次世代ソリューション SMART HMI

組込型タッチパネル開発に関して、こんなお悩みはありませんか?

次世代ソリューション SMART HMI

組込み型タッチパネル開発に関して
こんなお悩みはありませんか?

組込型タッチパネル開発の課題解決

開発者の負荷を軽減する要素

③ ホスト機としても使用可能

単体で実装した機械を制御できるため、外部ホストCPU/MCUが不要、スレーブ機として使用する場合でも、ホストCPU/MCUに負荷をかけずに高精細画面を表示することが可能

④ 高度なGUIを簡単作成

ウィジェットの大きさや色などの変更はもちろん、外部ソフト不要でオリジナル外観を作成でき、 画像の置き換えにも対応。画像の任意の箇所にタッチ機能をノーコードで設置可能

⑤ 優れた接続性とカスタムが自由

RS-232/485、Wi-Fi、Ethernet、CAN Bus、UARTに対応    カスタムも1個から対応

⑥ 日本語対応

専用開発ツール「ADE」は日本語/英語/中国語 対応

③ ホスト機としても使用可能

単体で実装した機械を制御できるため、外部ホストCPU/MCUが不要、スレーブ機として使用する場合でも、ホストに負荷をかけずに高精細画面を表示することが可能

④ 高度なGUIを簡単作成

ウィジェットの大きさや色などの変更はもちろん、外部ソフト不要でオリジナル外観を作成でき、 画像の置き換えにも対応。画像の任意の箇所にタッチ機能をノーコードで設置可能

⑤ 優れた接続性

RS-232/485、Wi-Fi、Ethernet、UART  CAN Busに対応、カスタムも1個から対応

⑥ 日本語対応

専用開発ソフトは日本語/英語/中国語対応

ハードウェアとソフトウェアの両方からコスト削減

ハードとソフトウェアの両方からコスト削減

タッチパネル製品の違い

ソフトウェア

従来

高額なライセンス料
導入前ソフトの使い勝手が分からないことが多い

SMART HMI

無料体験ではなく、無償ソフトウェア
導入前でも使い勝手を確かめられる

ハードウェア

高額な商品でも安価な商品でも価格並みの性能
安い商品はホスト機として使えないことが多い

ハイスペックで低価格
Intel CPUを使用しないため
ホスト機として使用できる性能を低価格で提供可能

SMART HMIの液晶パネルの特長

特長① 高精細画面

組み込み機器のようなリソース制限が厳しい環境に、メモリ使用量が少ない16ビットカラーはよく使用されているが、
グラフィックに特化したSMART HMIは、24ビットカラー(16ビットカラーの256倍)のため、より鮮やかな色彩の演出が可能

SMART HMI
24ビットカラー(16,777,216色)

他社通常モデル
16ビットカラー(65,536 色)

タッチパネルの表示色数の違い

特長② 広視野角

SMART HMIの静電容量式タッチパネルはIPS液晶パネルを使用

視野角 IPS液晶 TN液晶 VA液晶
上下170°120°170°
左右170°140°160°

特長③ 高輝度LEDバックライト採用(cd/m2)

※液晶パネルの輝度が高いメリット:視認性、コントラストの向上、
 屋外や明るい環境でも見やすい画面は、作業効率の向上にもつながる

※液晶パネルの輝度が高いメリット:視認性、コントラストの向上、屋外や明るい環境でも見やすい画面は、作業効率の向上にもつながる

SAMRT HMI (※Ubique)
~800

他社通常モデル
200~500未満

他社高輝度モデル
~844

タッチパネルの輝度の違い

近年の組込型タッチパネルの問題・課題

組込型タッチパネルの問題・課題

専門人材の不足

組込み機器はハードウェアの仕様に合わせてソフトウェアを開発する必要があり、ハードウェアとソフトウェアの高度な統合が求められるため、両方とも高度な専門性を備えた人材が欠かせないが、人手不足が深刻化している中で、企業は人材確保が急務となっている

ハードウェアとソフトウェアの整合性

組込み機器は開発するときのハードウェアと実際に動作するハードウェアが異なるため、実際に動作するハードウェアに合わないプログラムを書くと、機器の動作に支障をきたす可能性がある。常に動作確認およびエラーの修正を平行して行わなければならない。

高度な性能要求

タッチパネルや認証システムなどの高度な機能が求められるようになり、GUI(グラフィックユーザーインターフェース)の普及と共に、グラフィックス性能を最大限に発揮させることが必要になってきている

多品種少量生産は難しい

製品にGUIで操作できるタッチパネルを搭載することに、莫大な開発コストがかかります。コストを下げるや将来的にコストを回収できる見込みを高めるため、大量生産で解決することが多い

カスタマイズの柔軟性が低い

HMI製品が大量に生産されている同時に、できるだけ多くのユーザーのニーズに合わせないといけないため、性能が優れ、インタフェースがたくさん搭載されている(柔軟性が高い)製品が主流となった。しかし、HMI製品の本体価格が高額と一定の数量がないと、セミカスタマイズやフルカスタマイズが難しい状況にもなっている

