编辑带你认识鼠标：鼠标的前世与今生

    泡泡网鼠标键盘频道3月19日 鼠标诞生之际本人们称之为“显示系统纵横位置指示器”，因形似老鼠而得名“鼠标”（也有滑鼠之称）。“鼠标”的标准称呼应该是“鼠标器”，英文名“Mouse”。鼠标的使用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。如今人们的日常办公不能没有鼠标，但对于天天在握在手中的鼠标你是否真正的了解它？是否知道它的过去和现在？对于它的结构、性能、工作原理是否明白？为了让大家更进一步的了解鼠标，小编在此特别策划了有关鼠标的一些介绍，首先从鼠标的《前世与今生》谈起。

    鼠标的创造者

    道格拉斯·恩格尔巴特（Douglas C. Engelbart）——鼠标的发明人和超文本研究的先驱。1964年，道格拉斯·恩格尔巴特发明了全球先进只鼠标，但当时并没有急于公众于世，而是在1968年的旧金山秋季计算机研讨会上进行了展出。后来这款鼠标在1973年时随Xerox（施乐）推出的Alto电脑而正式发售。

    道格拉斯·恩格尔巴特人物简介：

    恩格尔巴特1925年1月30日生于美国俄勒冈州的波特兰(Portland)。1948年在俄勒冈州立大学取得学士学位，1956年在加州大学伯克利分校取得电气工程／计算机博士学位。完成学业以后，进入著名的斯坦福研究所SRI工作，一干就是20年。他离开SRI以后，先后在Tymshare公司和McDonnell Dougllas公司任高级研究员。1989年，他和女儿克里斯蒂娜·恩格尔巴特（Christina Engelbart）一起在硅谷Palo Alto创建Bootstrap研究所，并领导该所的研究工作至今。

鼠标之父 道格拉斯·恩格尔巴特

    恩格尔巴特最早设计的鼠标在目前看来只是一个非常简陋的木质盒子（X-Y Position Indicator for a Display System），它是利用鼠标移动时引发电阻变化来实现光标的定位和控制的。这款鼠标底部装有两个相互垂直的圆轮装置，每个圆轮分别带动一个机械变阻器，当鼠标移动之时会改变变阻器的电阻值。为了配合当时GUI的移动，鼠标从一开始就融入移动、命令两种理念，而对于目前的鼠标来说，其工作原理并没有发生本质的转变，道格拉斯博士为鼠标的诞生和发展打下了极为件事的基础。

道格拉斯·恩格尔巴特与世界靠前款鼠标

    人们在鼠标发展历史中将第一代鼠标将其定义为“轮式机械鼠标”，而在它诞生以后的40多年发展中又先后经历了滚球式机械鼠标时期——光电机械鼠标时期——光电鼠标时期——光学鼠标时期——激光鼠标时期等几个过程。以下就具体来介绍一下这些“鼠标时期”。

    轮式机械鼠标

    轮式机械鼠标最早诞生于1964年，由鼠标之父道格拉斯·恩格尔巴特所涉及。这款鼠标底部所用的并非是我们印象中的“滚球”，而是两片非球形的圆轮（好比是车轱轳）。这两个圆轮之间呈相互垂直放置，在每个圆轮的末端都与一个变阻器相连。当鼠标接触表面移动式由于摩擦力的影响，圆轮分别会沿X、Y轴移动，此时带动变阻器改变阻值，当鼠标自身所施加的电压不变的情况下鼠标反馈的电信号强度就会改变，此时相应的处理器就会捕捉这个信号反馈进行处理从，而得出他在水平、竖直方向的位移，并进一步将其转变为显示设备上的鼠标指针的位移。

    “Mouse”一词源于老鼠：第一款鼠标诞生之际，由于它可以控制电脑屏幕上光标的位置，取代了传统键盘的上、下、左、右移动，使得移动更加自如。而且它拖有一条常常的“尾巴”样子和老鼠十分相似，所以人们就称之为“Mouse”，也就是“鼠标”一词的由来。在1968年时道格拉斯·恩格尔巴特为他的设计申请了专利。

全球先进款鼠标

全球先进款鼠标

    这款鼠标时的诞生虽然在当时引起了不小的轰动，但是就我们现在来看，它在设计上存在着许多问题：第一，鼠标的造型过于死板，而且体积很大，棱角分明，毫无手感可谈；第二，鼠标采用了大量机械组件，在长期的试用下精准度肯定会有所下降；第三，鼠标采用的是模拟技术，在灵敏度上达不到较高的水平，以上因素导致意味着鼠标仍需要进一步的升级。  

　　但作为初生的新产品，我们不能对它苛求太多。原始鼠标的最大意义在于它的诞生意味着计算机输入设备有了更多样的选择，并为操作系统采用图形界面技术奠定了基础，我们很难想象，如果只有键盘，用户们该如何操作Windows或者Mac OS。

