usb光電鼠標(biāo)的工作原理

usb光電鼠標(biāo)的工作原理

　　光電鼠標(biāo)與機(jī)械式鼠標(biāo)最大的不同之處在于其定位方式不同。

　　光電鼠標(biāo)的工作原理是：在光電鼠標(biāo)內(nèi)部有一個(gè)發(fā)光二極管，通過(guò)該發(fā)光二極管發(fā)出的光線，照亮光電鼠標(biāo)底部表面（這就是為什么鼠標(biāo)底部總會(huì)發(fā)光的原因）。然后將光電鼠標(biāo)底部表面反射回的一部分光線，經(jīng)過(guò)一組光學(xué)透鏡，傳輸?shù)揭粋€(gè)光感應(yīng)器件（微成像器）內(nèi)成像。這樣，當(dāng)光電鼠標(biāo)移動(dòng)時(shí)，其移動(dòng)軌跡便會(huì)被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像。最后利用光電鼠標(biāo)內(nèi)部的一塊專用圖像分析芯片（DSP，即數(shù)字微處理器）對(duì)移動(dòng)軌跡上攝取的一系列圖像進(jìn)行分析處理，通過(guò)對(duì)這些圖像上特征點(diǎn)位置的變化進(jìn)行分析，來(lái)判斷鼠標(biāo)的移動(dòng)方向和移動(dòng)距離，從而完成光標(biāo)的定位。

　　光電鼠標(biāo)通常由以下部分組成：光學(xué)感應(yīng)器、光學(xué)透鏡、發(fā)光二極管、接口微處理器、輕觸式按鍵、滾輪、連線、PS/2或USB接口、外殼等。下面分別進(jìn)行介紹：

　　光學(xué)感應(yīng)器

　　光學(xué)感應(yīng)器是光電鼠標(biāo)的核心，目前能夠生產(chǎn)光學(xué)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(xué)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(biāo)之外，其他的光電鼠標(biāo)基本上都采用了安捷倫公司的光學(xué)感應(yīng)器。

圖1 光電鼠標(biāo)內(nèi)部的光學(xué)感應(yīng)器

　　安捷倫公司的光學(xué)感應(yīng)器主要由CMOS感光塊（低檔攝像頭上采用的感光元件）和DSP組成。CMOS感光塊負(fù)責(zé)采集、接收由鼠標(biāo)底部光學(xué)透鏡傳遞過(guò)來(lái)的光線（并同步成像），然后CMOS感光塊會(huì)將一幀幀生成的圖像交由其內(nèi)部的DSP進(jìn)行運(yùn)算和比較，通過(guò)圖像的比較，便可實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)所在位置的定位工作

圖2 光學(xué)感應(yīng)器內(nèi)部的組成方式

　　圖1是方正光電鼠內(nèi)部的光學(xué)感應(yīng)器，它采用的是安捷倫公司的H2000-A0214光學(xué)感應(yīng)元件，其芯片內(nèi)部的組成方式可參見(jiàn)圖2。圖3是H2000-A0214光學(xué)感應(yīng)器的背面，從圖中我們可以看到，芯片上有一個(gè)小孔，這個(gè)小孔用來(lái)接收由鼠部底部的光學(xué)透鏡傳送過(guò)來(lái)的圖像。

圖3 光學(xué)感應(yīng)器背面的小孔用來(lái)接收由鼠部底部的光學(xué)透鏡傳送過(guò)來(lái)的圖像

　　光電鼠標(biāo)的控制芯片

　　控制芯片負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)光電鼠標(biāo)中各元器件的工作，并與外部電路進(jìn)行溝通（橋接）及各種信號(hào)的傳送和收取。我們可以將其理解成是光電鼠標(biāo)中的“管家婆”。

　　圖4是羅技公司的CP5919AM控制芯片，它可以配合安捷倫的H2000-A0214光學(xué)感應(yīng)元件，實(shí)現(xiàn)與主板USB接口之間的橋接。當(dāng)然，它也具備了一塊控制芯片所應(yīng)該具備的控制、傳輸、協(xié)調(diào)等功能。

　　這里有一個(gè)非常重要的概念大家應(yīng)該知道，就是dpi對(duì)鼠標(biāo)定位的影響。dpi是它用來(lái)衡量鼠標(biāo)每移動(dòng)一英寸所能檢測(cè)出的點(diǎn)數(shù)，dpi越小，用來(lái)定位的點(diǎn)數(shù)就越少，定位精度就低；dpi越大，用來(lái)定位點(diǎn)數(shù)就多，定位精度就高。

圖4 羅技公司的CP5919AM控制芯片

　　通常情況下，傳統(tǒng)機(jī)械式鼠標(biāo)的掃描精度都在200dpi以下，而光電鼠標(biāo)則能達(dá)到400甚至800dpi，這就是為什么光電鼠標(biāo)在定位精度上能夠輕松超過(guò)機(jī)械式鼠標(biāo)的主要原因。

