激光鼠标技术的演进
传统光学鼠标结合了一个可见光LED光源以及光学传感器与处理器来产生代表X轴与Y轴方向移动的脉波,与传统的滚轮式鼠标比较,它拥有几个优势,首先,不再使用机械式组件代表了更不容易损坏,同时也不再需要进行鼠标感测区上可能造成错误运作灰尘的定期清理,光学鼠标采用追踪传感器与处理器的组合能够提供更稳定且更高的分辨率以及更精确的追踪能力,同时更进一步消除了必须提供磨擦表面,例如使用鼠标垫才能运作的要求。
不过,传统光学鼠标的一个限制是它们无法在许多不同的平滑表面上可靠运作。
激光鼠标技术的发展带来了更高的追踪精确度与速度,和传统光学鼠标比较,更可以在更多的不同材质表面运作,罗技公司(Logitech International SA)在2005年率先推出的业界第一款商业化激光鼠标MX 1000采用了由安捷伦科技(Agilent Technology)公司所开发的激光传感器,安捷伦科技公司拥有许多有关LED传感器与激光传感器技术的专利,并以LaserStream品牌营销激光鼠标技术,安捷伦科技公司的半导体产品事业部,包括导航传感器相关业务目前已经分割独立成为安华高科技(Avago Technology)公司。
真正的激光鼠标,例如采用LaserStream技术的鼠标可以在多种不同的材质表面提供精确的追踪能力,激光鼠标可以轻松地在印刷金属、光滑木纹表面、平滑相纸、半透明塑料、瓷砖,以及其他以往较为困难的材质表面上工作,在这类表面上使用传统的LED光学鼠标可能会造成路径错误,也就是鼠标的追踪路径会偏离实际所追踪的路径,或者光标跳动、DPI分辨率不稳定以及其他恼人的异常问题。
激光鼠标的工作原理
一个相当常见的误解是激光鼠标与传统光学鼠标唯一差别只在于照明光源的不同,实际上如果只是将传统的LED光源改换为垂直共振腔面射型激光(VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser)并不一定可以让鼠标的效能提升,同时如果VCSEL的亮度输出没有经过适当的控制,这样的代换动作也可能会对使用者的眼睛造成伤害,Avago的激光鼠标传感器在设计与测试上都经过各种不同错误情况的考虑与验证,能够帮助鼠标制造商符合由国际电工委员会(IEC, International Electrotechnical Commission)所定义的IEC-60825-1标准Class1护眼要求。
采用LED的光学鼠标利用CMOS影像传感器以每秒数百次的速度来撷取鼠标所在表面的影像,并将这些影像送往到数字信号处理器(DSP, Digital Signal Processor),用来侦测影像中的特性并计算相对于前一个影像的移动方向与幅度,透过这样的计算,鼠标送出相对应的X轴与Y轴脉波到计算机上,接着计算机再依这些脉波移动屏幕上的光标,请参考图1。
图2中的LaserStream鼠标设计则采用由激光所产生的同步光源提供影像变动干扰来决定移动的方向与速度。
这代表了激光鼠标所使用的影像是由同步激光光源照射到追踪表面所产生的反射干扰产生,返回的光波含有不同相位角相互干涉的成份,从而将表面情况加以量化来提供精确的追踪。
市售激光鼠标的比较
在罗技公司MX 1000激光鼠标推出上市后,激光鼠标在市场上取得了相当正面的响应,但采用安华高科技LaserStream技术激光鼠标的成功也吸引了各家竞争厂商投入开发几个在包装上也标示为“激光鼠标”的不同产品设计,这对希望找出适合特定应用或个人喜好最佳鼠标解决方案的用户带来困扰,目前市场上的“激光鼠标” 基本可以区分为3大类。
由于激光鼠标中所使用的VCSEL会产生不可见的红外线光源,因此就有使用传统LED光学导航技术的产品简单地使用红外线LED光源取代可见光LED光源后就宣称是“激光鼠标”的产品,请参考图3。
市面上也有使用与LED设计相同的导航传感器,但将可见光LED以VCSEL光源取代的产品,由于传感器并没有针对同步激光光源进行优化,因此这类设计中的传感器与透镜结构通常相当厚,请参考图4,这类型鼠标设计的一个问题是高DOF,也就是鼠标被提起时追踪高度的削减,此外传感器也可能没有内建用来管理激光照明源护眼标准要求的电路。
最后则是使用VCSEL照明结合上完全针对激光照明进行优化光学导航传感器的鼠标设计,这类激光导航解决方案的供货商不只一家,同时每个供货商的设计也提供了不同程度追踪效能的相异功能组合,值得注意的是,部分激光导航传感器并没有提供符合Class 1护眼标准的激光控制能力。
要为特定应用决定正确的规格与功能组合,用户可以透过包装盒上的产品规格或者依鼠标中所使用导航传感器的型号来找出导航传感器的技术规格,透过导航传感器的实际型号,使用者通常可以由供货商所提供的文件或网站找到实际的技术规格。
自从2005年在市场上推出第一个激光导航传感器产品后,安华高科技持续强化LaserStream导航传感器架构的效能、功能与生产方便性,安华高科技提供有一系列LaserStream导航传感器产品线来满足不同的市场区块与效能要求,表一提供了不同LaserStream导航传感器的简单特性介绍。
图5则为目前最新的整合型LaserStream系统化单芯片(SoC)产品。
事实上,我们很难从不同制造商的激光鼠标外观上看出采用不同技术的分别,几乎任何市面上可见的激光鼠标都贴有护眼标签,当然也会以不可见光红外线而非可见光红外线运作,为了帮助您挑选出正确的激光鼠标,以下我们提供了几个不同的考虑:
● 外观
● 人体工学设计,每个用户各有不同的喜好
● 品牌,部份厂商喜欢将导航传感器的效能与电路设计、生产质量、可靠度、标准兼容性以及安全性的组合搭配加以倡导
● 使用导航传感器的型式,这是决定鼠标效能、耗电、安全性与可靠度的核心引擎
要找出鼠标中所使用的导航传感器并不容易,消费者必须透过产品评测或者由制造商所提供的信息自行进行效能测试,甚至将鼠标加以拆解来找出所使用的零件,当然这个做法对使用者而言并不实际。
LaserStream商标推广计划
安华高科技最近推出一项LaserStream商标推广计划,鼓励采用LaserStream导航传感器的鼠标制造商在包装盒与鼠标本身标示“LaserStream”字样,以方便消费者可以简单分辨出采用安华高科技激光导航传感器的产品,这项计划能够帮助消费者选择采用LaserStream传感器的鼠标产品,享受LaserStream架构所提供高可靠度、高效能与符合Class 1护眼标准的好处。
● LaserStream为安华高科技公司(Avago Technology)商标。