结要：……
本文原载于《电脑高手》2003年2月
鼠标到今年已经整整35岁了。
35年来，鼠标无论在性能上还是原理上都有了许多的变化，不变的只有那个拖着尾巴的小盒子的外观，以及永远伴随着它的名字——“MOUSE”。
鼠标的历史
1968年12月9日，在IEEE会议上，斯坦福研究院的Douglas Englebart博士展示了世界上第一个鼠标，同时发表了“图形用户界面”即GUI的构想。但Englebart博士也没有想到他的小小发明竟然如此大的改变了计算机界面后来的发展历史。
Engilehbart博士展示的世界上第一个鼠标是一个木质的小盒子，盒子的下面有两个相互垂直的轮子，每个轮子带动一个机械变阻器获得X、Y轴上的位移值，在盒子的上面则有一个按钮开关提供连通信号。
这是最经典的机械式鼠标结构，但与今天的鼠标所不同的是，这个时候的鼠标还需要外置的电源来给它供电，直到1985年，才由罗技公司（1981年建立）推出了第一个无需外置电源的鼠标LOGIMOUSE C7。
实际上，直到今天，尽管鼠标的内部结构有了很大的变化，但基本的原理仍然没有变，依然是与当年的一个鼠标一样，通过位移传感器获得横纵方向的移动脉冲，再通过编码电路得到位移编码，同时由微动开关来获得触发信号。
鼠标问世以后，沉寂了十几年，这是因为GUI概念尽管引起了很大的轰动，但它大大超出了当时电脑的发展水平和需求。这种情况一直延续到1980年。
这一年，施乐著名的普罗阿图研究中心推出了在PC历史上著名的“STAR”计算机，尽管这款产品在市场上极不成功，但它第一次将GUI变成了现实，与此同时，鼠标也第一次成为了电脑的标准配备。
普罗阿图研究中心
英文原名是Palo Alto Research Center，和仙童公司或是麻省理工学院的MIT实验室一样，这是电脑发展早期的一个传奇机构。在这个位于美国西部，属于施乐公司的研究机构中，曾经集合了众多的富于创造力的人员，今天电脑上的很多我们熟悉的东西都出自这里，在这里，第一次将GUI界面变成了现实，在这里，鼠标第一次成为绘图工具以外的操作设备，今天我们每个人都会接触到的激光打印机也是出自这里。
但是与才华横溢的设计人员相比，施乐公司管理层对普罗阿图的运作近乎白痴，出自这里的很多设计成为今天很多著名公司的发家资本，但却没能给施乐带来任何好处。最典型的例子就是普罗阿图最著名的STAR计算机，这是当时思想最先进、功能最强大的个人计算机，以致苹果公司的斯蒂芬·乔布斯看到它的样机时不由得惊呼“太伟大了”。然而这款产品的市场运作却是可怕的失败，其价格几乎与当时的SmallComputer相当，封闭的系统环境更是使得后续成本同样高涨。最终以严重的亏损告别市场。
普罗阿图的失败管理最终使得它的设计团队心灰意冷，这些才华横溢的天才纷纷离开这里去开创自己的事业，他们中的很多人后来变成PC业响当当的人物，而普罗阿图则在20世纪80年中期黯然的结束了自己的传奇年代。
1983年，苹果公司受到STAR的启发，在当年推出的Lisa电脑上第一次使用了鼠标作为其GUI操作界面的操作工具，这款电脑并不成功，但它为转年推出的Macintosh及其MAC OS操作系统提供了经验，鼠标的黄金年代来临了。
这个时候的鼠标，还是老式的机械式鼠标，但是相对于最初的产品已经有了新的改良，鼠标球取代了不灵活的双滚轮，单键设计被双键／三键所取代（但苹果机上的单键鼠标一直用到MAC OS X的年代），可供电的标准RS232串行口设计取代了早期的独立接口。现代鼠标的基本结构已经成型了。
