タッチスクリーン

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タッチスクリーンまたはタッチスクリーンは、入力(「タッチパネル」)と出力(「ディスプレイ」)デバイスの両方のアセンブリです。タッチパネルは通常、情報処理システムの電子視覚ディスプレイの上に重ねられているディスプレイは多くの場合LCDまたはOLEDディスプレイですが、システムは通常ラップトップ、タブレット、またはスマートフォンです。ユーザーは、特別なスタイラスまたは1本以上の指で画面に触れることにより、シンプルまたはマルチタッチのジェスチャを通じて情報処理システムに入力を与えたり、情報処理システムを制御したりできます[1]一部のタッチスクリーンは、通常の手袋または特別にコーティングされた手袋を使用して機能しますが、他のタッチスクリーンは、特別なスタイラスまたはペンを使用してのみ機能する場合があります。ユーザーはタッチスクリーンを使用して、表示内容に反応し、ソフトウェアで許可されている場合は、表示方法を制御できます。たとえば、ズームしてテキストサイズを大きくします。

タッチスクリーンを使用すると、ユーザーは、マウスタッチパッド、またはその他のそのようなデバイス(ほとんどの最新のタッチスクリーンではオプションのスタイラスを除く)を使用するのではなく、表示されているものを直接操作できます[2]

タッチスクリーンは、以下のようなデバイスに共通しているゲーム機パソコン電子投票機、及び販売時点情報管理(POS)システム。また、コンピューターに接続したり、端末としてネットワークに接続したりすることもできます。彼らは、次のようなデジタル家電の設計において重要な役割を果たしているパーソナルデジタルアシスタント(PDAなど)と、いくつかの電子書籍リーダー。タッチスクリーンは、教室や大学のキャンパスなどの教育現場でも重要です。[3]

スマートフォン、タブレット、および多くの種類の情報機器の人気は、ポータブルで機能的な電子機器用の一般的なタッチスクリーンの需要と受け入れを推進しています。タッチスクリーンは、医療分野、重工業現金自動預け払い機(ATM)、および博物館のディスプレイや部屋の自動化などのキオスクで見られます。これらのキオスクでは、キーボードマウスのシステムでは、ユーザーがディスプレイのコンテンツ。

歴史的に、タッチスクリーンセンサーとそれに付随するコントローラーベースのファームウェア、ディスプレイ、チップ、マザーボードのメーカーではなく、さまざまなアフターマーケットシステムインテグレーターによって利用可能になっていますディスプレイメーカーとチップメーカーは、タッチスクリーンをユーザーインターフェイスコンポーネントとして受け入れる傾向を認識しており、タッチスクリーンを製品の基本設計に統合し始めています。

タッチスクリーン付きEcobeeスマートサーモスタット

歴史

1977年にCERN [5] [6]、英国の電子技術者であるFrank Beckが、CERNの加速器SPS(スーパー陽子シンクロトロンの制御室用に開発したプロトタイプ[4] xy相互静電容量タッチスクリーン(左)。これは、1972年にCERN [7]Stumpeによって開発され自己容量スクリーン(右)のさらなる開発でした

エリック・ジョンソン、ロイヤル・レーダー設立に位置して、マルバーン、イングランド、1965年に出版され、短い記事の静電容量タッチスクリーン上の彼の仕事を説明した[8] [9] その後、より完全で写真や図表-で1967年に掲載された記事。[10]航空管制のためのタッチ技術の適用が1968年に発表された資料に記載された[11] フランク・ベックベントStumpe、からエンジニアCERN(欧州原子核研究機構)は、1970年代初頭に透明タッチパネルを開発しました、[12]1960年代初頭のテレビ工場でのStumpeの仕事に基づいています。その後、CERNによって製造され、その後すぐに業界パートナーによって[13] 1973年に使用されました。[14] 1977年、アメリカの会社Elographicsは、Siemensと協力して、既存の不透明なタッチパッド技術、米国特許 3,911,215、1975年10月7日、Elographicsの創設者George SamuelHurstによって開発されました[15]結果として得られた抵抗膜方式のタッチスクリーンは、1982年に最初に示されました。[16]

1972年、イリノイ大学のグループが、マグナボックスプラトIV学生ターミナルの標準部品となった光学式タッチスクリーン[17]の特許を申請し、この目的のために数千人が建設されました。これらのタッチスクリーンには、16×16の赤外線位置センサーのクロスアレイがあり、それぞれが画面の一方の端にあるLEDと、もう一方の端にある対応するフォトトランジスタで構成され、すべてモノクロプラズマディスプレイパネルの前に取り付けられていました。この配置では、画面のすぐ近くにある指先サイズの不透明なオブジェクトを感知できます。同様のタッチスクリーンがHP-150で使用されましたHP 150は、世界で最も初期の商用タッチスクリーンコンピューターの1つでした。[18] HPは、赤外線 送信機と受信機を9インチのソニー ブラウン管(CRT)のベゼルの周りに取り付けました

