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科個普 原來你是這樣的滑鼠

作者:智趣東西

平日日常使用的滑鼠是如何工作的呢,可能這個問題很多人都沒有仔細想過吧?為什麼它能夠在螢幕上自如滑動“指哪點哪”,滑鼠點選又是如何轉化成執行的操作?還有,為什麼滑鼠有的時候會出現連擊現象,這是哪裡出現了問題?如果你也有這些一文,我們可以深入其中,一探究竟。

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滑鼠誕生記

1968年12月9日,全世界第一個滑鼠誕生,發明者設計滑鼠的初衷就是為了使計算機的操作更加簡便,來代替鍵盤那繁瑣的指令。最初的滑鼠是一隻小木頭盒子,工作原理是由它底部的小球帶動樞軸轉動,并帶動變阻器改變阻值來産生位移信号,信号經由電腦處理螢幕上的光标就可以跟随移動。

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滑鼠真正開始普及,是在蘋果公司以四萬美元買下滑鼠生産許可後才發生的。當年著名的Lisa電腦是第一個标配滑鼠的産品,配套的滑鼠與衆不同的一點是它使用了一個鋼球,而不是之後出現的現代滑鼠裡的橡膠球。

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1982年羅技公司發明世界第一款光電機械滑鼠,也就是這個時候滑鼠基本結構成熟,至今我們使用的滑鼠都沒有擺脫當初的設計思路。

1999年光學滑鼠橫空出世,安捷倫推出了世界上第一款基于LED的光學滑鼠産品。這種滑鼠不需要工作在滑鼠墊上,在光學定位技術上取得了決定性的突破。

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滑鼠如何工作?

操作滑鼠時光标的準确度,主要取決于感應器(滾輪或光電感應)與握持部位之間的關系。設計不佳的滑鼠,無法引導使用者以較舒适的方式使用滑鼠,也能導緻指針的準确性不佳。以我們日常使用最多的光學滑鼠為例,一個滑鼠的内部構造主要以PCB電路闆(包括發光二極管、光學引擎傳感器、主要晶片、光學透鏡、)為核心,配以光栅滾輪或機械式滾輪(非光栅滾輪)、ABS材質的外殼、按鍵、線材(或無線收發器)、微動開關組成、光學透鏡幾個部分組成。

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那麼滑鼠如何工作的呢?光學滑鼠首先通過底部的LED燈以30度角射向平面、如桌面,通過照射出粗糙的表面所産生的陰影(無論看起來多麼光滑,實際上都是坑坑窪窪的),經由平面的折射透過透鏡回報到傳感器上。當你移動滑鼠的時候,光學引擎傳感器會“記錄”獲得一個連續的圖像,然後通過内部的數字信号處理器(DSP)對每張圖檔的前後對比分析處理,進而判斷滑鼠的移動方向及位置,進而獲得X、Y軸的坐标。

接着,通過SPI傳給傳給滑鼠的微型控制單元,即主要晶片。主要晶片經過計算,将獲得的結果資料或是通過線纜或是通過無線信号傳輸給電腦。這裡,所謂的“記錄”獲得一個連續的圖像,實際上就是滑鼠的采樣率。它的機關是Frames/sec(幀/秒),表示在一秒内滑鼠可以采集和處理的圖像究竟是什麼樣的水準,自然,這個數值越高越好。

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滑鼠無論是傳統LED光學滑鼠,還是使用雷射為光源的滑鼠,本質上都屬于光學滑鼠範疇,差別在于,雷射光源屬于相幹光(Coherent Light),它的波長非常單一,即便經過長距離傳輸依然能保持其強度和波形,表現穩定,而LED光源則屬于非相幹光(Incoherent Light)。

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雷射光源獲得影像的過程是根據雷射照射在物體表面,其所産生的幹涉條紋而形成的光斑點,再反射到傳感器上獲得,傳統的LED光源則通過照射粗糙的表面所産生的陰影來獲得。是以雷射光源能對表面的圖像産生更大的反差,進而光學引擎傳感器得到的圖像更容易辨識,進而提高滑鼠的定位精準性。

微動是什麼?

