Klaviatuuride tehnoloogiad

Klaviatuuride tehnoloogiad (inglise keyboard technology) on tehnoloogiad, mida kasutatakse klaviatuuride tootmisel.

Klaviatuuride tüübid

Mehaaniliste lülititega klaviatuur ilma sümboliteta

Tavalised klaviatuurid

Tavalised klaviatuurid koosnevad korpusest, klahvidest, lülititest, trükkplaadist ja muudest osadest. Lauaarvutitel on kõige sagedamini just sellised klaviatuurid. Need klaviatuurid erinevad üksteisest peamiselt lülitite või klahvide poolest.

Projektsioonklaviatuurid

 Pikemalt artiklis Projitseeritav klaviatuur

Projektsioonklaviatuuride puhul projekteeritakse klaviatuur tasapinnale. Tavaliselt tehakse seda laseriga. Vastav seade kasutab seejärel kaamerat või infrapunakiirguse sensorit, mis jälgib sõrmede liikumist ja registreerib klahvivajutuse, kui kasutaja sõrm puudutab klahvi asukohta projektsioonil. Projektsioonklaviatuuri on kerge tekitada, sest piisab väga väikesest projektorist, et täissuuruses klaviatuuri simuleerida. Projektsioonklaviatuuri ei ole väga mugav kasutada, kuna klahvid on vaid kujutised ja neid pole sõrmeotstega tunda. Klaviatuuri projektsiooni jaoks on vaja siledat mittepeegelduvat pinda.

Painduv klaviatuur

Paindklaviatuurid

Kokkupandavad paindklaviatuurid on tehtud pehmest plastist või silikoonist, mida saab rullida ja voltida ning seetõttu kergesti transportida. Kohandub ka ebatasase pinnaga ja on üpris veekindel. Mõned mudelid on täiesti veekindlad, mistõttu on need populaarsed haiglates ja laboratooriumides, kuna neid saab desinfitseerida. Hästi sobib selline klaviatuur ka lastele kasutamiseks. Samas tõmbab silikoon külge mustust, tolmu ja karvu. Sarnaselt membraanklaviatuuridega võtab painduvate klaviatuuridega harjumine rohkem aega, kuna nad annavad vähe füüsilist tagasisidet.

Tarkvaralised klaviatuurid

Tarkvaraline klaviatuur on arvutiprogramm, mis kuvab klaviatuuri ekraanile. Virtuaalsel klaviatuuril saab seejärel navigeerida, teksti sisestada, klaviatuuri suurust muuta ja klaviatuuri ümber tõsta teisi sisendseadmeid, näiteks arvutihiirt ja puuteekraani kasutades. Tarkvaralisi klaviatuure kasutatakse seadmetes selleks, et ei peaks klaviatuuri kaasas kandma, ja personaalarvutites selleks, et puudega inimestel oleks hõlpsam klaviatuuri kasutada. Sellised klaviatuurid on muutunud eriti populaarseks puuteekraaniga mobiiltelefonidel. Paljude operatsioonisüsteemidega (Microsoft Windows, Mac OS X ja mõned Linuxi versioonid) on kaasas tarkvaraline klaviatuur, mida saab hiirega juhtida. Lisaks võib klaviatuuril olla ka kõnesünteesifunktsioon ja sisestatava sõna jaoks ennustused/soovitused.

Lülitid

Halli efekti lülitid

Halli efekti lülitid töötavad magnetite ja Halli efekti sensorite abil. Kui klahv vajutatakse alla, liigutab see magnetit, mille sensor registreerib. Sellised lülitid on väga vastupidavad ning kannatavad miljoneid vajutusi ja ülemäärast tolmu. Neid kasutatakse ülikõrgete töökindlusnõuetega rakendustes, näiteks tuumajaamades, lennukite juhikabiinides ja tööstuskeskkondades. Selliste lülititega klaviatuure saab lihtsalt muuta täiesti veekindlaks. Kuna iga lüliti jaoks on vaja eraldi magnetit ja sensorit, siis on nad väga kallid.

Mahtlülitid

Mahtlüliti vajutamine muudab mahtpadjakeste ruudustiku elektrilist mahtuvust. Ruudustikus on iga lüliti jaoks kaks D-kujulist mahtpadjakesest, mis on trükkplaadile prinditud ja kaetud õhukese isoleeriva jootemaskiga, mis toimib kui dielektrik. Mahtlülitite liigutatava osa otsas on lapik vahuosa, mis on kaetud alumiiniumiga. Lüliti teine pool on trükkplaadil asuv mahtuvuspadjake.

