Технологии клавиатур

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Клавиатуры (компьютерные и не только) делятся на типы в зависимости от используемой технологии. От типа выключателей зависит тактильная отдача от кнопок, их ход, долговечность и цена. В новых компьютерных клавиатурах используются гибридные технологии, экономящие расходы.

По типу выключателей[править | править вики-текст]

Мембранная[править | править вики-текст]

Мембранные клавиатуры часто используются в устройствах наподобие микроволновых печей и ксероксов. Обычно мембранная клавиатура состоит из трёх слоёв. На верхнем нанесены надписи и токопроводящие дорожки. На среднем слое отверстия в местах клавиш. На нижнем слое — только проводящие дорожки. Когда пользователь нажимает на клавишу, он продавливает мембрану, и дорожки замыкаются.

Мембранные клавиатуры обычно имеют плохой отклик, поэтому нажатия подтверждаются миганием или звонком. Они часто используются на кухне, в медицинском оборудовании и в прочих местах, где требуется полная герметичность. Хотя плёночные клавиатуры использовались в первых компьютерах (Sinclair ZX80, БК-0010), в современных компьютерах используются более удобные резиноплёночные клавиатуры.

  • Цена: крайне низкая
  • Тактильная отдача: крайне плохая
  • Жёсткость: мягкая
  • Быстрая печать: затруднительно
  • Герметичность: да
  • Ресурс: средний
  • Шум: бесшумная
  • Толщина: 1−2 мм

Купольная[править | править вики-текст]

На листе тонкой жести или прочной пластмассы выдавливают клавиши. Клавиши продавливаются с характерным «щелчком», обеспечивая полную герметичность и неплохую тактильную отдачу. Применяются повсеместно в бытовой технике и медицинском оборудовании.

  • Цена: низкая
  • Тактильная отдача: хорошая
  • Жёсткость: жёсткая
  • Быстрая печать: невозможна
  • Герметичность: да
  • Ресурс: средний
  • Шум: шумна
  • Толщина: от 2 мм

Резиновая[править | править вики-текст]

Такую клавиатуру можно свернуть в рулон.

Клавиши резиновой клавиатуры отливаются из резины (иногда приклеивается пластмассовый колпачок). Резиновые клавиатуры имеют отклик, но довольно специфичный, непригодный для печати. Очень тихие и применяются, например, в телефонах, телевизионных пультах и игровых контроллерах. Сворачивающиеся в рулон компьютерные клавиатуры являются именно резиновыми.

  • Цена: крайне низкая
  • Тактильная отдача: посредственная
  • Жёсткость: средняя
  • Быстрая печать: затруднена
  • Герметичность: возможна
  • Ресурс: низкий
  • Шум: бесшумная
  • Толщина: от 3 мм

Резиноплёночная[править | править вики-текст]

Резиноплёночная клавиатура: резинки и плёнки
Устройство ножничного механизма. Такой есть во многих ноутбучных клавиатурах.

Главный недостаток резиновой клавиатуры — для чёткого замыкания требуется сильный прижим, причём на изношенной клавиатуре этот прижим сильнее. От этого недостатка свободен гибрид резиновой и плёночной клавиатуры.

Практически все современные компьютерные клавиатуры являются резиноплёночными. Клавиша современной клавиатуры состоит из толкателя, резинки (на манер резиновой клавиатуры) и трёх плёнок (на манер мембранной). В настольных клавиатурах толкатель расположен в особого рода шахте и этим защищён от перекоса. В ноутбуках, где потребная толщина клавиатуры — единицы миллиметров, клавиша двигается без перекосов с помощью ножничного механизма. Отдельные производители предлагают ножничные клавиатуры и для настольных компьютеров.[1] И в тех, и в других клавиатурах длинные клавиши (пробел, ввод) дополнительно защищаются от перекоса особой скобой (так называемым стабилизатором).[2]

Надлежащая кривая отклика моделируется с помощью сложной формы резинки. На кривой есть три участка: 1) резинка сопротивляется, усилие среднее; 2) резинка продавлена, усилие низкое; 3) палец резинки упёрся в плёнку, клавиша нажата, усилие высокое.

