この記事では、静電容量式タッチスクリーンについて詳しく説明します。
この記事では、次のトピックについて詳しく説明します。
1. 静電容量式タッチスクリーンとは何ですか?
2. 静電容量式タッチスクリーンの操作
3. 静電容量式タッチスクリーンタイプ
静電容量式タッチ スクリーンは、指の圧力を使用して対話するデバイスの表示画面です。ハンドヘルド静電容量式タッチスクリーン デバイスは通常、携帯電話、携帯情報端末、衛星ナビゲーション システムなどの幅広いコンポーネントをサポートできるアーキテクチャを介してネットワークまたはコンピュータに接続します。人間の接触は、静電容量式タッチ スクリーンの静電界にエネルギーを与えて活性化する導電体です。一方、静電気を発生する特殊なスタイラス ペンや手袋も使用できます。タブレット PC、スマートフォン、オールインワン コンピューターは、静電容量式タッチスクリーン入力デバイスの例です。
静電容量式タッチ スクリーン (ITO) は、絶縁体に似たガラス層で構成され、酸化インジウムスズなどの透明な導電体で覆われています。タッチスクリーン上の ITO は、液晶を圧縮するガラス板に貼り付けられています。画面がアクティブになると電荷が生成され、液晶が回転します。
タッチ入力テクノロジーは当初、出力ディスプレイと入力タッチ スクリーンを組み合わせて、より便利なグラフィカル ユーザー エクスペリエンスを提供するように設計されました。静電容量式タッチ技術に加えて、異なる技術原理を使用してタッチ スクリーンからユーザー入力を収集する他の技術も存在します。名前が示すように、静電容量は、人間の接触の存在を検出するために静電容量式タッチ スクリーンで使用されます。
特定の電圧が与えられた場合、電圧源が切断され、コンデンサがシンクに接続されている場合、基本コンデンサは完全に充電されてから放電されるまでに時間がかかります。この充放電時間は観察され、回路に変更が加えられない場合にはより一定になります。この充放電期間は、回路の静電容量が変化すると変化します。これは、静電容量式タッチ スクリーンの基本的な基礎概念です。
人間の指が回路に触れると、静電容量が増加し、システムに別のコンデンサが追加されます。人間には誘電特性があります。この追加のコンデンサは、回路の充電時間と放電時間、および回路全体の静電容量に影響を与えます。その結果、回路全体の充放電持続時間の変化は、ユーザーの接触を示します。
通常、これには、回路の充放電期間の変化を検査しながら容量性スクリーンを充電する専用のマイクロコントローラーが必要です。この値が標準から逸脱すると、マイクロコントローラーはユーザーが入力を行ったことをメインコントローラーに通知します。透明なタッチスクリーン ディスプレイは、酸化インジウムスズ (ITO) 導電層とガラス絶縁体層を組み合わせることで作成されます。人間の指がこれに触れるとコンデンサーが形成され、人間の皮膚が誘電体として機能し、回路全体の静電容量に影響を与えます。
以下に、静電容量式タッチスクリーンのさまざまなタイプを示します。
表面の静電容量: 片面には、薄い電圧を伝導する層があります。解像度が低く、キオスクでよく使用されます。
投影型静電容量タッチ (PCT): この技術は、エッチングされた導電層上の電極グリッド パターンを利用します。信頼性の高いアーキテクチャを備えており、POS トランザクションで頻繁に使用されます。
PCT 相互静電容量: コンデンサは各グリッド交点の電圧によって接続されます。マルチタッチ操作が可能になります。
PCT 自己容量: 電流計は個々の列と行を制御します。指 1 本だけでうまく機能し、PCT 相互容量よりも強力な信号を提供します。
