ルネサスのタッチキー開発ソリューション
All in Oneマイコンとすぐに開発可能な評価キットで、開発効率を最大化する

人と機械をつなぐ「HMI(Human Machine Interface)」、その優劣が製品価値を大きく左右します。組み込み機器のHMIに、指でオーバーレイをタッチしたり、指を滑らせて量を指定する、直観的な操作が可能な「タッチキー」の導入が急拡大しています。お客様のタッチキー開発のハードルを押し下げる、ルネサスのソリューションを解説します。

静電容量式タッチセンサシステム (第2世代タッチキー技術) 開発効率を最大化するルネサスのタッチキー開発ソリューション

時代は「タッチ」!
スピードが増す、組み込み機器へのタッチキー採用

タッチキーの採用が急速に進んでいます。いまや、凸凹がない高いデザイン性と、直観的に操作可能な製品が、ユーザにとっては当たり前の選択になりました。拭き掃除が容易なこともユーザに好まれ、白物家電やヘルスケア機器を中心にタッチキーの採用が拡大しています。

さらに、電極が露出せず樹脂製オーバーレイの下にあることから、機材に水滴や粉塵が入らないといった耐環境性の高さ、そして、無接点による長寿命化が注目を集め、住設機器や工場などで使われる産業装置でもタッチキーの採用が急速に進んでいます。そのスピードは、今後、ますます早まるでしょう(図1)。

図1:さまざまな組み込み機器へのタッチキー採用が加速する

 

ルネサス第2世代タッチキーの特徴
高感度でノイズに強い!自己・相互の両方式対応で操作性アップ

デザイン面の要望を広く受け入れ、多様な素材や、自由なオーバーレイ形状を実現するには、容量変化の検出部分を高感度化する必要があります。ルネサスはノイズの影響をほとんど受けることなく、静電容量を電流に変換し増幅、数値化する回路を開発することにより、感度および耐ノイズ性を大幅に向上させることに成功しました。

従来、オーバーレイのアクリル板の厚さは2mm以下を推奨していましたが、第2世代タッチキーでは厚さ10mmのアクリル板を使っても、指先の接近を検出でき、IEC 61000 4-3/4-6 level3の厳しいノイズ試験をクリアできます。また、手袋装着時や指を若干浮かした状態での操作も行うことができ、オーバーレイと電極の間に若干、空気層があっても操作可能です。

さらに、水滴の付着による誤検知を防ぐ「相互容量方式」にも対応しました。自己容量と相互容量の両方式に対応したことで、高機能なユーザインタフェースを実現、ワンランク上の操作性を実感いただけます。

静電容量タッチキーの検出方式

(1)自己容量方式

タッチキーは、電極と人体(指先)の間に生じる静電容量の変化を検知しています。従来から使われてきたのが「自己容量方式」です。この方式は単一の電極と人体(指先)との間の静電容量を検知して、タッチ状態かそうでないかを判断します。電極が一つであるため構造が簡単です(図2)。
電極を持った回路は、電極と大地の間に一定の静電容量(寄生容量)を持っており、指先が電極に近づくと、新たな静電容量が発生します。自己容量方式では、この増加分の静電容量を検知してタッチかどうかを判断します。
この方式では、操作面に液体が付着した場合も、液体により静電容量が増加するため、正確な検知が困難です。

 

(2)相互容量方式

「相互容量方式」は、送信電極と受信電極を用いて電界を発生させ、送受信電極間の電界変化を検出します(図3)。この方式では、操作面に液体が付着しても電界がほとんど変化しないため影響を受けず、水がかかるような厳しい利用環境で利用できます。また、自己容量方式で電極をマトリクス(格子)状に組んだ際、2点以上を同時に押した際に発生する「ゴースト」が発生しません。そのため、少ない端子数でも多くの電極を形成でき、マルチタッチも可能になり、単純なON/OFFを上回る操作性を実現します。
相互容量方式では、送信電極にパルスを加え、受信電極との間に電界を形成します。指先が近づくと、電界の一部が指先側に移り、受信電極で検知する電界が減少し、静電容量も減少します。この容量減少を捉えて、指先の接近を検出します。
この方式では、電界を発生させる二つの電極が必要となるため、電極設計は、自己容量方式以上に気を配ることになります。

図2:自己容量方式の仕組み

図3:相互容量方式の仕組み

静電容量タッチキー開発支援ツール QE for Capacitive Touch

 

QE for Capacitive Touchでは、静電容量タッチキーを使用した組み込みシステム開発に必要なタッチキーの感度調整を簡単に行え、開発期間の短縮が実現できます。RXファミリに対応します。

 

製品機能/特長

・GUI操作でプログラムへのタッチキードライバ組み込みが簡単
・ワークフロー図により一連のタッチキー調整作業が簡単
・タッチインタフェース構成をグラフィカルに表示、状況の把握が簡単
・タッチキーが多くても高速で自動チューニング。効率的に作業が可能
・ボタン1つでプログラムへ調整結果を反映
・モニタリング機能によりタッチキーの動作確認ができ、微調整が簡単
・統合開発環境e2 studio との統合*により、e2 studio だけで作業が完結

 

* QE for Capacitive Touch は、e2 studio用プラグインです。Webからのダウンロードおよびインストールが必要です。

 

メイン/センサー・チューナー ビュー
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ボード・モニター ビュー
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ステータス・チャート ビュー
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