Ножничные клавиатуры дороже и сложнее в разборке, чем шахтные, но и меньше загрязняются из-за узких щелей.[3]

  • Цена: средняя
  • Тактильная отдача: хорошая
  • Жёсткость: средняя
  • Быстрая печать: возможна
  • Герметичность: нет
  • Ресурс: средний
  • Шум: средний
  • Толщина: около 6 мм[4] для ножничной, от 15 мм для шахтной[5]

Ёмкостная[править | править вики-текст]

На плате нанесены два проводника, на толкателе расположен третий. Эти три проводника являются, по сути, двумя последовательно соединёнными конденсаторами. Клавиатура реагирует не на замыкание, а на изменение ёмкости и потому срабатывает при неполном нажатии.

  • Цена: высокая
  • Тактильная отдача: зависит от типа возвратной пружины
  • Жёсткость: зависит от типа возвратной пружины
  • Быстрая печать: отлично
  • Герметичность: нет
  • Ресурс: высокий
  • Шум: зависит от типа возвратной пружины

Механическая[править | править вики-текст]

«Синие» выключатели производства Cherry, применяемые в клавиатурах высокого класса

В механических клавиатурах под каждой клавишей располагается настоящий выключатель с металлическими контактами. Отклик зависит от типа выключателя — бывает как «линейный» геймерский, так и «проваливающийся» для машинисток. Современные клавиатурные выключатели далеко ушли от традиционных микропереключателей, и момент срабатывания обычно где-то в середине хода. Наиболее известная из механических клавиатур — Apple Extended Keyboard.

Одна из разновидностей — клавиатура с изгибающейся пружиной[6] (U.S. Patent 4 118 611). Механизм состоит из пружины и молоточка, который замыкает ёмкостный или плёночный выключатель.[7] Очень шумна, однако любима многими профессиональными машинистками: это единственный тип клавиатуры, где щелчок привязан к моменту срабатывания. В 1993, после того, как Lexmark откололся от IBM, «голубой гигант» передал производство клавиатур дочерней компании. В 1996 году компания Unicomp приобрела патент и продолжает заниматься продажей и ремонтом клавиатур.

  • Цена: высокая
  • Тактильная отдача: хорошая
  • Жёсткость: средняя
  • Быстрая печать: отлично
  • Герметичность: нет
  • Ресурс: высокий
  • Шум: варьируется от среднего до очень высокого
  • Толщина: от 20 мм[8]

Магнитные клавиатуры[править | править вики-текст]

Используется геркон или эффект Холла. Надёжность таких клавиатур очень высока, они используются в критичных местах наподобие АЭС и самолётных кабин.

  • Цена: очень высокая
  • Тактильная отдача: очень хорошая
  • Жёсткость: жёсткая
  • Быстрая печать: затруднительно
  • Герметичность: да
  • Ресурс: высокий
  • Шум: высокий

Проекционная[править | править вики-текст]

Лазер проецирует на стол изображение клавиатуры. Такую клавиатуру можно носить вместе с карманным компьютером или смартфоном, у многих моделей есть сматывающийся шнур или радиомодуль. Проекционные клавиатуры крайне неудобны и используются только ради компактности.

Оптическая (фотоэлектрическая) клавиатура[править | править вики-текст]

Разработана Харли Келхнером в 1962 году в попытке уменьшить шум от пишущей машинки. Под клавишами располагается сетка световых лучей; нажатая клавиша пересекает два луча (вертикальный и горизонтальный). На первых клавиатурах требовался специальный светозащитный корпус, а нажатие нескольких клавиш не поддерживалось (позже эти недостатки обошли). Это даёт по-настоящему герметичную клавиатуру, к тому же уменьшается объём электронной части, упрощая утилизацию. Оптическая клавиатура дешевле магнитной, и механизмы клавиш могут быть любыми, к каким привыкли машинистки — поэтому удавалось в западных компьютерах отдачу от клавиш делать такой же, как на пишущих машинках.