除了滑鼠指針的移動,那麼滑鼠的點選又是如何産生的呢?本質上,絕大多數滑鼠是通過微動開關的觸發來實作的。

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微動開關是具有微小接點間隔和快動機構,用規定的行程和規定的力進行開關動作的接點機構,用外殼覆寫,其外部有驅動杆的一種開關,因為其開關的觸點間距比較小,故名微動開關,又叫靈敏開關。微動開關具有微小接點間隔和速動機構,用規定的行程和力進行開關動作的接點機構,被外殼覆寫,其外部有傳動器,且外形較小。微動開關由5個大類的構成要素組成。其觸點間距較小,力矩較大,一般外部有驅動杆。

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外機械力通過傳動元件(按銷、按鈕、杠杆、滾輪等)将力作用于動作簧片上,當動作簧片位移到臨界點時産生瞬時動作,使動作簧片末端的動觸點與定觸點快速接通或斷開。當傳動元件上的作用力移去後,動作簧片産生反向動作力,當傳動元件反向行程達到簧片的動作臨界點後,瞬時完成反向動作。微動開關的觸點間距小、動作行程短、按動力小、通斷迅速。傳統的機械結構微動開關,長時間閑置或是長期使用,或多或少存在着實體磨損以及氧化問題,會導緻接觸不良,或者觸點位置偏移造成無法觸發、輕按兩下等問題。目前廠商都會通過不同方法來增加彈簧片耐磨損能力來提高壽命,或采用合金材質來增強觸點部分的電氣性能。

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也就是說,微動開關是一種機械式開關,除了筆記本使用的觸摸闆,蘋果的Magic Mouse滑鼠采用電容感應原理之外,絕大多數滑鼠産品都是依靠這種機械式觸發開關來實作點選操作的。

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目前的微動開關種類可以分為傳統微動、靜音微動、光學微動等幾大種類,微動品牌主要是歐姆龍、松下、櫻桃、IC、ZIPPY、TTC、凱華、雙飛燕、富勒、華諾等。

從觸發壽命看,從500萬次級别至6000萬次級别都有,當然入門級、中端滑鼠産品多采用500萬次至1000萬次産品,2000萬次乃至6000萬次的産品,或是高端滑鼠标配、DIY使用者自行購買更換為主了。其實,絕大部分滑鼠的損壞不過是微動開關出現故障,光學引擎、主要晶片都是好好的。

滾輪是怎麼工作的?

除了按鍵,滑鼠另一個重要的組成部分就是滾輪了,它的出現其實要比滑鼠晚了許多。1995年,滑鼠滾輪出現Genius公司發明了“多元混合滑鼠器裝置”,其目的是為了更加友善的控制滑鼠的移動。它在兩個标準滑鼠按鍵間加了一個膠化塑膠滾輪,這個滾輪也可以當做按鍵。另外,滾動它就能夠輕易地滾動視窗頁面。

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滑鼠的滾輪設計一般包括兩種,一個是光栅式滾輪,另一個是機械式滾輪。目前,機械式滾輪占有統治級地位。機械式滾輪與光栅結構滾輪相比,機械編碼器滾輪具有安裝容易,結構簡單,主要程式設計容易等優點,目前絕大部分滑鼠都使用機械編碼器結構制作滑鼠滾輪。與光栅式滾輪不同,機械式滾輪核心元件僅包括一個機械編碼器即可完成工作。滑鼠滾輪滾動帶動編碼器内的轉盤轉動,轉盤上的觸點與編碼器内部固定觸點相接觸而産生通斷信号。

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兩相對比,光栅式滾輪之于機械式滾輪的優點就是滾動比較精準,但是它的機械結構決定了壽命不及光栅式滾輪耐用。光栅式滾輪是一個對稱的設計,軸的支點在滾輪正中。而機械式滾輪的輪軸支點實際上是偏向一側,長期使用時受力并不均勻,壽命自然要來得差一些。另外,機械滾輪的滾動感受和耐用品質非常依賴于滾輪生産商的用料、設計,一些低價産品就是因為用料不佳導緻耐用性較差。

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有趣的是,光栅式滾輪的成本其實是要高于機械式滾輪的,這恐怕是很多人沒有想到的,同等級别的滑鼠産品,如果是采用光栅式滾輪,其售價必然要高出采用機械式滾輪的。除了精度問題、成本問題,光栅式滾輪競争不過機械式滾輪另一個重要願意在于耗電問題——當下越來越多的滑鼠采用無線設計,無論是2.4GHz産品還是藍牙産品,為了盡可能延長電池使用續航時間,都會想盡辦法優化,光栅式滾輪本質上是依靠電信号判斷的,耗電問題始終不可逾越——機械式滾輪隻有導通、斷開的問題,不消耗任何電能,是以,光栅式滾輪已經被滑鼠廠商抛棄了。