原创 OREO 力学科普
在数字化时代，鼠标已经成为我们与计算机交互不可或缺的工具。它不仅提高了工作效率，也丰富了我们的数字生活。鼠标总是能精准地感应到人手的移动方向和距离，从而到达人指定的位置，给我们的计算机操作过程带来了极大的方便。
那么，鼠标是如何感应移动的呢？为什么放在鼠标垫上的鼠标会更好使呢？
鼠标的由来
鼠标的概念最早出现在 20 世纪 60 年代，由美国计算机科学家道格拉斯・恩格尔巴特（Douglas Engelbart）提出。1963 年，恩格尔巴特在斯坦福研究所进行人机交互研究时，发明了世界上第一个鼠标原型。
🔺 "鼠标之父"------ 道格拉斯・恩格尔巴特（Douglas Engelbart）
这个原型设备由木制外壳和两个金属滚轮组成，它的出现代替了键盘繁琐的指令，从而使计算机操作更加简便。这只鼠标的工作原理也很简单，由底部的小球带动枢轴转动，继而带动变阻器改变阻值，从而产生位移信号，并将信号传至主机。这只鼠标的尾部接着一条连线，使它看起来很像一只小老鼠。于是，人们直接将它称为 "Mouse"，这就是 "鼠标" 名字的由来。
🔺 最早的鼠标
鼠标的工作原理
鼠标的种类繁多，主要包括机械鼠标、光机鼠标、光电鼠标和激光鼠标等。
机械鼠标
最早期的鼠标就是上面提到的机械鼠标，机械鼠标的工作原理基于内部的滚珠和滚轴。 当用户移动鼠标时，底部的滚珠随之滚动，滚珠的运动通过两个垂直的滚轴传递给内部的旋转编码器，编码器将这些物理运动转换为电信号。这些信号经过处理后，变成计算机屏幕上光标的移动。
🔺 机械鼠标的背面及内部的滚珠
光机鼠标
光机鼠标是传统机械鼠标的升级版，融合了光电技术以提升定位精度和耐用性。其核心原理是利用橡胶球驱动两个垂直传动轴，轴上的光栅轮与发光二极管及光敏三极管配合，通过光栅轮的旋转阻断光线产生脉冲信号。 这些信号经过内部芯片处理，转化为屏幕上的精确移动和速度，由 CPU 接收。
🔺 光机鼠标
光电鼠标
光电鼠标是鼠标技术发展的重要里程碑，它的核心技术是光电传感器，它利用光学原理检测鼠标的移动。 光电鼠标内部有一个发光二极管（LED），LED 能发出光线，光线通过透镜照射到鼠标垫上。光学传感器能接收鼠标垫反射回来的光线，光学传感器就像照相机一样，能不断将鼠标垫反射回来的画面进行拍照。当我们鼠标移动时候，就会拍到很多不同的画面，鼠标内部有专用的图像处理芯片，通过对这些照片进行比较分析，就能计算出鼠标移动的轨迹了。
🔺 光电鼠标工作原理
激光鼠标
激光鼠标是光电鼠标的改进版本，采用激光二极管作为光源。与 LED 光源相比，激光可以产生更高分辨率的光束，能够在更多种类的表面上工作，包括一些光电鼠标难以检测的光滑表面和复杂纹理。激光鼠标因此在精度和适应性上都有显著提升。
🔺 激光鼠标和光电鼠标
鼠标垫的作用
01 提供更好的移动精度
鼠标需要感知鼠标垫上规则的小颗粒才能分辨自己的相对位置。 虽然普通的粗糙表面也有无数个小颗粒，可以在发光二极管或激光的照射下形成可被鼠标识别的影像，但是这不能保证每个颗粒大小合适，排列均匀。
另外，桌面上的碎片、灰尘也会被光电鼠标识别，影响鼠标正常判断自己的位置和速度 。在玻璃、金属等光滑表面或者某些特殊颜色的表面上，鼠标就彻底无法工作了，表现为光标顿滞、颤抖、漂移或无反应，甚至光标遗失。这是因为光电鼠标的光学引擎是通过接收图像来判定光标方位的。
02 提供适当的摩擦力
鼠标垫的材料通常会提供适中的摩擦力。如果表面过于光滑，很可能无法产生足够多的漫反射光线，这样感应器所接收到的反射光线强度就会很弱，令定位芯片无从判别，由此造成鼠标工作不正常的窘况。
光学引擎通过拍摄图像并比较差异来实现光标定位，而要拍摄图像就要求感应器可捕捉到一定光强、均匀漫反射的反射光。
03 保护桌面和鼠标
长期在桌面上使用鼠标会对桌面表面造成磨损，同时也会对鼠标底部的滑动部件产生磨损。使用鼠标垫可以减少这些磨损，从而延长桌面和鼠标的使用寿命。
鼠标作为计算机操作的重要工具，其技术原理和使用方式不断演进和优化。从机械鼠标到光电鼠标，再到激光鼠标，每一次技术进步都给我们带来了更好的体验。
此外，好马还需配好鞍，鼠标垫作为鼠标的重要配件，给鼠标的使用提供了更高的移动精度和适当的摩擦力，保护了我们的桌面和鼠标。
参考文献
[1] 高弘毅。光学鼠标的结构与工作原理 [J]. 电子测试，2003 (09):108-113.
[2] 周获。基于 MEMS 技术的无线空中鼠标的研究 [D]. 华侨大学，2013.
[3] 鼠标为什么在鼠标垫上才好用？
[5] 天天科普 | 鼠标为什么放在鼠标垫上才好用？
via:
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鼠标为什么要放在鼠标垫上才好用？ 原创 OREO 力学科普 2024年08月08日 09:03 北京