大画面ではどのタッチテクノロジーが使用されていますか？

最近、大きなタッチスクリーン（対角線> 40インチ）を備えたデバイスは急速に安価で人気が高まっています-インタラクティブなテーブル、情報および広告キオスク、ビジネスおよび教育用のインタラクティブなディスプレイ。 この記事では、そのようなデバイスで使用されているセンサー技術を、その長所と短所とともに確認します。 この点で、大型ディスプレイの世界は、投影型静電容量式タッチテクノロジーがついに獲得したスマートフォンやタブレットの世界とは根本的に異なることをすぐに言わなければなりません。 この記事に記載されているすべての事実は、さまざまなメーカーのタッチスクリーンを使用した実際の経験に基づいています。

基準

まず第一に、比較基準に言及する価値があります-さもなければ、どのテクノロジーがより良く、どのような条件でどのように理解できるのでしょうか？ この記事では、これらのパラメーターを測定する方法については説明しません。これは、広範囲にわたる独立したトピックであるためです。 リストするだけ：

許可

センサーの解像度は、理想的にはディスプレイのグラフィック解像度よりも低くしないでください。 一部のテクノロジー（たとえば、三角測量を使用）では、このパラメーターを計算するのはかなり難しく、多くの場合役に立たない。 実際には、タッチ解像度は精度ほどユーザービリティに影響しません。

精度

センサーの精度は、実際のタッチポイントとディスプレイ上のタッチポイントの差によって決まります。 大型ディスプレイでは、技術に応じてこのエラーは数センチに達する可能性があります。 一部のテクノロジーでは、このエラーが画面のさまざまな領域で大きく異なる可能性があることが特に重要です。 ごくまれに、センサーから2〜3 mm未満の認識エラーを取得するのが理にかなっています。このエラーは、ほとんどの場合、次のパラメーターである光学視差によって吸収されるためです。

光学視差

光学視差の問題は、タッチディスプレイが常にガラスで覆われていることです（マトリックスを保護し、センサーの動作を確保するため）。 また、対角線> 40」では、このガラスの厚さを4 mm未満にすることは技術的に非常に難しいため、マトリックス自体と大型ディスプレイのガラス表面の間には5〜10 mmの距離があります。 次の図は、視差の問題を示しています（光学屈折は示されていませんが、アイデアは明確です）。

トリガー距離

応答距離は、センサーがトリガーされるディスプレイの表面までの距離です。 光学センサーの場合、このパラメーターは2〜10 mmの間で変化する可能性があり、画面の対角線が大きいほど、応答距離が長くなります。 描画アプリケーションの場合、このオプションは非常に重要です。 すばやく書いたり描いたりすると、通常はマーカーをガラスから非常に短い距離で引き離します。 この距離が応答距離より短い場合、不要な線が画面に表示されます。 また、ダブルクリックで問題が発生する可能性があります。 次の図は、高速書き込み中に応答距離が余分な線の外観にどのように影響するかを示しています。 手書きを見てはいけません、センサーはそれとは何の関係もありません-私にとっては不器用です。

遅延

遅延とは、ディスプレイ上のオブジェクトの実際のタッチと、オペレーティングシステムがオブジェクトに関する情報を利用できるようになる瞬間との間の時間間隔です。 測定が最も難しいパラメーターの1つ。 最新のセンサーの場合、遅延は10〜30ミリ秒ですが、OS、アプリケーション、レンダリングの遅延により、ユーザーアクションに対するアプリケーションの応答の実際の遅延は大幅に大きくなることに注意してください。 遅延がユーザビリティにどのように影響するかについては、 すでにハブにあるMicrosoft Researchの優れたビデオを見ることができます。

リフレッシュレート

センサーのリフレッシュレートは、単位時間あたりの認識されたオブジェクトの座標に関するメッセージの数によって特徴付けられます。 一部のテクノロジーでは、同時に認識されるオブジェクトの数によっては、このパラメーターが大幅に低下する可能性があることに注意してください。

光感度

光学技術に基づいたすべてのタッチディスプレイは、ある程度まで、赤外線領域での偽照明を恐れています。 実際には、これは、光学センサーがストリートディスプレイに適していないことを意味します。 ただし、多くの最新の光学センサーは部屋ではうまく機能します（すべてではありませんが）。

同時に認識されるタッチの数

このパラメーターについてコメントする必要はないと思います。 一般的なケースでは、タッチディスプレイが認識するタッチが多いほど、他の特性が悪くなるとしか言えません。

技術

それで、大きな対角線ディスプレイのセンサーを評価するための基準で、私たちは今、テクノロジーに移ろうと考えました。 大きい（> 40 ''）対角線のLCDディスプレイで実際に現在使用されている技術のみを説明します。 したがって、抵抗および界面活性剤（SAW =表面音響波）技術は省略されます。 私がお話しする長所と短所も、大きな対角線の特徴です。

