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键盘技术

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IBM制造的第一款家用机械键盘

电脑键盘可以按照其按键开关所使用的技术分类。大部分电脑键盘有80到110粒按键开关,其分段感/段落感、键程(输入字元所需的按键距离)因技术而异。

种类

薄膜键盘(英語:Membrane Keyboard

薄膜键盘横截面。此圖夸大了下三层厚度

薄膜键盘常由三层组成。顶层薄膜由框架支撑,底部涂有导电材料;底层有断开的导电材料,按下顶层薄膜使两层接触时,电路接通。

最基本的平板薄膜键盘常见于微波炉复印机等需防水防尘的电器。此类键盘没有分段感,多以按键音或按键灯提示代替。Sinclair ZX80ZX81Atari 400等早期个人电脑也採用这类键盘。

后来的薄膜键盘通过修改顶层薄膜的结构和机制,提高了键程和分段感。这些键盘使用一个带柄的吸盘按下顶层薄膜。

拱形開關
拱形开关式键盘,用手指按下圆拱即接通电路

火山口式導套

改良式導套

剪刀腳开关(英語:Scissor Switch
剪刀式键盘结构

剪刀腳开关是在拱形開關的基础上增加了剪刀形机械支撑的键盘。

屈蹲弹簧轴(英語:Buckling-spring Switch

由IBM公司所設計與生產機械鍵盤,共有兩代。初代為Model F,於1981年推出,使用屈蹲彈簧軸並電容偵測。第二代,亦是較為出名的一代,於1985年所推出之IBM Model M Enhanced Keyboard英语Model_M_Keyboard鍵盤,此鍵盤的配位型式奠定日後所有鍵盤的基礎。據說,Model F的設計初衷就是為克服橫樑彈簧軸(英語:Beam Spring)的兩大問題:其一是軸體繁複、造價過高,其二是橫樑彈簧軸(英語:Beam Spring)軸的高度過高,不符合當時逐漸抬頭的人體工學原則。

静电容键盘

Topre軸(英語:Topre Switch

電容變化偵測按鍵是否按下。

机械开关键盘

机械键盘(英語:Mechanical Keyboard按键都由独立微动开关(Switch,通称「轴」)组成,部分設計焊在電路板,部分為熱插拔(hotswap、hot swap),方便無需焊接換軸;而軸(按鍵)依觸感可大致分為分段軸(或稱段落軸;tactile;按到某個位會突然感到阻力增大,之後才回復之前的小阻力直到按盡)和線性軸(linear;直上直下、無分段),取決於軸體設計。

历史沿革

鍵盤略分為三種型式:機械鍵盤、薄膜鍵盤、電容鍵盤;机械键盘在薄膜键盘之前发明,是世界上最早使用的鍵盤型式,隨著PC的發明,機械鍵盤也隨之引進做為PC的標準輸入裝置,其盛行期約在1980至1995年,隨著橡膠帽薄膜键盘低製造成本與盛行,造价相对高昂的机械键盘逐渐由薄膜键盘取代。