20世纪80年代初，第一代光电鼠标问世了，这一代光电鼠标的原理其实和机械鼠标很相似，只不过它用两组发光二极管／光感二极管取代了双滚轮，同时用一个带有很多格子的垫板放在下面，当鼠标移动的时候，发光二极管发出的光经过格子的反射就会在光感二极管上获得脉冲信号，从而得到移动的信号。
与机械鼠标相比，光电鼠标的精度要高得多，而且由于没有任何运动部件，所以它的寿命和稳定性也要长得多，但其成本高、而且不能离开专用的垫板，所以始终只在作图等领域使用。
1983年，罗技发明了世界上第一个光机鼠标，它的原理想来已经不用多说了，光机结构是鼠标发展史上最大的发明，在这个时候，现代鼠标的设计基本成熟，光机结构则整整统治了主流鼠标市场达18年之久！
1991年，罗技公司开始研究称之为Marble的新定位技术，经过5年的研究，在1996年研究成功，并在罗技的全系列轨迹球上使用，实际上，这就是今天的光学成象式鼠标引擎的前身，只不过在当时光学成象的技术尚不成熟，像素数少刷新率也低，所以只能设计在反射表面标准化的轨迹球上。
1999年，微软的Intellimouse Explorer鼠标问世，开始了现在的光电成象式鼠标的时代……
鼠标的结构和原理
在这里，我们只谈传统的光机式鼠标，光学成象式鼠标由于要讨论的问题太多，我们单独拿出一章来专门研究。
从外观上看，鼠标可以分为上盖、下盖和线三个部分。鼠标的上盖是我们的手所直接接触的部分，上面最主要的部件就是鼠标的按键板，按键板的设计直接影响着鼠标的按键手感。
一般来说，鼠标的按键板分作三种：按钮式，也就是按键板是一个与鼠标上盖毫无连接的独立按钮；盖板式，也就是说按键板是一边与上盖连接的部分独立的盖板；一体式，这是近来流行的设计模式，在这种鼠标上，按键板本身就是鼠标上盖材料的一部分。这三种按键板的使用手感完全不同，具体的分析在后面讨论鼠标按键设计的时候我们再继续。
下盖，就是鼠标的底面，这上面最重要的部件就是鼠标的垫脚。鼠标的垫脚，是支撑鼠标并且为鼠标的移动提供润滑的塑料片，它的主要设计有两大流派——以微软为代表的大垫脚派和以罗技为代表的多点小垫脚派。前者的特点是使用4个以下的大尺寸垫脚甚至是超大的“垫条”，而其材质也比较软，它的特点是结实耐用，而且不怕磨损和尘土，但是材质较软接触面也大，性能比较差一些；而后者的特点是使用4、5个甚至更多的非常小的硬质垫脚，由于接触点面积小，所以它的润滑性能很好，但是同样因为如何，所以寿命比较短。这两种设计方案都有各自的支持者，很难说谁更优秀一点。
鼠标线相对来说就比较普通了，不管什么鼠标它的结构都是一样的，不过一般来说较好的鼠标它的鼠标线会比较柔软，同时也会有至少1米5以上的长度，否则使用起来就会比较麻烦。鼠标的接头历经了串口／PS2的时代，现在它的主流转到了USB上，但其实不管怎么变，它们的电学结构都是一样的，只不过是接口形式的变化而已。
拆开光机鼠标的外壳，它的内部结构相信大家都很熟悉了，使用滚球带动两个转盘，由转盘上的栅格遮断发光二极管的光而获得移动信号。在按键下则设置了微动开关，通过微动开关获得按键信号，移动信号和按键信号都通过控制芯片编码后输出。无论在什么样的光机鼠标上，结构都是这样的，但大厂和小厂的区别就在其中。
首先从最简单的滚球说起，用过多款鼠标的人应该了解，不同的鼠标其滚球的重量是不同的，而同时滚球的颜色也有白色和灰色之分，这有什么含义呢？
实际上，这就是所谓的“重球”和“轻球”的区别，白色的滚球是它的本来面目，而灰色则是在其中加入了添加剂的结果，通过添加新的材料，可以获得更好的耐磨性，但滚球的表面硬度也会增加。