1984年、富士通は、タイルグラフィックとして保存された漢字の複雑さに対応するためにMicro16用のタッチパッドをリリースしました[19] 1985年、セガSG-1000ビデオゲームコンソールおよびSC-3000家庭用コンピューター用にセガグラフィックボードとしても知られるテレビお絵かきをリリースしました。これは、プラスチック製のペンと、ペンの押下が検出される透明なウィンドウを備えたプラスチック製のボードで構成されていました。これは主に描画ソフトウェアアプリケーションで使用されました。[20] 1986年にセガAIコンピューター用のグラフィックタッチタブレットがリリースされました。[21] [22]

タッチセンシティブコントロールディスプレイユニット(CDU)は、1980年代初頭に民間航空機のフライトデッキで評価されました。初期の調査では、乗組員がキーボードで緯度、経度、ウェイポイントコードを「頭を下げて」入力するのではなく、ウェイポイント、機能、アクションを選択できるため、タッチインターフェイスによってパイロットの作業負荷が軽減されることが示されました。このテクノロジーの効果的な統合は、飛行乗務員が飛行経路、さまざまな航空機システムの機能、瞬間的な人間の相互作用など、車両操作のすべての主要な側面について高レベルの状況認識を維持できるようにすることを目的としています。[23]

1980年代初頭、ゼネラルモーターズは、デルコエレクトロニクス部門に、自動車の重要でない機能(スロットルトランスミッションブレーキステアリング以外)を機械システムまたは電気機械システムから可能な限りソリッドステートの代替機能に置き換えることを目的としたプロジェクトを任命しました。。完成したデバイスは、さまざまな周辺センサーサーボソレノイドアンテナに配線されデジタルコンピューターおよびソフトウェア制御システムである「ElectronicControlCenter」のECCと呼ばれていました。 ディスプレイと唯一の入力方法の両方として機能するモノクロCRTタッチスクリーン。[24] ECCは、従来の機械式ステレオ、ファン、ヒーター、エアコンの制御とディスプレイに取って代わり、車両の累積および現在の動作状態に関する非常に詳細で具体的な情報をリアルタイムで提供することができまし。 ECCは、1985〜1989年のビュイックリビエラとその後の1988〜1989年のビュイックリアッタの標準装備でしたが、一部の伝統的なビュイックの技術嫌悪ために、消費者に人気がありませんでした。顧客ですが、主に、ECCのタッチスクリーンが苦しんでいるコストのかかる技術的な問題が原因で、気候制御やステレオ操作が不可能になります。[25]

マルチタッチ技術は、トロント大学の入力研究グループが、ガラスの後ろにカメラを配置したすりガラスパネルを使用して、最初の人間入力マルチタッチシステムを開発した1982年に始まりました1985年、ビルバクストンを含むトロント大学グループは、かさばるカメラベースの光センシングシステムではなく静電容量を使用するマルチタッチタブレットを開発しました(マルチタッチの歴史を参照)。

最初の市販のグラフィカルPOS(point-of-sale)ソフトウェアは、16ビットのAtari520STカラーコンピューターでデモンストレーションされましたそれは、カラータッチスクリーンウィジェット駆動型インターフェースを特徴としていました。[26] ViewTouch [27] POSソフトウェアは、1986年の秋のCOMDEXエキスポのAtari Computerデモンストレーションエリアで、開発者のGeneMosherによって最初に紹介されました。[28]

1987年、カシオは4×4マトリックスで構成されたタッチスクリーンを備えカシオPB-1000ポケットコンピューターを発売し、その小さなLCDグラフィックスクリーンに16のタッチエリアをもたらしました。

タッチスクリーンは1988年まで不正確であるという評判が悪かった。ほとんどのユーザーインターフェースの本は、タッチスクリーンの選択は平均的な指よりも大きいターゲットに限定されていると述べていた。当時は、指がターゲットに当たるとすぐにターゲットが選択されるように選択が行われ、対応するアクションが即座に実行されていました。視差やキャリブレーションの問題が原因でエラーが発生することが多く、ユーザーの不満につながりました。 「リフトオフ戦略」[29]、メリーランド大学ヒューマンコンピュータインタラクションラボの研究者によって導入されました。(HCIL)。ユーザーが画面に触れると、何が選択されるかについてフィードバックが提供されます。ユーザーは指の位置を調整でき、アクションは指が画面から持ち上げられたときにのみ実行されます。これにより、640×480ビデオグラフィックスアレイ(VGA)画面(当時の標準)で1ピクセルまでの小さなターゲットを選択できました

