光学鼠标

广联电子

目前市面上的计算机鼠标琳琅满目，有各种不同的形状、功能、尺寸和价格可供选择。推动这一输入设备发展的两种主要技术是光学技术和机械技术：机械引擎属于早期系统，是在20世纪60年代问世的；光学技术则是在20世纪80年代问世的，但直到2000年初才获得广泛关注。　　从那时起，通信、数据存储和网络开始大规模使用计算机，这也使得鼠标所扮演的输入设备的角色变得愈来愈重要 – 尤其是它可以配合用户对于较高追踪速度和较灵敏反应的需求。
　　在对性能的需求不断提高的刺激下，鼠标从原本简陋的设计发展至今，已呈现出全然不同的面貌。从只有一个按键的有线鼠标，演化到现在的无线、甚至是计算机游戏专用的高端鼠标，其间的变化可见一斑。
　　计算机鼠标的发明
　　鼠标的发明者是史丹佛研究中心（现为SRI international）的Douglas Engelbart，他于1963年发明了第一只用来作为Engelbart oN-Line System（NLS）输入设备的鼠标。这个发明是将两个相互垂直的轮子贴附在电位计上，以追踪在水平和垂直轴上的移动情形。
　　1971年，施乐 Palo Alto研究中心（PARC）与SRI签订了鼠标使用授权合约。施乐PARC的鼠标是以一个可朝任何方向转动的圆球来取代外部的轮子。使用连接到电子换向器的垂直轮子来移动屏幕上的光标，即可侦测出圆球的运动状态。施乐PARC的第一只鼠标于1972年问世，其设计对于现今的机械式鼠标有很大的影响。
　　从20世纪70年代到80年代初，鼠标的应用始终未能普遍，其中一个原因就是价格太过昂贵。当时Xerox PARC鼠标的售价高达400美金，而且要使用该只鼠标还得额外支付300美金来购买计算机接口，难怪会让买家望而却步。
　　苹果电脑公司在机械式鼠标的历史发展过程中创下了另一个里程碑。有别于先前使用电子换向器的鼠标设计，苹果电脑公司的鼠标在圆球的中心带上运用了一些光学编码器，彼此相隔90度。
　　微软于1983年首次进入鼠标市场，它推出了一只名为“绿眼睛老鼠”的鼠标，其主要功能是在MS-DOS v. 1.00操作系统下为Microsoft Word的GUI内容提供浏览支持。这款鼠标有两个突出的绿色按键，因此别号“绿眼睛”，它配有一个25针的D型接口，连接到最初的计算机和兼容设备的串口上。在鼠标的底部有三个小钢球，使用这些圆球才能顺利地在物体表面滑动，至于中间的大钢球则会记录鼠标的移动位置。
　　最早的光学鼠标设计首推Mouse Systems模型。这款鼠标于1982-1995年间在市面上销售。它采用一个4段式光电二极管芯片，仅适用于包含细纹的特殊反射性表面。后来陆续有几种Amiga计算机适用的鼠标问世，还有一些鼠标提供PS/2接头，以搭配IBM PC或兼容的机器使用。
　　施乐于1985年发表的6085 Star，是第一只不必依赖于高精确表面的光学鼠标。虽然它配备了印有点状图形的鼠标垫，但也可以在具有高反差印刷的其它表面上移动。不过，它并不适用于一般的随机表面，例如大多数的鼠标垫或桌面。
　　1999年，安捷伦科技推出了革命性的光学定位传感器。这颗创新的传感器可拍下它所浏览的表面，然后比较各个影像以侦测移动的速度和方向。此产品可在各种不同的表面上浏览，使用户不再受到鼠标垫的空间限制。