種類

在機械鍵盤盛行期,依軸心可略分:IBM、ALPS、Cherry MX、MLK、Mitsumi或其他軸等。

橫樑彈簧軸(英語:Beam-spring Switch
由IBM公司設計及生產之鍵盤採用,專利於1971年申請,並於同年開始生產,至1981年左右停產。因造價高昂,採用此科技的鍵盤多應用於大型電腦之終端機或其他高階電腦,軸體下方使用電容偵測。
ALPS軸
日本ALPS公司所推出的機械鍵盤軸心,在機械鍵盤盛行期市占率最高,其中以BIG FOOT系列(又稱ALPS原生軸)最為廣泛使用,其外觀特色在與鍵帽接口為口字型,1985年台灣福華電子公司與ALPS ELECTRIC公司技術合作生產鍵盤及鍵盤用開關,後推出ALPS衍生軸,如ALPS簡易軸。由於當時機械鍵盤市場已大多由廉價的薄膜鍵盤取代,後期ALPS ELECTRIC公司退出鍵盤市場並結束與台灣福華電子公司[1],最終Alps SKBL/SKBM系列簡易軸由台灣福華電子公司生產至2012年停產。
Cherry(MX系列)軸[2][3]
創立於1953年美國伊利諾州Cherry公司,在1984年取得專利所推出Cherry MX系列軸,其外觀特色在與鍵帽接口為十字型,雖有不錯的製造品質,但因成本較高,在機械鍵盤盛行期(1980-1995)Cherry銷售量遠低於ALPS,市場僅見應用於高階伺服器或PC。由於未曾退出鍵盤市場,同時自電競文化興起帶動玩家對機械鍵盤的需求,許多廠商推出新機械鍵盤並採用Cherry MX系列軸作按鍵。
類Cherry MX系列軸(非Cherry公司生產)
另一方面,Cherry MX系列軸專利是在1980年代註冊,2003年過期,其他公司可合法使用其設計以生產類似甚至相同設計的軸體,如中国东莞凯华电子公司[4]中国惠州佳达隆电子公司[5]中国东莞高特电子公司[6]等。
其他
台灣白軸於1988年推出並取得專利,結合Cherry外觀與ALPS按壓力值的機械軸心,與鍵帽接口為十字型[7]

机械键盘的軸體

目前市面上销售的机械键盘绝大多数使用Cherry公司的MX轴,專利保護結束後,開始有越來越多不同的軸體出現在市面上(如:凱華)。MX系列轴体常见的有茶轴青轴黑轴以及红轴四种,并有白轴灰轴绿轴等少見或停产轴体。

轴体类型 鍵程 觸發行程 初始压力 触发压力 分段压力 分段行程 触底压力 触发声音
青轴(MX Blue) 4-0.5毫米 2.2±0.6毫米 最小25 cN 50±15 cN 60±15 cN 1.75毫米 最大60 cN
绿轴(MX Green) 4-0.5毫米 2.2±0.6毫米 最小25 cN 70±15 cN 80±15 cN 1.75毫米 最大90 cN
奶轴(MX White) 4-0.5毫米 2.2±0.6毫米 最小30 cN 70±20 cN 80±20 cN 2毫米 最大90 cN 有,但甚小
茶轴(MX Brown) 4-0.4毫米 2±0.6毫米 最小30 cN 45±15 cN 55±15 cN 1.25毫米 最大60 cN 有,但甚小
白轴(MX Clear) 4-0.5毫米 2±0.6毫米 40±15 cN 55±20 cN 65±20 cN 1.25毫米 最大100 cN
红轴(MX Red) 4-0.4毫米 2±0.6毫米 最小30 cN 45±15 cN 最大60 cN
黑轴(MX Black) 4-0.4毫米 2±0.6毫米 最小30 cN 60±20 cN 最大90 cN
灰轴(MX Linear Grey) 4-0.4毫米 2±0.6毫米 最小30 cN 80±25 cN 最大120 cN
橘轴(MX Orange) 4-0.05毫米 1.9±0.4毫米 最小20 cN 45±cN 最大55 cN
黃軸(MX Yellow) 3.5毫米 1.2±0.3毫米 最小20 cN 45±cN 最大70 cN
銀軸(MX Silver) 3.4毫米 1.2±0.4毫米 最小30 cN 45±15 cN 最大60 cN
紫軸(MX Purple) 4-0.0[需要解释] 1.5±?毫米 最小20 cN 45±cN 最大60 cN

表格说明:

  • cN(centinewton):百分之一牛頓、厘牛顿,也叫厘牛;1N=100cN。克力(gramforce、gf)是相似單位,但其值稍微不同:1gf爲0.980665cN;1cN爲1.019716213gf。[8]
  • 触发:开关闭合,计算机接收到键盘电子信号。
  • 总行程:开关的轴芯(十字柱)完成整組运动过程的位移长度。
  • 触发行程:轴芯部分完成触发的位移长度。
  • 初始压力:外物下按开关在轴芯即将发生位移时受到的压力。
  • 触发压力:外物下按开关到触发时受到的压力。
  • 分段压力:外物下按开关到分段点时受到的压力。
  • 触底压力:外物下按开关到底部时受到的压力。
  • 触发声音:外物下按开关到触发时的声音。

註:白軸(MX Clear)和奶軸(MX White)的中英文名相當易混,MX Clear軸體白色,Clear亦有潔淨之意,且先進入華人市場,MX Clear就譯為白軸,後到的MX White則譯為奶軸。

霍尔效应键盘

霍尔效应键盘用霍尔元件来触发感应磁场,其轴体内部与传统机械轴体类似,但无金属拨片互相摩擦接触来触发,使用寿命较長,噪音较小,但因为没有金属拨片,所以也没有敲击时的段落感,其原理是用霍尔效应来检测轴体内部的磁场变化来触发,最大特点是搭配驱动软件后可编程的触发行程,但制造成本较高,较传统机械键盘贵。

光学键盘

傳統機械鍵盤以金屬接點觸發,而光軸則以光線觸發,藉此避免傳統機械軸在按壓彈簧時的反彈跳延遲。按鍵時,光束通過軸心,按鍵觸發時同步傳送訊號給電腦。

現況

近年來電玩競技盛行,機械鍵盤的獨特手感使機械鍵盤的關注度正慢慢回升,目前市面上常见的机械键盘,大部份使用Cherry公司的MX机械轴(十字口),但也有少见的ALPS轴(方口)机械键盘,主要集中在少部分台湾产机械键盘上,另也有自行設計之機械軸,如羅技推出了使用歐姆龍代工的Romer-G機械軸的鍵盤。

隨著Cherry MX軸專利過期[9],市場開始出現凱華軸、冠泰軸、高特軸、佳達隆軸等以Cherry MX機械軸作設計對象之類似產品[10],如中国的雷柏公司(RAPOO)推出过使用借鉴Cherry MX轴的TCC軸机械键盘产品。

由於原廠日本ALPS原生軸與簡易軸停產多年,iRocks為複刻ALPS手感,重新設計軸體(十字口)並取得消音專利,2016年Computex推出ALPS手感自有軸。

參考資料

  1. ^ About ALPS - History. [About ALPS] History. ALPS ELECTRIC CO., LTD. 2016-10-20 [2022-08-02]. 原始内容存档于2016-10-20. 
  2. ^ About CHERRY. Cherry. [2015-08-29]. (原始内容存档于2015年3月17日). 
  3. ^ CHERRY机械键盘历史. Youku 优酷. [2015-08-28]. (原始内容存档于2019-12-08). 
  4. ^ 凯华 Kailh KT传统轴. [2022-08-02]. (原始内容存档于2022-05-20). 
  5. ^ 佳达隆 Gatreon 机械键盘轴开关. [2022-08-02]. (原始内容存档于2021-09-18). 
  6. ^ 高特 Outemu MX键盘开关. [2022-08-02]. (原始内容存档于2021-03-02). 
  7. ^ 台灣黑軸與台灣白軸的樣式. 鍵談坊. [2015-08-30]. (原始内容存档于2015-04-25). 
  8. ^ Convert Gram-force to Centinewton. www.unitconverters.net. [2024-03-03]. (原始内容存档于2024-03-03). 
  9. ^ Low profile switch. [2015-08-29]. (原始内容存档于2016-08-30) (英语). A low profile switch key has a base which slidingly supports a pushbutton. The pushbutton is slidingly engaged with a plunger body by a lost motion connection 
  10. ^ 劉達仁. 新鍵軸登場 入門機械鍵盤巡禮. PCM電腦廣場. 2014-08-19 [2015-08-29]. (原始内容存档于2019-09-24). 

外部链接

键盘制造公司