電容式觸屏傳感器原.ppt

電容式觸屏傳感器原理,10061201洪暢 10061221李建軍,目錄,1.電容觸摸原理,2.電容觸摸屏的電場計算,3.電容觸摸屏的等效電路,4.電容觸摸屏的定位原理,5.線性度的計算方法,6.電容觸摸屏傳感器的應(yīng)用,一、電容傳感器觸摸屏原理,Sub Title,電容觸摸面板的結(jié)構(gòu)： 由上至下排列，上PET保護層，膜厚約 175m188m，防止刮擦ITO導(dǎo)電膜；Ag電極層，厚度約 0.1mm0.5mm，引出觸摸電流；上表面ITO導(dǎo)電膜層，膜厚約 1m1.5m，產(chǎn)生工作電場；glass玻璃層，厚度約 0.7mm1.5mm，作為ITO導(dǎo)電膜的襯墊；下表面ITO導(dǎo)電膜層，膜厚約 1m1.5m，屏蔽顯示器的電場干擾；下PET絕緣層，膜厚約 175m188m，防止刮擦ITO導(dǎo)電膜。,ITO：ITO 是銦錫氧化物的英文縮寫，它是一種透明的導(dǎo)電體。薄的ITO材料透明性好，但是阻抗高；厚的ITO材料阻抗低，但是透明性會變差。,一、電容傳感器觸摸屏原理,Sub Title,觸摸屏有兩種狀態(tài)，第一個狀態(tài)是無觸摸動作，即手指與觸摸面沒有接觸，電容觸摸屏的所有電極是同樣的電勢，觸摸面是等勢面，電極沒有觸摸電流；第二個狀態(tài)是有觸摸動作，即手指與觸摸面接觸，人體與觸摸面形成一個耦合電容。在高頻信號作用下，該耦合電容器相當于導(dǎo)體，此時手指吸走小部分電荷，形成一個微小的觸摸電流，通過檢測器檢測電極輸出的觸摸電流，并根據(jù)電容觸摸屏坐標定位算。,二、電容觸摸屏的電場計算,Sub Title,等效微元模型,根據(jù)總的電荷守恒建立方程：,對上式求微商：,由電容觸摸面板的結(jié)構(gòu)及工作條件可知：,求解這個方程，我們就知道電容觸摸屏的電場分布規(guī)律.,聯(lián)立以上關(guān)系式可得：,分別是x正方向、x負方向、y正方向、y負方向、z方向的電流面密度，n是觸摸點單位時間單位面積的電子數(shù)目,q是電子的電量,三、電容觸摸屏的等效電路,Sub Title,研究電容觸摸屏的工作過程，實質(zhì)上就是研究電子在ITO導(dǎo)電膜內(nèi)的分配和傳輸?shù)倪^程，在上節(jié)中我們從微觀角度分析了。理想的電容觸摸屏可以看成一個電阻均勻分布的網(wǎng)絡(luò)屏，從宏觀角度分析，電容觸摸屏可以等效為一個由電阻組成的電路，根據(jù)等效電路可以對電容觸摸屏的電壓分布進行分析。,一維電容觸摸屏,二維電容觸摸屏,一維電容觸摸屏,Sub Title,一維電容觸摸屏等效電路的小單元,一維電容觸摸屏,Sub Title,二維電容觸摸屏,Sub Title,這個方程與式（2.5）的 二維電容觸摸穩(wěn)定時的形式是一致的。 式（3.1）和式（3.5）都是分析觸摸穩(wěn)定的情況的特解。,四、電容觸摸屏的定位原理,Sub Title,不同的輸入設(shè)備具有不同的坐標定位原理，坐標定位原理是輸入信號與輸出信號之間的一種對應(yīng)關(guān)系，直接影響著輸入設(shè)備的坐標定位精度。常見的坐標定位方法有極坐標和直角坐標兩種，觸摸屏應(yīng)用的是靜態(tài)的直角坐標定位方法。電容觸摸屏的坐標定位就是用輸出的信號來表示觸摸點的坐標的過程，而不同的電容觸摸屏結(jié)構(gòu)，對應(yīng)著不同的觸摸電流的輸出模式，因此，不同的電容觸摸屏具有不同的坐標定位算法，不同的計算方法引起的觸摸位置誤差不一樣，這就影響著電容觸摸屏線性度。本節(jié)分析電容觸摸的坐標定位原理。,一維電容觸摸屏的坐標定位原理,Sub Title,根據(jù)這個理論計算模型，式（2.5）可以寫成：,當t趨于無窮時，可得：,由,和工作邊界的格林函數(shù):,可得 y 方向的坐標定位方程：,二維電容觸摸屏的坐標定位算法,Sub Title,二維電容觸摸屏的坐標定位算法,Sub Title,五、線性度的計算方法,Sub Title,評價觸摸屏的性能好壞的指標參量有：光透過率、分辨率、響應(yīng)時間、使用壽命、線性度。對于電容觸摸屏來說，存在的最大問題就是觸摸的位置誤差較大。因此，線性度是電容觸摸屏的一項重要的性能指標。,位置誤差,Sub Title,線性度,Sub Title,線性度：是一個衡量觸摸屏檢測輸出位置與實際觸摸位置的線性關(guān)系的性能指標，通常用均方根非線性位置誤差來計算線性度,式中,表示x方向上的均方根非線性位置誤差，,分別表示第i個觸摸點的實際位置坐標值、觸摸屏檢測輸出坐標值。,觸摸屏的線性度分析,Sub Title,六、電容觸摸屏傳感器的應(yīng)用,Sub Title,研制背景： 在 20 世紀 70 年代，美國科學家研制了一種方便控制的智能化瞄準調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器能夠通過手指觸摸調(diào)節(jié)顯示器屏幕來控制其視野中的十字坐標位置。其采用電阻觸控技術(shù)，標志著最早的電阻觸控技術(shù)的誕生，主要應(yīng)用于軍事和高新技術(shù)領(lǐng)域。,直到 20 世紀 80 年代，該技術(shù)開始轉(zhuǎn)移到民用方面，其應(yīng)用的領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。,六、電容觸摸屏傳感器的應(yīng)用,Sub Title,現(xiàn)在主要應(yīng)用的領(lǐng)域有： 房地產(chǎn)信息查詢系統(tǒng)、車輛管理系統(tǒng)和交通信息查詢系統(tǒng)等信息產(chǎn)業(yè)方面；電視電話會議控制系統(tǒng)、酒店管理查詢系統(tǒng)和會議日程安排等商務(wù)管理方面；銀行自動存取款機、股票信息查詢平臺等金融行業(yè)方面；工業(yè)生產(chǎn)車間控制平臺、物流管理控制系統(tǒng)等工業(yè)生產(chǎn)方面；圖書檢索平臺、旅游信息查詢、游戲機控制平臺、移動通信設(shè)備等公共信息方面。,六、電容觸摸屏傳感器的應(yīng)用,Sub Title,1997年，摩托羅拉推出PalmPilot掌上電腦 -電阻式觸摸屏，觸摸筆輸入，需要壓力,-有事不能正確識別觸摸位置，需要重新校準 2003年，LG退出Prada（KE850）多點觸摸手機