Proe/Creo鼠标结构设计及原理

—总有你想学习的内容—

光电鼠标是通过红外线或者激光检测鼠标的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，通过程序的处理控制屏幕中光标箭头的移动。

一.鼠标的结构

光学鼠标主要由四部分的核心组件构成，分别是发光二极管、透镜组件、光学引擎以及控制芯片组成。

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”，实现与主板USB接口之间的桥接。当然，它也具备了一块控制芯片所应该具备的控制、传输、协调等功能。 

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。 

光学感应器 

光学感应器是光电鼠标的核心。 

光学感应器主要由CMOS感光块(低档摄像头上采用的感光元件)和DSP组成。CMOS感光块负责采集、接收由鼠标底部光学透镜传递过来的光线(并同步成像)，然后CMOS感光块会将一帧帧生成的图像交由其内部的DSP进行运算和比较，通过图像的比较，便可实现鼠标所在位置的定位工作。 

 

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。 

 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。

二．鼠标的原理

光电鼠标的工作原理是：在光电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）内成像现在，翻过一只发红光的光学鼠标，您都可以看到一个小凹坑，里面有一个小棱镜和一个透镜。工作时，从棱镜中会发出一束很强的红色光线照射到桌面上，然后通过桌面不同颜色或凹凸点的运动和反射，来判断鼠标的运动。

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x, y方向的移动数值。再通过SPI传给鼠标的微型控制单元。鼠标的处理器对这些数值处理之后，传给电脑主机。

传统的光电鼠标采样频率约为3000 Frames/sec（帧/秒），也就是说它在一秒钟内只能采集和处理3000张图像。

根据所讲述的光学鼠标工作原理，我们可以了解到，影响鼠标性能的主要因素有哪些。 

第一，成像传感器。成像的质量高低，直接影响下面的数据的进一步加工处理。

第二，第二，DSP处理器。DSP处理器输出的x，y轴数据流，影响鼠标的移动和定位性能。 

第三，SPI于MCU之间的配合。数据的传输具有一定的时间周期性（称为数据回报率），而且它们之间的周期也有所不同，SPI主要有四种工作模式，另外鼠标采用不同的MCU，与电脑之间的传输频率也会有所不同，例如125MHZ、8毫秒；500MHz，2毫秒，我们可以简单的认为MCU可以每8毫秒向电脑发送一次数据，因此数据从SPI传送到MCU，以及从MCU传输到主机电脑，传输时间上的配合尤为重要。

激光鼠标

激光鼠标其实也是光电鼠标，只不过是用激光代替了普通的LED光．好处是可以通过更多的表面，因为激光是 Coherent  Light（相干光），几乎单一的波长，即使经过长距离的传播依然能保持其强度和波形；而LED 光则是Incoherent Light（非相干光）。

激光鼠标传感器获得影像的过程是根据，激光照射在物体表面所产生的干涉条纹而形成的光斑点反射到传感器上获得的，而传统的光学鼠标是通过照射粗糙的表面所产生的阴影来获得。因此激光能对表面的图像产生更大的反差，从而使得“CMOS成像传感器”得到的图像更容易辨别，提高鼠标的定位精准性。

从光路上来说，激光鼠标较之普通光电鼠标至少有两大不同：首先，激光鼠的光学传感器并不像传统光电鼠那样，位于照明区域的正上方，而是在照明区域的侧面，我们知道，在光线尤其是相干光反射时，入射角等于反射角，因此，光线最强的区域在侧面角度与激光发射角度相通的位置上。而激光鼠标正是将光学传感器设置在这一位置，这样，传感器可接受到更明亮的图像，识别判断自然更精确。

其次，激光鼠标使用的是点成像，也就是说，激光在汇聚后，只照明一个极小的区域，而传感器的透镜，也只汇聚识别这个极小区域的图像。这相对于让鼠标用放大镜看桌面，不仅可以极大的提高鼠标的分辨率，定位精度较之面成像的传统光学引擎，也高了不少。

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