情報処理学会 インタラクション 2020
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桿体細胞への情報提示を用いた寝室インタラクション
大島 榛名1,a)

的場 やすし2

椎尾 一郎1,2

概要：一般的な HCI は明るい場所で操作する覚醒したユーザが対象である．しかしコンピュータ技術が遍在し，生活のあらゆる場面で利用可能になるに従い，例えば就寝する前の寝室などの，暗い場所において半覚醒状態で機器を操作する機会が増えている．本研究では，暗い寝室における半覚醒ユーザを対象とした，入眠を妨げにくい HCI を提案する．暗所で桿体視細胞が働くことに着目し，これを刺激する緑色天井投影を採用した．エアコン，照明，目覚ましアラーム，防犯カメラ，手書きメモ，玄関鍵を確認・施錠するインタフェースを設計・試作し評価を行った．

1. はじめに一般的なインタラクション研究は，明るい場所における覚醒状態のユーザを対象としている．その一方，暗い場所における半覚醒状態のユーザを対象とした研究は，これまであまり行われていなかった．しかしコンピュータ技術が遍在し，生活のあらゆる場面で利用可能になるに従い，例
えば就寝する前の寝室などの，暗い場所において半覚醒状態で機器を操作する機会が増えている．このような環境に適したインタラクションを検討する価値は高いと考えられる．
就寝時の暗い寝室におけるコンピュータ利用の必要性は

図 1 就寝時コンピュータインタラクション．

少なくない．例えば，入眠時や就寝中にふと目が覚めた瞬
間に，アラームのかけ忘れや室温が快適でないことが気に2. 関連研究なり，不安や不快を感じることがある．この他，照明，施錠や防犯カメラなどのセキュリティシステムの確認，入眠時に思いついた翌日の To Do リストの記録など，寝室で制入眠時のユーザに，インタラクティブな機器操作手法を提供し得る研究には以下がある．

御機器・情報機器を使用したくなる場面は多い．その際には，布団から出て照明を点けて機器操作したり，スマート音声インタフェースフォンを手にして画面操作する必要がある．しかしこれら

今日では，音声認識の技術が飛躍的に向上し，音声アシは半覚醒状態のユーザに適した操作ではなく，このようなスタントとしてさまざまなコンピューターシステムおよ行動により入眠が阻害されると考えた．

びモバイルデバイスに広く導入されている．最先端の音声

そこで本研究では，入眠時のユーザに負担の少ないイン技術には，Google Corp. が作成した GoogleNow（Googleタラクションにより，寝室で必要とされる機能を提供するVoice Search），Apple Corp. 製の iPhone 用の音声アシス

アプリケーションを設計・試作し評価を行った（図 1）．本

タント Siri，Alexa（Amazon Co.）を備えたハードウェア

アプリケーションは，低刺激な表示を行い，さらに就眠中

Echo などがある．しかし，入眠時には発声が億劫であっのユーザが操作のために大きく姿勢変更する必要がない．

たり，寝ぼけた状態での不明瞭な発声では正しく認識できない可能性もある．また，寝室が家族等誰かと一緒である

12a)

お茶の水女子大学大学院 人間文化創成科学研究科 理学専攻 情報科学コース
お茶の水女子大学 理学部 情報科学科
oshima.haruna@is.ocha.ac.jp© 2020 Information Processing Society of Japan場合，音声による入力方法は周囲で寝ている人にとって迷惑になる．これらのことから，音声でのインタフェースは就眠時には適さない場合が多いと考える．

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要で確実に操作できる入力方式を採用した．

3. 寝室に適した視覚的インタフェース
入眠時のユーザのための寝室における視覚的インタフェー
スに関して，本研究では以下の点に考慮して設計した．

3.1 入眠を妨げない波長光
入眠時に明るい光を浴びると，快適な睡眠が阻害される可能性がある [7]．これは，睡眠の周期を作り出すメラトニ
図 2 全体構成．

ンの分泌量が，網膜への光照射により抑制されるためである [8]．メラトニンの分泌量は，光の強度，時間，浴びるタ

ウェアラブルインタフェース

イミングなどに影響される [9]．また，メラトニンの分泌入眠時にウェアラブルなデバイスを身につけ機器を操作量は，特定の波長に依存して変化する [10]．Hatori ら [11]する可能性も考えられる．ウェアラブルなデバイスを利用

は，メラトニン分泌に最も影響がある波長として，可視光することで，ジェスチャ認識を容易にする研究は数多く実の青〜シアン範囲にある 460〜480nm のスペクトル部分を施されている．例えば Brainy hand[1] では，頭部にカメ示した．入眠を妨げない視覚的インタフェースではこのラ，イヤホン，レーザーを取り付け，カメラにて手のジェ波長帯を避け，緑・赤などによる情報提示が望ましいと考

スチャ認識を行い，イヤホンとレーザーにて音と視覚のえた．

フィードバックを行う．手首や手指にデバイスを装着してジェスチャ認識を行う研究も多くある．[2], [3], [4] ユーザ

3.2 桿体細胞を対象とした表示

が物理センサを装着するこれらの手法は，入眠時のユーザ

暗所では人の視細胞のうち主に桿体細胞が機能する．錐には装置が煩わしく感じられるであろう．また装着負担を体細胞と比較すると，桿体細胞は色の識別ができないもの軽減するためには，装置がワイヤレスであることが望まの，より高感度である．国際照明委員会の暗所視感度関数

