Lukukynän kosketustarkkuus ja tärinätesti: kapasitiivisen kosketuksen validointi

Kohdeyleisö: Tämä artikkeli on tarkoitettu QA-insinööreille, kosketuspaneeli-integraattoreille ja OEM-tuotepäälliköille, jotka haluavat arvioida kapasitiivista kosketuskerrosta B1-, B2-, F8-, K7-, KF1-, L5-, P2-, Q6-, Q8-, T2- ja Y6-lukukynissä – erityisesti kosketustarkkuuden, jitterin ja eleiden viiveen osalta. Oletamme, että olet käsitellyt ainakin yhden näytteen ja haluat puolustettavan mittausmenetelmän, jonka voit toistaa omassa laboratoriossasi.

Lukukynän kapasitiivinen kosketus ei ole älypuhelimen kosketusnäyttö. Se on pieni, matalaresoluutioinen paneeli – 4–8 kosketusvyöhykettä malleissa B1, B2, F8, P2, Q6, Y6 ja täysi 2D-matriisi malleissa K7, KF1, L5, Q8, T2 – jota käytetään valikossa liikkumiseen, sanakirjahakuihin ja eleoikotieihin. Mekaaninen rakennekin on erilainen: 0,8–1,2 mm muovipinnoite, ei lasia, ei oleofobista pinnoitetta, ja ohjain-IC on optimoitu paljaalle sormelle tai kynsikärjelle. Validointimenetelmän on vastattava tätä.

1. Miksi lukukynän kosketus ei ole puhelimen kosketus

Kolme keskeistä eroa lukukynän kosketusanturin ja älypuhelimen kosketusnäytön välillä:

1. Anturin koko: 25 mm × 18 mm malleissa K7, KF1, L5, Q8, T2 (täysimatriisimallit) verrattuna 5 mm × 5 mm – 10 mm × 8 mm yksinkertaisissa painikkeenkorvausmalleissa.
2. Pinnoitemateriaali: PMMA- tai PC-muovi, ei lasia. Muovi laskee kustannuksia, mutta lisää 0,3–0,5 mm ilmarakoa vastaavan etäisyyden, jonka ohjain-IC:n on kompensoitava.
3. Kosketuskohde: paljas sormi tai kynsikärki, ei käsineellinen sormenpää. Jotkut kouluohjelmat käyttävät kynäosoittimia, joita meidän on tuettava.

Nämä rajoitteet johtavat erilaisiin hyväksymiskriteereihin. Älypuhelin arvioidaan monikosketuksen seurannassa nopealla sormipyyhkäisyllä; lukukynä arvioidaan yksittäiskosketuksen tarkkuudella, jitterillä paikallaan pidossa ja eleentunnistuksen viiveellä. Käymme kaikki kolme läpi tässä artikkelissa.

2. Kosketuksen laitteistorakenne

Täysimatriisimalleissa (K7, KF1, L5, Q8, T2) kosketusanturi on 0,5 mm yksikerroksinen ITO (indiumtinaoksidi) -paneeli, joka on laminoitu LCD-suojamuovin alapintaan. ITO-kuvio on 16 × 12 -elektrodimatriisi, jossa on 192 fyysistä solmua ja kosketustarkkuus noin 1,6 mm solmua kohden. Ohjain-IC on Focaltech FT6336U malleissa K7 ja KF1, FT5426 malleissa Q8 ja T2 sekä Goodix GT911 mallissa L5.

Yksinkertaisissa painikkeenkorvausmalleissa (B1, B2, F8, P2, Q6, Y6) kosketusanturi on 4- tai 8-vyöhykkeinen itsekapasitanssipainike, joka on reititetty suoraan kotelon painikkeen alapuolelle. Matriisia ei ole; jokainen vyöhyke on erillinen kosketuspainike.

3. Kosketustarkkuus: testimenetelmä

Kosketustarkkuus määritellään ilmoitetun kosketuksen painopisteen ja todellisen kosketuspisteen välisenä euklidisena etäisyytenä, mitattuna 9 kalibrointipisteestä anturin poikki. Käytämme robotti-sormea (sylinterimäinen metallikärki, säde 5 mm, maadoitettu jäljittelemään sormen kapasitanssia), joka on asennettu 3-akseliselle liikepöydälle, jonka toistettavuus on 0,05 mm.

Testijärjestys:

1. Käynnistä kynä 3 kertaa. Hylkää ensimmäiset 5 ilmoitettua koordinaattia jokaisen käynnistyksen jälkeen välttääksesi lämpenemisestä johtuvan vaelluksen.
2. Siirrä robotti-sormi pisteeseen P1 (5 mm vasemmasta yläkulmasta). Pidä 500 ms. Kaappaa ilmoitetun koordinaatin keskiarvo pitojakson ajalta.
3. Toista 8 muulle pisteelle (4 kulmaa, 4 keskireunaa).
4. Laske virhe kussakin pisteessä kaavalla sqrt((x_reported - x_actual)^2 + (y_reported - y_actual)^2).
5. Ilmoita keskiarvo ja suurin virhe yhdeksän pisteen yli.

