タッチパネル

タッチパネルとは

タッチパネルとは、ディスプレイ画面に直接触れることにより、その位置を検出してコンピュータに指示を送ることのできる装置の総称です。ノートパソコン、タブレット、スマートフォン、デジタルカメラなどの個人用機器から銀行のＡＴＭ、発券機などサービス機器まで広く採用されています。
　出力機器である液晶パネルと入力機器であるタッチセンサは別部品ですが、それを一つのに機器に内蔵した製品開発が進んでいます。

キーボードやマウスでの操作と比較して、直接に指で画面をタッチすることにより、次のような利点が得られます。

• 直感的に分かりやすく操作が簡単になる。
• キーボードやマウスが不要なので、装置全体が軽量・小型化する。携帯に便利である。

反面、次のような欠点もあります。それを防ぐために、パソコンやタブレットなどでは、マウスやキーボードとの兼用ができるのが通常です。

• 視覚障害者の利用は非常に困難である。
• 指の太さにより細かい画面の操作がしにくい。
• 大量データ入力では、キーボードほどの素早く正確な入力ができない。
• 画面が汚れやすい。見えにくくなるだけでなく、検知精度が落ちる。

タッチパネルの操作

マウスでのクリックやドロップなどの操作に対応した操作が可能です。

• タップ
  画面を指先で軽く押す操作です。アプリの起動、フォルダの展開などに用います。マウスでのクリックに相当し、シングルタップ、ダブルタップがあります（左クリック・右クリックの区別はできません）。
  タップ操作が行われたと判断されるタイミングは、画面を「押した瞬間」ではなく、指を「離した瞬間」です。
  長時間（数秒間）押す操作をロングタップといいます。ロングタップではアイコン削除などの機能があるので、通常のタップではすぐ離すことに注意する必要があります。
• フリック
  指で画面を押してから、さっとはじくように動かす操作です。日本語入力時に。画面に表示されている文字から入力したい文字に移るときなどに使います。
• スワイプ
  指を画面で押して、一定方向へ掃くように動かす操作です。画面を上下あるいは前ページ・後ページに切り替えるときなどに使います。
• ピンチ（マルチタッチ）
  従来は１本の指で１点だけを指示するだけでしたが、複数の点を検出できるタッチパネルがポピュラになってきました。
  　二本の指の間を広げるように動かす（ピンチアウト）と画面が拡大し、狭めるように動かす（ピンチイン）と画面が縮小します。小画面でのスマートフォンなどに便利な操作です。

タッチパネルの原理

タッチパネルは、通常のディスプレイの外側に、タッチした画面位置を電気的に検知する装置を付けたものです。
　民生機器向けタッチパネル全体では、抵抗膜方式が最も広く採用されており、投影型静電容量方式が成長しています。

抵抗膜方式

下図のガラス基板がディスプレイ画面です。その外側に２枚の透明電極膜が、一定の間隔で配置されているドットスペーサで分離されています。タッチすると、２枚の透明電極膜がショートするので、その部分に電流が流れて位置を検知できます。

抵抗膜方式には次の利点があります。
　・圧力だけで検知するので、手袋をしたままでも、通常の棒でも操作できる。
　・構造が比較的簡単で制御回路に高性能部品が不要なので安価に製造でき、消費電力も少ない。
　しかし、次の欠点があります。
　・構成する膜の枚数が多いので、透過率（注）が低い。
　・動作原理から、同時に複数個所の位置を検知するマルチタッチの機能を実現できない。
　　（上の構成を複数組み合わせて実現することはできるが、さらに透過率が低下する。）

（注）透過率

表示画面の前にタッチパネルを付けると、そこで光が吸収分散して画面が見にくくなります。タッチパネルなしの状態と付けたときの状態の比率を透過率といいます。タッチパネルの光学特性を示す重要尺度です。抵抗膜方式に比べて、静電容量方式は高い透過率が実現できます。

静電容量方式

静電容量方式は、画面に指で触れると発生する静電容量（電荷）の変化をセンサで感知し、タッチした位置を検知する方式です。表面型と投影型があります。
　どちらも抵抗膜方式に比べて、タッチパネルを構成する膜数が少ないので透過率が高く（画面品質が良い）、耐久性に優れているという利点があります。しかし、手袋や棒では静電容量が変化しません。これは欠点でもありますが、意図しない動作が起こらないという利点でもあります。

表面型静電容量方式

透明電極膜（導電層）を敷き、４隅にある電極に電圧をかけてパネル全体に均一な低圧の電界を発生させでおく構造です。
　指が表面に触れた際の静電容量の変化を４隅で測定し、指の位置を検知します。

投影型に比べて構造がシンプルで低コストですが、２点以上の接触位置検出が困難で、マルチタッチを実現できません。

投影型静電容量方式

表面型の透明電極膜が、Ｘ軸とＹ軸に対応する透明電極層を埋め込んだ電極パターン層になっており、指をそれに近づけると、その位置で電界が生じるのを検出する方式です、

投影型は、多点の検出ができるのでマルチタッチができます。透明電極層のメッシュを細かくすることで正確な位置検出ができます。しかし、構造が複雑になり大画面には高コストになります。そのため、スマートフォンなど小画面、細かい画面位置指定、高操作性が求められる分野に使われています。