　　为增强光学技术，安捷伦在2004年9月推出了激光照明和跟踪技术。采用安捷伦LaserStream技术的激光光学鼠标比基于LED的光学鼠标的表面跟踪能力增强了20倍，可以简便地在涂漆的金属、半透明塑料、磨砂玻璃及许多难以操作的表面上轻松跟踪鼠标的移动。与采用LED照明的定位传感器相比，安捷伦激光引擎还提高了浏览性能。这类鼠标还达到了多个最高性能指标，包括每秒45英吋的移动速度、每秒超过7000帧的帧速率以及2000 cpi的高分辨率。
　　2005年9月，安捷伦科技有限公司宣布获得中华人民共和国国家知识产权局颁发的第ZL98125964.2号中国专利。该专利的名称为“适于计算机系统的‘视眼’鼠标器”，它采用了对于鼠标设计和制造都至关重要的、适用于计算机系统的核心光学鼠标技术。
　　当今的鼠标
　　目前市面上充斥着各式各样的计算机鼠标与其它指向装置（如轨迹球），包括机械式和光学式的。这些装置各有不同的形状、性能和人体工学设计，在购买之前应尝试多种不同的配置。此外也请留意，如果您使用的是旧型PC，必须透过串行端口来连接鼠标，则您的选择会变得很有限。现在的鼠标多半都设计成以USB或PS/2端口来连接。
　　如同其它的电子设备一样，鼠标也必须符合各种国内与国际安全标准，以确保消费者买到高质量且检验合格的产品。一些较为知名的标准包括电磁干扰（EMI）、电磁兼容性（EMC）与静电放电（ESD）。为实施这些标准，每个国家都会设立专责机构，例如：
　　美国：FCC, MIL, EMC Mark, UL Mark, CSA, TUV, ITE,
　　加拿大：Industry Canada (ICES), UL Mark, CSA
　　澳大利亚：C-Tick
　　亚洲：VCCI和EMC (日本), CCC-Mark (中国大陆), BSMI (台湾) 及MIC (南韩)
　　欧洲：CE Mark, GS (德国), EMC Mark
　　俄罗斯:GOST-R
　　就光学鼠标而言，必须确保使用的LED或激光二极管合乎许可的安全标准，尤其是视力安全标准。一般而言，如果产品被归类为Class 1，表示已达到最安全的等级，因此不像Class 2和3一样需要特殊的视力保护。
　　价格是选购鼠标的另一个考虑因素。您只需花几块美金，就可以买到廉价的机械式鼠标，即使是带有滚轮的鼠标也只要10美金左右。至于入门级的光学鼠标，价位主要介于10到20美金之间，部分鼠标还包括滚轮甚至额外的功能。
　　关于操作环境，机械式鼠标几乎可以在任何一种鼠标垫上移动，包括带有光泽表面和复杂彩色图形的鼠标垫。不过，机械式鼠标的移动部件常会累积灰尘，导致光标的移动产生偏差，因此必须加以维护。
　　反之，光学鼠标是一种不太需要维护的固态装置。它能在许多表面上浏览，通常不需用到特殊的鼠标垫。光学浏览技术在高分辨率灵敏度、光源和追踪性能等方面的大幅改进，促使光学鼠标正迅速成为时下主流的PC输入装置。
　　怎样分辨光学鼠标?
　　光学鼠标没有轨迹球，下面带有清晰的透镜；而机械鼠标下面带有轨迹球 (图1)。在许多基于LED的光学鼠标中，在使用时可以看到可视LED发出的光，一般是红色 (图2) ；在不移动时，LED光会变暗或闪烁。在基于激光和基于IR (红外线) 的光学鼠标中则看不到光。