シアーズ他(1990)[30]は、ノブの回転、スライダーの調整、画面をスワイプしてスイッチ(またはU字型)をアクティブにするなどのジェスチャについて説明し、当時のシングルタッチおよびマルチタッチの人間とコンピューターの相互作用に関する学術研究のレビューを行いました。トグルスイッチのジェスチャー)。 HCILチームは、小型のタッチスクリーンキーボードを開発および研究し(ユーザーがタッチスクリーンキーボードで25 wpm入力できることを示した研究を含む)、モバイルデバイスでの導入を支援しました。また、線の範囲の選択、オブジェクトの接続、別の指で位置を維持しながら選択する「タップクリック」ジェスチャなどのマルチタッチジェスチャを設計および実装しました。

1990年に、HCILはタッチスクリーンスライダーを実証しました[31]。これは後にAppleと他のタッチスクリーン携帯電話ベンダーとの間のロックスクリーン特許訴訟で先行技術として引用されました米国特許7,657,849に関連して)。[32]

1991年から1992年にかけて、Sun Star7プロトタイプPDAは、慣性スクロールを備えたタッチスクリーンを実装しました[33] 1993年、IBMは解放IBMサイモンを第一タッチスクリーン携帯電話。

初期の試み携帯型ゲームタッチスクリーンとコントロールがしたセガへの所期の後継ゲームギア装置が、最終的に棚上げとによる1990年代初頭にタッチスクリーン技術の高価なコストにリリースされなかったものの、。

静電容量式タッチスクリーンを備えた最初の携帯電話は、2007年5月にリリースされLG Pradaでした(これは最初のiPhoneの前でした)。[34]

タッチスクリーンは、2004年にニンテンドーDSリリースされるまで、ビデオゲームに広く使用されることはありませんでした。[35]最近まで、[いつ?]ほとんどの消費者向けタッチスクリーンは、一度に1つの接触点しか感知できず、接触の強さを感知する機能を備えたものはほとんどありません。これはマルチタッチ技術の商品化によって変化し、2015年4月に力に敏感なディスプレイを備えたAppleWatchがリリースされました。

2007年には、出荷されたタッチスクリーンの93%が抵抗膜方式であり、予想される静電容量はわずか4%でした。2013年には、出荷されたタッチスクリーンの3%が抵抗膜方式で、90%が予想静電容量でした。[36]

テクノロジー

タッチを感知するさまざまな方法を備えたさまざまなタッチスクリーン技術があります。[30]

抵抗力のある

抵抗性タッチスクリーンパネルは、間に薄い隙間で互いに対向する2つの透明導抵抗層で最も重要なもののいくつかの薄い層を含みます。最上層(接触している層)の下面にはコーティングが施されています。そのすぐ下には、その基板の上に同様の抵抗層があります。一方の層はその側面に沿って導電性の接続があり、もう一方は上部と下部に沿って接続されています。電圧が一方の層に印加され、もう一方の層によって検出されます。指先やスタイラスの先端などの物体が外面を押し下げると、2つの層が接触してその点で接続されます。[37]その後、パネルは1対の分圧器として動作します、一度に1つの軸。各層をすばやく切り替えることで、画面上の圧力の位置を検出できます。

抵抗膜方式タッチは、液体や汚染物質に対する耐性が高いため、レストラン、工場、病院で使用されています。抵抗膜方式タッチ技術の主な利点は、その低コストです。さらに、触覚を感知するのに十分な圧力だけが必要なので、手袋をはめたまま、または指の代わりに硬いものを使用して使用できます。欠点には、押し下げる必要があることや、鋭利な物体による損傷のリスクがあります。抵抗膜方式のタッチスクリーンは、画面上に配置された材料の層からの追加の反射(つまりグレア)があるため、コントラストが低下するという問題もあります。[38]これは、DSファミリー3DSファミリー、およびWii UGamePadで任天堂が使用したタイプのタッチスクリーンです[39]

弾性表面波

弾性表面波(SAW)テクノロジーは、タッチスクリーンパネルを通過する超音波使用します。パネルに触れると、波の一部が吸収されます。超音波の変化は、タッチイベントの位置を決定するためにコントローラーによって処理されます。弾性表面波タッチスクリーンパネルは、外部要素によって損傷する可能性があります。表面の汚染物質もタッチスクリーンの機能を妨げる可能性があります。

容量性

携帯電話の静電容量式タッチスクリーン
1983年製のカシオTC500静電容量式タッチセンサーウォッチ。角度の付いた光がタッチセンサーパッドを露出し、時計皿の上部表面にトレースがエッチングされています。

