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工業分野のタッチパネルと、起きようとしているブレイクスルー


工業分野でタッチパネルを選ぶには、環境への適用性や信頼性を考慮する必要があります。

タッチパネル方式にはさまざまな種類がありますが、工業分野では長年にわたり抵抗膜アナログ方式が第一に選ばれてきました。抵抗膜アナログ方式は、誤作動が少ないなど信頼性が高く、手袋を着用したまま操作できるためです。

スマートフォンやタブレット端末でおなじみの投影型静電容量方式 (PCAP) は、マルチタッチによる高い操作性で幅広い分野で期待されています。ただ工業分野においては、ノイズの影響を受けやすく手袋着用での操作が困難なため、これまで導入が進んでいませんでした。

今回の技術コラムでは、タッチパネル方式の仕組みや特性を概説しながら、工業分野におけるタッチパネルの選び方を解説します。また、静電容量方式の飛躍的な技術革新により、工業分野のタッチパネル利用に起きようとしているブレイクスルーについても説明します。

抵抗膜アナログ方式 (Resistive)

抵抗膜アナログ方式は、工業分野で最も採用されているタッチパネル技術で、感圧式と呼ばれることもあります。

本方式の構造はシンプルです。向かい合う2枚の透明電極膜を、わずかな隙間を空けて配置。パネルを押すと電極膜が接触して、キーエリアによって異なる電流値で電流が流れます。その電流値を測定してキーエリアを特定する、という方式です。

抵抗膜方式には、X座標とY座標で2層のパターンを配置してキーエリアの座標を特定する、デジタル (マトリクス) 方式もあります。

電極間の容量結合を応用した静電容量方式とは異なり、抵抗膜方式は導電性物質ではない物によるタッチでも反応します。つまり、手指でなくてもタッチ操作が可能になります。また、赤外線 (IR) や表面弾性波 (SAW) などの波長の原理に基づく他の方式と比べて、タッチセンサ面が埃や水滴などの異物に対してもっとも強い、という特長があります。

一方で、マルチタッチ非対応・光学的透明度が低い・傷がつきやすい・使用頻度の高い箇所が摩耗していく・大型化が困難という点は、本方式のマイナス要素です。

光学方式 (Optical Imaging)

Windows がマルチタッチ対応したことで、光学方式の液晶ディスプレイやオールインワンPCは多数発売されました。

光学方式は、画面上部の左右に赤外線LEDと光学センサを配置し、左右と下部に再帰性反射シートを張り付けた構造です。指などで画面を触れたときの影を、光学センサが検出し、その影の座標を三角測量で求めます。

本方式は、透過率・耐久性が高く、手袋をしたままのタッチ操作が可能でマルチタッチにも対応しているという利点があります。構造がシンプルで大型化がしやすい点も特長です。

一方、画面表示領域の外側に発光/検出部分を付ける相応のベゼル幅が必要で、外光や照明の影響を受けて誤検出が発生しやすいというマイナス要素もあります。

投影型静電容量方式 (PCAP ; Projected Capacitive)

投影型静電容量方式 (PCAP) は、静電容量方式の一種で、2000年代初頭に初めて一般市場に取り入れられました。

従来の表面型静電容量方式 (SCAP ; Surface Capacitive) から機能性が改善されたため、スマートフォンやタブレット端末などの民生機器に広く採用されました。その結果、瞬く間に「タッチパネルと言えばPCAP」という地位を得たのです。

多くの用途においてデュアルタッチによる回転・ズーム・フリップ・最多10点までのマルチタッチができる点で、PCAPは他の方式と一線を画しています。

ITO (Indium Tin Oxide) 層と呼ばれる一定の容量結合で電界が発生している電極膜に手指などの導電性物質が近づくと、その導電性物質と電極間でも容量結合が発生して電極間の容量結合値が変化します。容量結合値が変化したキーエリアの座標を検出するという方式です。

投影型静電容量方式 (PCAP) は耐久性や耐傷性が高く、ATMや小売・キヨスクなど、ハードな使われ方が想定される産業機器にも広まっています。また透過率が高いため、明るく視認性の良い表示画面を実現でき、医療分野でも広く利用されている方式です。

タッチパネル方式の違いと使い分け

タッチパネル方式にはそれぞれ長所と短所があります。用途や環境に応じて最適な製品を選ぶことが重要でしょう。

抵抗膜アナログ方式 光学方式 投影型静電容量方式
耐久性
耐傷性
透過率 (視認性)
入力方法
手袋
調整による
ペン
素材による

素材による
マルチタッチ ×
2点まで

10点まで
採用例 生産設備 / 工作機械 / 射出成型機 PCディスプレイ / オールインワンPC キオスク / ゲーム / デジタルサイネージ / ATM / 券売機
コンテック製品

工業分野で起きようとしているブレイクスルー

「工業分野のタッチパネルといえば抵抗膜アナログ方式」という時代が続きました。従来の表面型静電容量方式 (SCAP) は、ノイズの影響を受けにくく、指 (素手) や専用のタッチペン以外では反応せず誤動作が少ないという信頼性の面で、工業分野での適用が検討されてきました。しかし工業分野では、手袋が前提となるため適用できない、という課題があったのです。

投影型静電容量方式 (PCAP) は、ノイズの影響を受けやすいという特性があります。タッチパネル制御技術とノイズ対策技術の飛躍的な進化により、この特性は抑え込むことが可能となりました。また、電界 (投影領域) の大きさなどを適切に調整すれば手袋でのタッチ操作が可能になるなど、工業分野におけるタッチパネルでは、大きなブレイクスルーが起きようとしています。

周波数ホッピングによるノイズ対策、誤作動の防止

PCAPは原理上ノイズの影響を受けやすく、誤作動してしまう懸念があります。周波数ホッピングという複数の周波数帯で、タッチイベントの判定を行い検出する技法を使うことにより、誤操作を除外して正しいタッチイベントだけを検出できます。

コンテックは、周波数ホッピングによる産業機器としてのチューニングとノイズ特性に応じたさまざまなノイズ対策で品質を高めています。

「水」による誤作動の防止

容量変化を引き起こす「水」もタッチパネルを誤作動させる原因です。周波数ホッピングなどの技術を活用すれば「水」特有の容量変化を検知したキーエリアは無効とする、といったチューニングも可能です。

防滴/防水性能に加えてコンテックは、こうしたチューニングを行った水場で使用する静電容量方式のタッチパネルコンピュータ製品を研究開発しています。

手袋着用でタッチ操作

PCAPは、用途に応じて電界 (投影領域) を調節できます。手袋の材質や厚みに応じてタッチイベントの検出距離 (電界の大きさ) をコントロールすることで、作業用手袋や安全手袋を着用したままでのタッチ操作が可能になります。

コンテックでは、プロジェクト単位でこうしたタッチパネルのチューニングを行うことが可能です。ぜひご相談ください。

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