    滚球机械鼠标

    在第一代鼠标诞生后的4年之后也就是1972年，Bill English发明了滚球鼠标，而他正是恩格尔巴特博士那个原型鼠标的制造者。与第一代滚轮机械鼠标最大的不同就是这种机械鼠标的底部用一个圆形胶质球体取代了原来的垂直片状圆轮，当球体滚动时会打动接触的转轴（同样有X、Y轴之分），而在转轴的末端连接的是圆形的译码论，上附有金属导电片与电刷直接接触。

    滚球机械鼠标的原理

    当转轴转动时，这些金属导电片与电刷就会依次接触，出现“接通”或“断开”两种形态，前者对应二进制数“1”、后者对应二进制数“0”。接下来，这些二进制信号被送交鼠标内部的专用芯片作解析处理并产生对应的坐标变化信号。只要鼠标在平面上移动，小球就会带动转轴转动，进而使译码轮的通断情况发生变化，产生一组组不同的坐标偏移量，反应到屏幕上，就是光标可随着鼠标的移动而移动。

滚球机械鼠标示意图

滚球机械鼠标内部结构

    第一代滚轮机械式鼠标依靠电阻不同来定位的原理显然是跟不上市场的需求，机械鼠标取而代之虽说存在着必然性，但自身的确有所提高：第一，橡胶滚轮取代了X、Y轴圆轮，在操控性方面大大提升；第二鼠标大大减少了机械部件的使用，改善了由于长期磨损灵敏度和精准度下降的问题。

    虽然在但是看来，滚轮机械式鼠标已经有很大的进步，但对于电刷和编译轮的磨损依然引不能避免随着使用时间而精准度降低的困扰，所以它的“寿命”也并不长久，被随后的光电机械鼠标取而代之。

    光电机械鼠标（Opto-Mechanical Mouse）

    光电机械鼠标的诞生依然存在着必然性，为了解决机械磨损导致精准度下降的问题，引入光学定位引擎是迟早的事情，而光电机械鼠标的诞生则恰恰采用了这种设计。1982年全球最大键鼠生产厂商罗技设计出第一款光学机械鼠标——P4，这款鼠标与上一代纯机械式鼠标的差异并不大，不过在定位系统上则采用了更为精准且不易损耗的光学引擎，使得鼠标性能上有了质的飞跃。

    光机鼠标在精度、可靠性、反应灵敏度方面都大大超过原有的纯机械鼠标，并且保持成本低廉的优点，在推出之后迅速风靡市场，纯机械式鼠标被迅速取代。

罗技开山之作 第一款商业化光机鼠标——P4

    光机鼠标工作原理

    这种鼠标仍是通过在鼠标底部的滚球的移动，接触到鼠标内部分别位于X轴和Y轴的两个方向上的传动轴，带动传动轴末端的两个轮式结构转动。不同的是，在这个轮式结构上，放射状分布着类似于窗子一样的小孔，而在这个轮子的两测，分别布有红外线的发射和接受装置，当轮子旋转时，红外线不断地在两种状态中交替（被轮子的不透明部分遮挡/从轮式结构上的小孔处通过），从而在接受器处，形成一组明暗交替的信号，如果接收到光信号，感光芯片便会产生“1”信号，若无接收到光信号，则将之定为信号“0”，接收装置将这种信号转变为电子脉冲传送入专门的控制芯片内运算生成对应的坐标偏移量，确定光标在屏幕上的位置。

    可以说真正的鼠标时代是从光机鼠标开始的，时至今日仍有一些光机鼠标应用在各行各业之中。不过，光机鼠标也有其先天缺陷：底部的小球并不耐脏，在使用一段时间后，两个转轴就会因粘满污垢而影响光线通过，出现诸如移动不灵敏、光标阻滞之类的问题，所以使用光电机械鼠标的朋友经常会打开底盖把轨迹球和内部的滚轴清理一番，如此下去难免不让人心烦。随着使用时间的延长，光机鼠标无法保持原有的良好工作状态，反应灵敏度和定位精度都会有所下降，耐用性不如人意。

    光电鼠标

    光电鼠标的诞生将鼠标的“机械模式”与“非机械模式”彻底划分开来。它与光机鼠标可以算是先后出现于同一时期，但它则通过了全数字化工作模式保证了高精准度。这种光电鼠标没有传统的滚球、转轴等设计，其主要部件为两个发光二极管、感光芯片、控制芯片和一个带有网格的反射板（相当于专用途的鼠标垫）。工作时，光电鼠标必须在反射板上移动，X发光二极管和Y发光二极管会分别发射出光线照射在反射板上，接着光线会被反射板反射回去，经过镜头组件传递后照射在感光芯片上。感光芯片将光信号转变为对应的数字信号后将之送到定位芯片中专门处理，进而产生X、Y坐标偏移数据。

