静電容量式タッチスクリーンとフィンガーキャパシタンス

1. フィンガーキャパシタンスの概要

「フィンガーキャパシタンス」という用語は、タッチコマンドに応答して静電容量タッチスクリーンの表面に印加される電荷を指します。静電容量のタッチスクリーンに触れると、ユーザーの体から電荷が吸収されます。代わりに、静電容量タッチスクリーンが検出できる放電はごくわずかです。ただし、この追加の電荷は、ユーザーの指から発生するため、指の静電容量として知られています。

フィンガー静電容量の動作原理フィン

ガー静電容量がどのように機能するかを理解するには、まず静電容量タッチ スクリーンの基本的な特性に精通する必要があります。静電容量デバイスは、静電容量を感知することでユーザーのコマンドを検出するタッチ スクリーンです。アクティブにすると、ディスプレイ インターフェイス全体に一貫した静電場が投影されます。静電界は、静電容量タッチスクリーンによって測定されます。

人体は導電性であるため、静電容量のタッチスクリーンは素指で触れると静電界が変化します。その結果、デバイスのディスプレイ インターフェイスは、ユーザーの指から小さな電荷を受け取ります。その結果、静電容量タッチスクリーンの静電界は、タッチコマンド付近で強くなります。簡単に言えば、指の静電容量は、指によってディスプレイ インターフェイスに追加される追加の電荷です。

指

の静電容量

「指静電容量」として知られるこの電気現象は、1 本の指に限定されません。静電容量タッチスクリーンは、あらゆる導電性物体で操作できます。物体が電気を通している限り、デバイスの静電場は歪んでしまいます。

導電性スタイラスは一般的な例です。導電性スタイラスは一貫した外観を持っています。唯一の違いは、導電性材料でできていることです。静電容量のタッチスクリーンを導電性ペンでタッチすると、指の静電容量がディスプレイインターフェイスに追加されます。その結果、デバイスはその場所に触れたときに注文を認識して記録します。

指の静電容量は、指またはその他の導電性物体が静電容量のタッチ スクリーンに電荷を加えるときに生成されます。これにより、静電容量タッチスクリーンがタッチコマンドを認識できるようになります。指の静電容量が印加されると、デバイスはそれをタッチコマンドとして認識します。

PCB製のコンデンサコン

デンサは

いくつかのタイプに分類されます。表面実装パッケージとLEDコンポーネントは通常、静電容量に関連付けられていますが、必要なのは絶縁層(つまり、誘電体)で分離された2つの導体だけです。その結果、プリント基板に導電層を内蔵したコンデンサを作るのは比較的簡単です。タッチセンサー式ボタンとして使用されるPCBコンデンサの次の上面図と側面図を例として考えてみましょう。

コンデンサは、タッチセンサー式ボタンと周囲の銅との間の絶縁空間によって形成されます。周囲の銅線はグランドノードに配線されているため、タッチセンサーボタンは、グランドとタッチセンサー信号の間のコンデンサと考えることができます。

指

の影響PCB

上のはんだマスクと、通常はデバイスの電子機器を環境から隔離するプラスチック層が指とコンデンサの間の障壁として機能するため、直接伝導は発生しません。その結果、指はコンデンサを放電しません。さらに、関心のある量は、コンデンサに残っている電荷ではなく、同時に静電容量です。

指が存在すると静電容量が変化するのはなぜですか?これには2つの理由があります:1つ目は指の導電特性に関連しており、2つ目はその誘電特性に関連しています。

誘電体フィンガー

PCB 上のはんだマスクと、通常はデバイスの電子機器を環境から隔離するプラスチック層がフィンガーとコンデンサの間の障壁として機能するため、直接伝導は発生しません。その結果、フィンガーはコンデンサを放電せず、関心のある量はコンデンサに残っている電荷ではなく、同じ瞬間の静電容量です。

コンデンサの電界は外側に広がるため、指はプレートに接触することなく誘電特性に影響を与える可能性があります。

私たちの体はほとんどが水でできているため、人間の肉は優れた誘電体材料です。空気の誘電率は、真空の誘電率よりもわずかに大きく、真空の誘電率は1です(海面と室温で約1.0006)。一方、水の誘電率は約80で、かなり高い。.その結果、フィンガーとコンデンサの電界との相互作用により誘電率が上昇し、静電容量が上昇します。

導体の指

電気ショックを受けたことがある人なら誰でも、人間の皮膚が電気を通すことをよく知っています。前述のように、指とタッチセンサー式ボタンの間には直接伝導がないため、指はPCBコンデンサを放電できません。ただし、この直接伝導の欠如は、指の導電性が重要ではないことを意味するものではありません。それどころか、フィンガーは追加のコンデンサの2番目の導電板として機能するため、非常に重要です。

