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水滴が付いてもタッチ検出可能!2つの静電容量方式とは

スマートフォンはもちろん、デジタル家電やセキュリティ機器など、身の回りの物にタッチパネルが多く搭載されるようになりました。

しかし、従来の静電容量式タッチセンサでは、タッチパネルの表面に水滴が付くと正常な検出が難しく、指でタッチしたことによる静電容量の変化なのか、水滴の付着による静電容量の変化なのかを区別できませんでした。

この課題を解決するポイントは、静電容量を検出する2つの方式に隠されています。本記事では2つの静電容量方式「自己容量方式」と「相互容量方式」の解説と、水滴が付いてもタッチパネルの評価ができるTexas Instruments社(以下TI社)「MSP CapTIvate™ MCU 開発キット評価モジュール」(以下CapTIvate開発キット)も併せてご紹介します。

静電容量センサで水滴が付いても正確に検出する仕組み

静電容量式センサには、検出する方式が2種類あります。

  • 自己容量方式
  • 相互容量方式

それぞれの仕組みを見ていきましょう。

高感度で導入が容易な自己容量方式

単一のセンサ電極が持つ電界に指などの人体(GND)が近付く ことにより、疑似的にコンデンサが形成され、センサ電極自身の容量が増加します。自己容量方式ではこの容量の増加を検知し、タッチされたかどうかを判別します。自己容量方式は、電極の構造が単純で感度が良いことからタッチパネルの導入が容易と言われていますが、一方で、指のタッチのかわりに電極に水滴が付着した場合も容量増加が生じるため、水滴の付着時に指のタッチによる容量増加との識別が困難であるという課題が知られています。

水滴の付着と指のタッチを区別できる相互容量方式

相互容量方式では2つの電極間の電磁界の状態変化によってタッチを検出しています。
センサ部の表面に水滴が付着した場合は、電極間容量が増えますが、ここに指が近づいた場合は、電磁界の一部が指で遮られ、電極間の容量は減少します。このような仕組みで、水滴の付着と指のタッチを区別することが可能となっています。

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水滴、埃も大丈夫!タッチセンサで広がるアプリケーション

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デザイン家電

メカスイッチが不要なので、自由度の高いデザインの製品を実現可能。
キッチン、浴室等水気のある場所で使用する機器での利用が広がっています。

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屋外機器

タッチセンサは可動部のないフラットなスイッチとして利用可能。
埃の気になるエントランスや屋外に設置する機器でもご利用いただけます。

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ヘルスケア

水滴が付着してもタッチを検出可能。
タオルでさっとひと拭き。メンテナンスも容易です。

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ウェアラブル

CapTIvateは超低消費電力。
コイン電池でも動作可能なので、ウェアラブル製品への応用が期待されています。


水気のある環境で評価ができる、CapTIvate開発キット

CapTIvate開発キットは、CapTIvate™ 静電容量式タッチ技術を搭載した MSP430FR2633マイコンを評価するための、包括的なプラットフォームです。主な特徴は以下の通りです。


CapTIvateテクノロジの特長については、下記の記事にて解説しています。
静電容量タッチセンシングがマイコンだけで実現可能!CapTIvateテクノロジとは

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CapTIvate開発キット

開発キットには下記ボードが含まれており、静電容量式ボタン、スライダ、ホイール、近接センサの評価が可能です。

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開発キット内容

開発時間の短縮が可能!TI reference designs

TI社では、回路/ブロック図、BOMコスト、設計ファイル、テスト・レポートといった設計データを包括的に提供するリファレンス・デザイン・ライブラリ「TI reference designs」がございます。

TI reference designsをご利用いただければ、組み込みプロセッサからパワー・マネジメント、更にはシグナルチェーンに至るまでの必要な情報を提供しており、システムの迅速な評価、カスタム化を可能にし、製品開発期間を短縮できます。

CapTIvate技術を使用したデザインも多数ご用意していますので、ぜひご覧ください。

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