光電鼠標

微軟無線光電鼠標（左）與其USB接收器（右）
光電鼠標（亦稱“”）通過發光二極管和光電二極管來檢測鼠標對於一個表面的相對運動，它不像機械鼠標一樣通過鼠標球的旋轉驅動兩個互相垂直的軸的轉動來獲得鼠標移動的位置。 最早的光電鼠標需要使用預先印製的鼠標墊表面上才能檢測到鼠標的運動，而現在的光電鼠標如果在透明的表面上工作，就不能檢測到鼠標的運動，如玻璃鏡面。激光二極管可以使之達到更好的分辨率和精度。使用電池供電的無線光電鼠標通過間歇性閃爍光學元件以節省電力，只有檢測到運動時，發光二極管才會穩定地亮起。

**早期的光電鼠標**
施樂的光電鼠標芯片
早期的光學鼠標是在1980年被作為兩個獨立的發明展示的：
其中一些，如被麻省理工學院的Steve Kirsch（Steve Kirsch）和Mouse Systems Corporation發明的光電鼠標。它使用了一個紅外LED和一個四象限紅外傳感器原文為：infrared LED and a four-quadrant infrared sensor，以檢測一個被印有特殊紅外線吸收顏料原文為：infrared absorbing ink的金屬表面所畫上的網格線。以此來使用中央處理器來計算鼠標在網格上面的速度和方向。
微軟無線光電鼠標裡的光電傳感器（1.0A）
還有由施樂銷售，由理查德·F·里昂（Richard F. Lyon）發明的，使用一個16像素的可見光圖像傳感器原文為：visible-light image sensor，還在同一芯片上集成了運動檢測和跟蹤一個被印刷成為暗場的紙或者鼠標墊上的光點。
這兩類的鼠標有著不同的原理，史蒂夫·基爾希的鼠標使用嵌入在鼠標墊中的xy座標系，工作時鼠標墊不能夠旋轉；而里昂的鼠標則把xy座標系放置在了鼠標裡面。

**現代的光電鼠標**
拆卸下來的光電鼠標的傳感器
現代光電鼠標需要通過一個光電傳感器（實際上是一個小型低分辨率攝像頭）來採集鼠標在物體表面上的移動方位。隨著計算機計算能力的提升和廉價，鼠標本身就被嵌入了更加強大的圖像處理芯片。這個芯片會預先啟動來使得鼠標能檢測到它在各式的表面上的相對運動，移動鼠標就會得到屏幕上光標的移動，而不必使用一個特質的鼠標墊。
第一個成功並被商業化的光電鼠標是微軟的Intellimouse。它在1999年發佈並且使用了惠普的技術。它幾乎可以在任何物體表面上工作，並且對於機械鼠標來講是一個長足的進步。它不需要經常地來拆開以清理汙垢，光標跟蹤也更穩定。其他製造商很快跟隨微軟的領先優勢使用的惠普分拆出來的“安捷倫科技（ Agilent Technologies）”所製造的部件，機械鼠標在幾年之後便成為了過時產品。
現代光電鼠標的底層技術被成為“Digital image correlation（Digital image correlation）直譯為：數字圖像關聯技術，這種技術也被稱作“光眼技術””，這種技術率先被用在國防工業上來跟蹤軍事目標。光電鼠標所使用圖像傳感器能感覺到天然存在的材料的紋理，如木材，布，鼠標墊等。這些表面被髮光二極管點亮時，在被髮光二極管掃射到的角度下，投下明顯的光影，像一個丘陵在日落時被點燃的樣子。
光電鼠標的工作原理可以將其想像兩張照片都照著相同的對象，但是兩者之間有些許差別。然後就像是把這兩張圖片放在類似以醫院專門用來看片子的背面有光的看片臺上，使之更加透明化，然後按照它們的樣子來排隊。之後計算這兩張圖片之間的偏移量，然後計算鼠標移動的距離。
光電鼠標甚至會在每秒鐘內連續捕捉一千張圖像。根據鼠標移動的速度，每張圖像都會被排隊然後相互抵消來計算偏移量。光學鼠標會處理這些圖像，計算自從上個圖像開始偏移了多少。
一個光學鼠標一般使用一個18×像素的單色像素陣列的圖像傳感器。其傳感器通常共享相同的ASIC（特殊應用積體電路）來存儲和處理圖像。

**發光二極管照明**
使用藍色發光二極管的V-Mouse VM-101
光電鼠標通常使用發光二極管照明，即激光。光電鼠標的發光二極管的顏色可能有所不同，但是紅色是最為常見的。因為紅色二極管是最為廉價的並且硅光電傳感器（silicon photodetectors）對紅光最為敏感。有時候也有使用其他顏色的進行照明，如右圖所示的使用藍色LED的V-Mouse VM-101。

