充電:光學滑鼠和雷射滑鼠工作原理及區別

2021-01-10 太平洋電腦網

前言:

  1963年,全世界第一個滑鼠原型誕生於美國加州史丹福大學研究所,它的原型由Douglas Englebart博士創造,並由他的首席工程師Bill English發展成為世界上第一款滑鼠。Englebart博士設計滑鼠的初衷就是為了讓它來代替鍵盤煩瑣的指令,使計算機的操作變得更為方便和快捷,為未來電腦的普及鋪下了第一塊基石。

  1971年,(施樂公司)帕洛阿爾託研究中心與史丹福大學研究所籤署了一份使用協議,允許施樂公司使用該項滑鼠技術,自此,滑鼠技術開始逐步發展起來,他們在1972年推出世界上首款的機械滾輪滑鼠名為「Alto Mouse」,現今的機械滾輪技術,很大程度上來自於施樂公司帕洛阿爾託研究中心的貢獻。

  隨著技術的發展與市場的需求,帕洛阿爾託研究中心在1985年推出了首款光學滑鼠,不過這款光學滑鼠需要在特殊的有柵格的滑鼠墊上才能正常使用,因此它只能說是光學滑鼠的雛形。

  終於在1999年,安捷倫公司推出了一款具有革命性意義的光學定位傳感器,它通過滑鼠在移動過程中對接觸界面的不斷「拍照」,對比前後圖像,得出滑鼠的具體位移和速度。最重要的一點就是,它可以在絕大多數的物體表面上運作,成為真正意義上的光學滑鼠。

  滑鼠,作為GUI電腦作業系統中最簡單,最常見的電腦基本輸入設備,經過了四十多年的發展與積累,走過了機械時代、傳統光學時代,發展到目前的雷射時代。現在就讓我們一起來著重的回顧光學滑鼠的相關技術原理吧。

傳統光學滑鼠的工作原理


傳統光學滑鼠工作原理示意圖


光學跟蹤引擎部分橫界面示意圖

  光學滑鼠主要由四部分的核心組件構成,分別是發光二極體、透鏡組件、光學引擎(Optical Engine)以及控制晶片組成。

  光學滑鼠通過底部的LED燈,燈光以30度角射向桌面,照射出粗糙的表面所產生的陰影,然後再通過平面的折射透過另外一塊透鏡反饋到傳感器上。

  當滑鼠移動的時候,成像傳感器錄得連續的圖案,然後通過「數位訊號處理器」(DSP)對每張圖片的前後對比分析處理,以判斷滑鼠移動的方向以及位移,從而得出滑鼠x, y方向的移動數值。再通過SPI傳給滑鼠的微型控制單元(Micro Controller Unit)。滑鼠的處理器對這些數值處理之後,傳給電腦主機。傳統的光電滑鼠採樣頻率約為3000 Frames/sec(幀/秒),也就是說它在一秒鐘內只能採集和處理3000張圖像。

  根據上面所講述的光學滑鼠工作原理,我們可以了解到,影響滑鼠性能的主要因素有哪些。

第一,成像傳感器。成像的質量高低,直接影響下面的數據的進一步加工處理。

第二,DSP處理器。DSP處理器輸出的x,y軸數據流,影響滑鼠的移動和定位性能。

第三,SPI於MCU之間的配合。數據的傳輸具有一定的時間周期性(稱為數據回報率),而且它們之間的周期也有所不同,SPI主要有四種工作模式,另外滑鼠採用不同的MCU,與電腦之間的傳輸頻率也會有所不同,例如125MHZ、8毫秒;500MHz,2毫秒,我們可以簡單的認為MCU可以每8毫秒向電腦發送一次數據,目前已經有三家廠商(羅技、Razer、Laview)使用了2毫秒的MCU,全速USB設計,因此數據從SPI傳送到MCU,以及從MCU傳輸到主機電腦,傳輸時間上的配合尤為重要。

什麼是雷射滑鼠?

  雷射滑鼠其實也是光電滑鼠,只不過是用雷射代替了普通的LED光.好處是可以通過更多的表面,因為雷射是 Coherent  Light(相干光),幾乎單一的波長,即使經過長距離的傳播依然能保持其強度和波形;而LED 光則是Incoherent Light(非相干光)。

  雷射滑鼠傳感器獲得影像的過程是根據,雷射照射在物體表面所產生的幹涉條紋而形成的光斑點反射到傳感器上獲得的,而傳統的光學滑鼠是通過照射粗糙的表面所產生的陰影來獲得。因此雷射能對表面的圖像產生更大的反差,從而使得「CMOS成像傳感器」得到的圖像更容易辨別,提高滑鼠的定位精準性。

什麼是滑鼠的全速USB技術?

  全速USB技術是指USB Full Speed, 相對於傳統的Low Speed的每秒1.5Mb傳輸速度,它的傳輸速率為可達12Mb每秒。因為兩者都以6500fps為原始數據,遊戲過程中發生的大量的滑鼠移動,傳統滑鼠所使用1.5Mb/s的Low Speed USB接口在特定的環境下有可能成為數據流的瓶頸。因此有必要將接口的全速速度提升到Full Speed,使滑鼠的實際移動反映到屏幕光標時更加實時。

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