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光学鼠标和激光鼠标工作原理及区别

2011-04-06 16:25
夜隼008
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  1963年,全世界第一个鼠标原型诞生于美国加州斯坦福大学研究所,它的原型由Douglas Englebart博士创造,并由他的首席工程师Bill English发展成为世界上第一款鼠标。Englebart博士设计鼠标的初衷就是为了让它来代替键盘烦琐的指令,使计算机的操作变得更为方便和快捷,为未来电脑的普及铺下了第一块基石。 

  1971年,(施乐公司)帕洛阿尔托研究中心与斯坦福大学研究所签署了一份使用协议,允许施乐公司使用该项鼠标技术,自此,鼠标技术开始逐步发展起来,他们在1972年推出世界上首款的机械滚轮鼠标名为“Alto Mouse”,现今的机械滚轮技术,很大程度上来自于施乐公司帕洛阿尔托研究中心的贡献。  

  随着技术的发展与市场的需求,帕洛阿尔托研究中心在1985年推出了首款光学鼠标,不过这款光学鼠标需要在特殊的有栅格的鼠标垫上才能正常使用,因此它只能说是光学鼠标的雏形。 

  终于在1999年,安捷伦公司推出了一款具有革命性意义的光学定位传感器,它通过鼠标在移动过程中对接触界面的不断“拍照”,对比前后图像,得出鼠标的具体位移和速度。最重要的一点就是,它可以在绝大多数的物体表面上运作,成为真正意义上的光学鼠标。 

  鼠标,作为GUI电脑操作系统中最简单,最常见的电脑基本输入设备,经过了四十多年的发展与积累,走过了机械时代、传统光学时代,发展到目前的激光时代。现在就让我们一起来着重的回顾光学鼠标的相关技术原理吧。 

  传统光学鼠标的工作原理 

  光学鼠标主要由四部分的核心组件构成,分别是发光二极管、透镜组件、光学引擎(Optical Engine)以及控制芯片组成。  

  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器上。 

  当鼠标移动的时候,成像传感器录得连续的图案,然后通过“数字信号处理器”(DSP)对每张图片的前后对比分析处理,以判断鼠标移动的方向以及位移,从而得出鼠标x, y方向的移动数值。再通过SPI传给鼠标的微型控制单元(Micro Controller Unit)。鼠标的处理器对这些数值处理之后,传给电脑主机。传统的光电鼠标采样频率约为3000 Frames/sec(帧/秒),也就是说它在一秒钟内只能采集和处理3000张图像。  

  根据上面所讲述的光学鼠标工作原理,我们可以了解到,影响鼠标性能的主要因素有哪些。 

  第一,成像传感器。成像的质量高低,直接影响下面的数据的进一步加工处理。 

  第二,DSP处理器。DSP处理器输出的x,y轴数据流,影响鼠标的移动和定位性能。 

  第三,SPI于MCU之间的配合。数据的传输具有一定的时间周期性(称为数据回报率),而且它们之间的周期也有所不同,SPI主要有四种工作模式,另外鼠标采用不同的MCU,与电脑之间的传输频率也会有所不同,例如125MHZ、8毫秒;500MHz,2毫秒,我们可以简单的认为MCU可以每8毫秒向电脑发送一次数据,目前已经有三家厂商(罗技、Razer、Laview)使用了2毫秒的MCU,全速USB设计,因此数据从SPI传送到MCU,以及从MCU传输到主机电脑,传输时间上的配合尤为重要。 

  什么是激光鼠标? 

  激光鼠标其实也是光电鼠标,只不过是用激光代替了普通的LED光.好处是可以通过更多的表面,因为激光是 Coherent  Light(相干光),几乎单一的波长,即使经过长距离的传播依然能保持其强度和波形;而LED 光则是Incoherent Light(非相干光)。  

  激光鼠标传感器获得影像的过程是根据,激光照射在物体表面所产生的干涉条纹而形成的光斑点反射到传感器上获得的,而传统的光学鼠标是通过照射粗糙的表面所产生的阴影来获得。因此激光能对表面的图像产生更大的反差,从而使得“CMOS成像传感器”得到的图像更容易辨别,提高鼠标的定位精准性。 

  什么是鼠标的全速USB技术? 

  全速USB技术是指USB Full Speed, 相对于传统的Low Speed的每秒1.5Mb传输速度,它的传输速率为可达12Mb每秒。因为两者都以6500fps为原始数据,游戏过程中发生的大量的鼠标移动,传统鼠标所使用1.5Mb/s的Low Speed USB接口在特定的环境下有可能成为数据流的瓶颈。因此有必要将接口的全速速度提升到Full Speed,使鼠标的实际移动反映到屏幕光标时更加实时。

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