光学鼠标设计技术解析

计算机鼠标一直是十分重要的用户接口 技术之一，从1960年代末的早期鼠标原型开始，鼠标已经历了相当长的时间，日新月异的技术创新也使得鼠标性能不断改良。微软(microsoft)公司最新推出的一款光学鼠标更为鼠标的定位与可用性开启了一扇新技术之窗。

鼠标的作用举足轻重、便宜，而且直观易用。同时，如同任何现有的技术一样，鼠标在技术发展过程中也持续地演进。微软公司新近发布的bluetrack系列鼠标，推动了照明与影像处理领域的技术创新。顾名思义，bluetrack所使用的蓝光照明取代了传统光学鼠标一般所发出的红光或雷射光。

所有的光学鼠标都具有相同的作业前决条件。光学鼠标所滑行的表面由一个led所照亮──通常是利用一些光学组件将单点光源转换成较大范围的光线。然后，照亮鼠标垫表面上的光被导向第二个曲面透镜，该透镜将照明区域的反射光聚焦于较低分辨率的影像传感器上。无论画素多低，影像处理都能够透过‘读取’鼠标垫表面的精密特性，并确定成像移动时的相对方向以辨识动作。透过观察经过的环境，鼠标能够辨识它所移动的路线。

然而，众所周知，鼠标所用以滑行的表面对于鼠标的反应相当重要。如果缺少可追踪的表面变化或模式，那么鼠标也许能够移动但光标却没办法。微软公司的解决方案采用了非雷射蓝光光源和专利的光电技术以取代传统的红光/红外线led(通常称为雷射led)，期望能够有效改善鼠标滑行表面的可用范围。

这种蓝光技术据称可提供更高对比度的影像，在某种程度上还类似于紫外线，可使隐藏的细节一一呈现(想象一下犯罪现场的侦查情景)。微软公司也运用了led光源的扩散性，使其在照明区域内提供更均匀的光通量。

在 折卸掉所有隐藏的螺钉之后，微软公司这款blue-track鼠标即可一览无疑了，用于* 的led是一款采用光学塑模的简单* 导向组件，这种半透明乳 状胶囊密封材料可实现透射特性。其它几个蓝光led环绕在鼠标周围，但其作用仅用于装饰、照亮产品标志，或在鼠标外壳周围形成像月晕效应(halo effect)的蓝色光晕。

这一光学设备的另一半是一款cmos影像传感器和影像处理器asic，就我所知是由微软公司所设 计与制造的。传感器封装中内建窗口使反射的影像能够达到该组件的24×24画素数组(就成像标准来看，其分辨率仍低，但应用于此已绰绰有余)。由于该组件 具有控制、处理与成像功能(全部由两颗aa电池供电)，因此采用小型画素数组较能降低功耗，并可能在特定的功耗条件下提高讯框处理速率。该asic采用 atmel公司32kb(4kb)eeprom来储存嵌入式程序代码。

光学技术在滚轮中导入了另一项鼠标设计的关键功能──用于滚动控制的塑模‘滚轮’(wagonwheel)形成一个光学斩波器，并应用于led/光电晶体管的滚轮动作感应。其它的鼠标输入功能也相当丰富，但就 如同平常左/右鼠标键激活的简单表面装贴开关，以及按压和倾斜滚轮以实现特殊功能等动作一样。由于鼠标缺乏其它逻辑，因此控制器的开关、滚轮斩波器编码和 usb通讯本身全部都在微软的主要asic上完成。

该设计在鼠标和计算机主机之间采用了最受欢迎的无线链路，而不必使用混乱的连接线。在主机端，使用了一个小型usb dongle接收来自鼠标的所有移动数据；但是有趣的是，该芯片解决方案并不符合usb产业联盟所建立的wireless usb标准。nordic semiconductor公司在链路两端提供专有的2.4ghz收发器(但链路两端有些许不同)。这款鼠标采用nordic公司的nrf24l01元 件，而usb部份则采用了nrf24lu1组件。收发器单芯片中内建eeprom，因而也不需使用额外的内存。

鼠标的大部份电子组件都集中在两块较大的印刷电路板上，而滚轮和开关则位于与可挠性电路相连的扩展板上。总共大约需要十二块塑模片，内部的小螺丝则用来将所有塑模等组件紧扣在一起。

现在，计算机鼠标已经诞生四十周年了，它一直是大多数计算机用户进行定位工具的重要选择，至今鼠标技术还在不断演进中。光学技术取代了过去非常容易沾上尘埃的机 械滚轮，而今在照明光源和影像处理方面也进一步改善，使用户在使用鼠标时更能精确定位，同时，随着这款号称几乎什么表面都能滑的bluetrack出现， 鼠标对于滑行表面材质的要求也不再那么严苛了。