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图1：典型的轨迹球鼠标的底部

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图2：典型的红色LED有线鼠标
　　第一代光学鼠标–基于LED的光学鼠标
　　光学鼠标的核心是一个低分辨率迷你摄像机，称为传感器。浏览LED照亮表面，光从表面反射回来，通过透镜采集。大多数鼠标制造商采用可视的红色LED (图2)，有些制造商还生产采用红外线LED的鼠标。
　　当鼠标移动时，传感器会连续拍摄物体表面，并利用数字信号处理来比较各个影像，以决定移动的距离和方向（图3）。产生的结果会传回计算机，而屏幕上的光标会根据这些结果来移动。虽然光学鼠标传感器几乎可以在任何一种物体表面上移动，但仍有一些表面是鼠标传感器无法浏览的，例如镜面、玻璃表面、光滑表面、杂志及全像摄影表面。

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图3：光学鼠标会以LED来照亮一个范围的工作表面，所看到的图形会反射到浏览传感器。
　　激光鼠标的运作原理是什么？为什么它是更好的选择？
　　激光鼠标的操作原理基本上与LED式光学鼠标相同，差别只在于激光鼠标使用激光二极管来作为光源。激光光线具有一致的特性，当光线从表面反射时可产生高反差图形，出现在传感器上的图形会显示物体表面上的细节，即使是光滑表面；反之，若以不一致的LED作为光源，则这类表面看起来会完全一样。精密的影像传感器可以轻易地追踪这些图形，以计算位置和移动。激光鼠标的影像反差提升了20倍之多，在传统的LED式光学鼠标无法追踪的表面上亦能顺利运作。第一只商用激光鼠标采用的是无线设计（图4）。

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图4：第一只商用激光鼠标为Logitech MX 1000激光无线鼠标
　　有线光学鼠标
　　有线光学鼠标有一条可以连接到计算机上的连线，当前最常用的接口是USB和PS/2连接器。这些鼠标无需使用电池，它们通过鼠标连线直接由计算机供电。
　　无线光学鼠标
　　无线光学鼠标采RF技术（即24MHz、27MHz、2.4GHz或蓝牙技术）。这类鼠标包含鼠标本身和收发器两个部份：使用无线鼠标时，收发器可作为PC与鼠标之间的中继站，它通常被连接到计算机的USB端口。
　　无线鼠标必须依赖传统电池或可充电电池来提供电力，最常见的为AAA或AA电池，通常必须使用一对。电池的寿命取决于鼠标的设计。
　　为确保无线鼠标能够正常运作，鼠标和收发器必须保持同步才能开始进行通讯。欲达到同步化，必须执行两个基本步骤：第一，确定鼠标和收发器的频道设定是相同的；其次，按下收发器上的同步键，然后再按下鼠标上面的同步键。如果成功达到同步，LED就会发光（通常在收发器端发出绿光）。
　　其它的光学指向装置
　　其它的光学指向装置包括了轨迹球、光学笔鼠标以及键盘上的整合式轨迹球。这些装置为消费者提供了不同选择的输入装置，使用者可以依据自己对人体工学和应用的需求来挑选最合适的产品。
　　了解光学鼠标的规格
　　连接：USB和PS/2是鼠标最常见的计算机外设接口。大多数鼠标可以插入USB和PS/2中，因为USB鼠标通常带有一个USB-PS/2转换器(PS/2鼠标只能用于PS/2接口)。

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图5：目前的有线鼠标所使用的接头：USB和PS/2，外加一个USB转PS/2转换器
　　分辨率：分辨率代表光学鼠标的“摄影机”所撷取的影像的准确度，以cpi（每英吋传回的坐标数）表示。大多数的办公室应用，使用400到800 cpi的鼠标就已足够。较高分辨率（最高到2000 cpi）的鼠标可提供更高的精确度，主要锁定计算机游戏及包含大量图片的应用。
　　帧速率：此图显示“摄影机”每秒可捕捉的图片数量，从500 fps（每秒帧数）到7000 fps以上不等。
　　LED光学鼠标传感器的一些范例：

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　　激光光学鼠标传感器的一些范例：

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　按键：最基本的光学鼠标包含两个按键：左键和右键。对于Windows用户，这两个键通常可以通过鼠标控制面板编程，以适应右手用户和左手用户的使用习惯。另外，用户还可以设置双击速度。
　　目前市面上的鼠标多半采用三键式设计：左键、中间键和右键，中间的按键通常会结合一个滚轮。有一些鼠标甚至拥有三个以上的按键，多出来的按键叫做“功能键”，必须经过设定才能使用。这类鼠标通常会提供一片功能安装CD，以便启动这些按键。若不安装相关程序，则无法使用这些功能键。
　　Z轮滚动系统(简称滚轮): 大多数的光学鼠标都会在中间按键的上方设计一个z轮。Z轮可以向上、向下和自动向上/向下滑动。现在还有一些鼠标会透过倾斜的z轮设计来提供水平滚动功能。
　　LaserStream光学技术、斜轮滚动键及多功能按键等创新发展，使现今的光学鼠标变成了复杂而精密的输入装置。在凹洞中装入圆球并透过28接脚串行端口连接的二键式鼠标，已经成为过去式了。那时，鼠标唯一的工作用途只是移动光标，启动各个程序。如今，鼠标除了具备上述功能之外，还拥有优异的性能和特性，其机动性、支持的表面、速度和功能都要远远优于以前的鼠标。

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