静電容量式タッチスクリーンパネルは、酸化インジウムスズ(ITO)などの透明な導体コーティングされたガラスなどの絶縁体構成されています。[40]人体も導電体であるため、画面の表面に触れると、画面の電界が歪み、静電容量の変化として測定できます。タッチの場所を決定するために、さまざまなテクノロジーを使用できます。次に、場所は処理のためにコントローラーに送信されます。 ITOはインジウムの使用によりいくつかの環境問題を引き起こすため、ITOの代わりに銀を使用するタッチスクリーンが存在します。[41] [42] [43] [44]コントローラは通常、相補型金属酸化物半導体(CMOS)特定用途向け集積回路(ASIC)チップであり、通常、信号をCMOSデジタルシグナルプロセッサ(DSP)に送信して処理します。[45] [46]

抵抗膜方式のタッチスクリーンとは異なり、一部の静電容量式タッチスクリーンは、手袋などの電気絶縁材料を介して指を検出するために使用できません。この不利な点は、人々が手袋を着用している可能性がある寒い気候でのタッチタブレットPCや静電容量式スマートフォンなどの家電製品の使いやすさに特に影響します。それは、特別な静電容量式スタイラス、またはユーザーの指先との電気的接触を可能にする導電性糸の刺繍パッチを備えた特別なアプリケーショングローブで克服することができます。

それに応じて不安定でノイズの多い電圧を持つ低品質のスイッチングモード電源ユニットは、静電容量式タッチスクリーンの精度、精度、および感度を一時的に妨げる可能性があります。[47] [48] [49]

一部の静電容量式ディスプレイメーカーは、より薄く、より正確なタッチスクリーンの開発を続けています。モバイルデバイス用のものは現在、SamsungのSuper AMOLEDスクリーンなどの「インセル」技術で製造されており、ディスプレイ自体の内部にコンデンサを構築することで層を排除しています。このタイプのタッチスクリーンは、ユーザーの指とユーザーが画面上で触れているものとの間の目に見える距離を減らし、スマートフォンで望ましいディスプレイの厚さと重量を減らします

単純な平行平板コンデンサには、誘電体層で分離された2つの導体があります。このシステムのエネルギーのほとんどは、プレート間に直接集中しています。エネルギーの一部はプレートの外側の領域にこぼれ、この効果に関連する電界線はフリンジ電界と呼ばれます。実用的な静電容量センサーを作成する際の課題の一部は、フリンジフィールドをユーザーがアクセスできるアクティブなセンシング領域に向ける一連のプリント回路トレースを設計することです。平行平板コンデンサは、このようなセンサーパターンには適していません。フリンジ電界の近くに指を置くと、容量性システムに導電性の表面積が追加されます。指によって追加される追加の電荷蓄積容量は、指容量、またはCFとして知られています。指が存在しないセンサーの静電容量は、寄生容量、またはCPとして知られています。

表面静電容量

この基本技術では、絶縁体の片面だけが導電層でコーティングされています。小さな電圧が層に印加され、均一な静電界が得られます。人間の指などの導体がコーティングされていない表面に触れると、コンデンサが動的に形成されます。センサーのコントローラーは、パネルの四隅から測定された静電容量の変化から間接的にタッチの位置を決定できます。可動部品がないため、適度な耐久性がありますが、分解能が制限され、寄生容量結合からの誤った信号が発生しやすく、製造時にキャリブレーションが必要です。したがって、産業用制御装置やキオスクなどの単純なアプリケーションで最もよく使用されます[50]

いくつかの標準的な静電容量検出方法は射影的ですが、非導電性の表面を通して指を検出するために使用できるという意味で、それらは温度の変動に非常に敏感であり、センシングプレートを膨張または収縮させて静電容量の変動を引き起こしますこれらのプレートの。[51]これらの変動は多くのバックグラウンドノイズをもたらすため、正確な検出には強い指信号が必要です。これにより、アプリケーションは、指が検出要素に直接触れるか、比較的薄い非導電性の表面を通して検出されるアプリケーションに限定されます。

投影静電容量

投影型静電容量式タッチ(PCT)テクノロジーに基づくマルチタッチグローブの裏側
透明なポリエステルフィルムに埋め込まれた25ミクロンの絶縁コーティングされた銅線を使用して製造された8x8の投影静電容量タッチスクリーン。
この図は、標準のx / y多重タッチスクリーンを使用して作成された16の交差とは対照的に、ラティスタッチスクリーンまたはキーパッドへの8つの入力が28の一意の交差を作成する方法を示しています。
投影型静電容量式タッチスクリーンのスキーマ

投影型静電容量式タッチ(PCT; PCAP)テクノロジーは、静電容量式タッチテクノロジーの変形ですが、タッチの感度、精度、解像度、およびタッチの速度が、単純な形式の「人工知能」の使用によって大幅に改善されています。このインテリジェントな処理により、非常に厚いガラスや二重ガラスを通して、指の感知を正確かつ確実に投影できます。[52]

