基本介紹
- 中文名：光學滑鼠
- 時間：1999年
- 核心：光學定位感測器
簡介,發展歷史,組成部件,工作原理,技術參數,問題分析,
簡介
光學滑鼠滑鼠採用了具有革命意義的光學定位感測器，通過滑鼠在移動過程中對接觸界面的不斷“拍照”，對比前後圖像，得出滑鼠的具體位移和速度。
發展歷史
1963年，全世界第一個滑鼠原型誕生於美國加州史丹福大學研究所，它的原型由Douglas Englebart博士創造，並由他的首席工程師Bill English發展成為世界上第一款滑鼠。Englebart博士設計滑鼠的初衷就是為了讓它來代替鍵盤煩瑣的指令，使計算機的操作變得更為方便和快捷，為未來電腦的普及鋪下了第一塊基石。
1971年，(施樂公司)帕洛阿爾托研究中心與史丹福大學研究所簽署了一份使用協定，允許施樂公司使用該項滑鼠技術，自此，滑鼠技術開始逐步發展起來,他們在1972年推出世界上首款的機械滾輪滑鼠名為“Alto Mouse”，現今的機械滾輪技術，很大程度上來自於施樂公司帕洛阿爾托研究中心的貢獻。
隨著技術的發展與市場的需求，帕洛阿爾托研究中心在1985年推出了首款光學滑鼠，不過這款光學滑鼠需要在特殊的有柵格的滑鼠墊上才能正常使用，因此它只能說是光學滑鼠的雛形。
終於在1999年，安捷倫公司推出了一款具有革命性意義的光學定位感測器，它通過滑鼠在移動過程中對接觸界面的不斷“拍照”，對比前後圖像，得出滑鼠的具體位移和速度。最重要的一點就是，它可以在絕大多數的物體表面上運作，成為真正意義上的光學滑鼠。
組成部件
光學感應器
光學感應器是光電滑鼠的核心，目前能夠生產光學感應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器使用十分廣泛，除了微軟的全部和羅技的部分光電滑鼠之外，其他的光電滑鼠基本上都採用了安捷倫公司的光學感應器。
光電滑鼠的控制晶片
這裡有一個非常重要的概念大家應該知道，就是dpi對滑鼠定位的影響。dpi是它用來衡量滑鼠每移動一英寸所能檢測出的點數，dpi越小，用來定位的點數就越少，定位精度就低；dpi越大，用來定位點數就多，定位精度就高。
通常情況下，傳統機械式滑鼠的掃描精度都在200dpi以下，而光電滑鼠則能達到400甚至800dpi，這就是為什麼光電滑鼠在定位精度上能夠輕鬆超過機械式滑鼠的主要原因。
光學透鏡組件
光學透鏡組件被放在光電滑鼠的底部位置，從圖5中可以清楚地看到，光學透鏡組件由一個棱光鏡和一個圓形透鏡組成。其中，棱光鏡負責將發光二極體發出的光線傳送至滑鼠的底部，並予以照亮。
圓形透鏡則相當於一台攝像機的鏡頭，這個鏡頭負責將已經被照亮的滑鼠底部圖像傳送至光學感應器底部的小孔中。通過觀看光電滑鼠的背面外殼，我們可以看出圓形透鏡很像一個攝像頭通過試驗，筆者得出結論：不管是阻斷棱光鏡還是圓形透鏡的光路，均會立即導致光電滑鼠“失明”。其結果就是光電滑鼠無法進行定位，由此可見光學透鏡組件的重要性。
發光二極體
光學感應器要對缺少光線的滑鼠底部進行連續的“攝像”，自然少不了“攝影燈”的支援。否則，從滑鼠底部攝到的圖像將是一片黑暗，黑暗的圖像無法進行比較，當然更無法進行光學定位了。 通常，光電滑鼠採用的發光二極體，是紅色的（也有部分是藍色的），且是高亮的（為了獲得足夠的光照度）。發光二極體發出的紅色光線，一部分通過滑鼠底部的光學透鏡（即其中的稜鏡）來照亮滑鼠底部；另一部分則直接傳到了光學感應器的正面。用一句話概括來說，發光二極體的作用就是產生光電滑鼠工作時所需要的光源。
輕觸式按鍵
沒有按鍵的滑鼠是不敢想像的，因而再普通的光電滑鼠上至少也會有兩個輕觸式按鍵。方正光電滑鼠的PCB上共焊有三個輕觸式按鍵。除了左鍵、右鍵之外，中鍵被賦給了翻頁滾輪。高級的滑鼠通常帶有X、Y兩個翻頁滾輪，而大多數光電滑鼠還是像這個方正光電滑鼠一樣，僅帶了一個翻頁滾輪。翻頁滾輪上、下滾動時，會使正在觀看的“文檔”或“網頁”上下滾動。而當滾輪按下時，則會使PCB上的“中鍵”產生作用。注意：“中鍵”產生的動作，可由用戶根據自己的需要進行定義。 當我們卸下翻頁滾輪之後，可以看到滾輪位置上，“藏”有一對光電“發射/接收”裝置。“滾輪”上帶有柵格，由於柵格能夠間隔的“阻斷”這對光電“發射/接收”裝置的光路，這樣便能產生翻頁脈衝信號，此脈衝信號經過控制晶片傳送給Windows作業系統，便可以產生翻頁動作了。
除了以上這些，光電滑鼠還包括連線線、PS/2或USB接口、外殼等。
工作原理
光學滑鼠與機械式滑鼠最大的不同之處在於其定位方式不同。