このようなセンシングは、近くの誘電体が回路の静電容量として機能するため、実際に物体と相互作用することなくアイテムの属性を測定するために使用されます。そのため、この概念は調査対象の物体に触れることができない場合に使用されます。その結果、静電容量式タッチ スクリーンは本質的に、充電と放電を行いながら充放電時間の変化を監視するコンデンサ回路となります。世界で最も普及しているタッチスクリーン技術は、抵抗膜方式を超えました。統計によると、現在生産されているすべてのタッチ スクリーンの 90% 以上に静電容量技術が採用されています。ただし、表面容量技術は数多くある技術のうちの 1 つにすぎません。表面容量性の基本は、他の容量性テクノロジーの基本と似ています。タッチコマンドを見つけるために、一貫した電場を生成し、それを測定します。タッチ指示を検出するために、「表面容量性」タッチ スクリーン技術では、電界と導電性コーティング層が使用されます。タッチスクリーンには、表面容量性機能を備えた最上層が存在します。この最上層は導電性物質で覆われています。アクティブ化すると、表面容量性タッチ スクリーンが最上層に電圧を印加します。その結果、指がディスプレイ インターフェイスに接触したり、ディスプレイ インターフェイスを押したりすると、電圧の一部が指に引き込まれます。
静電容量方式のタッチ スクリーンは長寿命です。電界を使用してタッチ コマンドを検出するため、抵抗膜などの他のタッチ スクリーン テクノロジーと同様に初期故障や劣化が発生しません。もちろん、抵抗膜式タッチスクリーンの操作は機械的です。いくつかの層があり、それらが互いに押し付けられて機能します。表面静電容量式タッチ スクリーンには可動部品がないため、非常に耐久性があります。
モデルによっては、一部の表面静電容量式タッチ スクリーンは手袋をしたまま使用できます。静電容量式タッチ スクリーン上でタッチ コマンドを実行するには、通常、裸の指などの導電性の物体が必要です。導電性の物体が存在する場合、静電容量式タッチ スクリーンは、デバイスの静電界の一部を引き出すことで、いつ、どこでタッチが行われたかを知ることができます。
一方、表面容量性タッチ スクリーンでは、薄い手袋の使用が可能になることがよくあります。薄い手袋を着用すると、指と関連するデバイスの間に、小さいながらも認識できる量の電圧が通過します。他の静電容量式タッチ スクリーンの大部分では、手袋の使用が許可されていません。手袋は、どんなに軽くても、指から機器への電気の流れを止めます。幸いなことに、特定の表面静電容量式タッチ スクリーンはこの問題の影響を受けません。
容量性は電界の変化（静電容量）を感知することによってタッチを検出しますが、抵抗性は上部と下部の層を一緒に押すことによってタッチを検出します。スマートフォンやタブレットの場合、抵抗膜ディスプレイよりも静電容量ディスプレイが好まれることがよくあります。 PCT または PCAP とも呼ばれる投影型静電容量タッチは、静電容量タッチ センシング技術の一種です。従来の投影型静電容量方式タッチスクリーン デバイスでは、ガラス シートに導電性材料の交差する行と列が埋め込まれています。メーカーに応じて、これらのマトリックス グリッドは、導電層に行または列をエッチングするか、2 つの異なる導電材料層からフォームを形成することによって作成されます。これら 2 つのアプローチの違いはわずかであり、デバイスのパフォーマンスにはほとんど影響しません。導電性グリッドは、対応する行と列に一貫した静電荷を印加するために、投影型容量性タッチスクリーン デバイスによって使用されます。グリッドは導電性素材でできているため、静電気の移動が容易かつ無制限になります。この電荷は、接触を検出するために投影型容量性デバイスによって使用されます。投影型静電容量式タッチ スクリーンは、従来の静電容量式タッチ スクリーンと同じように、ユーザー自身の体で生成された電荷を使用してタッチを検出します。このデバイスは、インターフェースへの素手接触によって引き起こされる静電場の歪みを静電容量の変化として検出します。交差する行と列の格子状の配列により、デバイスはタッチがいつどこで発生したかを判断できます。ユーザーが中央のデバイスのインターフェイスに触れると、この領域の行と列がワープします。この歪んだ領域により、デバイスはタッチが発生した場所を特定できるようになります。
投影型静電容量式タッチスクリーン技術の利点の 1 つは、その低コストです。最上層はガラスでできているため、抵抗膜式タッチスクリーン デバイスよりも安価です。投影型静電容量式タッチ スクリーンは、一般的な静電容量式デバイスとは異なり、手袋をした指やスタイラスを使って使用できます。