使用越重、表面硬度越高的球，鼠标的稳定性就越好，寿命也会越长，但重球的灵活性差，在鼠标设计上如果不设法弥补，其准确性就会下降。而轻球、表面软的球则正好相反，其滚动性能很好，但是表面很容易粘上尘土甚至磨损。这就要通过设计人员的设计主导思想来选择。
但是，重球和轻球的选择并不只是从寿命等因素考虑，它还和鼠标光栅滚轴的设计有关。
像垫脚、滚球一样，光栅滚轴的设计也有两大流派——粗轴密栅式和细轴疏栅式。前者以罗技为代表，后者以双飞燕为代表。
从中学物理的常识，就可以知道，鼠标的光栅滚轴实际上就是一个轮轴，这样，其滚轴的直径越大，栅轮的转速就越低，如果要保持光栅信号的输出不变，就必须在加大滚轴直径的同时增加栅轮上的格数。
罗技的设计就是这样，从1996年以后，罗技生产的光机鼠标都使用了比传统鼠标粗得多的滚轴，而同时将栅轮的格数增加到60个以上。总传动比达到270:1左右。
而双飞燕的设计恰恰相反，它反其道而行之，极力减小滚轴的直径，而栅格数则只从传统的30个左右增加到45个左右。由于滚轴的直径减小了，所以虽然栅格数少，但总传动比反比罗技大得多，达到了340:1左右。
这两种设计各有它们的优缺点，双飞燕的细轴疏栅设计制造成本比较低，而在做到高DPI上却要比罗技的设计容易得多，连只有十几块钱的双飞燕2D上都可以做到520的高DPI，粗轴密栅的设计可是做不到这一点。
而罗技的设计的好处则在于它的耐用性好，由于轴很粗，就算是附上一点灰尘或是略有一些磨损也不影响使用，但在细轴疏栅的设计中，只要有一些尘土就会产生很大的影响。
不过需要提醒的是，这上面所说的其实只是在其他设计相同的前提下的理论结果，但实际上它们的性能表现和前面所述的滚球设计仍然有直接的关系，所以双飞燕鼠标尽管采用的是细轴疏栅设计，但耐尘土能力却并不显得差。
近年来，又出现了一种全新的特殊设计——细轴密栅，结合两种设计的特点，可以作出高达2000DPI的高DPI，不过这种设计的成本过高，对灰尘的敏感度也很高，它只是被用在少数一些高档游戏鼠标中。
Razer Boomslang鼠标
传奇的游戏专用鼠标，使用细轴密栅设计可以达到高达2000DPI的惊人性能，至今为止最强的高精度鼠标。
这款产品包含1000DPI和2000DPI两个型号，内部结构略有差异但外观相同。只是这款鼠标的外形设计对于中国人的手型来说很难适应，需要很长时间的习惯。
鼠标的外壳设计兼论鼠标的人体工学方案
鼠标的外壳设计，包含了外壳材质设计和外壳形状设计两个方面。一般说起来，大部分鼠标的材质都是工程塑料，只有极少数鼠标采用金属制造上盖，但金属上盖虽然外表好看，但手感往往不如塑料来的舒适。
传统上，鼠标的外壳具有抛光和亚光（磨砂）两种设计，也有一些厂商如微软喜欢在同一种型号上制造两种不同外壳的产品，此外还有喷漆设计的纪念版。不过这都是无关紧要的事情，也无所谓优劣，根据个人喜好选择就是了。
近来，两种特殊设计的外壳开始流行，一是防效MAC鼠标的透明有机玻璃双层壳设计，这种外壳设计的外观十分漂亮，有水晶的感觉，但是长时间使用后会有部分被磨花，此时可就没有那么晶莹剔透了。
另一种近来流行的设计是使用类似银色的磨砂表面配合软橡胶的侧面材料，这种设计的外观相当漂亮，而使用的手感也很好，只是同样在长时间使用后就会磨损，而且这种设计磨损以后会变得非常难看。
鼠标的外壳形状设计，其实主要所要说的就是种种的人体工学设计。实际上，并不是采用了人体工学设计的鼠标就一定会好，人体工学设计的鼠标简单的说就是要让用户在手指自然放松的时候手掌能够自然紧贴鼠标的表面，但正因为如此，由于每个人的手型和持握习惯不同，越是采用人体工学设计的鼠标就越是难以适应于所有人，这点是和后面谈到的相对标准化设计的键盘不一样的。