光學滑鼠的工作原理是：在光學滑鼠內部有一個發光二極體，通過該發光二極體發出的光線，照亮光電滑鼠底部表面（這就是為什麼滑鼠底部總會發光的原因）。然後將光電滑鼠底部表面反射回的一部分光線，經過一組光學透鏡，傳輸到一個光感應器件（微成像器）內成像。這樣，當光學滑鼠移動時，其移動軌跡便會被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像。最後利用光電滑鼠內部的一塊專用圖像分析晶片（DSP，即數字微處理器）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徵點位置的變化進行分析，來判斷滑鼠的移動方向和移動距離，從而完成游標的定位。
第二代光學滑鼠的原理說來其實很簡單：它採用了一種光眼技術，也就是數字光電技術，利用紅外線照射滑鼠所在物體的表面，然後每隔一定的時間（幾毫秒）就做一次快照，接著分析處理兩次圖片的特性，來決定坐標的移動方向及數值。由於需要對圖片進行掃描才能確定滑鼠的位移，因此這個掃描的頻率就成為衡量光電滑鼠的一項重要參數。而這款飛狐滑鼠由於採用了明基BenQ獨特的“微型光學定位系統”，每秒鐘能夠發射1500次感光信號來掃描物體表面，取得圖像後通過DSP數位訊號處理器將每個細微的移動方向與距離迅速而準確地回傳。飛狐還擁有高達800DPI的解析度，使得游標定位更加精準，高速的感測器也可以避免指針的抖動和不規則移動現象，提高瞄準精度。讓我們在各種操作環境下都能得心應手。
滑鼠的光學感測器對滑鼠被放置的表面進行掃描，並以1500次/秒的頻率捕捉圖像，進行對比，從而確定滑鼠的定位。傳統光學滑鼠使用的光學晶片掃描次數普遍為1500次/秒(所謂掃描次數，即光學定位晶片每秒採集和處理圖像的數量)，最高只可以追蹤14～18英寸/秒的移動速度。滑鼠移動速度如果超出此範圍，則可能發生游標無法準確定位的情況。而用戶使用電腦時，滑鼠的移動速度最高可達到30英寸/秒，尤其是在如CS一類的FPS遊戲中，這就會產生前文所述的滑鼠突然失控的問題。
技術參數
CPI
光學引擎的成像原理其實就是顯微照相，其CPI水平就相當於照相細節的放大清晰度。它只取決於光學組件的放大率，解析度通常使用DPI（每英吋點數，(dots per inch）來表示，可以測量出滑鼠的精準度。大部份市面上的光學鼠都是400CPI。
CMOS像素數
要保證在高速移動滑鼠時，不出現相鄰兩次採樣無共同採樣點的情況。除了加快掃描頻率以外，還可以增加CMOS的尺寸，CMOS的像素數增加了，可採用的特徵點當然也就越多。提高滑鼠對細密的重複性表面的識別能力。
像素處理能力
將CMOS尺寸和DSP處理能力結合起來整合為“像素處理能力這個指標代表光學引擎綜合採樣的運算性能。
最大速度和最大加速度
將像素處理能力與CPI參數相結合，可以派生出最大速度和最大加速度兩個參數。人手在使用滑鼠的時候，最高的移動速度約為30英寸/秒，也就是通過DSP運算使滑鼠在保證精確性的前提下能夠達到的最大加速度
問題分析
大家在使用光學滑鼠的過程中通常會發現以下幾個問題：在玻璃、金屬等光滑表面或者某些特殊顏色的表面上滑鼠無法正常工作，表現為游標頓滯、顫抖、漂移或無反應，甚至游標遺失，這兩個問題直到現也無法完全解決，那么為何會出現這樣的情況？根本原因在於光學滑鼠的先天原理所限，我們不妨對此作進一步的分析。
我們知道，光學滑鼠的光學引擎通過接收反饋的圖像來判定游標方位，如果移動表面過於光滑，很可能無法產生足夠多的漫反射光線，這樣感應器所接收到的反射光線強度很弱，令定位晶片無從判別，由此造成滑鼠工作不正常的窘況。不過，目前市面上的玻璃滑鼠墊和金屬滑鼠墊都不是採用光滑的表面，而是採用磨砂處理，漫發射條件良好，但依然有不少光學滑鼠產品無法在上面工作。這就涉及到另一方面的原因，我們知道，定位晶片通過比較相鄰圖像矩陣上特徵點的差異來判別游標的位置信息，而部分玻璃滑鼠墊和金屬滑鼠墊的磨砂表面做得相當精細，表面高度一致，如果是傳統的光機滑鼠，在上面可謂是移動如飛、得心應手，但對光學滑鼠來說情況就非如此。高度一致的表面導致不同特徵點的區別太小，感應器將其轉換為數位訊號後無法體現出差別，定位晶片自然就很難進行比較處理，產生滑鼠無所適從的結果，自然你也別指望它能夠正常工作了。不過，感應器製造商可以通過增大CMOS感光器的尺寸來緩解這個問題。感光器的尺寸越大，拍攝到圖像的解析度精度也就越高，特徵點的數量越多，定位晶片可比較的特徵點就多，由此可作出較為準確的判斷。當然，感應器尺寸增大意味著要處理的信息量更多了，定位晶片的運算能力也得同步提高才行。目前此種技術方案的代表是安捷倫科技的“MX光學定位引擎”，普通滑鼠的感應器規格為22×22像素，而“MX光學定位引擎”則增大到30×30像素，可攝取的信息量增加了80%。