セキュリティ対策

タッチパネルを搭載した組込み機器は、不正アクセスやデータ漏洩などのセキュリティ対策が重要になり、堅牢なセキュリティ機能の実装が求められる

タッチパネル搭載のメリット

直感的な操作

一部のユーザーにとっては、タッチパネルのほうがキーボードやマウスよりも使いやすい場合がある。特に子供や高齢者にとっては便利だ。

画像表示&ページ切替が可能

画面の切替が出来るため多くの情報を表示させることが出来るだけでなく、グラフや写真を表示させたり、取扱説明書を内蔵させたりすることも可能

操作盤レイアウトの変更が自由

操作盤の自由なレイアウトが可能です。装置の仕様変更、操作手順変更、機能拡張による操作盤のレイアウトにもソフトの変更のみで対応できる

耐久性&配線しやすい

物理スイッチと比べ、スイッチの破損や不具合が起きず、操作盤の配線工数も下がり、省スペースでコンパクトになり、業務効率化だけでなく、コスト削減にもつながる

タッチパネルの種類と違い

HMI市場でタッチパネルが非常に重要なデバイスとなっている、タッチパネルHMIは、家庭用電化製品、産業分野を中心に需要が高まっている
主な技術には以下のようなものがある。それぞれ特徴や長所短所があり、用途に合わせて適切な方式を選択する必要がある

〈静電容量方式〉

 指や専用のスタイラスがパネルに触れることで生じる静電容量の変化を検出し、その位置を特定する仕組みである
スマートフォンやタブレット、ノートパソコンなどの多くのデバイスで広く採用されている

 指や専用のスタイラスがパネルに触れることで生じる静電容量の変化を検出し、その位置を特定する仕組みであるスマートフォンやタブレット、ノートパソコンなどの多くのデバイスで広く採用されている

投影型静電容量方式の仕組みタッチパネル

投影型静電容量方式の仕組み

投影型静電容量方式のパネルは透明電極材料としてインジウム錫酸化物 (ITO) などの透明導電性材料が使用される。透明電極層(ITO)はX方向とY方向に電極が配置され、タッチパネル全体が細かいグリッドに分割されている。

静電容量式タッチパネル

 

タッチパネルに指が近づくと、その部分の静電容量が変化します。これは指が導電体であり、パネルの電極との間に新たな静電容量が形成されるため、XとY方向の電極間の静電容量の変化を測定することで、タッチ位置を特定できる。この情報はタッチコントローラーに送られ、画面上のタッチ位置として認識される。

投影型静電容量方式の利点と欠点

利点

高精度

多数のセンサーが格子状に配置され、より高精度なタッチ検出が可能

マルチタッチ対応

複数の指の位置を同時に検出できるため、ピンチやズームなど直感的な操作が可能

耐久性が高い

物理的な圧力ではなく静電容量の変化を利用するため、長期間の使用にも耐えられる

透過率が高い

透明電極層(ITO)は高い光透過性と良好な導電性を兼ね備えているため、 視認性を損なうことなく電極を形成することが可能

欠点

電気的な干渉(ノイズ)に弱い

投影型静電容量方式は、指が触れることで生じる微小な静電容量の変化を検出して動作するため、外部からの電気的な影響によっても静電容量が変化しやすく、誤検出や操作ミスが発生することがある。なお、表面に水や油などの導電性の汚れがついている場合も、検出エラーが起きやすくなる

コストが高い

他の方式に比べて製造コストが高くなることがある

〈抵抗膜方式(感圧式)〉

〈抵抗膜方式〉

抵抗膜方式は絶縁性の物質(手袋など)でも操作できるため、 産業用タッチパネルの方式として幅広く普及している方式

抵抗膜式タッチパネル

抵抗膜方式の仕組み

指が上部導電層を押すと、上部導電層と下部導電層が接触することで、接触した位置で電圧が変化し、検出された電圧変化を基に、タッチ位置を特定する

抵抗膜方式の利点と欠点

利点

多様な入力対応

パネルが物理的に押されましたら反応するため、 異物に邪魔されにくく、指、手袋、濡れている手でも操作可能

低コスト

製造コストが比較的低い

欠点

視認性が低い

複数のフィルム層があるため、透過率が低く、視認性が劣る

耐久性の問題

物理的な接触(打鍵による損傷など)により、長期間の使用で摩耗や傷が発生しやすい

マルチタッチの制限

特別な構造ではない限り、基本的にシングルタッチになる

〈赤外線方式〉

液晶パネル周囲に赤外線センサーを配置し、指や物体の遮光を検出する方式です。低コストだが精度が劣ります。

遠赤外線式タッチパネル

 赤外線方式の仕組み

XY方向に配置された赤外線発光素子(LED)と受光素子のペアを使って、タッチ位置を検出する方式で、ユーザーがパネル表面をタッチすると、指などによって赤外線光が遮断される。受光素子がこの遮断を検知することで、タッチ位置を特定することができる。

