電容式觸摸屏原理及及電阻式簡(jiǎn)要對(duì)比

1、電容式傳感器在觸摸屏幕中的應(yīng)用 及與電阻式的對(duì)比20101002820李明理 傳感器 傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87中的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量件并按照一定的規(guī)律(數(shù)學(xué)函數(shù)法則)轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器很高深？離人們很遙遠(yuǎn)？ 我們身邊有著最為常見的傳感器：拿起你的手機(jī)！如果是觸摸屏幕，那么沒錯(cuò)你每

2、天都在享受傳感器技術(shù)帶給你的便利電容式觸摸屏的基本結(jié)構(gòu) 電容式觸摸屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏 玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂有一層ITO 最外層是一薄層矽土玻璃保護(hù)層 夾層ITO 涂層作為工作面，四個(gè)角上引出四個(gè)電極。 內(nèi)層ITO 為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。 基本電容的傳感器包括了一個(gè)接收器Tx與一個(gè)發(fā)射器Rx，其分別都具有在印刷電路板(PCB)層上成形的金屬走線。在接收器與發(fā)射器走線之間會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)，如圖所示。 大部分的電場(chǎng)都會(huì)集中在傳感器PCB的兩個(gè)板層之間。然而，會(huì)有一個(gè)邊緣(fringe)電場(chǎng)由發(fā)射器產(chǎn)生并延伸至PCB外面，然后再回返至接收器上而終止。接收器上的電場(chǎng)強(qiáng)度是利用內(nèi)建的積分三角

3、(sigma-dedta)電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器來加以量測(cè)。電感傳感器只能探測(cè)金屬物質(zhì)，而電容傳感器卻可以探測(cè)與傳感器電極特性不同的導(dǎo)體和絕緣體。因?yàn)槿梭w大部分都是水，介電常數(shù)很大，還含有離子物質(zhì)，是良好的電導(dǎo)體，所以當(dāng)人們的手進(jìn)入到邊緣電場(chǎng)內(nèi)時(shí)，電子環(huán)境將會(huì)改變，導(dǎo)致一部份的電場(chǎng)會(huì)被分流到地線而非回返至接收器終止。此變化所造成的電容降低范圍為毫微微法拉為單位的大小，不同于一般計(jì)算電場(chǎng)時(shí)所采用的能被轉(zhuǎn)換器檢測(cè)到的微微法拉大小。 當(dāng)手指觸摸在導(dǎo)體層上時(shí)，由于人體電場(chǎng)，用戶和觸摸屏表面形成以一個(gè)耦合電容。 對(duì)于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流。 這個(gè)電流分從觸摸屏的四角上的

4、電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比， 控制器通過對(duì)這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置。 簡(jiǎn)單總結(jié)就是： 電阻式觸摸屏幕基本結(jié)構(gòu) 觸摸的壓力使得由銦錫氧化物(ITO)構(gòu)成的觸摸屏的導(dǎo)電和電阻層之間產(chǎn)生電氣接觸。 構(gòu)成屏幕的多層結(jié)構(gòu)和各種材料會(huì)嚴(yán)重阻礙光線的透射。實(shí)際上，最好的電阻式觸摸屏的透射率也只能達(dá)到75%的水平。 （如果將屏幕后方投射過來的背光加大，那透光率低的問題能解決嗎？） 電阻式觸摸屏覆蓋在屏幕外表面，很容易遭到損壞。如果用合適的壓力以適當(dāng)?shù)慕嵌冉佑|屏幕，其使用壽命的確會(huì)很長，但現(xiàn)實(shí)中卻并非如此。實(shí)際上，電阻式觸摸屏(尤其是低成本類型)在大多數(shù)家用以

5、及工業(yè)環(huán)境中磨損的非?？?，而在需要定期清潔的場(chǎng)合中(例如醫(yī)療設(shè)備或廚房家電之類的場(chǎng)合)磨損的就更快。 整個(gè)組件必須有一個(gè)頂部壓框來保護(hù)屏幕的邊緣，而這又需要進(jìn)行密封以防止玷污，這就意味著需要在設(shè)備面板上打孔。聽起來這沒什么大不了的，但打孔以及安裝壓框會(huì)使得整個(gè)組件的成本翻番。 電容式觸摸屏的優(yōu)勢(shì) 耐久性：電容式傳感器接口方案中使用的材料與RTS 的相同，都是在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）上再加一層氧化銦錫（ITO）。不過，電容式傳感器不存在RTS的光學(xué)問題和耐久性問題，因?yàn)樗菃螌訅喊澹瑳]有降低光學(xué)性能的空氣間隙，而且，前者是固態(tài)的，無移動(dòng)部件，從而可獲得很高的可靠性和耐久性。 支持多點(diǎn)觸控

6、：電容式觸摸屏的多點(diǎn)觸控，則可以將用戶的觸摸分解為采集多點(diǎn)信號(hào)及判斷信號(hào)意義兩個(gè)工作，完成對(duì)復(fù)雜動(dòng)作的判斷。使用兩根手指的拉伸、換位即可在屏幕上完成諸如放大、旋轉(zhuǎn)這樣趣味十足的操作，這在電容式觸摸屏c出現(xiàn)之前，幾乎是不可想象的。 穩(wěn)定性：因?yàn)樗枪虘B(tài)傳感器，沒有移動(dòng)部件，在傳感器使用期間光學(xué)性能可保持穩(wěn)定一致。電阻式觸摸屏需要空氣間隙和絕緣點(diǎn)而這兩者都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部反射和散射光。此外，在電阻式觸摸屏工作期間，若頂層表面變形，就必須采取若干措施來使光學(xué)畸變（比如牛頓環(huán)）降至最少。電容式傳感器的光學(xué)結(jié)構(gòu)匹配，減少了內(nèi)部反射，故顯示文本和圖形的承載屏幕鮮明清晰。 注：牛頓環(huán)是一種薄膜干涉現(xiàn)象 電容式觸摸

7、屏的缺點(diǎn) 精度不高：由于電容值與極間距離成反比，與相對(duì)面積成正比，并且還與介質(zhì)的絕緣系數(shù)有關(guān)。因此，當(dāng)較大面積的手掌或手持的導(dǎo)體物靠近電容屏?xí)r就能引起電容屏的誤動(dòng)作，在潮濕的天氣，這種情況尤為嚴(yán)重。由于電容屏是靠感應(yīng)人體電流來測(cè)定位置的，因此當(dāng)用戴手套等絕緣物體的手或手持不導(dǎo)電的物體觸摸時(shí)沒有反應(yīng)。 怕指硬物的敲擊：敲出一個(gè)小洞就會(huì)傷及夾層ITO， 不管是傷及夾層ITO還是安裝運(yùn)輸過程中傷及內(nèi)表面ITO 層，電容屏就不能正常工作了。 容易出現(xiàn)飄移：當(dāng)環(huán)境溫度、濕度改變時(shí)，環(huán)境電場(chǎng)發(fā)生改變時(shí)，都會(huì)引起電容屏的漂移，造成不準(zhǔn)確。 電容屏的漂移原因?qū)儆诩夹g(shù)上的先天不足，環(huán)境電勢(shì)面（包括用戶的身體）雖然與電容觸摸屏離得較遠(yuǎn)，卻比手指頭面積大得多，他們直接影響了觸摸位置的測(cè)定。此外，理論上許多應(yīng)該線性的關(guān)系實(shí)際上卻是非線性，如：體重不同或者手指濕