鼠标是怎样的内部构造原理?

2023-01-09

本文主要是 鼠标是怎样的内部构造原理? 相关的知识问答，如果你也了解，请帮忙补充。

光电鼠标的内部构造工作原理

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。

光电鼠标的工作原理是：在光电鼠标内部有一个发光二极管，通过该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（微成像器）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（DSP，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，从而完成光标的定位。

光电鼠标通常由以下部分组成：光学感应器、光学透镜、发光二极管、接口微处理器、轻触式按键、滚轮、连线、PS/2或USB接口、外壳等。下面分别进行介绍：

光学感应器

光学感应器是光电鼠标的核心，目前能够生产光学感应器的厂家只有安捷伦、微软和罗技三家公司。其中，安捷伦公司的光学感应器使用十分广泛，除了微软的全部和罗技的部分光电鼠标之外，其他的光电鼠标基本上都采用了安捷伦公司的光学感应器。

光电鼠标的控制芯片

控制芯片负责协调光电鼠标中各元器件的工作，并与外部电路进行沟通（桥接）及各种信号的传送和收取。我们可以将其理解成是光电鼠标中的“管家婆”。

这里有一个非常重要的概念大家应该知道，就是dpi对鼠标定位的影响。dpi是它用来衡量鼠标每移动一英寸所能检测出的点数，dpi越小，用来定位的点数就越少，定位精度就低；dpi越大，用来定位点数就多，定位精度就高。

通常情况下，传统机械式鼠标的扫描精度都在200dpi以下，而光电鼠标则能达到400甚至800dpi，这就是为什么光电鼠标在定位精度上能够轻松超过机械式鼠标的主要原因。

光学透镜组件

光学透镜组件被放在光电鼠标的底部位置，从图5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。通过观看光电鼠标的背面外壳，我们可以看出圆形透镜很像一个摄像头通过试验，笔者得出结论：不管是阻断棱光镜还是圆形透镜的光路，均会立即导致光电鼠标“失明”。其结果就是光电鼠标无法进行定位，由此可见光学透镜组件的重要性。

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。

通常，光电鼠标采用的发光二极管（如图7）是红色的（也有部分是蓝色的），且是高亮的（为了获得足够的光照度）。发光二极管发出的红色光线，一部分通过鼠标底部的光学透镜（即其中的棱镜）来照亮鼠标底部；另一部分则直接传到了光学感应器的正面。用一句话概括来说，发光二极管的作用就是产生光电鼠标工作时所需要的光源。

轻触式按键

没有按键的鼠标是不敢想象的，因而再普通的光电鼠标上至少也会有两个轻触式按键。方正光电鼠标的PCB上共焊有三个轻触式按键（图8）。除了左键、右键之外，中键被赋给了翻页滚轮。高级的鼠标通常带有X、Y两个翻页滚轮，而大多数光电鼠标还是像这个方正光电鼠标一样，仅带了一个翻页滚轮。翻页滚轮上、下滚动时，会使正在观看的“文档”或“网页”上下滚动。而当滚轮按下时，则会使PCB上的“中键”产生作用。注意：“中键”产生的动作，可由用户根据自己的需要进行定义。

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。“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。 参考知识1 鼠标的大体结构都大同小异，下面以光学机械式鼠标为例介绍下鼠标的内部结构。

光学机械式鼠标的内部结构是由机械传动装置、光电转换装置、按键、编码电路和连接线、外壳等组成。

机械传动装置
机械传动装置包括了滚动球、水平和垂直转轴及斜向支撑轮，鼠标移动时，滚动球在鼠标垫的摩擦力下开

始转动，并带动转轴转动。

光电转换装置
光电转换装置包括红外线发射管、接受管和圆盘光栅。转轴转动时，光栅阻挡红外线发光管的光线。接收

管根据先后感应到的光线顺序，将讯号送到编码电路。

按键
按键包括左、右两个按键，有的鼠标还增加了中键和侧键，有的为了配合上网时浏览网页而增加了滚轮，

推动滚轮能让页面上、下移动，滚轮向下按时还可以起到按下中键的作用。

编码电路
编码电路将光电转换装置传来的讯号进行对比，产生横、竖两个方向的移动讯号，再将各个按键和滚轮送

来的讯号通过编码处理芯片进行编码，最后通过连接传输线，将讯号送到电脑的主机进行处理。

外壳
鼠标的外壳则是起到保护和支撑的作用。

光眼
光电鼠标的内部使用了一个高精密的光学传感器（Optical Sensor），也就是俗称的“光眼”，它利用光

眼来定位屏幕上的指针
鼠标的工作原理

光电鼠标的光学传感器象一部DC/DV一样，跟随操作者的移动连续记录它途经表面的“快照”（假想一下间谍卫星拍摄地球表面的情形，不过比喻不是很恰当，比如光电鼠标是自带光源的，并且它的移动是没有规律的等等，或者象地形匹配制导的巡航导弹什么的吧……），这些快照（即帧）是有一定的频率（即扫描频率、刷新率、帧速率等，以下我们对此不加区分）和尺寸及分辨率（即光学传感器的CMOS晶阵有效像素数），并且光学传感器的透镜应具备一定的放大作用；而光电鼠标的核心－DSP通过对比这些快照之间的差异从而识别移动的方向和位移量，并将这些确定的信息加以封装后通过USB接口源源不断地进入PC；而驱动程序（可以是Windows的默认驱动）则根据这些信号经过一定的转换（参照关系由驱动设置）最终决定鼠标指针在屏幕上的位置。

由此，我们可知一个大略的“（鼠标移动）表面－>镜头（组）－>光学传感器CMOS晶阵－>DSP－>USB接口－>驱动程序－>PC屏幕坐标”的过程了。排除DSP的处理能力的限制，刷新率反映了光学传感器的快速捕捉能力，这个能力越强，获得的信息量就越大，光电鼠标的反应就越快速和准确，若刷新率不足（如早期的1500次/秒或者2000次/秒等）则在快速移动的情况下会出现“丢帧”现象从而导致失灵。然而，从前述提到的过程来看，刷新率仅仅反应了捕捉能力的一个侧面，即时间层面上的捕捉能力，而总体上的捕捉能力同时应包括空间层面上的捕捉能力－即光学引擎必须在提供足够细节的情况下保证图像的连续性，由图像本身的特性（面积、分辨率）及其刷新率（帧速率）共同保证：

A.图像要有足够大的面积：抓取足够大的移动表面的图像以进行比较；
B.图像要有足够多的细节（即分辨率）：缺乏细节的图像恐怕也难以比较；
C.图像要有足够快的帧速率：保证在快速移动时图像仍然连续。
其中条件A和C之间有较强的互补关系，是保障图像连贯的基本条件；而条件B亦能对A和C进行一定程度的补偿，可提高图像的精度和丰富其细节，但并不能取代面积或刷新率的作用。因此，反映图像处理能力“像素/秒”较之刷新率更为科学合理，而最大速度、加速度则是由此衍生的指标。