光学鼠标传感器

光学鼠标传感器

光电134 苗书凡2013151415

光学鼠标传感器是生活中常见的传感器。它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。

一.光学传感器的组成及光学特性：

1.光学鼠标控制芯片

光学鼠标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。

CMOS传感器是一款非接触式芯片，集成有数字信号处理器（DSP）、双通道正交输出端口。芯片底部有感光眼，对物体拍照、传输、处理，得到移动的方向和距离。DSP产生的位移值，转换成双通道正交信号，配合鼠标控制器，将它转换成单片机能够处理的PS/2数据格式。

鼠标中OMO2芯片为CMOS型传感器，因此必须配有与之适应的高强度发光二极管。按标准安装配合之后，在一定范围之内，OMO2芯片可以进行正常的数据接收检验。

2. 光学透镜组件

光学透镜组件被放在光学鼠标的底部位置，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。

透镜中的光焦度为正值称为正透镜，因为对光起到汇聚作用，在光学鼠标中两面的透镜都是正透镜。按照形状不同，正透镜又可分为双凸、平凸和月凸三种。

3.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。

LED有非可见光和可见光两个系列。非可见光系列LED用辐射度来度量起

光学特性，可见光系列LED可用光度来度量起光学特性。

1）发光强度

LED发光发光强度表征它在某个方向的发光强弱，由于LED在不同的的空间角度发光强度相差很多。随之而来的是研究LED发光强度分布特性。

2）发光峰值波长及其光谱分布

LED所发的光并非单一波长，无论什么材料制成的LED，LED的光谱分布曲线都有一个相对发光强度最强与之相对应有一个波长，这个波长家峰值波长。LED光谱分布于所用化合物半导体种类、性质及PN结构有关，与器件几何图形无关。

3）光通量

表示LED总光输出的辐射能量，它标志着器件的性能优劣。光通量为LED 各个方向发光能量之和。光通量与芯片材料、封装工艺水平及外加恒流源大小有关。

二.传感原理

光学鼠标通过底部的LED灯，灯光以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。

它是通过检测鼠标器的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕上的光标箭头的移动的一种硬件设备。光电鼠标的光电传感器取代了传统的滚球。这类传感器需要与特制的、带有条纹或点状图案的垫板配合使用。它用光断续器来判断信号，其最显著特点就是需要使用一块特殊的反光板作为鼠标移动时的垫。这块垫的主要特征是它的微细的一黑一白相间的点。这是因为，在光电鼠标的底部，有一个发光二极管和两个相互垂直的光敏管。当发光二极管分别照射到白点和黑点时，会产生折射和不折射两种状态，而光敏管

对这两种状态进行处理后便会产生相应的信号，从而促使电脑作出反应。如果没

有那块垫，光电鼠标就不能工作。光电鼠标内部有一个发光二极管，通过它发出的光线，可以照亮光电鼠标底部表面(这是鼠标底部总会发光的原因)。此后，光电鼠标经底部表面反射回的一部分光线，通过一组光学透镜后，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，被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)分析处理。该芯片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。

三．根据上述的原理可以了解到影响鼠标性能的主要原因：

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，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，目前已经有三家厂商（罗技、Razer、Laview）使用了2 毫秒的MCU，全速USB设计，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。

根据以上的知识可以进一步了解鼠标传感器，运用了LED 发光二极管和单

片机等一些东西。这也是生活中比较常见的一种传感器。