浅谈早期鼠标中的编码器与光电传感器

鼠标是计算机中重要的外部输入设备，同时鼠标也是计算机显示系统纵横坐标定位的指示器，鼠标的出现使得计算机的操作更加简易、方便。鼠标的发展经历了机械式、光机式、光电式这几个阶段，目前市场上通用是光学鼠标。

鼠标最关键的技术是如何对外部运动方向和距离进行检测，并将这些信息转换为相应计算机中的虚拟运动。在早期数字图像技术还未出现时，鼠标主要是通过内部的机械结构将外部运动转化为纵向和横向的可检测运动。然后由测量电路将纵横向运动转化为相应的电量，并通过转换处理得到与距离相对应的数字量供计算机显示出来。

如下图是光机式鼠标的内部原理图，主要包括滚球、转轴、红外发光二极管、光敏晶体管和编码器几个部分。

当鼠标发生移动时，底部的滚球将随之一起发生运动，由于滚球和编码器的转轴是联动在一起的，因此最终会引起鼠标底部两个相互正交安装编码器的码盘发生转动。由于编码器发生转动时，会有规律的阻挡红外发光二极管的光束照射到光敏晶体管上，引起测量电路中不同的电量变化。

下图是编码器码盘转过的狭缝数与光敏晶体管的相对输出电压图。从图中不难看出每当红外光经过狭缝照射到晶体管上时，就会有一个最小的电量输出。

由于编码器码盘上的狭缝是等间距划分的，因此转动每一个狭缝所对应的转动角都是相等的。通过记下单位时间内最小输出电量的次数，即转动过的狭缝数，就能得到转动的角度，又因为码盘的半径已知，因此就能通过角度和半径得到移动的相对距离。如此就可以将鼠标的实际运动转换为计算机显示系统中虚拟运动。