光电鼠标工作原理示意图

    光电鼠标可以说是一次不小的改革，但改革的并不彻底也可以说不算成功：第一，光电鼠标必须依赖反射板，鼠标的坐标数据完全取决于反射板上的矩阵网格，如果反射板受到损坏那么鼠标则无法继续使用；第二，由于光电鼠标的结构限制直接导致光电鼠标在移动方向上必须与反射板矩阵网格相垂直，并且鼠标不能够过快移动都则会出现丢帧现象；第三，光电鼠标在当时的制造成本过高，导致大部分普通消费者无法接受，以至于没有良好的市场基础。由于以上的诸多不利因素影响，光电鼠标的存在转瞬即逝，并没有取代光机鼠标而载入史册。

    光学鼠标（Optical Mouse）

    光学鼠标的原型实际上是在20世纪80年代初期，由两个发明者独立发明出来的。一个是来自MIT的Steve Kirsch发明的光学鼠标系统，他是通过内置的红外线发生器，向着涂有特殊的红外吸收涂层的金属鼠标垫发出红外光，然后通过一个四象限的红外传感器，追踪红外线被吸收后形成的轨迹，然后反馈到鼠标的处理芯片，通过特定的预测算法，来计算出鼠标的移动，这个系统比较复杂，连鼠标垫都必须是专用并且固定好的，所以没能在后来取得大的反响。

    而另外的一个发明者Richard.F.Lyon发明的光学鼠标，内置有一个16像素的可见光传感器，通过跟踪投射在鼠标垫表面的光点的移动，并将这种移动反馈给鼠标芯片，计算出鼠标的移动，并反馈给电脑。这个方式，更接近于后来的光学鼠标，后来也被一起卖给了Xerox。

    光学鼠标在工作原理方面与光电鼠标十分相近，在1999年微软推出一款名为“Intelli Mouse Explorer”的第二代光电鼠标，这款鼠标所采用的是微软与安捷伦合作开发的IntelliEye光学引擎，由于它更多借助光学技术，拥有可以兼容众多表面的光学鼠标传感器，具备了1500次/秒的扫描频率和400DPI的分辨率，随后该款鼠标被外界正式命名为“光学鼠标”。这款既保留了光电鼠标的高精度、无机械结构等优点，又具有高可靠性和耐用性，并且使用过程中无需清洁也可保持良好的工作状态，在诞生之后迅速引起业界瞩目。

最成功的一款光学鼠标微软IE3.0

    两大阵营，微软、罗技“鼠标之战”

    在微软推出第一款光学鼠标不就，2000年罗技公司同样与安捷伦合作推出了相关产品，而在此时微软已经完全掌握成熟的技术开始自立门户并在2001年末推出了第二代IntelliEye光学引擎，与此同时标志着微软、罗技的“鼠标之战”正式拉开序幕。而安捷伦作为第三方鼠标制造商默默的提供光学引擎产品，目前市面上非微软、罗技品牌的鼠标几乎都是使用它的技术。

    光学鼠标之所以大受欢迎得益于它的诸多有利因素：一，鼠标没有底部滚轮，无需担心长期使用后部件磨损、灰尘堆积而影响精准性；二，不需要借助反射板来定位，兼容性更加广泛；三，人体工学理念的融入，使得鼠标真正为人们的使用创造方便条件。

    激光鼠标（Laser Mouse）

    随着技术的遇见成熟，光电鼠标虽然在兼容性、分辨率、刷新率等方面都达到较高的水平，但对于一些高端、特定用户来说依然难以满足其需求（光学鼠标在一些表面无法正常工作，如玻璃），因此更进一步的鼠标升级跃跃欲试。从结构上来说，激光鼠标其实算是光学鼠标的一个变种。最早的激光鼠标出现在1998年，当时的“Sun Micro systems”为他们的SparcStation工作站配备了第一款激光鼠标。

好评颇高的罗技G9x 是一款激光鼠标

    激光鼠标的工作原理

    激光鼠标的工作原理与光学鼠标相类似，却也存在着不小的差别。首先，激光引擎不像普通光学引擎一样，是通过对SENSOR采集到的上下两幅图像中光亮和阴影部分的相对位移来判断鼠标的移动情况。而是更进一步，由于激光的相干光的特性，激光照射到工作表面后，从工作表面反射回来的激光束之间会出现干涉，而当鼠标的SENSOR采集到反射回的激光后，就可以通过特定的算法来得到工作表面的全部细节信息，等于是获取了一副完整的工作表面的影像。而通过比对上下两帧影响之间的相对位移关系，就可以获得鼠标的移动信息。

光学（左）、激光原理图

    激光鼠标的优势

    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光则是非相干光（Incoherent Light）。

    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。

    从第一只鼠标诞生到激光鼠标的盛行，在这40多年的发展中，鼠标在外观、结构、原理上都发生了改变，虽然各有不同但是他们的出发点一致，那就是为用户提供更好更舒适的操作，鼠标的在电脑外设的地位已经根深蒂固。■<