光电鼠标工作原理_物理

光电鼠标工作原理_物理 ——普通物理课外作业 班级:10-生物技术 姓名:李向阳 学号:201006040063 光电鼠标基础知识浅解 互联网的普及空前地打破了空间、时间的界限，小小鼠标，大大世界，点击之间，精彩萦绕你眼前。使用最广泛的鼠标有机械鼠标和光电鼠标，与传统的机械式鼠标相比，光电鼠标具有定位准确、移动流畅且不易脏污等优势，受到越来越多用户的认可。随着光电鼠标价格的不断下跌，取代机械式鼠标而成为市场主流的趋势已不可阻挡。 机械鼠标 光电鼠标 光电鼠标的工作原理 光电鼠标定位的工作流程大致为:发光二极管照亮采样表面，对比度强烈的待采样影像通过透镜在CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor---互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件。是组成CMOS数字集成电路的基本单元，CMOS制造工艺也被应用于制作数码影像器材的感光元件)上成像，CMOS将光学影像转化为矩阵电信号传输给DSP(digital singnal processor---数字信号处理器。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 )。当鼠标移动时，DSP则将此影像信号与存储的上一采样周期的影像进行比较分析，然后发送一个位移距离信号到接口电路。接口电路对由DSP发来的位移信号进行整合处理，而已传入计算机内部的位移信号再经过驱动程序的进一步处理，最终在系统中形成光标的位移。 光电鼠标的参数 分辨率 光电鼠标的分辨率通常用CPI(Count Per Inch : 每英寸的测量次数)来表示，CPI越高，越利于反映用户的微小操作。而且在鼠标光标移动相同逻辑距离时，分辨率高的需要移动的物理距离则要短。拿一款800 CPI的光电鼠标来说，当使用者将鼠标移动1英寸时，其光学传感器就会接收到反馈回来的800个不同的坐标点，鼠标箭头同时会在屏幕上移动800个像素点。反过来，鼠标箭头在屏幕上移动一个像素点，就需要鼠标物理移动1/800英寸的距离。所以，CPI高的鼠标更适合在高分辨率的屏幕下使用。光学机械鼠标的分辨率多为200,400 CPI，而光电鼠标的分辨率通常在400,800 CPI之间。 除CPI以外，DPI(Dots Per Inch : 每英寸像素数)也常被人用来形容光电鼠标的分辨率。由于光电鼠标的分辨率反映了一个动态过程，所以用CPI来形容更恰当些。但无论是CPI还是DPI，描述的都是光电鼠标的分辨率，不存在性能差别。 刷新频率 光电鼠标的刷新频率也被称为扫描频率或者帧速率，它反映了光学传感器内部的DSP对CMOS每秒钟可拍摄图像的处理能力。在鼠标移动时，光学传感器中的数字处理器通过对比所“拍摄”相邻照片间的差异，从而确定鼠标的具体位移。但当光电鼠标在高速运动时，可能会出现相邻两次拍摄的图像中没有明显参照物的情况。那么，光电鼠标势必无法完成正确定位，也就会出现我们常说的“跳帧”现象了。而提高光电鼠标的刷新频率就加大了光学传感器的拍摄速度，也就减少了没有相同参考物的几率，达到了减少跳帧的目的。 像素处理能力 虽然分辨率和刷新率都是光电鼠标重要的技术指标，但它们并不能客观反映光电鼠标的性能，所以罗技(罗技是全球著名的电脑周边设备供应商)提出了像素处理能力这个指标，并规定:像素处理能力,CMO晶阵像素数×刷新频率。根据光电鼠标的定位原理我们知道，光学传感器会将CMOS拍摄的图像进行光学放大后再投射到CMOS晶阵上形成帧，所以在光学放大率一定的情况下，增加了CMOS晶阵像素数，也就可增大实际拍摄图像的面积。而拍摄面积越大，每帧图像上的细节也就越清晰，参考物也就越明显，和提高刷新率一样，也可减少跳帧的几率。 不过，需要注意的是，大多数情况下，厂商不会公布鼠标的CMOS尺寸，其大小从15x15到30x30像素(Pixel)不等。 光电鼠标的内部构成 从功能实现角度看，光电鼠标主要由发光二极管、固定夹、光学透镜、光学传感器、接口控制器芯片以及微动开关6部分元器件组成。 光电鼠标的PCB基板(Printed Circuie Board线路板的简称) 发光二极管 发光二极管相当于光电鼠标的光源，其主要任务是满足光学传感器的拍摄需要，将所要拍摄的“路况”照亮。除此以外，发光二极管还被用来满足光电式的滚轮的需要。这里所说的滚轮是我们常用来翻动网页的鼠标中键，不要误认为是机械鼠标底部的轨迹球。 