最近のPCTタッチスクリーンの中には、何千もの個別のキーで構成されているものもありますが[53]、ほとんどのPCTタッチスクリーンは、ガラス板に重ねられた導電性材料の行と列のx / yマトリックスで構成されています。これは、単一の導電層をエッチングし電極のグリッドパターンを形成することによって行うことができます。、平行線またはトラックで導電性材料の2つの別々の垂直層をエッチングしてグリッドを形成するか、または単一層に微細な絶縁コーティングされたワイヤのx / yグリッドを形成します。同時に検出できる指の数は、交差点の数(x * y)によって決まります。ただし、交差点の数は、対角格子レイアウトを使用することでほぼ2倍にすることができます。この場合、x要素がy要素とのみ交差するのではなく、各導電性要素が1つおきの要素と交差します。[54]

導電層は透明であることが多く、透明な導電体である酸化インジウムスズ(ITO)でできています。一部の設計では、このグリッドに印加された電圧が均一な静電界を生成し、これを測定できます。指などの導電性物体がPCTパネルに接触すると、その点で局所的な静電界が歪められます。これは、静電容量の変化として測定できます。指が2つの「トラック」間のギャップを埋めると、電荷フィールドはさらに中断され、コントローラーによって検出されます。静電容量は、グリッド上の個々のポイントごとに変更および測定できます。このシステムは、タッチを正確に追跡することができます。[55]

PCTの最上層はガラスであるため、安価な抵抗膜方式タッチ技術よりも頑丈です。従来の静電容量式タッチテクノロジーとは異なり、PCTシステムはパッシブスタイラスまたは手袋をはめた指を感知することができます。ただし、パネル表面の湿気、高湿度、または収集されたほこりは、パフォーマンスを妨げる可能性があります。ただし、これらの環境要因は、「細線」ベースのタッチスクリーンでは問題になりません。これは、ワイヤーベースのタッチスクリーンの「寄生」静電容量がはるかに低く、隣接する導体間の距離が大きいためです。

PCTには、相互容量と自己容量の2種類があります。

相互容量

これは一般的なPCTアプローチであり、ほとんどの導電性オブジェクトが非常に接近している場合に電荷を保持できるという事実を利用しています。相互静電容量センサーでは、コンデンサーは本質的にグリッドの各交点で行トレースと列トレースによって形成されます。たとえば、16×14アレイには、224個の独立したコンデンサがあります。行または列に電圧が印加されます。指または導電性スタイラスをセンサーの表面に近づけると、局所的な静電界が変化し、相互容量が減少します。グリッド上の個々のポイントごとの静電容量の変化を測定して、他の軸の電圧を測定することにより、タッチ位置を正確に決定できます。相互静電容量により、複数の指、手のひら、またはスタイラスを同時に正確に追跡できるマルチタッチ操作が可能になります。

自己容量

自己静電容量センサーは、相互静電容量センサーと同じXYグリッドを持つことができますが、列と行は独立して動作します。自己容量では、指の容量性負荷は、電流計、またはRC発振器の周波数の変化によって各列または行の電極で測定されます。[56]

指は、列の全長に沿ってどこでも検出できます。その指が列によっても検出された場合、指の位置はこの行/列のペアの交点にあると見なすことができます。これにより、1本の指を迅速かつ正確に検出できますが、複数の指を検出する場合はあいまいさが生じます。 [57] 2本の指には4つの可能な検出位置があり、そのうち2つだけが真です。ただし、競合するタッチポイントを選択的に感度を下げることにより、競合する結果を簡単に排除できます。[58] これにより、「自己容量」をマルチタッチ操作に使用できるようになります。

あるいは、1つを除くすべての列に「感度低下」信号を適用することにより、あいまいさを回避できます。[58] これにより、タッチに敏感な行の短いセクションだけが残ります。行に沿ってこれらのセクションのシーケンスを選択することにより、その行に沿った複数の指の正確な位置を決定することが可能です。このプロセスは、画面全体がスキャンされるまで、他のすべての行に対して繰り返すことができます。

自己容量タッチスクリーンの層のような携帯電話で使用されているソニーのXperiaソラ[59]サムスンギャラクシーS4ギャラクシー注3ギャラクシーS5、および銀河アルファ

自己静電容量は相互静電容量よりもはるかに感度が高く、主にシングルタッチ、単純なジェスチャー、および指がガラス表面に触れる必要がない近接センシングに使用されます。相互容量は、主にマルチタッチアプリケーションに使用されます。 [60] 多くのタッチスクリーンメーカーは、同じ製品で自己静電容量技術と相互静電容量技術の両方を使用しているため、個々の利点が組み合わされています。 [61]

静電容量式スクリーンでのスタイラスの使用

静電容量式タッチスクリーンは必ずしも指で操作する必要はありませんが、最近まで、必要な特別なスタイラスは購入するのにかなりの費用がかかる可能性がありました。この技術のコストは近年大幅に下がっており、静電容量式スタイリは現在、わずかな料金で広く利用可能であり、多くの場合、モバイルアクセサリと一緒に無料で配布されます。これらは、柔らかい導電性ゴムの先端を備えた導電性シャフトで構成されており、それによって指をスタイラスの先端に抵抗的に接続します。

