光学鼠标采用了具有革命意义的光学定位传感器，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。

光学鼠标通过底部的 LED 灯，灯光以约 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，从而得出鼠标在屏幕上的坐标值，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。

简介

光学鼠标采用了具有革命意义的光学定位传感器，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。

发展历史

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。

组成部件

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，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。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。

除了以上这些，光电鼠标还包括连接线、PS/2 或 USB 接口、外壳等。

工作原理

光学鼠标与机械式鼠标最大的不同之处在于其定位方式不同。

光学鼠标的工作原理是：在光学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，当光学鼠标移动时，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。

第二代光学鼠标的原理说来其实很简单：它采用了一种光眼技术，也就是数字光电技术，利用红外线照射鼠标所在物体的表面，然后每隔一定的时间（几毫秒）就做一次快照，接着分析处理两次图片的特性，来决定坐标的移动方向及数值。由于需要对图片进行扫描才能确定鼠标的位移，因此这个扫描的频率就成为衡量光电鼠标的一项重要参数。而这款飞狐鼠标由于采用了明基 BenQ 独特的“微型光学定位系统”，每秒钟能够发射 1500 次感光信号来扫描物体表面，取得图像后通过 DSP 数字信号处理器将每个细微的移动方向与距离迅速而准确地回传。飞狐还拥有高达 800DPI 的分辨率，使得光标定位更加精准，高速的传感器也可以避免指针的抖动和不规则移动现象，提高瞄准精度。让我们在各种操作环境下都能得心应手。

鼠标的光学传感器对鼠标被放置的表面进行扫描，并以 1500 次/秒的频率捕捉图像，进行对比，从而确定鼠标的定位。传统光学鼠标使用的光学芯片扫描次数普遍为 1500 次/秒(所谓扫描次数，即光学定位芯片每秒采集和处理图像的数量)，最高只可以追踪 14～18 英寸/秒的移动速度。鼠标移动速度如果超出此范围，则可能发生光标无法准确定位的情况。而用户使用电脑时，鼠标的移动速度最高可达到 30 英寸/秒，尤其是在如 CS 一类的 FPS 游戏中，这就会产生前文所述的鼠标突然失控的问题。

技术参数

CPI

光学引擎的成像原理其实就是显微照相，其 CPI 水平就相当于照相细节的放大清晰度。它只取决于光学组件的放大率，分辨率通常使用 DPI（每英吋点数，(dots per inch）来表示，可以测量出鼠标的精准度。大部份市面上的光学鼠都是 400CPI。

采样率

这是光学鼠标独有的技术参数，它代表 CMOS 传感器每秒种对采样表面“拍摄”的次数和 DSP 芯片每秒相应的处理能力。

CMOS 像素数

要保证在高速移动鼠标时，不出现相邻两次采样无共同采样点的情况。除了加快扫描频率以外，还可以增加 CMOS 的尺寸，CMOS 的像素数增加了，可采用的特征点当然也就越多。提高鼠标对细密的重复性表面的识别能力。

像素处理能力

将 CMOS 尺寸和 DSP 处理能力结合起来整合为“像素处理能力这个指标代表光学引擎综合采样的运算性能。

最大速度和最大加速度

将像素处理能力与 CPI 参数相结合，可以派生出最大速度和最大加速度两个参数。人手在使用鼠标的时候，最高的移动速度约为 30 英寸/秒，也就是通过 DSP 运算使鼠标在保证精确性的前提下能够达到的最大加速度

问题分析

大家在使用光学鼠标的过程中通常会发现以下几个问题：在玻璃、金属等光滑表面或者某些特殊颜色的表面上鼠标无法正常工作，表现为光标顿滞、颤抖、漂移或无反应，甚至光标遗失，这两个问题直到现也无法完全解决，那么为何会出现这样的情况？根本原因在于光学鼠标的先天原理所限，我们不妨对此作进一步的分析。

我们知道，光学鼠标的光学引擎通过接收反馈的图像来判定光标方位，如果移动表面过于光滑，很可能无法产生足够多的漫反射光线，这样感应器所接收到的反射光线强度很弱，令定位芯片无从判别，由此造成鼠标工作不正常的窘况。不过，目前市面上的玻璃鼠标垫和金属鼠标垫都不是采用光滑的表面，而是采用磨砂处理，漫发射条件良好，但依然有不少光学鼠标产品无法在上面工作。这就涉及到另一方面的原因，我们知道，定位芯片通过比较相邻图像矩阵上特征点的差异来判别光标的位置信息，而部分玻璃鼠标垫和金属鼠标垫的磨砂表面做得相当精细，表面高度一致，如果是传统的光机鼠标，在上面可谓是移动如飞、得心应手，但对光学鼠标来说情况就非如此。高度一致的表面导致不同特征点的区别太小，感应器将其转换为数字信号后无法体现出差别，定位芯片自然就很难进行比较处理，产生鼠标无所适从的结果，自然你也别指望它能够正常工作了。不过，感应器制造商可以通过增大 CMOS 感光器的尺寸来缓解这个问题。感光器的尺寸越大，拍摄到图像的分辨率精度也就越高，特征点的数量越多，定位芯片可比较的特征点就多，由此可作出较为准确的判断。当然，感应器尺寸增大意味着要处理的信息量更多了，定位芯片的运算能力也得同步提高才行。目前此种技术方案的代表是安捷伦科技的“MX 光学定位引擎”，普通鼠标的感应器规格为 22×22 像素，而“MX 光学定位引擎”则增大到 30×30 像素，可摄取的信息量增加了 80%。

对于光学鼠标无法在某些颜色表面正常工作的问题（也称为“色盲症”），答案与上面的情况类似。光学引擎通过拍摄图像并比较差异来实现光标定位，而要拍摄图像就要求感应器可捕捉到一定光强、均匀漫反射的反射光。然而，多数感应器只能对一些特定波长的色光才能形成感应，对其他波段的色光就无能为力。倘若鼠标垫表面恰好可以将感应器能够感应到的色光大量吸收，导致反射回去的色光强度不足，感应器无法作出有效感应，自然就不可能计算出光标的具体位置了。不过，“色盲症”算不上是什么缺陷，用户只需要选择一个颜色适合的鼠标垫即可，而如果让鼠标厂商费尽心力来解决这个问题的话，恐怕需要花费较高的成本。