投影型静電容量式タッチ センシングの耐久性の利点: PCT スクリーンの主な利点の 1 つは、その強度と耐久性です。タッチスクリーンは商業用途で広く使用されるでしょう。適切に選択および構築された静電容量式タッチ スクリーンでは、汚れや指紋の汚れは問題になりません。さらに、投影型静電容量式タッチ スクリーンは、(他のすべてのタッチ テクノロジとは異なり) 可動コンポーネント、前面コーティング、および取り付けられた光学素子/トランスデューサを持たないため、特にアプリケーション要件を満たすように慎重に選択および設計された場合、デバイスまたはシステムの耐用年数にわたって持続する必要があります。
同様に、背面に取り付けられた導電性マトリックスが損傷しない限り、傷がついた静電容量式タッチ スクリーンは正常に機能し続けるはずです。この機能により、損傷した場合でも電場の変化を測定し続けることができます。
自然な使用法: 静電容量式タッチ スクリーンは、指または導電性スタイラスにのみ反応する非常に敏感なタッチ テクノロジです (「誤ったタッチ」が起こりにくくなります)。これが、この技術が家庭用電化製品から商業および産業用途にまで広がった主な理由の 1 つです。無生物が光学式または音響式タッチスクリーンに触れると問題 (雨、落ち葉、ネクタイ、袖口など) が発生する可能性がありますが、静電容量式タッチスクリーンは抵抗膜式タッチスクリーンよりもはるかに少ない圧力で済みます。
画像の鮮明さ: 投影型静電容量式タッチ スクリーンは、背面に小さな導体のマトリクスを備えた透明なコーティングされていないガラスで作られているため、通常、他のほとんどのタッチ テクノロジよりも高品質の画像を提供します。その結果、容量性パネルは、OLED および最新の高解像度および UHD ディスプレイによく適合します。
相互静電容量タッチスクリーン技術は投影型静電容量技術に含まれています。一方、相互容量は、列と行のグリッド上に容量を生成するという点で、従来の投影容量とは異なります。 2 つのタッチ スクリーン デバイスが接触すると、隣接する列と行の間を流れる電流の一部が指に流れ、その特定のグリッド交差点の静電容量が減少します。
相互静電容量タッチ スクリーンは、列と行が一緒になるとコンデンサを形成します。その結果、224 個のコンデンサが 14 列 x 16 行の相互容量タッチ スクリーンに表示されます。ディスプレイに触れると、近くの交差点の静電容量が自然に減少します。
相互静電容量はグリッド上で生成されるため、相互静電容量タッチ スクリーンでは複数回のタッチが可能になる場合があります。言い換えれば、コマンドは、相互静電容量式タッチスクリーン デバイス上の 2 つ以上の場所をタップまたはタッチすることによって開始できます。マルチタッチ コマンドは、まったく新しいコマンドの可能性の世界を開きます。たとえば、画面をタッチする方法に応じて、拡大または縮小が可能です。もちろん、相互静電容量以外の他のタッチスクリーン テクノロジーもマルチタッチ コマンドをサポートしています。自己静電容量により、2 つ以上の接点の同時使用が可能になります。
相互静電容量は、他のすべてのタイプの投影型静電容量タッチ スクリーン テクノロジーと同様に、高いタッチ感度と高いタッチ精度の両方を提供します。結果として、これらおよびその他の理由により、投影型静電容量タッチ スクリーンが表面静電容量型タッチ スクリーンよりも好まれることがよくあります。
いくつかの点で、投影型静電容量式タッチ スクリーンは表面型静電容量式タッチ スクリーンとは異なります。どちらも静電容量を使用してタッチ コマンドを検出しますが、方法は異なります。
投影型静電容量式タッチ スクリーンにはインテリジェントな処理が含まれています。タッチコマンドを検出するための高感度のタッチセンサーを備えています。一方、予想される容量性テクノロジーのコストは欠点です。投影型静電容量式タッチ スクリーンは、通常、表面型静電容量式タッチ スクリーンよりも高価です。