为光学传感器服务的发光二极管在鼠标“尾部”，会被固定夹遮盖起来;而为光电式滚轮服务的发光二极管则在鼠标“头部”，也就是滚轮位置附近。所以，虽然光电鼠标内部可能拥有不止一个发光二级管，但分辨起来并不难。 大多数的光电鼠标在使用时发红光，是因为红色高亮度的发光二极管问世最早，无论是技术还是产业化都最成熟，成本也最低廉，寿命更容易得到保障，所以大部分光电鼠标都采用了发红光的二极管。当然，我们在市场上也会看到其他颜色的产品，但这是为了迎合部分玩家标新立异的需求，和性能无关。 光电鼠标内部的发光二极管 固定夹 负责照亮鼠标底部的发光二极管拥有很强的亮度，为了避免射出的光线干扰其他元器件工作，并且使光线通过透镜后能量更加集中，所以发光二级光上覆盖了固定夹。固定夹通常是黑色的，因为黑色吸收光线的能力最好。 光电鼠标的固定夹 光学透镜 光学透镜系统通常由一面棱光透镜和一面圆形透镜组成。发光二极管射出的光线先通过一面棱光透镜照亮鼠标底部表面，而反射回来的投影再经过另一面圆形透镜汇聚到光学传感器的小孔里。作为光线传递的必经之路，透镜系统的重要性不言而喻了。 光电鼠标的背面外上的壳圆形透 镜很像一个摄像头，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。 图:光学透镜组件由一个棱光镜和一个透镜组成 光学传感器 光学传感器是光电鼠标的核心部件，“CMOS感光器”和“数字信号处理器(DSP)”是其中最重要的两部分。CMOS感光器是一个由数百个光电器件组成的矩阵，恰似一部相机，用来拍摄鼠标物理位移的画面。光学传感器会将拍摄的光信号进行放大并投射到CMOS矩阵上形成帧，然后再将成帧的图像由光信号转换为电信号，传输至数字信号处理器进行处理。DSP对相邻帧之间差别进行除噪和分析后，将得出的位移信息通过接口电路传给计算机。 接口控制器芯片 接口控制器芯片负责管理光电鼠标的接口电路部分，使鼠标可以通过USB、PS/2等接口与PC相连。基于成本方面考虑，各品牌的光电鼠标一般都采用第三方的接口控制器芯片，而像赛普拉斯、凌阳、EMC都是常见的接口控制器芯片厂商。另外，有的光电鼠标选用了具备接口控制器功能的光学传感器(比如原相公司的PAN401光学传感器)，所以在这类光电鼠标内部是无法发现独立的接口控制器芯片的。 微动开关 平时使用一款光电鼠标时，打交道最多的要算是鼠标按键了，而鼠标按键一一对应着内部的微动开关，所以按键板 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和微动开关的品质共同决定了鼠标的手感。当然，微动开关的质量还影响着光电鼠标的故障率。因此，有的厂商会在宣传材料中声明自己的某款型号产品使用了高档的微动开关，从而吸引消费者购买。 光电鼠标采用的微动开关 光电鼠标的外部设计 外壳设计 光电鼠标的外壳大部分采用了工程塑料，也有采用金属上盖作为卖点的产品，但手感和制造成本并不理想，所以并没有流行开来。鼠标外壳多用抛光和磨砂两种设计，而 仿效苹果鼠标的透明有机玻璃双层壳设计以及磨砂表面配合软橡胶材料的设计比较流行，但相比传统设计，却更易磨损。 按键板设计 鼠标上盖的主要部件就是按键板了，光电鼠标的按键板分为按钮式、盖板式和一体式3种设计。其中，按钮式按键板是独立按钮，与鼠标上盖没有连接;盖板式按键板与上盖有所连接，但也有独立的部分;而一体式按键板是现今最为流行的，按键板本身就是鼠标上盖的一部分。微软和罗技的很多产品都采用了这种方式。 底部垫脚设计 为了使光电鼠标移动更灵活，减少底部的摩擦力，所以引入了垫脚的概念:用塑料片将鼠标底部垫起，从而减少摩擦。鼠标垫脚的设计主要分为以微软为代表的大垫脚派和以罗技为代表的小垫脚派，各有利弊。前者因为垫脚尺寸大，材质偏软，所以比后者耐摩、防尘;后者因为垫脚尺寸不足前者一半，材质坚硬，所以受力面积小，比前者更灵活。笔者个人认为，对于普通玩家，前者的垫脚设计更适用;而对于发烧级的游戏玩家，后者却是首选 感悟 科技以人为本，人活动的根本就是要解放生产力。每一次生产力的提高都离不开科技的发展，每一次科技的发展都闪动着智者的光芒，每一道光芒的背后都毫无例外的遵循完美的物理规律。如果善于留心观察周围的事物，并勤于思考事物存在、运动的方式与规律，你会发现从中你得到不仅是客观规律本身，更宝贵的是因与果的逻辑思维、最好与更好的辩证取舍。探究事物原理，从而获得知识，这便是格物致知的道理。