В необычной клавиатуре Datahand используется оптическая технология, а клавиши держатся в исходном положении магнитами. Когда пользователь преодолевает силу магнита, открывается путь лучу и нажатие регистрируется.

  • Цена: высокая
  • Тактильная отдача: зависит от типа возвратной пружины
  • Жёсткость: зависит от типа возвратной пружины
  • Быстрая печать: отлично
  • Герметичность: да
  • Ресурс: высокий
  • Шум: зависит от типа возвратной пружины

Форма клавиш[править | править вики-текст]

В компьютерных клавиатурах клавиши бывают цилиндрические, сферические и плоские. Машинки, дававшие длинный ход и требовавшие удар с усилием, имели сферические клавиши. В современных клавиатурах используются цилиндрические и плоские.

В различных клавиатурах, не приспособленных под скоростной набор (например, на телефонах, игровых контроллерах) бывают и выпуклые кнопки.

Надписи[править | править вики-текст]

Есть несколько способов подписывания клавиш.

Краска[править | править вики-текст]

Самый простой способ подписать клавишу — нанести изображение краской. В современных компьютерных клавиатурах применяется изредка, исключительно с высококачественными красками ультрафиолетового отверждения.[9] Чаще используется в мобильных телефонах, телевизионных пультах и прочих недорогих устройствах. В мобильных телефонах надписи наносятся, как правило, вывороткой (чистый текст и закрашенный фон): это позволяет подсвечивать клавиатуру, а наполовину стёртая клавиша всё ещё остаётся читаемой.

  • Цена: от низкой до высокой
  • Долговечность: от низкой до средней
  • Надпись ощущается: слабо
  • Цветовая гамма: произвольная
  • Печать любых надписей под заказ: затруднена

В некоторых мобильных телефонах (Sony Ericsson Z550i) печатают краской на обратной стороне прозрачного колпачка, такая надпись не чувствуется и не изнашивается.

Иногда краску заливают в углубления на клавише, такая надпись ощущается пальцами, но и долго служит — а после стирания краски рельефная надпись всё ещё продолжает читаться. Такая технология применяется в устройствах общего доступа наподобие домофонов и таксофонов.

Плёночная печать[править | править вики-текст]

Надпись нанесена на обратной стороне тонкой плёнки. Плёнка приплавляется к клавише. Это наиболее распространённый способ нанесения надписей на компьютерные клавиатуры.

  • Цена: низкая
  • Долговечность: средняя
  • Надпись ощущается: слабо
  • Цветовая гамма: произвольная
  • Печать любых надписей под заказ: затруднена

Лазерная гравировка[править | править вики-текст]

Надпись на клавише выжигается лазером.

  • Цена: высокая
  • Долговечность: долговечно
  • Надпись ощущается: ощутима
  • Цветовая гамма: один цвет, зависящий от материала клавиши, как правило, серый
  • Печать любых надписей под заказ: да

Сублимационная печать[править | править вики-текст]

Краска превращается в пар и оседает на клавише, внедряясь глубоко в пластмассу.

  • Цена: высокая
  • Долговечность: долговечно
  • Надпись ощущается: неощутима
  • Цветовая гамма: возможно цветное изображение, но только тёмный на светлом
  • Печать любых надписей под заказ: да

Двухкомпонентная отливка[править | править вики-текст]

Видно, что каждая клавиша BBC Micro составлена из двух разных пластмасс.

Клавиша составляется из двух пластмассовых компонентов. Один из них — надпись, второй — клавиша.

  • Цена: высочайшая
  • Долговечность: абсолютно вечная
  • Надпись ощущается: на новой клавише неощутима, на старой ощущается граница пластмасс
  • Цветовая гамма: один (произвольный) цвет
  • Печать любых надписей под заказ: нет (однако моддерские фирмы зачастую отливают клавиши с необычными рисунками)

Интересно, что многие из недорогих компьютеров 1980-х годов (BBC Micro, Amstrad CPC) использовали именно дорогие двухкомпонентные клавиши.[10]

Электроника[править | править вики-текст]

Современная клавиатура содержит также микроконтроллер и светодиоды Num Lock, Caps Lock, Scroll Lock и Kana (на японских клавиатурах). Процессор — обычно аналог Intel 8048. На входе микропроцессора матрица клавиш, на выходе — интерфейсный провод. Тот же процессор управляет зажиганием лампочек.