Lüliti vajutamisel kinnitub liigutatava osa alumiiniumkate trükkplaadile, moodustades kahe kondensaatori vahel jadaühenduse. Selle tagajärjel tekkiv lühis registreeritakse impulsina. Lüliteid pole vaja täielikult alla vajutada, mis võimaldab kiiremini trükkida.

Cherry MX blue mehaaniline lüliti (vasakul) ja osadeks võetud Cherry MX brown mehaaniline lüliti (paremal)

Mehaanilised lülitid

Mehaanilised lülitid koosnevad baasist, vedrust ja tüvest. Olenevalt tüve kujust on mehaaniliste lülititega klaviatuuridel erinevad klahvivajutuse registreerimise sügavused. Lüliti aktiveerimiseks vajaminev jõud sõltub vedru jäikusest. Mehaanilised lülitid kestavad palju kauem kui laialt levinud membraanlülitid. Mehaaniliste lülitite peal olevaid klahve on lihtne vahetada.

Mehaaniliste lülititega klaviatuuridel kirjutamine sarnaneb kirjutusmasinal kirjutamisega. Kuulsaimad mehaaniliste lülitite tootjad on Cherry ja Alps Electric.

Membraanlülitid

Membraanlüliteid kasutatakse kahte sorti klaviatuurides: lapikutes membraanpaneelides ja klahvidega membraanklaviatuurides.

Lapikpaneeliga membraanklaviatuure on kõige tihedamini kasutatud sellistes seadmetes nagu mikrolaineahjudes ja paljundusmasinates. Tavaliselt koosnevad sellised klaviatuurid kolmest kihist. Ülemise kihi, mida kasutaja puudutab, esiküljel on märgistused, tagumisel küljel on elektrit juhtiv triip. Keskmine kiht on lihtsalt vahekiht ülemise ja alumise kihi vahel, et need kihid ei puutuks tavaolekus kokku. Alumisel kihil on samuti elektrit juhtiv triip, mis nupu vajutamisel saab kontakti ülemise kihi triibuga ning sellest tekib signaal, et nupp on vajutatud.

Lapikpaneeliga membraanklaviatuurid ei tekita tavaliselt märgatavat füüsilist tagasisidet ning seetõttu sellise klaviatuuriga seadmed reageerivad klahvivajutusele piiksu või vilkumisega. Selliseid klaviatuure kasutatakse tihti karmides tingimustes, kuna need on veekindlad.

Klahvidega membraanklaviatuurid on kõige laiemalt levinud klaviatuurid. Neil on membraanpaneeli klahvid, mis reageerivad klahvivajutusele füüsilise tagasisidega.

Kuppellülitid

Kuppellülititega klaviatuurid on membraanpaneelide ja mehaaniliste lülitite hübriidvariandid. Klahvides on mehhanism, mis annab klahvivajutusele füüsilist tagasisidet. Klahvile vajutamine surub kokku klahvi all olevat membraanikuplit, mis tekitab klahvivajutuse signaali.

Sellised lüliteid võib leida mitmetest üldkasutatavatest seadmetest. Enamasti on need näiteks mängukonsoolipultides, vanemates mobiiltelefonides, koduelektroonikas ja meditsiiniseadmetes.

Käärlülitid

Käärlüliti mehhanism

Käärlülitid sarnanevad kuppellülititega. Klahvid on klaviatuurile kinnitatud kahe plastosaga, mis on omavahel seotud kääre meenutaval moel. Käärlülitite all on analoogiliselt kuppellülititega kummist membraanikuplid, kuid klahvivajutused on tänu käärmehhanismile vähem sügavad kui tüüpilistel kuppellülititel. Tavaliselt kasutatakse ka käärlülitite puhul kolmekihilist membraanpaneeli.

Selliseid lüliteid leidub üldiselt sülearvutites ja madala profiiliga klaviatuurides. Sellised klaviatuurid on vaiksed ja klahvid reageerivad juba õrnale vajutusele.

Käärlülititega klaviatuurid on tavaliselt kallimad kui membraanklaviatuurid. Neid on keerulisem puhastada, kuid samas püsivad nad kauem puhtana, sest nende vahel on pudi jaoks vähe ruumi.