投影型静電容量テクノロジー（投影型静電容量式タッチ）

投影容量技術の原理は次のとおりです。 導体のグリッドが画面に適用され、その交点はコンデンサと見なすことができます。 これらのコンデンサの静電容量は、提示されたオブジェクト（指など）の影響を受けます。 特別なコントローラーがすべての交点で静電容量を交互に測定し、それを変更することでタッチの座標を計算します。 残念ながら、このすばらしいテクノロジーを大画面でスケーリングするのは簡単ではありません。 これは、次の問題が原因です。

• 透明性 タブレットやスマートフォンでは、透明な物質であるITO（酸化インジウムスズ）が導体として使用されます。 大きな対角線では、導体の長さがはるかに長くなるため、抵抗も大きくなります。 許容できるレベルの抵抗を実現するには、導体を広くする必要があります。まず、ITOの消費量が増加するため高価であり、次に特定の対角線から始まって、導体がすでに太くなりすぎています。 実際には、40インチを超えるすべてのPCTタッチスクリーンは現在銅導体を使用しており、肉眼で簡単に見ることができます。 銀ナノワイヤーを搭載した今後のPCTセンサーのうわさがありますが、私はまだそれらをライブで見ていません。
• 遅延 明らかに、導体の数は対角線に対して直線的に増加し、その交点の数は二次関数的に増加します。 これは、許容可能な認識遅延を確保するために、非常に高いポーリングレートが必要であることを意味します。 これには、より強力なコントローラが必要であり、導体の電気的干渉と過渡現象の問題を引き起こす可能性が最も高くなります。
• トリガー距離。 導体間の距離が大きいほど、画面に表示されたオブジェクトと実際に触れたオブジェクトを区別するのが難しくなります。 製造元は段落2で説明した理由でこの距離を広げる必要があるため、センサーは触れる前でもメッセージを表示するため、実際の問題が発生することがあります（一部のアプリケーションでは、これも機能と見なすことができます）。

これらすべてを合わせると、現代の大型PCTディスプレイは、街頭を含む情報キオスクに非常に適した選択肢になります。 しかし、それらを使用することは成功する可能性が低く、タブレットのようにそれらからの応答性を期待することは明らかに価値がありません。 製造技術を所有している企業はほとんどないため、大型PCTセンサーが安価ではないことも重要です。

光学技術（光学タッチ）。

この技術は、赤外線カメラを使用してオブジェクトの位置を決定します。 用語には明確な問題があります。 以下で説明する他の技術も何らかの方法で光学効果を使用するという事実にもかかわらず、タッチディスプレイのメーカーの間では、画面の隅にあるカメラに基づいた技術を光学技術と呼ぶのが通例です。



操作の原理は非常に簡単です-IR照明を備えたカメラは、ディスプレイの2つまたは4つの角に設置されます。 カメラのライトが交互に点灯し、対応するカメラがディスプレイに触れるオブジェクトの角度位置をキャプチャします。 次に、コントローラーはオブジェクトの座標を三角測量し、コンピューターに転送します。



この技術の従来の問題は、最初は操作距離が長いことと、マルチタッチモードでのパフォーマンスが低いことでした。 たとえば、2チャンバーセンサーは最大2回のタッチで動作し、ズームジェスチャーにのみ適したレベルで動作します。 4チャンバーセンサーはマルチタッチモードで非常によく機能しますが、認識エラーは依然として一般的であり、そのようなセンサーの仕様では4タッチまたは6タッチさえ示されることがよくありますが、言語はそれを実際のマルチタッチに変えません。



同時に、小児疾患を免れた最新の光学センサーは、屋内ディスプレイに価格と品質の最適な組み合わせを提供します。 特に、低レイテンシと高精度で優れたキャリブレーションが特徴です。 さらに、2室センサーの遅延は、4室センサーの遅延よりも低くなっています。これは、ポーリングカメラのサイクルが2倍短いためです。

IRマトリックス（IRマトリックスタッチまたはIRタッチのみ）。

IR Touchテクノロジーの原理は非常にシンプルです-ディスプレイフレームの2つの隣接する側にはIR LEDのラインがあり、他の2つにはフォトセルのラインがあります。 画面に触れるオブジェクトは、形成されたグリッド内の赤外線に重なり、フォトセルからのデータに従って、コントローラーが座標を決定します。



光学のような技術は、実際に非常によく適用されます。 比較的低価格で優れたマルチタッチ（光学タッチよりも4〜6個のオブジェクトの認識が大幅に鮮明）により、この技術は屋内ディスプレイにとって非常に魅力的です。 最近まで、IRマトリックスの遅延は非常に大きかったが、最近のモデルではすでに光学センサーの遅延に匹敵している。



IRマトリックスの欠点は解像度が低いことです。これは、垂直または水平からわずかにずれた線を描くと、描画モードで簡単に検出できます。 ただし、この方向で、IRマトリックスの製造業者は絶えず改善しています。