赤外線グリッド

1981年にこのPLATOV端末でユーザーのタッチスクリーン入力を監視するためにディスプレイの周りに取り付けられた赤外線センサー。単色プラズマディスプレイの特徴的なオレンジ色の輝きが示されています。

赤外線タッチスクリーンは、XYのアレイは、赤外線使用LED光検出器LEDのパターンビームの中断を検出するために、画面の端の周りに対。これらのLEDビームは、垂直方向と水平方向のパターンで互いに交差します。これは、センサーがタッチの正確な位置を検出するのに役立ちます。このようなシステムの主な利点は、指、手袋をはめた指、スタイラス、ペンなど、本質的に不透明なオブジェクトを検出できることです。これは一般に、タッチスクリーンをアクティブにするために導体(素指など)に依存できない屋外アプリケーションおよびPOSシステムで使用されます。静電容量式タッチスクリーンとは異なり、赤外線タッチスクリーンはガラスにパターンを付ける必要がないため、システム全体の耐久性と光学的透明度が向上します。赤外線タッチスクリーンは、赤外線ビームを妨害する可能性のある汚れやほこりに敏感であり、ユーザーが選択するアイテムを検索しているときに画面上に指を置いたときに、曲面の視差や偶発的な押し込みに悩まされます。

赤外線アクリルプロジェクション

半透明のアクリルシートは、情報を表示するためのリアプロジェクションスクリーンとして使用されます。アクリルシートの端は赤外線LEDで照らされ、赤外線カメラはシートの裏側に焦点を合わせています。シート上に置かれた物体はカメラで検出できます。シートにユーザーが触れると、変形により赤外線が漏れ、最大圧力のポイントでピークになり、ユーザーのタッチ位置を示します。MicrosoftのPixelSenseタブレットはこのテクノロジーを使用しています。

光学イメージング

光学式タッチスクリーンは、タッチスクリーン技術の比較的最近の開発であり、2つ以上のイメージセンサーCMOSセンサーなど)が画面の端(主に角)の周りに配置されています。赤外線バックライトは、画面の反対側にあるセンサーの視野に配置されます。タッチするとセンサーからの一部のライトがブロックされ、タッチするオブジェクトの位置とサイズを計算できます(視覚的な船体を参照)。このテクノロジーは、そのスケーラビリティ、汎用性、およびより大きなタッチスクリーン向けの手頃な価格により、人気が高まっています。

分散信号技術

2002年に3Mによって導入されたこのシステムは、センサーを使用してガラスの圧電性を測定することにより、タッチを検出します複雑なアルゴリズムがこの情報を解釈し、タッチの実際の場所を提供します。[62]この技術は、ほこりや引っかき傷などの外部要素の影響を受けません。画面上に追加の要素が必要ないため、優れた光学的透明度を提供するとも主張しています。手袋をはめた指など、任意のオブジェクトを使用してタッチイベントを生成できます。欠点は、最初のタッチ後、システムが動かない指を検出できないことです。ただし、同じ理由で、静止しているオブジェクトがタッチ認識を妨げることはありません。

音響パルス認識

この技術の鍵は、表面の任意の1つの位置に触れると、基板に音波が発生し、タッチスクリーンの端に取り付けられた3つ以上の小さなトランスデューサーによって測定される固有の結合信号が生成されることです。デジタル化された信号は、表面上のすべての位置に対応するリストと比較され、タッチ位置が決定されます。このプロセスをすばやく繰り返すことで、動くタッチが追跡されます。外来音と周囲音は、保存されているサウンドプロファイルと一致しないため、無視されます。このテクノロジーは、高価な信号処理ハードウェアではなく、単純なルックアップ方法を使用するという点で、他のサウンドベースのテクノロジーとは異なります。分散信号技術システムと同様に、最初のタッチ後に動かない指を検出することはできません。ただし、同じ理由で、タッチ認識は、静止しているオブジェクトによって中断されることはありません。このテクノロジーは、特許ファミリーEP1852772で説明されているように、2000年代初頭にSoundTouch Ltdによって作成され、によって市場に導入されました。タイコ・インターナショナル、2006年のエロ部門はアコースティックとしての認識をパルス。[63] Eloが使用するタッチスクリーンは通常のガラスでできており、優れた耐久性と光学的透明度を提供します。このテクノロジーは通常、画面に傷やほこりが付いても精度を維持します。このテクノロジーは、物理的に大きいディスプレイにも適しています。

建設

タッチスクリーンを構築する主な方法はいくつかあります。主な目標は、ディスプレイに触れている1本以上の指を認識し、これが表すコマンドを解釈し、コマンドを適切なアプリケーションに伝達することです。

