轮

1996年，Microsoft发明了鼠标滚轮按钮. 因为它为用户提供了更多便利，所以今天几乎在所有鼠标上都可以看到它. 滚轮按钮设计通常包括两种类型，第一种是Microsoft代表的机械滚轮，第二种是Logitech代表的光电滚轮. 前者使用滚轮驱动机械电位器获取滚动信息，定位更准确；后者使用发光二极管来获取滚动信息，并且使用寿命更长.

人体工程学设计

对于光学鼠标，人体工程学设计的目的是允许用户在自然放松手指的同时将鼠标掌保持在鼠标表面附近. 但是，即使您使用符合人体工程学设计的光电鼠标，也可能无法获得舒适的感觉. 这是因为制造商只能根据某些消费者的手形数据来生产符合人体工程学的鼠标模具，而对于其他消费者而言，使用产品时他们可能会更累.

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