Optilised lülitid

Optilised lülitid on valgusele reageerivad lülitid. Sellised lülitid kasutavad vajutuste registreerimiseks valgussensoreid. Tavaliselt on sensorid ja valgusallikad klaviatuuri äärtes väikesel trükkplaadil. Valgust lastakse ühest äärest teise ja seda blokeerivad klahvivajutused. Ühe klahvivajutuse registreerimiseks on vaja üldiselt vähemalt kahte ristuvat valguskiirt (vertikaalset ja horisontaalset). Mõned optiliste lülititega klaviatuurid kasutavad erilist klahvikuju nii, et iga klahv blokeerib valgust teatud mustriga. Sellisel juhul on ühe klahvivajutuse registreerimiseks vaja vaid ühte valguskiirt.

Optilise lüliti töömehhanism on väga lihtne – valguskiir saadetakse allikalt sensorisse ning vajutatud klahv blokeerib, peegeldab või mõjutab valguskiirt muud moodi. Selle läbi on võimalik tuvastada vajutatud klahv.

Optiliste lülitite eelisteks on, et nad on vedelike ja ka tolmu suhtes vastupidavad. Nende tootmisel kasutatakse membraanlülitite või kuppellülititega võrreldes umbes 20% väiksemaid trükkplaate, mis vähendab märgatavalt elektroonilisi jäätmeid. Veel on eeliseks Halli lülititega võrreldes madal hind.

Vedrulüliti

Vedrulülitid

Vedrulülitites on klahvi all vedru, mis kontrollib väikest haamrit. See haamer lööb surve tulemusena vastu maht- või membraanlülitit, mis tekitab klahvivajutussignaali. Vedrulülititega klaviatuurid aitavad parandada trükkimistäpsust, kuna iga vajutus on sõrmedel füüsiliselt tuntav. Sellise disainiga lüliti registreerib klahvivajutuse täpselt hetkel, kui kasutaja tunneb klahvi muudatust. Vedrulüliteid kasutavad näiteks Model M-i klaviatuurid.

Kahest plastosast koosnev klahv

Klahvid

Klaviatuurilülitid on kaetud väikeste plastosade ehk klahvidega. Klahvidele on trükitud või muul viisil lisatud funktsiooni tähis või tähe- või numbrimärk, millele see klahv vastab. Teatud klaviatuuridel on võimalik ka klahve vahetada.

Klahve toodetakse mitmel viisil. Nüüdisaegsetel klaviatuuridel on üldiselt klahvidele sümbolid joonistatud laseriga või lihtsalt peale trükitud, lihtsalt pealetrükkimine on kõige odavam ja kõige levinum viis. Kallimad on sellised klahvid, mis koosnevad kahest eri värvi plastosast – põhiosa on üht värvi ja sümboliosa on teist värvi. Sellistel klahvidel ei kulu sümbolid klahvidelt maha, aga odavamad lülitid kuluvad palju kiiremini kui need klahvid, seega selliseid klahve kasutatakse üldiselt kõrgema kvaliteediga (näiteks mehaaniliste) lülititega.

Toodetakse ka selliseid klahve, millel ei olegi sümboleid peal. Neid kasutatakse selleks, et õppida pimekirja – sisestama teksti ilma klaviatuurile vaatamata.

Klahvid valmistatakse enamasti ABS- ja PBT-plastist. ABS on odavam, kuid kahjustub ja moondub kergemini. PBT on kallim, kuid kestab kauem ning peab kemikaalide ja puhastusvahendite mõjule paremini vastu.

Klahvi pealmine osa on kas silindrikujuline, lame või ümar. Tänapäeval kasutatakse enamasti silindrikujulisi klahve ja sülearvutitel lamedaid.

Muud klaviatuuri osad

Personaalarvutite klaviatuuridel on veel protsessor ja märgutuled, mis annavad kasutajale tagasisidet selle kohta, millises olekus klaviatuur on. Protsessor on tavaliselt ühekiibiline Intel 8048 mikrokontroller. Klaviatuur ühendatakse seadmega kas juhtme või näiteks Bluetoothiga.

Paljudel klaviatuuridel on klahvid alt valgustatud. Selle eesmärgiks on muuta pimedas kirjutamine lihtsamaks.