这方面，典型的例子就是很多国外的鼠标设计，其人体工学设计的确非常理想，但它们的尺寸大都是按照手比较大的人设计出来的，对大多数的中国人来说，往往并不能完全握住，更不能正常的按到正确的键位上。特别是这些鼠标对于手尺寸较小的人来说，常会造成手腕悬空，使很多人难以适应，长时间使用还会引起疲劳。
所以说，并不是采用了人体工学设计的鼠标就一定好，甚至可以这么说，越是采用了更多的人体工学考虑的鼠标，其适用的用户范围就越狭窄，强行去与之配合，反倒有百害而无一利。所以对于这些鼠标一定要亲身试用才能确定你是否能够使用它。
除此之外还有纯属错误的“人体工学”设计，我们后面会讲到它。
鼠标按键的设计
按键手感设计，是鼠标手感的另一个重要因素。关于这个问题，笔者曾经在某个国内的著名论坛上和一批网友进行过讨论，正如前言中所说的，大多数网友都分列为“微动派”和“键板派”两大派别，只是，笔者请教专业的鼠标工程师的结果是——他们全都是错的！
微动派，或者干脆的说叫“欧姆龙派”，因为这一派不仅认为按键的手感完全由微动决定，而且极度崇拜欧姆龙品牌的微动开关，坚持认为只要是使用了欧姆龙开关的鼠标手感一定会好，对于这种观点，我们向后看，自然会不攻自破。
“键板派”所持的观点依据则是微动开关有统一的规格标准，所以他们认为鼠标的手感主要来自于按键板的设计，而与微动开关没有任何关系。
应该说，“键板派”在一点上还是对的，那就是名牌鼠标选择欧姆龙、太仓等名牌开关的确主要是从其质量好寿命长而非手感出发的，这点上“键板派”的认识要比“微动派”正确。但是“键板派”的其他认识就出了问题，而问题就出在“微动开关有统一的规格标准”上。
实际上，“键板派”的错误就在于只看到了微动开关存在标准规格这一点，但却没有看清微动开关的标准规格都规定了什么内容！——微动开关的规格中只规定了微动按键的行程范围和微动触发的额定力度，但对于其行程中的力度变化没有任何规定。换句话说，如果将微动开关的按键行程和按键力度建立一个坐标的话，那么其力回馈曲线只有X轴和Y轴的最大值是确定的，但曲线的形状却没有任何统一的规定！
而所谓的按键手感，其最重要的因素就是这条曲线的形状，而恰恰在不同的微动上，这条曲线的形状是存在着微小的差异的，这种差异经过按键板的放大，就变成了非常明显的手感差别。“键板派”的错误就在于此。
而且值得指出的是，名牌微动的优势其实也在于它的使用寿命，而在力回馈曲线的设计方面，名牌微动并不一定会强于杂牌产品（因为设计要求中根本没有这种要求），换句话说，使用了名牌的微动并不一定能带来更好的手感。在这一点上，“微动派”大错而特错。
而按键板在其中又起什么作用呢？
我们仔细分析鼠标按键板的结构，在大多数鼠标上，它的一端都固定在上壳上，而另一端可以自由活动，在下部则有一个触点用来按动微动开关。中学物理的知识就能告诉我们，这，是一个杠杆。
既然是一个杠杆，那么关于杠杆的知识告诉我们，它的作用就是将微动开关的微小位移予以放大，变成更明显的位移量变化。这样，它的大小、设计结构和触点的设计与材质都会影响到杠杆力臂的变化，进而使整个杠杆系统的力矩发生变化，从而带来手指施力点上的位移范围、反馈力的巨大变化。而这，就是鼠标按键板在按键手感中所起的作用。
不仅如此，三种不同的鼠标按键板设计在鼠标中所起到的作用也是不一样的。盖板式的按键，才是上面的理想杠杆。而对于按钮式按键，由于它没有任何部件是固定的，所以它不是一个杠杆，这种鼠标的按键手感完全由微动开关来决定，而正因为如此，这种鼠标的按键很难设计出很好的手感。