最も一般的な手法であった抵抗アプローチでは、通常、次の4つの層があります。

  1. 下部に透明な金属導電性コーティングを施した上部のポリエステルコーティング層。
  2. 粘着スペーサー
  3. 上部に透明な金属導電性コーティングでコーティングされたガラス層
  4. 取り付け用のガラスの裏側の接着層。

ユーザーが表面に触れると、システムはディスプレイを流れる電流の変化を記録します。

分散信号技術は、強化されたガラス基板に触れると化学的に発生する圧電効果(機械的な力が材料に加えられたときに発生する電圧)を測定します。

2つの赤外線ベースのアプローチがあります。1つは、センサーのアレイが、指がディスプレイに触れているか、ほとんど触れていることを検出し、それによって画面上に投射される赤外線ビームを遮断します。もう1つは、底面に取り付けられた赤外線カメラが画面のタッチによる熱を記録します。

いずれの場合も、システムは、その時点で画面に表示されているコントロールとタッチの場所に基づいて、目的のコマンドを決定します。

開発

マルチタッチスクリーンの開発により、画面上の複数の指の追跡が容易になりました。したがって、複数の指を必要とする操作が可能です。これらのデバイスを使用すると、複数のユーザーが同時にタッチスクリーンを操作することもできます。

タッチスクリーンの使用が増えるにつれ、タッチスクリーン技術のコストは、それを組み込んだ製品に日常的に吸収され、ほぼ排除されています。タッチスクリーン技術は信頼性を実証しており、飛行機、自動車、ゲーム機、機械制御システム、電化製品、および携帯電話を含むハンドヘルドディスプレイデバイスに見られます。モバイルデバイスのタッチスクリーン市場は、2009年までに50億米ドルを生み出すと予測されていました。[64] [更新が必要]

画面自体を正確に指す機能も、新しいグラフィックタブレットと画面のハイブリッドで進歩していますポリフッ化ビニリデン(PVFD)は、その高い圧電特性により、タブレットが圧力を感知できるため、この革新において主要な役割を果たし、デジタル絵画などを紙や鉛筆のように動作させます。[65]

2011年10月に発表されたTapSenseを使用すると、タッチスクリーンで、指先、指関節、指の爪など、手のどの部分が入力に使用されたかを区別できます。これは、コピーアンドペースト、文字の大文字化、さまざまな描画モードのアクティブ化など、さまざまな方法で使用できます。[66] [67]

テレビ画像と通常の最新のPCの機能との間の実際の実用的な統合は、近い将来の革新になる可能性があります。たとえば、映画やビデオの俳優に関するインターネット上の「すべてのライブ情報」、その他のリスト人に関する歌やニュースの通常のビデオクリップ中の音楽

人間工学と使用法

タッチスクリーンの精度

タッチスクリーンが効果的な入力デバイスであるためには、ユーザーはターゲットを正確に選択し、隣接するターゲットを誤って選択しないようにする必要があります。タッチスクリーンインターフェースの設計は、システムの技術的能力、人間工学認知心理学、および人類生理学を反映する必要があります

タッチスクリーン設計のガイドラインは、1990年代に最初に開発されました。これは、ユーザーの指のサイズに大きく依存する赤外線グリッドを使用した古いシステムの初期の調査と実際の使用に基づいています。これらのガイドラインは、静電容量式または抵抗膜式タッチ技術を使用する最新のデバイスの大部分にはあまり関係がありません。[68] [69]

2000年代半ばからは、メーカーのオペレーティングシステムのためのスマートフォンは、基準を公布しているが、これらはメーカーの間で変動し、技術の変化に基づいて、サイズの大幅な変動を許容するので、から不適であるヒューマンファクターの視点。[70] [71] [72]

さらに重要なのは、人間が指やペンのスタイラスでターゲットを選択する際の正確さです。ユーザー選択の精度は、画面上の位置によって異なります。ユーザーは中央で最も正確であり、左端と右端でそれほど正確ではなく、上端、特に下端で最も正確ではありません。R95の精度(95%の目標精度に必要な半径)下隅さ12mm(0.47)に中心が7mm(0.28)から変化します。[73] [74] [75] [76] [77]ユーザーは無意識のうちにこれに気づいており、タッチスクリーンの端や隅にある小さいターゲットを選択するのに時間がかかります。[78]

このユーザーの不正確さは、視差、視力、および目と指の間のフィードバックループの速度の結果です人間の指だけの精度はこれよりはるかに高いため、画面上の拡大鏡などの支援技術が提供されている場合、ユーザーは0.1 mm(画面に接触すると)の精度で指を動かすことができます( 0.004インチ)。[79] [疑わしい ]

手の位置、使用する数字、切り替え

ハンドヘルドおよびポータブルタッチスクリーンデバイスのユーザーは、さまざまな方法でそれらを保持し、入力の位置とタイプに合わせて保持と選択の方法を定期的に変更します。ハンドヘルドインタラクションには、次の4つの基本的なタイプがあります。