赤外線方式の利点と欠点

利点

大型パネルにも対応

発光素子と受光素子の配置を変更することで、大型パネルにも対応できる

マルチタッチに対応

操作媒体問わず、複数点のタッチ検知が可能

耐久性が高い

大型パネルにも対応 発光素子と受光素子の配置を変更することで、大型パネルにも対応できる 耐久性が高い 光素子と受光素子が裏面に配置されているため、パネル表面が平滑で汚れにくく、産業用途に適している

欠点

外部光の影響を受けやすい

強い外部光(直射日光など)が当たると、赤外線の検知が不安定になる時がある

外部光の影響を受けやすい

強い外部光(直射日光など)が当たると、赤外線の検知が不安定になる時がある

コストが高い

大型パネルの場合、発光素子と受光素子を多数配置する必要があるため、コストが高くなる傾向にある

ゴースト現象

電極の行・列ごとにタッチ位置を判断しているため、マルチタッチ時にタッチしていない箇所を誤認識してしまうゴースト現象が起こることがある

〈超音波表面弾性波方式〉

抵抗膜方式の低い透過率を解消して、明るく視認性を良くするために開発されたタッチパネル

抵抗膜方式の低い透過率を解消して、明るく視認性を良くするために開発されたタッチパネル

超音波表面弾性波式タッチパネル

超音波表面弾性波方式の仕組み

パネル表面に超音波を伝播させ、指や物体によってその波が減衰されることを検知してタッチ位置を特定する方式で、パネルの四隅に超音波の送受信器が配置され、送波器が超音波を基板表面に送り出し、受波器がその超音波の変化を検知する。なお、操作は指や手袋などの表面弾性波を吸収できるような柔らかいもので行う必要がある。

超音波方式の利点と欠点

利点

透過率が高い

パネル表面に超音波を伝播させるため、透明な材質を使用できる。なお、透過率が高いため、視認性が高く、美しい外観を実現可能

耐久性が高い

表面に機械的な部品がないため、耐久性に優れている

マルチタッチに対応

複数の指や物体の接触を同時に検知できるが、2点まで

コストが低い

構造が比較的シンプルなため、製造コストが低い

欠点

外部振動の影響を受けやすい

超音波で伝播するため、外部振動の影響を受けやすい傾向がある 影響されやすい場所に設置する場合、正確なタッチ位置検知が難しくなる

大型化が難しい

大型パネルでは超音波の減衰が大きくなり、検知精度が低下してしまう

表面の汚れに弱い

表面に汚れが付着すると、超音波の伝播に影響を及ぼすため、定期的なメンテナンスが必要

タッチパネル選定のステップ

Step 1

要件定義

Step 2

タッチパネル選定

Step 3

評価と比較

▪用途と環境:HMI機器の用途と設置される環境
(屋内/外、産業/医療用など)
▪機能要件:シングル/マルチタッチ、タッチ精度など
▪物理的要件:サイズ、タッチ方式、解像度、輝度など

▪タッチ方式: 抵抗膜(感圧式)方式、静電容量方式など
▪インターフェース: I2C、SPI、UARTなど

▪技術的評価: 性能、耐久性、視認性などの比較
▪コスト評価: コストパフォーマンスを評価する
▪消費電力: 機器自体又は使用される環境に適しているか

Step 4

プロトタイピング

Step 5

フィードバック収集

Step 6

最終選定

▪タッチパネルのデモ機を取り寄せ
▪実際の使用環境をシミュレーションし、
    操作性、応答速度、信頼性をテスト

▪ユーザーまたは関係者からフィードバックを収集する
▪フィードバックに基づき、設計や選定基準を調整する

評価結果とフィードバックを総合的に判断し、
最適なタッチパネルモジュールを決める

タッチパネル選定の流れ

HMIのトレンド

現在のHMIのトレンドとしては、まずスマートフォンやタブレットの普及により、マルチタッチやジェスチャー認識が標準的な機能として期待されていため、直感的で使いやすいインターフェースが求められている。さらに、AlexaやGoogle Assistantなどの音声アシスタントの普及に伴い、音声認識技術がHMIにも取り入れられ、手を使わずに操作が可能となり、さらに利便性が向上している。

また、AR(拡張現実)やVR(仮想現実)技術を活用したHMIは、特にトレーニングやシミュレーション、エンターテインメント分野で注目を集めており、より没入感のある体験を提供する目的としている。触覚フィードバック技術も進化しており、ユーザーがタッチ操作を行った際に物理的な感覚を提供することで、操作性を向上させている。さらに、AIや機械学習技術を活用することで、次に必要な操作や情報を予測することができる。ユーザーが必要とする操作を先回りして提供し、操作の手間を減らすことが可能となる。一方、AIはシステムの動作データを監視し、異常を検知して早期に発見できることで、システムのダウンタイムを最小限に抑え、信頼性を向上させることも可能となる。

将来の展望としては、フレキシブルディスプレイや透明ディスプレイの進化により、あらゆる場所にHMIが組み込まれる未来が期待される。壁や窓、家具などにタッチや音声操作が可能なディスプレイが組み込まれる可能性がある。さらに、脳波を読み取って直接機器を操作するBCI(ブレイン・コンピュータ・インターフェース)技術が進化すれば、手や声を使わずに意識だけで操作が可能となる未来は意外と近いかもしれない。

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