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从机械到触控 鼠标工作原理全面解析

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一直以来,鼠标作为我们最频繁接触的电脑输入设备之一,似乎并没有受到人们过多的关注。众所周知在早几年,大多数用户都只愿意在鼠标身上花费不超过20元投资,当然此种情况今

  一直以来,鼠标作为我们最频繁接触的电脑输入设备之一,似乎并没有受到人们过多的关注。众所周知在早几年,大多数用户都只愿意在鼠标身上花费不超过20元投资,当然此种情况今天已难得一见,应用的进步让人们对鼠标开始提出更多的要求,包括舒适的操作手感、灵活的移动和准确定位、可靠性高、不需经常清洁,鼠标的美学设计和制作工艺也逐渐为人所重视。

  现如今的鼠标已经呈多元化发展趋势,从机械鼠标、光电鼠标激光鼠标到前不久最新推出的触控式鼠标等,都拥有各自的用户群体。可以说,在鼠标漫长发展的四十年里,我们也在经历着从简单操作到愉悦触摸的非凡感受。

  鼠标的英文原名是“Mouse”,这是一个很难以翻译的单词,很多人对于这个词有很多的理解,比如“滑鼠”、“电子鼠”等。鼠标是一种移动光标和实现选择操作的计算机输入设备。随着“所见即所得”的环境越来普及,使用鼠标的场合越来越多。它的基本工作原理是:当移动鼠标器时,它把移动距离及方向的信息转换成脉冲送到计算机,计算机再把脉冲转换成鼠标器光标的坐标数据,从而达到指示位置的目的。

  世界第一款鼠标1968年12月9日,全世界第一个鼠标诞生于美国加州斯坦福大学,它的发明者是Douglas Englebart博士。Englebart博士设计鼠标的初衷就是为了使计算机的操作更加简便,来代替键盘那繁琐的指令。他制作的鼠标是一只小木头盒子,工作原理是由它底部的小球带动枢轴转动,并带动变阻器改变阻值来产生位移信号,信号经计算机处理,屏幕上的光标就可以移动。自此,鼠标和PC就结下了那种难以用言语表达的不解之缘。这款鼠标的鼻祖与今天的鼠标结构大不相同,甚至还需要外置电源给他供电才能正常工作。

  世界上第一款鼠标的问世,证明了电脑输入设备进入了一个新的时代,以至鼠标成为现如今不可或缺的电脑外设产品。

  机械鼠标主要由滚球、辊柱和光栅信号传感器组成,是通过移动鼠标,带动胶球,胶球滚动又磨擦鼠标内分管水平和垂直两个方向的栅轮滚轴,驱动栅轮转动。栅轮轮沿为格栅状。紧靠栅轮格栅两侧,一侧是一红外发光管,另一侧是红外接收组件。红外接收组件为一三端器件,其中包含甲乙两个红外接收管。在水平和垂直栅轮夹角正对方向有一压紧轮,它使胶球无论向何方向滚动都始终压紧在两个栅轮轴上。

  通过ps/2 口或串口与主机相连。接口使用四根线,分别为电源 , 地,时钟和数据。正常工作时,鼠标的移动转换为水平和垂直栅轮不同方向和转速的转动。栅轮转动时,栅轮的轮齿周期性遮挡红外发光管发出的红外线照射到接收组件中的甲管和乙管,从而甲和乙输出端输出电脉冲至鼠标内控制芯片。由于红外接收组件中甲乙两管垂直排列,栅轮轮齿夹在红外发射与接收中间的部分的移动方向为上下方向,而甲乙接收管与红外发射管的夹角不为零,于是甲乙管输出的电脉冲有一个相位差。

  显而易见,这种机械鼠标的精度受到了桌面光洁度、采样精度等多方面因素的制约,因此并不适合在高速移动或者大型游戏中使用。不过,由于这种第一代机械鼠标出现的时候,大部分PC的系统软件和操作软件都只是刚刚开始使用GUI,因此这个矛盾并不突出。

  机械鼠标由于鼠标内的滚球很容易脏,滚球脏后,导致鼠标丢帧,因此需要经常清理以及鼠标的DPI较低而且是固定的,很不便于用户使用。

  机械鼠标的推出使得众多电脑外设发明家将鼠标的研究作为重点工程,而机械鼠标在发展到一定时期,其诸多缺陷使得专家们开始寻求突破点,1999年,微软生产出世界上第一个光学鼠标产品,其中包括IntelliMouseExplorer。IntelliMouseOptical和wheelMouseOptical。光学鼠标的诞生也成为自20世纪60年代鼠标诞生以来,在鼠标技术上取得的最大进步。

  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。这样,当光电鼠标移动时,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。

  现在看来,微软不光是一个软件的帝国,同时也是硬件先驱者。就在它推出的光学鼠标进入市场以后,凭借低廉的成本受到全球用户的高度认可,并且在之后的五、六年里,一度风靡全球,尤其是微软IntelliMouseExplorer光学引擎的出现,在其优良的性能基础上,当时涌现出不少优质经典光学鼠标,我们熟知的微软IE3.0鼠标便是其中之一,直到现在,仍然受到很多CS玩家的狂热追捧。

  光电鼠标可以说是鼠标发展历程中的最重要的一部分,但是光电鼠标的兼容性不高,适应程度远远不如激光鼠标。

  光电鼠标必须依赖反射板,它的位置数据完全依据反射板中的网格信息来生成,倘若反射板有些弄脏或者磨损,光电鼠标便无法判断光标的位置所在。倘若反射板不慎被严重损坏或遗失,那么整个鼠标便就此报废;

  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。

  在激光技术的基础上,各大厂商又推出了类似的不同技术,比如微软在2008年推出的蓝影技术、双飞燕在2006年推出的赛激光技术、罗技在2009年推出的无界技术以及新贵在2010年推出的九九过界技术等等。

  多点触控 (又称多重触控、多点感应、多重感应,英译为Multitouch或Multi-Touch)是采用人机交互技术与硬件设备共同实现的技术,能在没有传统输入设备(如:鼠标、键盘等。)下进行计算机的人机交互操作。多点触摸技术,能构成一个触摸屏(屏幕,桌面,墙壁等)或触控板,都能够同时接受来自屏幕上多个点进行计算机的人机交互操作。

  首先,我们从已经深入大家生活的MP3、手机的触摸屏讲起。包括比较高端的多点触控屏,大部分IT产品采用的是电容式触摸屏,和更早期的电阻式触摸屏相比,电容式触摸屏的市场前景更加广阔。

  这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置。

  多点触控技术是一项新的鼠标技术,触控技术的发展势头近几年可以说是非常的迅猛,但由于存在操作延迟、工作效率低等根本问题,短期内还不能够起到替代键鼠产品的作用。但是已经有键鼠外设厂商行动起来,开发出了结合触控技术的新产品。而键鼠外设的未来发展,还是需要厂商们开动脑筋,依靠自己的研发实力闯出一片天地。

  至此,鼠标格局已经出现转变,厂商们在鼠标市场推广方面已经根据用户开始进行市场细分化,游戏鼠标、办公鼠标、笔记本鼠标均有了新定义和新的市场范畴,其性能和功能都发生着巨大变化。

  而从目前的情况来看,越来越多的采用蓝牙技术和多点触控技术的鼠标产品出现在外设市场里,不过由于存在一些根本问题,短期内多点触控式技术还不能够起到替代键鼠产品的作用。相信在不久的将来它们都会成为外设的主流产品。

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