  • 少なくとも部分的に両手で持ち、片方の親指で軽くたたく
  • 両手で持ち、両手の親指で軽くたたく
  • 片方の手で持ち、もう一方の手の指(またはまれに親指)で軽くたたく
  • 片手でデバイスを持ち、同じ手から親指でタップします

使用率は大きく異なります。2つの親指によるタッピングは、多くの一般的なインタラクションではめったに発生しませんが(1〜3%)、タイピングインタラクションの41%に使用されます。[80]

さらに、デバイスは表面(机やテーブル)に置かれることが多く、タブレットは特にスタンドで使用されます。これらの場合、ユーザーは指または親指で指差し、選択、またはジェスチャーを行い、これらの方法の使用法を変えることができます。[81]

触覚と組み合わせる

タッチスクリーンは、触覚応答システムでよく使用されます。このテクノロジーの一般的な例は、タッチスクリーンのボタンがタップされたときに提供される振動フィードバックです。ハプティックスは、シミュレートされた触覚フィードバックを提供することでタッチスクリーンのユーザーエクスペリエンスを向上させるために使用され、画面上の応答遅延に部分的に対抗して、即座に反応するように設計できます。グラスゴー大学からの研究(Brewster、Chohan、and Brown、2007;そして最近ではHogan)は、タッチスクリーンユーザーがタッチスクリーンの場合、入力エラーを減らし(20%)、入力速度を上げ(20%)、認知負荷を下げる(40%)ことを示しています。触覚または触覚フィードバックと組み合わせる。これに加えて、ボストン大学が2013年に実施した調査では、タッチスクリーンの触覚刺激が製品の心理的所有権の誘発に及ぼす影響を調査しました。彼らの調査によると、タッチスクリーンに大量の触覚の関与を組み込むことができるため、顧客は自分が設計または購入している製品により多くの恵みを感じるようになりました。調査はまた、タッチスクリーンを使用している消費者が彼らが購入していたアイテムのより高い価格を受け入れることをいとわなかったと報告しました。[82]

カスタマーサービス

タッチスクリーン技術は、21世紀に顧客サービス業界の多くの側面に統合されました。[83]レストラン業界は、このドメインへのタッチスクリーン実装の良い例です。Taco Bell、[84] Panera Bread、McDonald'sなどのチェーンレストランでは、顧客がメニューからアイテムを注文するときに、オプションとしてタッチスクリーンを提供しています。[85]タッチスクリーンの追加はこの業界の発展ですが、顧客はタッチスクリーンをバイパスして従来のレジ係に注文することを選択できます。[86]これをさらに一歩進めるために、バンガロールのレストランは注文プロセスを完全に自動化しようとしました。顧客はタッチスクリーンが埋め込まれたテーブルに腰を下ろし、豊富なメニューを注文します。注文が行われると、それは電子的にキッチンに送られます。[87]これらのタイプのタッチスクリーンは、リードセクションで説明したPOS(Point of Sale)システムに適合します。

「ゴリラアーム」

ユーザーが腕を休めることなくジェスチャーインターフェイスを拡張して使用することを「ゴリラアーム」と呼びます。[88]作業環境で日常的に使用すると、倦怠感、さらには反復運動過多損傷を引き起こす可能性があります。特定の初期のペンベースのインターフェースでは、オペレーターは就業時間の大部分でこの位置で作業する必要がありました。[89]ユーザーが入力デバイスまたはその周りのフレームに手や腕を置くことを許可することは、多くの状況でこれに対する解決策です。この現象は、適切な人間工学的設計によって最小限に抑えられる動きの例としてよく引用されます。[要出典]

サポートされていないタッチスクリーンは、ATMやデータキオスクなどのアプリケーションではまだかなり一般的ですが、一般的なユーザーは短時間で間隔の広い期間しか使用しないため、問題にはなりません。[90]

指紋

iPadタブレットコンピューター)のタッチスクリーンの指紋と汚れ

タッチスクリーンは、ディスプレイ上の指紋の問題に悩まされる可能性があります。これは、指紋オイルの目に見える影響を減らすように設計された光学コーティングを施した材料を使用することで軽減できます最近のほとんどのスマートフォンには疎油性コーティングが施されているため、油の残留量が少なくなります。もう1つのオプションは、マット仕上げのアンチグレアスクリーンプロテクターを取り付けることです。これにより、わずかに粗い表面が作成され、汚れを簡単に保持できなくなります。

グローブタッチ

ユーザーが手袋を着用している場合、タッチスクリーンはほとんどの場合機能しません。手袋の厚さと手袋の素材は、手袋とタッチスクリーンがタッチを拾う能力に重要な役割を果たします。

も参照してください

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ソース

外部リンク