**激光鼠標**
儘管肉眼捕捉到的只是一個紫色的點，但是它的波長更容易讓人眼敏感
激光鼠標使用的是紅外線的激光二極管，而不是LED來為傳感器提供照明。早在1998年，Sun Microsystems公司為他們的Sun SPARC工作站提供了一種激光鼠標。然而，激光鼠標一直沒能成為主流。直到2004年羅技的Paul Machin（音譯：保羅·梅琴）與其合作伙伴Avago Technologies（前身為安捷倫科技）推出了MX 1000激光鼠標為止。這款鼠標採用小型紅外激光而不是LED。並且顯著增加了拍攝圖像的分辨率。但是激光儘管有出色的表面跟蹤，但是相較於LED照明的光學鼠標來講更容易引發健康風險。比如講鼠標正對著眼睛。
2009年8月，羅技推出了會發射出兩束激光的鼠標，這能使得它可以在玻璃或者光滑的表面上更好的追蹤。

**電力**
鼠標製造商通常會設計自己的光電鼠標的電源配置方案，尤其是在使用電池供電的無線鼠標，總是會在可能的情況下來儘可能的節省電力。想要做到這一點，鼠標的LED就會在待機模式下變暗或者閃爍（不同的鼠標有不同的進入待機狀態的時間）。拿一個典型的例子（羅技鼠標）的四個電源狀態，即每秒鐘傳感器閃爍的次數。- 11500次：最大閃爍次數。響應和移動是最迅速的，照的非常明亮。- 1100次：鼠標沒有移動的情況。照明顯得暗淡。- 110次：待機狀態。- 12次：睡眠狀態。
有些情況下，儘管鼠標出於待機或睡眠狀態，但是仍然可以檢測到運動。而有時鼠標卻會把傳感器關閉，必須要點按一下按鍵才能喚醒（某些Targus鼠標就是這樣）。
有些鼠標利用紅外元件（LED或者激光）來使得光電鼠標的電池壽命大大增加。有些鼠標，如羅技V450 848nm激光鼠標，甚至可以僅僅使用兩節電池而使用整整一年。這正是因為紅外激光的低功耗的要求。
鼠標的低延遲和高響應性也是非常重要的。例如在玩遊戲時，可以關閉省電功能以提高性能。

**光電鼠標與機械鼠標的異同**
羅技iFeel鼠標採用了紅色LED光來投射
維護性：不同於機械鼠標，光電鼠標除了按鍵和滾輪之外沒有活動部件。機械鼠標需要常規性的清潔轉軸表面的汙垢以維持平滑跟蹤，而光電鼠標從原理上不存在這一問題。當然，光電鼠標的墊腳存在磨損和汙垢累積的現象，如果不加以處理同樣會影響性能。
丟幀：光電鼠標的以固定頻率掃描，這造成了在相鄰採樣間隙丟失位移信息的現象，特別是在鼠標以高加速度移動的情況下尤其明顯：造成的結果是光標不能的還原鼠標實際運動軌跡。顯然，掃描頻率越低，丟幀現象越明顯，提高掃描頻率就可以減輕丟幀現象。1999年-2000的，採用早期HP H2000芯片的第一代光電鼠標（代表型號是微軟IE/IO 1.0，掃描頻率在1500Hz）受到丟幀問題的影響比較嚴重，以至當時光電鼠標被認為定位性能較差，不能滿足高端遊戲玩家的需要。2001年微軟推出了Intellieye 2系列光電組件（代表成品型號是Intellimouse Explorer 3.0和Intellimouse Optical 1.1型鼠標），採樣頻率提高到6000次每秒，才極大改善了丟幀情況，使得光電鼠標被頂級FPS遊戲玩家接受。相比之下，機械鼠標的二軸運動傳感，輸出的是連續的模擬電信號，在理想狀況下（沒有髒汙，表面合適，當然這種理想狀況在現實中很難維持），對於位移的感應是無極連續的，即幾乎不存在丟幀現象。雖然嚴格說來，這種模擬信號也要通過模擬/數位轉換過程輸入微處理器，這一過程也有采樣頻率之說，不過其頻率相較於光電鼠標的掃描頻率高出數個數量級，可視為近乎無窮。
表面兼容性：光電鼠標不可以在一些很光滑或者沒有反射能力的表面上使用，甚至在一些為機械鼠標設計的光滑或彩色的鼠標墊上也不能很好發揮效果。不適當的表面可能加劇丟幀現象，即造成操作過程中的光標漂移。

**註釋**

**參考文獻 ==