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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(英语:Membrane Keyboard

薄膜键盘横截面。此图夸大了下三层厚度

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等早期个人电脑也采用这类键盘。

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。

拱形开关
拱形开关式键盘,用手指按下圆拱即接通电路

火山口式导套

改良式导套

剪刀脚开关(英语:Scissor Switch
剪刀式键盘结构

剪刀脚开关是在拱形开关的基础上增加了剪刀形机械支撑的键盘。

屈蹲弹簧轴(英语:Buckling-spring Switch

由IBM公司所设计与生产机械键盘,共有两代。初代为Model F,于1981年推出,使用屈蹲弹簧轴并电容侦测。第二代,亦是较为出名的一代,于1985年所推出之IBM Model M Enhanced Keyboard英语Model_M_Keyboard键盘,此键盘的配位型式奠定日后所有键盘的基础。据说,Model F的设计初衷就是为克服横梁弹簧轴(英语:Beam Spring)的两大问题:其一是轴体繁复、造价过高,其二是横梁弹簧轴(英语:Beam Spring)轴的高度过高,不符合当时逐渐抬头的人体工学原则。

静电容键盘

Topre轴(英语:Topre Switch

电容变化侦测按键是否按下。

机械开关键盘

机械键盘(英语:Mechanical Keyboard按键都由独立微动开关(Switch,通称“轴”)组成,部分设计焊在电路板,部分为热插拔(hotswap、hot swap),方便无需焊接换轴;而轴(按键)依触感可大致分为分段轴(或称段落轴;tactile;按到某个位会突然感到阻力增大,之后才回复之前的小阻力直到按尽)和线性轴(linear;直上直下、无分段),取决于轴体设计。

历史沿革

键盘略分为三种型式:机械键盘、薄膜键盘、电容键盘;机械键盘在薄膜键盘之前发明,是世界上最早使用的键盘型式,随着PC的发明,机械键盘也随之引进做为PC的标准输入装置,其盛行期约在1980至1995年,随着橡胶帽薄膜键盘低制造成本与盛行,造价相对高昂的机械键盘逐渐由薄膜键盘取代。

种类

在机械键盘盛行期,依轴心可略分:IBM、ALPS、Cherry MX、MLK、Mitsumi或其他轴等。

横梁弹簧轴(英语:Beam-spring Switch
由IBM公司设计及生产之键盘采用,专利于1971年申请,并于同年开始生产,至1981年左右停产。因造价高昂,采用此科技的键盘多应用于大型电脑之终端机或其他高阶电脑,轴体下方使用电容侦测。
ALPS轴
日本ALPS公司所推出的机械键盘轴心,在机械键盘盛行期市占率最高,其中以BIG FOOT系列(又称ALPS原生轴)最为广泛使用,其外观特色在与键帽接口为口字型,1985年台湾福华电子公司与ALPS ELECTRIC公司技术合作生产键盘及键盘用开关,后推出ALPS衍生轴,如ALPS简易轴。由于当时机械键盘市场已大多由廉价的薄膜键盘取代,后期ALPS ELECTRIC公司退出键盘市场并结束与台湾福华电子公司[1],最终Alps SKBL/SKBM系列简易轴由台湾福华电子公司生产至2012年停产。
Cherry(MX系列)轴[2][3]
创立于1953年美国伊利诺伊州Cherry公司,在1984年取得专利所推出Cherry MX系列轴,其外观特色在与键帽接口为十字型,虽有不错的制造品质,但因成本较高,在机械键盘盛行期(1980-1995)Cherry销售量远低于ALPS,市场仅见应用于高阶服务器或PC。由于未曾退出键盘市场,同时自电竞文化兴起带动玩家对机械键盘的需求,许多厂商推出新机械键盘并采用Cherry MX系列轴作按键。
类Cherry MX系列轴(非Cherry公司生产)
另一方面,Cherry MX系列轴专利是在1980年代注册,2003年过期,其他公司可合法使用其设计以生产类似甚至相同设计的轴体,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
台湾白轴于1988年推出并取得专利,结合Cherry外观与ALPS按压力值的机械轴心,与键帽接口为十字型[7]

机械键盘的轴体

目前市面上销售的机械键盘绝大多数使用Cherry公司的MX轴,专利保护结束后,开始有越来越多不同的轴体出现在市面上(如:凯华)。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见或停产轴体。

轴体类型 键程 触发行程 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
黄轴(MX Yellow) 3.5毫米 1.2±0.3毫米 最小20 cN 45±cN 最大70 cN
银轴(MX Silver) 3.4毫米 1.2±0.4毫米 最小30 cN 45±15 cN 最大60 cN
紫轴(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):百分之一牛顿、厘牛顿,也叫厘牛;1N=100cN。克力(gramforce、gf)是相似单位,但其值稍微不同:1gf为0.980665cN;1cN为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)完成整组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。

注:白轴(MX Clear)和奶轴(MX White)的中英文名相当易混,MX Clear轴体白色,Clear亦有洁净之意,且先进入华人市场,MX Clear就译为白轴,后到的MX White则译为奶轴。

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,使用寿命较长,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

传统机械键盘以金属接点触发,而光轴则以光线触发,借此避免传统机械轴在按压弹簧时的反弹跳延迟。按键时,光束通过轴心,按键触发时同步传送讯号给电脑。

现况

近年来电玩竞技盛行,机械键盘的独特手感使机械键盘的关注度正慢慢回升,目前市面上常见的机械键盘,大部分使用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,另也有自行设计之机械轴,如罗技推出了使用欧姆龙代工的Romer-G机械轴的键盘。

随着Cherry MX轴专利过期[9],市场开始出现凯华轴、冠泰轴、高特轴、佳达隆轴等以Cherry MX机械轴作设计对象之类似产品[10],如中国的雷柏公司(RAPOO)推出过使用借鉴Cherry MX轴的TCC轴机械键盘产品。

由于原厂日本ALPS原生轴与简易轴停产多年,iRocks为复刻ALPS手感,重新设计轴体(十字口)并取得消音专利,2016年Computex推出ALPS手感自有轴。

参考资料

  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. 键谈坊. [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. ^ 刘达仁. 新鍵軸登場 入門機械鍵盤巡禮. PCM电脑广场. 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