Laite läpäisee testin, jos keskivirhe ≤ 1,5 mm ja suurin virhe ≤ 3,0 mm. Tiukempi erittely koskee malleja L5, Q8 ja T2, koska anturissa on enemmän solmuja pinta-alayksikköä kohden. Keskivirhe tuoreessa 800 laitteen Q8-erässä oli 0,94 mm ja suurin virhe 2,18 mm.

Yksinkertaisen vyöhykkeen malleissa tarkkuus ei ole numero vaan hyväksytty/hylätty: kunkin 4 tai 8 vyöhykkeen on aktivoituttava, kun sormi on 6 mm:n sisällä vyöhykkeen keskustasta, eikä se saa aktivoitua, kun sormi on viereisessä vyöhykkeiden välisessä kuolleella alueella (1,5 mm leveä).

4. Jitteri: testimenetelmä

Jitteri määritellään raportoidun sentroidikoordinaatin keskihajonnaksi 2 sekunnin paikallaan pitämisen aikana yhdessä fyysisessä pisteessä. Testaamme 5 pisteessä: keskellä ja 4 kulmassa. Laite läpäisee testin, jos jitteri jokaisessa testipisteessä on alle 0,6 mm malleilla L5, Q8, T2, 0,8 mm malleilla K7 ja KF1 sekä 1,0 mm yksinkertaisen vyöhykkeen malleilla.

Hallitsevat jitterin lähteet suuruusjärjestyksessä:

1. Verkkotaajuuden häiriö (50 Hz / 60 Hz) kytkeytyy ITO-johtimiin. Lievennetään 0,1 µF:n ohituskondensaattorilla jokaisessa elektrodissa.
2. Ohjaimen IC:n referenssikondensaattorin lämpötilariippuvuus. Lievennetään kalibroimalla uudelleen 8 sekunnin välein.
3. Kynän rungon mekaaninen värähtely sormikontaktissa. Lievennetään LCD-ikkunan ympärillä olevalla kumisuojuksella.

5. Kosketusviive ja eleiden tunnistuksen viive

Kosketusviive mitataan fyysisen kosketustapahtuman ja ohjaimen IC:n isäntä-MCU:lle ilmoittaman ensimmäisen keskeytyksen välisenä aikana. Mittaus tehdään kosketuselektrodin kanssa sarjaan kytketyllä virta-antovastuksella ja oskilloskoopin liipaisulla isännän keskeytysnastasta. Mallistossa:

Eleiden tunnistuksen viive on tärkeämpi erittely, koska käyttäjä kokee eleen valmiina vasta, kun näyttö reagoi. Malleissa L5, Q8 ja T2 pyyhkäisystä seuraavalle sivulle -toiminnon on valmistuttava alle 60 ms:ssa, jotta animaatio tuntuu sulavalta. Mittaamme eleiden tunnistuksen viiveen piirtämällä 50 mm:n pyyhkäisyn anturin yli nopeudella 200 mm/s ja ajoittamalla pyyhkäisyn viimeisestä näytteestä isännän ele-tunnistus-keskeytykseen.

6. AQL kosketuskalibrointilinjalla

AQL kosketuskalibrointiasemalla on tasoa II:

• Kriittiset viat (kosketus täysin reagoimaton 2 tai useammalla vyöhykkeellä, tai haamukosketuksia ilman sormea): AQL 0.
• Suuret viat (keskivirhe > 2,0 mm, suurin virhe > 4,0 mm, jitteri > 1,2 mm, eleiden tunnistuksen viive > 100 ms): AQL 1,0.
• Pienet viat (keskivirhe 1,5–2,0 mm, jitteri 0,8–1,2 mm): AQL 2,5.

Kosketuskalibrointi tehdään LCD-kalibrointivaiheen jälkeen samassa jigissä. Kokonaisaseman kierrosaika on 14 sekuntia LCD:lle ja 6 sekuntia kosketukselle. Kaikkien 11 mallin osalta optinen + kosketusasema tuottaa 96,4 % ensikertaläpäisyn ja 99,1 % lopullisen läpäisyn.

7. Kenttävikatilat

Vuodesta 2023 lähtien toimitettujen yli 47 000 yksikön osalta kosketukseen liittyvät kenttäviat muodostavat 4,2 % kaikista palautuksista. Yleisimmät vikatilat esiintymistiheysjärjestyksessä:

1. Päällysmuovin naarmu tai lommo, joka ylittää 0,3 mm syvyyden ja aiheuttaa paikallisen kuolleen alueen. 38 % kosketuspalautuksista.
2. ITO-jälkien korroosio nesteen tunkeutumisen vuoksi (hiki, mehu, koulun kosteus). 27 % palautuksista.
3. Ohjainpiirin kylmäjuotosliitos, tyypillisesti yhdessä BGA:n kulmassa. 19 % palautuksista.
4. Laiteohjelmiston lukkiutuminen kosketuksen polling-silmukassa. 11 % palautuksista.
5. Mekaaninen vaurio 1,5 m pudotuksesta, joka siirtää anturia suhteessa päällykseen. 5 % palautuksista.