FTIR効果に基づくテクノロジー（FTIR Touch）。

これはおそらく最も有名なマルチタッチテクノロジーです。 Microsoft Surfaceの最初のバージョン（当時はまだインタラクティブなテーブルでした）がベースになったのはその上にありました。 ポイントは、赤外線LEDがタッチガラスの端に配置されることです。 物体がガラスに触れない限り、ほぼ完全な内部再反射により、ガラス内部に赤外線が残ります。 そして、オブジェクトが適用されるとすぐに、放射はこのポイントで散乱し始め、スクリーンの後ろにあるカメラで見ることができます。



これは、大型の斜めディスプレイ（30タッチ以上）で実際のマルチタッチを提供する唯一のテクノロジーです。 MS Surfaceの大きな欠点は（背面投影に基づくすべてのFTIR Touchディスプレイと同様に）奥行きが大きいことです。 LCDディスプレイの場合、この問題はLCDモジュールとバックライトの間隔、および超短焦点レンズと重複する視野を持つ複数のカメラを使用することで解決されます。



もちろん、このようなディスプレイは20〜25 cmよりも薄くすることはできず、火のような外部照明を恐れています。 ただし、実際のマルチタッチが必要な場合は、この価格を支払う必要があります。

電磁（EMタッチ）

この技術では、LCDモジュールの後ろに導体付きのパネルがあります。実際には、受信アンテナと送信機が特別なアクティブスタイラスに配置されています。 アンテナ内の電磁場の変化に基づいて、コントローラーはスタイラスの位置を計算します。 このテクノロジーは、WacomおよびGalaxy Note S-Penタブレットで使用されています。 大型の対角ディスプレイの場合、この技術を使用するには巨大なプリント回路基板の製造が必要になるため、この技術の使用は高価な喜びです。 同時に、電磁気技術（スタイラス用）とIRタッチ（指用）を組み合わせたディスプレイは、価格がなければおそらく最良の選択でしょう。 ところで、これらはPerceptive Pixelが作成したディスプレイで、 Microsoftが最近購入しました 。

PixelSense

私が話したいもう1つのテクノロジーは、1つのディスプレイだけに実装されています-Samsung SUR40、別名Microsoft Surface 2、別名Microsoft PixelSense。 このアイデアは、技術的に製造するのが難しいのと同じくらい素晴らしいです。 一番下の行は、フォトセルがLCDマトリックスに直接組み込まれているということです。 これにより、実際のマルチタッチと多くの追加機能を利用できます。



残念ながら、このディスプレイを分解して本格的な一連のテストを受ける機会はありませんでした。 しかし、展示会で彼と仕事をした経験は、優れた技術に対するすべての希望を打ち砕いた。 ディスプレイは小さな物体を非常によく認識せず、大きな遅延を示しました（おそらく、これはソフトウェアと不良コンピューターに起因する可能性があります）、そしてスタンド上の光の減光によって判断すると、照明にも問題があります。 まあ、対角線はわずか40”であり、他の対角線が出現する可能性はありません。

Panasonic TVタッチペン

そして、このレビューの最新技術は、パナソニックのプラズマTVの新しいシリーズに組み込まれている技術です。 このテクノロジーの興味深い点は、ディスプレイ自体にセンサーがないことです。 センサー、またはフォトセルは、特別な電子スタイラスにあります。 画面上の各ピクセルは特別な方法で変調されるという考え方です。 スタイラスが画面に触れると（これは簡単なトレーラーで決定されます）、フォトセルは変調パラメーター（正確にはわかりません）を使用して座標を計算し、無線でコンピューターに送信します。



技術的な解決策の独創性にもかかわらず、この技術には非常に重大な欠点があります。 第一に、使用される変調は肉眼で見え、画像を非常に台無しにします。第二に、認識された座標もスタイラスの角度に依存するという事実により、視差の問題は非常に複雑になります。



それにもかかわらず、私はこの技術に個人的に非常に同情しています。なぜなら、それはDendyピストルの操作の原則を思い出させ、Duck Huntを懐かしく思います。 パナソニックがDendy（または少なくともエミュレーター）で使用できる技術に基づいて銃を製造する場合、私は間違いなく彼らのテレビを買います！

結論

したがって、自信を持って、大型ディスプレイ用のセンサーテクノロジーについて次のように言えます。今日では、スマートフォンでは慣れ親しんでいるレベルの利便性はありません。 ただし、テクノロジーの選択に賢明にアプローチすれば、かなり高いレベルで問題の解決を達成できます。



簡単に言えば、どのアプリケーションにどのテクノロジーを使用したほうがよいかを説明するように求められた場合、次のように答えます。

• 屋外ディスプレイおよび公共スペース向け- 投影型静電容量式タッチ
• 屋内エンターテイメント用-IR Touch
• 描画が必要な場合- 光学式タッチ
• 実際のマルチタッチが必要な場合-FTIR Touch

ただし、ルールには例外があります！ 主なことは、さまざまな技術のすべての長所と短所を比較検討することです。