タッチスクリーンとボタンのインターフェイスデザイン：静電容量式および抵抗膜式タッチスクリーンと触覚

インターフェース技術がどのように進化したかを理解するための最も重要な基礎について学びます。

All About Circuits / Mooreのロビーポッドキャスト「エピソード10：航空宇宙技術の重要なエンジニアリングに関するNASA宇宙飛行士マシュードミニク」で、デイブフィンチと宇宙飛行士マシュードミニクが取り上げたトピックの1つは、タッチスクリーンとボタンのインターフェイスデザインが非常に優れている理由です。戦闘機のコックピットで重要ですか？

この質問は、以下の議論で歴史的および技術的な詳細で答えられます。この記事では、次の概念に焦点を当てます。

• 機械的なボタン/キーパッドのインターフェース
• タッチスクリーン（抵抗膜方式および容量方式）
• 触覚フィードバック（特に振動する触覚）

これにより、航空宇宙アプリケーションにおけるディスプレイテクノロジーの重要性をよりよく理解するために必要な基本的な概念情報が得られます。

メカニカルボタン/キーパッドインターフェイス

このタイプのレガシーユーザーインターフェイスは、機械的応答の形でユーザーに触覚応答を提供します。これらのタイプのキーパッドは、手袋を着用しているユーザーに適しています。キーはほとんどのタッチスクリーンよりも互いに分離されているため、物理的なキーパッドはより正確になる傾向があります。これは、隣接するキーをアクティブ化する際のエラーを排除するのに役立ちます。

メカニカルキーボードシステムは、タッチスクリーンよりも安価であり、タッチスクリーンと比較してディスプレイに必要なテクノロジーが少ないため、通常は軽量です（通常は数グラムのみ）。

タッチスクリーンテクノロジー

タッチスクリーンは、機械的な感触を作り出したり、点灯したり、押したときに音を発したりできますが、これらのキーを連続して入力または押す過程で、ユーザーは機械的なキーパッドよりもはるかに簡単に隣接するキーに誤って触れる可能性があります。タッチスクリーンは通常フラットで、メカニカルキーボードのように隣接するキーを分離する実際の障壁はありません。

メカニカルキーボードに対するそれらの利点は、汚れた環境や過酷な環境での信頼性が高いことです。一部のメカニカルキーボードには、キーを保護する柔軟なメンブレンのような構造があり、汚れや破片を防ぐことでこの種の信頼性の問題を防ぎます。

彼らの主な欠点は、彼らがより電力を消費していることです。これは、バッテリー駆動のシステムでは有害です。さらに、直接照明での表示に問題がある可能性があります。

最も人気のあるタイプのタッチスクリーンの2つは、抵抗膜方式と容量方式です。

抵抗膜方式タッチスクリーン

このアーキテクチャでは、絶縁ドットで分離された2つの透明な導電層（ガラスまたはアクリル基板とポリエステルトップシート）が必要です。指が最上層に触れると、2つの層が接触します。タッチは、最初にX軸とY軸に沿って層に電圧勾配を順次適用することによって追跡されます（反対側の層は電圧プローブとして使用されます）。コントローラは、プローブされた層から報告された電圧レベルに基づいて、接点のX位置とY位置を決定します。

図1。 抵抗膜方式のタッチスクリーン構造。画像はWilsonHurdの好意により使用されました

この種の設計は低コストで低消費電力です。液体を通しません。時々キャリブレーションが必要になる場合があり、損傷や摩耗が発生しやすくなります。

静電容量式タッチスクリーン

上記の抵抗膜方式のタッチスクリーンの概念を静電容量方式のタッチスクリーンと比較してください。この設計では、電圧は画面の隅に印加されます。スクリーンの端の周りの電極は、導電性表面全体に電界を生成します。これにより、指の導電性表面の引き込み電流によって引き起こされる静電容量の変化を測定することにより、指をスクリーン上で追跡できます。

図2。 静電容量式タッチスクリーン構造。画像はWilsonHurdの好意により使用されました

このタイプのデザインは、優れた光学性能、高い耐久性を備えた機械的な動きがなく、マルチタッチおよびジェスチャ機能を備えた頑丈なガラスパネルを使用しています。ユーザーは、素指、手袋、またはアクティブスタイラスを使用できます。このアーキテクチャは、極端な環境に耐えることができ、非常に正確ですが、EMIの影響を受けやすくなっています。

この概念の詳細については、RobertKeimの静電容量式タッチセンシングの概要をご覧ください。

触覚フィードバック

触覚フィードバックは、人間とコンピューター間の双方向通信のもう1つの手段であり、ユーザーエクスペリエンスを向上させるための感覚フィードバックが含まれています。タッチ、視覚、および音は、ユーザーインターフェイスを強化し、タッチスクリーンボタンが押されたことをユーザーに確信と確認を与えます。パイロットが周囲を視覚的に継続的にスキャンする必要がある軍用戦闘機などの状況では、物理的なフィードバックが信頼性に不可欠です。

振動する触覚

ユーザーが触れているボタンが実際に目的の応答をアクティブにしているという自信をユーザーに与える1つの手段は、触覚を使用することです。触覚効果は、定在波発生器と圧力センサーを介して、従来のタッチスクリーンに重ね合わせることができます。タッチすると音波が発生し、従来のキーボードでボタンを押してポジティブなフィードバックを感じることができます。これは、軍用戦闘機では特に重要であり、宇宙船システムを強化することができます。

図3。 タッチスクリーンの振動触覚システムの基本アーキテクチャ。画像は、IEEE Xploreを介してCatelani、Ciani、Barile、Liberatoriの好意で使用されました

次の記事では、これらのテクノロジーがPalmPilotからF-18スーパーホーネットのディスプレイにどのように適用されたかについて説明します。これは、マシュードミニクがムーアのロビーエピソードで説明したものです。