スマホの画面は硬いガラスで覆われているのに、軽く指を触れるだけで場所まで分かります。多くのスマートフォンが使う投影型静電容量方式では、画面の下の電極が作る電気的な状態を繰り返し測り、指によって生じる小さな変化から位置を求めています。単に『指の熱』や『押す力』を測っているわけではありません。
結論：指が静電容量を変えるから
画面のガラスの下には、透明な導電材料で作られた複数の電極があります。電極と周囲の導体の間には電荷を蓄える性質、つまり静電容量があります。導電性を持つ人体の指が表面へ近づくと電界の一部が指と結合し、測定される静電容量が変化します。制御回路はこの変化をタッチ信号として扱います。
縦横の電極を走査して位置を求める
代表的な投影型静電容量センサーでは、互いに交差するよう配置された電極群を順番に走査します。どの行や列、どの交点付近で変化が起きたかを比べることで、指の座標を計算できます。多数の電極を個別に調べられるため、複数の指によるピンチや回転なども検出できます。
自己容量方式と相互容量方式がある
投影型静電容量方式には、各電極と人体などの間の容量負荷を見る自己容量方式と、送信側・受信側電極間の結合変化を見る相互容量方式があります。製品は両者を組み合わせることもあります。そのため、指を置いたときに容量が必ず一方向へ変わる、と全機種に共通する形で断定するのは正確ではありません。大切なのは、局所的な静電容量または電界結合の変化を測る点です。
普通の手袋で反応しにくいことがある理由
厚い絶縁性の手袋は指とセンサーの電気的な結合を弱めるため、通常設定では反応しにくい場合があります。一方、導電糸を使った対応手袋や導電性スタイラスは、指に近い結合を作れるため操作できます。感度設定やセンサー構造によっては一般の手袋に対応する機種もあり、反応の有無は製品ごとに異なります。
安全上の注意
画面や端末を分解して電極を確かめようとしないでください。内部には破損しやすい部品やバッテリーがあり、感電・発火・けがの危険があります。濡れた手で充電端子や損傷した端末に触れず、画面が割れた場合はメーカーの案内に従って修理してください。
参考資料
- Microchip TB3064: mTouch Projected Capacitive Touch Screen Sensing Theory of Operation
- Microchip: 2D Touchpads with Microcontrollers
- US9652091B1: Touch sensitive display utilizing mutual capacitance and self capacitance
- US8279194B2: Electrode configurations for projected capacitive touch screen
次回のテーマ
次回は『靴ひもの先が固い理由』を解説します。
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