ビデオゲーム制御回路における静電容量センシング技術の応用

　　グラフィックスや処理速度は、ゲームにおけるソフトウェアの開発状況を制限したり、見せたりすることがあり、消費者や批評家の注目を集めやすいのです。 コンソールコントローラーも同じくらい重要です。 ビデオゲームコントローラーのインターフェースは、画面に表示されるシーンとのより効果的なインタラクションを可能にするために常に更新されています。

　　ほとんどのビデオゲーム開発はソフトウェアやプロセッサに焦点を当てていますが、多くの主要な創造的かつ先進的なアイデアはコントローラーに関連しています。 ゲームシステムや周辺機器開発者がプレイヤーの操作方法を改善しようと努めるため、人間工学、スタイル、機能性、独自の機能面で継続的な開発と改善が行われています。

　　新しいモデルの探求

　　私たちは皆、正方形のベースで中央にジョイッキーとその横にボタンが付いた初期のアタリコントローラーを覚えているかもしれません。当時のビデオゲームには十分に十分なデザインでした。 当時は基本的な方向操作とセレクトボタンだけでゲームをプレイでき、このコントローラーはその要件を完全に満たしていました。 任天堂は後に、矢印ボタンがゲームスティックの代わりに2つ目のボタンを追加した四角いコントローラーを備えた任天堂エンターテインメントシステムを発売しました。これは既存の技術を活かした大きな変更点です。

　　それ以降、コントローラーはますます複雑になりました。 今や標準的なコンソールコントローラーはこれまで以上に多くのボタンを持ち、各キーはより強力な機能を備えています。 圧力感知による中断機能を持つボタンはトリガー効果のコントロールを向上させ、特にドライビングゲームでのブレーキや加速コントロールに便利です。

　　格闘ゲームでは、コンデンサから電圧への変換器がスイッチングコンデンサ技術を利用しています。 ランブルパック機能により、音や光の効果だけでなくリアルな感覚を体験できます。 ジョイスティックの優れたシミュレーション機能のおかげで、最新のコントローラーでその動きが活発に動き出します。 静電容量式センサー技術(容量式タッチセンサー)は、ゲームコントローラーの使いやすさを高め、最も印象的な機械設計を提供する最新のインターフェース技術です。

　　静電容量センシング技術の概要

　　静電容量センサーは、パーソナルコンピュータのタッチパッドや携帯メディアプレーヤーで最も一般的に使用されています。 携帯電話メーカーもその利用促進に投資を始め、いくつかのモデルを販売しています。 シンプルなアーキテクチャ、デバイスの防水性、堅牢な機械設計は、静電容量センシングインターフェースの非常に魅力的な特徴です。

　　方法

　　静電容量検知効果を得る方法はいくつかありますが、基本的な要素は固定されています。 その中でも、静電容量センサーは単にプリント基板上のコントローラ回路に接続された銅製のパッドです。 ボタンを感知し、その接続線を組み合わせることで、その周囲に静電容量が発生します。

　　アースプレーン、金属支持装置、設計時に考慮されるその他の電子的・機械的部品はすべて、センサーの静電容量値に影響を与えます。 一般的に、センサーの静電容量値は、センサーと接地面の間の静電容量値と同等であると考えられています。 導電性のトリガー材料(例えば指)がセンサーに一定程度近づくと、静電容量の値が増加します。 これは導体自体がセンサーとグラウンドプレーンの間により多くの経路を生み出し、経路が多ければ多いほど電界線が増えるため、全体の容量値が増加します。

　　容量センサーの前端には、スイッチングされたコンデンサ、内部電流源、または外部抵抗を持つ電圧源があります。 これらの方法はすべて、検出コンデンサに電圧値を入力することを目的としています。 この電圧値はADCやコンパレータで構成される充電時間測定回路によって処理され、カウンターやタイマーに送信されます。 容量センシングシステムでデータ処理や意思決定にデジタル出力値が用いられる場合、ADC出力値やコンデンサ内のカウント値のアナログ変換が行われます。 後ほど、よく使われる2つの手法、すなわちリラクゼーションオシレーター法と逐次近似法について詳しく説明します。

　　実際の設計

　　実際の設計で静電容量センサーを作るのは難しくありません。 前述の通り、静電容量センサーは通常銅板に導体シートを置くだけです。 この導体シートは通常指のような材料で作動し、制御部品に直接接続できます。 そして直接操作できます。 誘導板は感知領域の真下にあるオーバーレイ面に設置されます。 センサーとオーバーレイの間に空気が入らないようにし、センサー基板をしっかりと接着するために非導電性接着剤を使用するのが最善です。

　　制御回路はセンサーの近くに設定でき、近いほど良いです。 センサーの機械的構造要件が制御回路の構成を決定します。 センサーと制御回路が遠いほど、センサーとグラウンドプレーン間の一次静電容量は高くなります。これは導体が周囲環境と相互作用するため、静電容量が増加するためです。 距離が長いほど、その差はより顕著になります。

　　最大距離を設定するのは簡単ではありませんが、一般的には6インチから12インチが機能的な制限とされています。 容量誘導装置の基板は固定されていません。 これらの中でも最も一般的な設計は、銅線を用いた基本的なFR4プリント基板です。 さらに、銅板(通常はポリイミアミドフィルム—Kapton)を使用した弾性プリント基板も一般的です。 弾性基板は特に曲面での機械設計を容易にします。 カーボンや銀などの導電性インクを弾性材料に印刷すると、非常に低コストで容量センサーを製造できますが、弾性材料ははんだ付けできないためPCBとコネクタの制御が必要です。

　　透明導電性材料、例えばインジウム錫酸化物(Indium TinOxide; ITOはタッチスクリーンアプリケーションでも急速に広く利用されています。 ITOセンサーはガラスまたはポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムに印刷され、最終的な設計と組み合わされます。 現在ではチップオングラスがこのような用途を制御するために利用可能ですが、プリント基板上で弾性コネクターやホットバーはんだ付けを使う方がより経済的な方法です。