Распространённая проверка на зависание — нажать Caps Lock. Клавиатура посылает код компьютеру, и уже компьютер командует «зажечь лампочку».

В IBM-совместимых компьютерах клавиши передают компьютеру так называемые скэнкоды (максимум 252 шт., зависят только от физического положения клавиши, то есть английское Q и французское A будут иметь один и тот же скэнкод). BIOS или ОС в соответствии с раскладкой клавиатуры преобразует скэнкоды в коды клавиш. Автоповтор клавиш на PS/2 реализуется повторной передачей скэнкодов нажатия, на USB — программно.

Матрица клавиш[править | править вики-текст]

Клавиатурные плёнки. Дорожки на них образуют матричную схему.

Клавиши обычно считываются с помощью схемы, которая называется «матрица кнопок». Есть сетка проводов; на пересечениях находятся кнопки. В настоящей матрице кнопок (например, в джойстиках) последовательно с каждой кнопкой включён диод.[11] В клавиатурах для удешевления диодов не ставят, поэтому одновременное нажатие трёх клавиш A1, A2 и Б1 зарегистрирует замыкание проводов Б и 2. Первые клавиатуры в таких случаях действительно регистрировали фантомное нажатие, во всех без исключения современных контроллерах есть логика защиты от подобного (однако, разумеется, перестают работать все клавиши, для которых нажатие определяется неоднозначно — в данном примере Б1). Современная клавиатура без диодов гарантирует регистрацию одновременного нажатия любых двух клавиш с любой комбинацией кнопок-модификаторов наподобие  ⇧ Shift . Компьютерные игры для двух игроков страдают от этого, в Star Control была даже утилита для экспериментирования с одновременными нажатиями.

В дорогих геймерских клавиатурах диоды есть, однако особенности протокола USB HID ограничивают количество одновременных нажатий шестью. Использование специализированного драйвера и подключение через PS/2 такого недостатка не имеют. При подключении через USB без специального драйвера такая клавиатура ведёт себя как обычная HID- и потому с лёгкостью «подхватывается» всеми BIOS и ОС.

Антидребезг[править | править вики-текст]

При нажатии-отпускании клавиши выключатель некоторое время замыкается-размыкается. Хотя дребезг длится сотые доли секунды, этого достаточно, чтобы компьютер зарегистрировал несколько нажатий.

Технологии антидребезга обычно встраиваются в клавиатурный контроллер — после того, как клавиша нажата, она не опрашивается некоторое время, заведомо превышающее длительность переходных процессов. На первых мембранных клавиатурах (ZX81) время антидребезга было настолько большим, что мешало быстро печатать.[источник не указан 1275 дней]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Например, Logitech DiNovo.
  2. Stabiliser - Deskthority wiki
  3. Mechanical vs. Membrane vs. Scissor-Switch Membrane Keyswitches on Keyboards by ErgoCanada.com
  4. по результатам измерения клавиатуры от IBM ThinkPad T40
  5. Толщина шахтной низкопрофильной Microsoft ComfortCurve 2000 в районе клавиши пробела — 18 мм
  6. "«IBM 42H1292 and 1391401 keyboards»", Dan's Data, 13-Nov-2007, <http://www.dansdata.com/ibmkeyboard.htm> 
  7. "Tech: buckling spring", «Qwerters Clini», Wakwak, <http://park16.wakwak.com/~ex4/kb/tech_bucklingspring_e.htm> .
  8. Например, заявленная высота выключателей Cherry MX 15,2 мм [1], Logitech делает механическую клавиатуру высотой 38 мм [2]
  9. Keycap printing - Deskthority wiki
  10. Double-shot molding - Deskthority wiki
  11. Dave Dribin: Keyboard Matrix Help.

External links[править | править вики-текст]