実用的な目的のために、フィンガーキャップと呼ばれるフィンガーで作成されたコンデンサは、PCB上にすでに存在するコンデンサと並列に接続されていると想定されています。タッチセンサー式デバイスを使用する人はPCBのグランドノードに電気的に接続されていないため、2つのコンデンサは標準的な回路解析の意味で「並列」ではなく、問題が複雑になります。

一方

、人体は電荷を吸収する能力が比較的高いため、仮想の地面として機能すると考えられています。その結果、フィンガーキャップとPCBキャップの間の正確な電気的接続は重要ではありません。重要なのは、2つのコンデンサの擬似並列設計によりコンデンサが並列に加算されるため、フィンガーが総静電容量を増加させることです。

両方のシステムが指が静電容量式タッチセンサーとどのように相互作用するかを制御した結果、静電容量が増加します。

接触と近接 前

述の説明では、静電容量式「タッチ」センシングの興味深い機能を強調しました。物理的な接触に加えて、センサーに近づくだけで、静電容量の変化を検出できる可能性があります。タッチセンサー式デバイスは、しばしば誤認されます。静電容量式センシング技術は、システムがセンサーと指の間の距離を計算できるようにすることで、機械式スイッチやボタンに新しいレベルの機能を追加します。

上記の静電容量変更方法の効果は、距離に反比例します。誘電率ベースの方法では、指がPCBコンデンサの導電領域に近づくと、より肉質の誘電体がコンデンサの電界と相互作用します。その結果、導電率ベースの機構のフィンガーキャップの静電容量は、他のキャップと同様に、導電プレート間の分離に反比例します。

これは、センサーと指の間の正確な距離を決定するための方法ではないことに注意してください。静電容量式センシングでは、正確な絶対距離計算を実行するために必要な情報は提供されません。しかし、静電容量式センス回路は静電容量の変化を検出するように設計されているため、この技術は、指がセンサーに近づいたり遠くに移動したりしている間、距離の変化を検出するのに適しています。

2. 静電容量式タッチ スクリーン

の利点

耐久性

投影

型静電容量式タッチ スクリーンの主な利点の 1 つは、その靭性です。タッチディスプレイはビジネスにおいて幅広い用途があります。機能を慎重に選択して作成すれば、静電容量式タッチ スクリーンはほこりや湿気などの一般的な問題によって損傷を受けることはありません。AG、AR、AFで表面処理を施すと、光の反射を抑え、指紋の汚れを防ぎ、傷を防ぐことができます。さらに、アプリケーションの要件を満たすように慎重に選択して作成すると、投影された静電容量式タッチ スクリーンは長持ちします。

信頼性

さらに

、その耐久性により、投影された静電容量式タッチスクリーンに傷がつく可能性は非常に低いです。事故により表面に傷がついた場合でも、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、投影された静電容量式タッチ スクリーンは正常に機能し続けます。この機能は、損傷に関係なく、発生した電界の変化を測定し続けるために提供されます。

タッチ精度

この技術が家庭用電化製品で非常に人気があり、現在商業/産業用途でこれほど成功している主な理由の1つは、指または導電性ペンにのみ反応する高感度のタッチ技術であることです(つまり、「誤接触」のリスクは小さい)。無生物は光学式または音響式タッチ ディスプレイに影響を与える可能性がありますが、抵抗膜式タッチ スクリーンは投影された静電容量式タッチ スクリーン (雨、葉、ネクタイ、袖口など) よりも大きなストレスを必要とします。

画像の鮮明さ

通常、

背面にマイクロ導体のマトリッ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できているため、投影された静電容量式タッチ ディスプレイは、他のほとんどのタッチ テクノロジーと比較して優れた画質を提供することがよくあります。静電容量式ディスプレイは、最新のHD、UHD、およびOLEDディスプレイに最適です。

信号を生成するために、静電容量式タッチディスプレイは圧力ではなくタッチのみを必要とします。抵抗膜方式技術では従来の校正が必要ですが、静電容量式タッチパネルでは製造後に校正を 1 回だけ行うか、まったく必要ありません。

静電容量式タッチ スクリーンのコンポーネントは移動する必要がないため、静電容量式ソリューションの寿命が長くなります。抵抗膜式タッチ スクリーンでは、上部の ITO フィルムは薄く、下向きに曲がって下部の ITO フィルムと接触できるように柔軟でなければなりません。

静電容量技術は、光損失とシステム消費電力の点で抵抗技術を上回ります。画面に接触するアイテムによって、静電容量式または抵抗性技術のどちらが使用されるかが決まります。指で触れる場合は、静電容量式タッチスクリーンが望ましいです。抵抗膜式タッチ スクリーンは、プラスチック製であろうと金属製であろうと、スタイラスとして機能します。静電容量式タッチスクリーンを備えたスタイラスを使用することもできます。ただし、互換性のあるスタイラスが必要です。

誘導静電容量式は、中小型のタッチスクリーンによく使用され、ジェスチャーを認識できます。一方、表面静電容量式は大型のタッチディスプレイに利用でき、相対的な内容量は低いが、現状ではジェスチャー認識には対応していない。