比较特殊的是一体式按键，表面上看起来它和盖板式很相似，但一个重大的区别在于盖板式按键由于和鼠标上盖不是一个整体，所以它是没有自身的应力的。而一体式按键不然，由于它和上盖是一体的，所以它自己就带有一个自然的向上的弹力，这点在金属一体式按键上极为明显。
不仅如此，一体式按键由于它的一体式结构，所以不像盖板式有一个确定的杠杆支点，当手指按在不同的按键位置的时候，会有不同的支点位置，这就将杠杆结构变得极为复杂。所以从设计难度上看，要将一体式按键设计出好的手感，其难度要远远超过盖板式按键。
总而言之，对于鼠标的按键，正确的说法是——“按键的手感是由微动开关和按键板设计来共同决定的”。
那么，它们各自在按键手感中起到什么样的作用呢？
我们来看一看下面这张图，这就是鼠标的手感曲线图，或者说是“行程—力曲线”。
如果有先翻到后面看了键盘部分的朋友，可能会发现，这张图和后面的键盘手感曲线图非常相似，只是相对更简单一点。其实这也没什么奇怪，因为这二者的理想曲线设计本来就是很接近的。
具体的曲线意义说明这里就不说了，在键盘篇里有更详细的解释。我们只是就其曲线来说明一下在鼠标手感曲线分布上，微动开关和按键板各自所起的作用。
A点，“启动点”，这个点是按键开始运动的点，这一点的位置完全是由微动开关的最小启动力决定的；
A-B曲线和B点，这是鼠标按键的“阻力行程”，对于盖板式按键和一体式按键的鼠标来说，这条曲线的X轴行程是由微动开关决定的，而其斜率则是由微动和按键板共同决定的。而在按钮式按键上，这些全都由微动开关自己决定；
B-C曲线和C点，这是鼠标按键的“跌落行程”，对于按钮时按键和盖板式按键来说，由于按键板不受力，所以这条曲线完全由微动开关决定，正如罗技公司的设计师所言的“由Switch本身的回弹力确定”。而在一体式按键上，由于按键有一个自然应力，所以在这种按键上，曲线会变得更加平缓，对于手感设计不利。
C-E曲线和E点，这部分是鼠标按键到底的回馈力，同样由微动开关来决定。
选择合适的微动开关，设计合理的按键结构使其曲线尽量接近理想的曲线分布，这是一件非常困难的工作，包括很多大厂也没能在这一方面做好。特别是一体式按键的跌落行程设计大都存在问题。但是从设计的角度来看，允许用户对设计的失误忽略不计甚至根本没有觉察，但设计者却不能将之忽略。
鼠标滚轮
1996年由微软发明的鼠标滚轮按键是鼠标发展史上的重大发明之一，到今天几乎已经成为中高档鼠标的标配。
现在流行的滚轮设计一般包括两种，一是机械式滚轮，也就是用滚轮带动一个机械电位器来获得滚动信息。微软的很多鼠标采用的就是这种结构。它的优点是滚动准确可靠，但由于是机械结构，难免存在磨损的问题。
另一种滚轮就是光电式的滚轮，罗技等大多数厂商使用的都是这样的设计，它的滚轮内部就是一个栅轮，在两侧放置上发光二极管和光敏二极管。使用和光机鼠标相同的方式获得滚动信息。这种滚轮寿命可靠而且手感好，但它的问题在于经常会有一次滚出两格的错误。
滚轮键在滚动的时候，一般都会有一格一格的感觉，这是怎么回事呢？
在机械式滚轮的鼠标上，这种一格一格的感觉来自于机械式的电位器，而在光电式滚轮上，在滚轮内部一般设计有一个齿轮结构，通过一个内部的弹簧来获得滚动的手感。
其他的类滚轮产品还有如米苏米的“如意拨”，五洲科技的“跷跷板”等，但都不如滚轮来的方便与功能强，所以现在都很少见了。
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