Lisätietoja päällysmuovin iskutestauksesta on kohdassa Reading Pen Drop Test 1.5 Meter ISTA. Tietoa anturin kalibrointidatan tallennuksesta OTP-muistiin on kohdassa Reading Pen Manufacturing Test Software Fixture. Tietoa eleiden tunnistusalgoritmin kosketuskoordinaattien käytöstä on kohdassa Reading Pen Gesture Recognition Algorithm. Suosittelemamme OEM-spesifikaatiokieli kosketuksen hyväksymiseen on kohdassa Reading Pen OEM and ODM Specification Template. Pyydä kosketustestiraportti nykyisestä tuotantoerästä kohdasta /request-a-quote.

8. Kosketusspesifikaation kirjoittaminen OEM-sopimukseen

Puolustettava kosketusspesifikaatio sisältää seuraavat:

• Kosketusanturin tyyppi (matriisi tai vyöhyke) ja solmupisteiden määrä.
• Päivitysnopeus ≥ 80 Hz vyöhykemalleille, ≥ 100 Hz matriisimalleille.
• Keskimääräinen tarkkuusvirhe ≤ 1,5 mm ja maksimivirhe ≤ 3,0 mm (vain matriisimallit).
• Jitteri (1-sigma) ≤ 0,6 mm malleille L5/Q8/T2, ≤ 0,8 mm malleille K7/KF1, ≤ 1,0 mm vyöhykemalleille.
• Kosketus-keskeytyslatenssi ≤ 12 ms matriisimalleille, ≤ 18 ms vyöhykemalleille.
• Eleiden tunnistuksen latenssi ≤ 100 ms matriisimalleille.
• AQL II -taso kalibrointiasemalla.

Jos toimittaja tarjoaa "kapasitiivista kosketusta" ilman näitä lukuja, pyydä yksikkökohtainen kalibrointiraportti ennen allekirjoittamista. Toimitamme tämän raportin oletuksena jokaiselle OEM-ostajalle ilman lisäkustannuksia.

9. Kalibrointiaseman läpimeno ja kustannus

Kosketuskalibrointiasema toimii 22 sekuntia yksiköltä koko mallistossa, mikä asettaa pullonkaulan optisen ja kosketusasemaklusterin tahdille. Meillä on 6 asemaa rinnakkain, jolloin klusterin läpimeno on noin 980 yksikköä 8 tunnin vuorossa. Tyypillisenä 23 työpäivän kuukautena tämä on noin 67 000 yksikköä kuukaudessa klusteria kohti, mikä riittää tukemaan vuodesta 2023 lähtien toimitettua 47 000 yksikön vuosivolyymia ja jää ylikapasiteettia.

Aseman kustannus on 42 000 dollaria portaalista ja 11 500 dollaria värianalysaattorista, yhteensä 53 500 dollaria linjaa kohti. Kaksi linjaa (yksi vain LCD:lle ja yksi vain kosketukselle) toimii rinnakkain matriisimalleille. Vyöhykemalleille käytämme yksinkertaisempaa 4 sekunnin jatkuvuustestiä robottiportaalin sijaan.

10. Vertailu kuluttajatablettien kosketukseen

Ostajat kysyvät usein, miten lukukynän kosketus verrataan kuluttajatablettiin. Kolme rehellistä vastausta:

1. Resoluutio: 10-tuumaisessa tabletissa on noin 4x enemmän kosketussolmuja pinta-alayksikköä kohti. Lukukynä on suunnittelultaan matalaresoluutioisempi.
2. Virkistystaajuus: tabletti toimii 120 Hz – 240 Hz taajuudella. Lukukynä toimii 80 Hz – 120 Hz taajuudella. Pienempi taajuus on hyväksyttävää, koska kynäeleet ovat hitaita (200 mm/s) verrattuna sormipyyhkäisyihin (1000 mm/s).
3. Monikosketus: tabletti tukee 10 samanaikaista kosketusta. Lukukynä tukee 1:tä (K7/KF1) tai 5:tä (L5/Q8/T2). Lukukynää käyttävät lapset tarvitsevat lähes koskaan enempää kuin 1–2 samanaikaista kosketusta.

Jos sovelluksesi vaatii 10 pisteen monikosketusta, lukukynä on väärä tuote. Jos sovelluksesi vaatii luotettavaa yksisorminavigointia edullisessa luokkahuonejakelussa, 11 mallia kattavat hinta-laatusuorituskykykäyrän 3,80 dollarista (B1) 14,50 dollariin (T2) yksikköä kohti FOB.

Aiheeseen liittyvää lukemista

• Reading Pen Gesture Recognition Algorithm
• Reading Pen Touchscreen Controller and Gesture
• Reading Pen Display Luminance Uniformity
• Reading Pen Manufacturing Test Software Fixture
• Reading Pen Quality Control and AQL Standards
• Reading Pen Drop Test 1.5 Meter ISTA