光學(xué)透鏡組件

　　光學(xué)透鏡組件被放在光電鼠標(biāo)的底部位置，從圖5中可以清楚地看到，光學(xué)透鏡組件由一個(gè)棱光鏡和一個(gè)圓形透鏡組成。

圖5 光學(xué)透鏡組件由一個(gè)棱光鏡和一個(gè)透鏡組成

　　

　　其中，棱光鏡負(fù)責(zé)將發(fā)光二極管發(fā)出的光線傳送至鼠標(biāo)的底部，并予以照亮。

　　圓形透鏡則相當(dāng)于一臺(tái)攝像機(jī)的鏡頭，這個(gè)鏡頭負(fù)責(zé)將已經(jīng)被照亮的鼠標(biāo)底部圖像傳送至光學(xué)感應(yīng)器底部的小孔中。通過(guò)觀看光電鼠標(biāo)的背面外殼，我們可以看出圓形透鏡很像一個(gè)攝像頭（如圖6）！

圖6 光電鼠標(biāo)的背面外上的殼圓形透鏡很像一個(gè)攝像頭

　　通過(guò)試驗(yàn)，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(huì)立即導(dǎo)致光電鼠標(biāo)“失明”。其結(jié)果就是光電鼠標(biāo)無(wú)法進(jìn)行定位，由此可見(jiàn)光學(xué)透鏡組件的重要性。

　　發(fā)光二極管

　　光學(xué)感應(yīng)器要對(duì)缺少光線的鼠標(biāo)底部進(jìn)行連續(xù)的“攝像”，自然少不了“攝影燈”的支援。否則，從鼠標(biāo)底部攝到的圖像將是一片黑暗，黑暗的圖像無(wú)法進(jìn)行比較，當(dāng)然更無(wú)法進(jìn)行光學(xué)定位了。

圖7 光電鼠標(biāo)內(nèi)部的發(fā)光二極管

　　通常，光電鼠標(biāo)采用的發(fā)光二極管（如圖7）是紅色的（也有部分是藍(lán)色的），且是高亮的（為了獲得足夠的光照度）。發(fā)光二極管發(fā)出的紅色光線，一部分通過(guò)鼠標(biāo)底部的光學(xué)透鏡（即其中的棱鏡）來(lái)照亮鼠標(biāo)底部；另一部分則直接傳到了光學(xué)感應(yīng)器的正面。

　　用一句話概括來(lái)說(shuō)，發(fā)光二極管的作用就是產(chǎn)生光電鼠標(biāo)工作時(shí)所需要的光源。
輕觸式按鍵

　　沒(méi)有按鍵的鼠標(biāo)是不敢想象的，因而再普通的光電鼠標(biāo)上至少也會(huì)有兩個(gè)輕觸式按鍵。方正光電鼠標(biāo)的PCB上共焊有三個(gè)輕觸式按鍵（圖8）。除了左鍵、右鍵之外，中鍵被賦給了翻頁(yè)滾輪。高級(jí)的鼠標(biāo)通常帶有X、Y兩個(gè)翻頁(yè)滾輪，而大多數(shù)光電鼠標(biāo)還是像這個(gè)方正光電鼠標(biāo)一樣，僅帶了一個(gè)翻頁(yè)滾輪。翻頁(yè)滾輪上、下滾動(dòng)時(shí)，會(huì)使正在觀看的“文檔”或“網(wǎng)頁(yè)”上下滾動(dòng)。而當(dāng)滾輪按下時(shí)，則會(huì)使PCB上的“中鍵”產(chǎn)生作用。注意：“中鍵”產(chǎn)生的動(dòng)作，可由用戶根據(jù)自己的需要進(jìn)行定義。

圖8 方正光電鼠標(biāo)的PCB上共焊有三個(gè)輕觸式按鍵

　　

　　當(dāng)我們卸下翻頁(yè)滾輪之后，可以看到滾輪位置上，“藏”有一對(duì)光電“發(fā)射/接收”裝置（如圖9）?！皾L輪”上帶有柵格，由于柵格能夠間隔的“阻斷”這對(duì)光電“發(fā)射/接收”裝置的光路，這樣便能產(chǎn)生翻頁(yè)脈沖信號(hào)，此脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)控制芯片傳送給Windows操作系統(tǒng)，便可以產(chǎn)生翻頁(yè)動(dòng)作了。

圖9 光電“發(fā)射/接收”裝置

　　

　　除了以上這些，光電鼠標(biāo)還包括些什么呢？它還包括連接線、PS/2或USB接口、外殼等。由于這幾個(gè)部分與機(jī)械式鼠標(biāo)沒(méi)有多大分別，不做詳細(xì)介紹.