鼠标与光电传感器

鼠标

一、引言

1984年，随着Apple Macintosh的推出，鼠标也一同跃上舞台。从此在它们的帮助下，计算机的使用方法得以彻底重新定义。

在您计算机使用生涯的每一天，只要想移动光标或者激活某些内容，您都会伸出手使用鼠标。鼠标感知您的手部移动和单击并将它们发送给计算机，使计算机能够做出相应的响应。所以说鼠标也是一种传感器。

所有鼠标的主要目的都是将手部运动转换为计算机可以读取的信号。

二、鼠标的工作原理

鼠标的工作原理：鼠标按其工作原理的不同可以分为机械鼠标和光电鼠标。

（一）机械鼠标

让我们来看一下机械鼠标的内部结构，从而了解其工作原理：

鼠标的内部部件

机械鼠标主要由滚球、辊柱、光栅信号传感器和处理器芯片组成。当你拖动鼠标时，带动滚球转动，滚球又带动辊柱转动，装在辊柱端部的光栅信号传感器产生的光电脉冲信号反映出鼠标器在垂直和水平方向的位移变化，再通过小型处理器读取来自红外线传感器的脉冲并将它们转换成发送到计算机的字节，最后通过电脑程序的处理和转换来控制屏幕上光标箭头的移动。

1.鼠标内部的滚球接触桌面并在鼠标移动时滚动。

鼠标逻辑板的底面：滚球露出的一部分与桌面接触。

2.鼠标内部的两根辊轴与滚球接触。一根辊轴定向为可检测X方

向的运动，另一根辊轴与第一根辊轴成90度，可以检测Y方向的运动。

当滚球转动时，一根或两根辊轴也会转动。下图显示了此鼠标中的两根

白色的辊轴：

与滚球接触的辊轴检测X方向和Y方向的运动。

3.每根辊轴都与一个轴连接，该轴旋转一个上面有孔的圆盘。当辊轴滚动时，与其连接的轴和圆盘也会旋转。下图显示了圆盘：

典型的光学译码盘：此圆盘的外边缘周围有36个孔。

4.圆盘的一侧有一个红外线LED，另一侧有一个红外线传感器。圆盘中的孔使LED发出的光束中断，因此红外线传感器可以感应到光线脉冲。脉冲频率与鼠标移动的速度和距离直接相关。这就是组成了一个光栅信号传感器。

圆盘的一侧有一个红外线LED（透明），另一侧有一个红外线

传感器（红色）。

5.板上处理器芯片读取来自红外线传感器的脉冲并将它们转换为计算机可以理解的二进制数据。该芯片通过鼠标线缆将二进制数据发送给计算机。

这种小型处理器读取来自红外线传感器的脉冲并将它们转换成发送

到计算机的字节。您还可以看到两个用来检测单击活动的按钮

您可能已经注意到，每个译码盘有两个红外线LED和两个红外线传感器，译码盘的一侧有两个红外线LED，另一侧有两个红外线传感器，这样鼠标内部就有四对LED/传感器。通过这种布局，处理器能够检测到圆盘的转动方向和速度。译码盘与每个红外线传感器之间有一块塑料，其上有一个精确定位的小孔。

红外线传感器通过这块塑料上的开口可以“看到”光线。圆盘一侧开口的位置略高于另一侧开口的位置，准确地讲是高出译码盘上孔的高度的一半。这种差异使得两个红外线传感器在略微不同的时间看到光线脉冲。有些时候，一个传感器可以看到光线脉冲而另一个传感器看不到，反之亦然。这样就可以知道圆盘是顺时针（or逆时针）旋转了。

（二）光电鼠标器

光电鼠标与机械式鼠标最大的不同之处在于其定位方式不同。让我们来看一下光电鼠标的内部结构，从而了解其工作原理：

光学鼠标通过底部的LED灯，灯光以30度角射向桌面，照射出粗糙的

表面所产生的阴影，然后再通过平面的折射透过另外一块透镜反馈到传感上。

光电鼠标器是由一个发光二极管、一组光学透镜、一个光感应器件和控制芯片组成。通过发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部表面（这就是为什么鼠标底部总会发光的原因）。然后将光电鼠标底部凹凸不平的表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件内成像。这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。最后利用光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片（即数字微处理器）对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移

动方向和移动距离，最后通过控制芯片将信号传送给电脑的程序来控制和定位光标。

1、光学感应器

光学感应器是光电鼠标的核心。光学感应器主要由CMOS感光块（低档摄像头上采用的感光元件）和DSP组成。CMOS感光块负责采集、接收由鼠标底部光学透镜传递过来的光线（并同步成像），然后CMOS感光块会将一帧帧生成的图像交由其内部的DSP进行运算和比较，通过图像的比较，便可实现鼠标所在位置的定位工作。

2、光学透镜组件

光学透镜组件被放在光电鼠标的底部位置，从下图中可以清楚地看到，光学透镜组件由一个棱光镜和一个圆形透镜组成。其中，棱光镜负责将发光二极管发出的光线传送至鼠标的底部，并予以照亮。圆形透镜则相当于一台摄像机的镜头，这个镜头负责将已经被照亮的鼠标底部图像传送至光学感应器底部的小孔中。

光学透镜组件由一个棱光镜和一个透镜组成

3、发光二极管

光学感应器要对缺少光线的鼠标底部进行连续的“摄像”，自然少不了“摄影灯”的支援。否则，从鼠标底部摄到的图像将是一片黑暗，黑暗的图像无法进行比较，当然更无法进行光学定位了。

4、翻页滚动按钮

当我们卸下翻页滚轮之后，可以看到滚轮位置上，“藏”有一对光电“发射/接收”装置（如图9）。“滚轮”上带有栅格，由于栅格能够间隔的“阻断”这对光电“发射/接收”装置的光路，这样便能产生翻页脉冲信号，此脉冲信号经过控制芯片传送给Windows操作系统，便可以产生翻页动作了。

图9光电“发射/接收”装置

附：

现在也出现了各种的高级鼠标，激光鼠标，3d鼠标，无线鼠标等等。从本质上说他们都是光电鼠标，只不过针对不同用户的要求，对光电鼠标的一些原件加以改进。例如激光鼠标就是将其普通的发光二极管换成了激光发射器，另外一些灵敏的游戏鼠标，主要是用了质量比较好的、分辨率高的感光元件，以及处理芯片。

对于普通的、我们常用的光电鼠标，由于靠底部工作面反射光线来成像，所以当工作面特别光滑，或者是在玻璃上，其功能就丧失了。针对这一问题，也有很多人在研究。而对于机械鼠标，基本上已经成为历史。