しいが，電池充電・交換などのメンテナンス作業が必要にによると，桿体細胞の感度のピークは約 510nm（緑）であなる．

り，長波長光（赤）や短波長光（青）への感度は低い．そこで，桿体細胞の感度ピークである波長 510nm 近辺の弱寝室インタラクション
寝室におけるインタラクションを対象とした研究がいい光を用いることで，暗所における，メラトニン分泌に影響しない低刺激な視覚的情報提示が可能であると考える．

くつか実施されている．Hands-UP[5] では，通常のコンピュータプロジェクタを用いて寝室天井にコンピュータ画3.3 表示面への距離面を投影し，深度カメラ (Kinect) を用いてユーザのジェ人の目は毛様体筋の収縮・弛緩により水晶体の厚さを調スチャ認識を行っている．ユーザはベッドに横たわりなが整し合焦している．遠くを見るときは毛様体筋が弛緩し，ら天井の表示を見て，手のジェスチャでインタラクティブ水晶体は薄くなる．それに対して近くを見るときは毛様体に操作を行う．BedRemo[6] は，寝具へ投影するプロジェ筋が収縮し，水晶体は厚くなる [12]．このことから，就眠クタと寝具高さを取得する Kinect により，ユーザは寝た

時には毛様体筋が弛緩することで人の目は遠くに合焦して状態のまま布団から手や足を出さずに，寝具を上げ下げすいると考えられる．そこで入眠時の視覚的インタフェースる動作により家電等を操作する．このように，深度カメラ

では，スマートフォンのように顔面近くに情報提示するよを用いてジェスチャ認識を行う研究は数多く実施されていりも，天井面・壁面などのより遠くの位置に情報を提示する．しかし，入眠時にカメラインタフェースを適用すると，ることで，合焦のための負担を低減できると考えた．

肘または肩から先の腕を重力に抗して持ち上げなくてはな

以上の考察から，錐体細胞が活性化する通常の生活・作らず，筋肉の負担が大きい．それに対し本研究では腕を持業環境を対象としたディスプレイ装置の RGB 画素のうち，ち上げずに手首から先の動作だけで操作が可能である．ま

桿体細胞の感度ピークに近い緑色画素のみを利用し，これた，カメラ撮影によるプライバシー侵害の懸念がある．こを人の目から遠い寝室天井に微弱に投影する視覚的インタ

れらは本研究と同様に就眠状態に近い姿勢で，最小限のフェースを試作した．

ユーザ動作で操作を行う特徴がある．
本研究では，入眠を妨げない低刺激な色，輝度のプロジェクタを試作し投影表示を行った．またスマートフォンのマルチタッチを使用し，設置とキャリブレーションが不© 2020 Information Processing Society of Japan

4. ベッドサイドボックス
4.1 ハードウェア構成
寝室における機器操作を実現するために開発したシステ

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図 3 ベッドサイドボックス（BSB）外観．

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図5

タッチ座標を左右反転した位置に表示する操作位置ポインター．

Arduino のデジタル出力にリレーを接続し，ワイヤレス充電器への電力供給を遮断できるようにした．ユーザが BSBに手を差し入れるとフォトリフレクタに戻る反射光が減少する．これを Arduino プログラムで検出し，ワイヤレス充電器への電力供給を 1 秒間だけ停止する．これによりスマートフォンはスリープ状態から復帰し，天井への画面投影を再開する．

BSB 内に置いたスマートフォンからは，次節で説明するアプリケーションを用いて、WiFi 接続で，エアコン，照図 4 BSB 内部と操作の様子．

明，施錠システムなどのスマートホーム機能を利用することを想定している．本研究では，これらの機能を操作する

ム構成を図 2 に示す．ユーザが操作する本体は，ベッドサインタフェースの試作に重点を置いたため，外部機器とのイドに設置する箱（以下，ベッドサイドボックス，BSB と連携に関する実装は行なっていない．

呼ぶ）として実装した．図 3 に BSB の外観を示す．
内部に置いたスマートフォン画面を天井に投影する目的

4.2 アプリケーション

で，BSB の上面には直径 5cm，焦点距離 18 cm の凸レン

就寝中の寝室でのコンピュータ利用を想定し，エアコン，ズをはめ込んだ．使用したスマートフォン*1 の画面サイズ

照明，目覚ましアラーム，防犯カメラを確認，翌日の Toが 15.1 cm x 7.69 cm であるので，170 cm 上方の天井にはDo リストを記録，玄関の鍵を確認・施錠するためのスマー

約 128 cm x 65cm の画面が表示される．投影される表示はトフォンアプリケーションを開発した．

暗いので，就眠を著しく妨げるものではないものの，暗所低照度において機能する桿体細胞の応答波長を考慮しにおいて後述のアプリケーションを操作する目的では十分て，アプリケーションの表示画面には，スマートフォン画な輝度であった．

面の RGB 画素のうち緑色画素*3 だけを使用した．また低BSB 側面には手を差し入れる穴が開いている．就眠中の照度の表示を行うために，背景を黒色として，全体の光量

ユーザは仰臥して天井への投影表示を見ながら，BSB に手を抑えるよう画面設計した．さらに，桿体細胞を利用するを差し入れて，スマートフォン画面をタッチ操作すること

環境では中心視野の視力が低下する [13] ことから，表示すができる．操作の様子を図 4 に示す．

る文字や図は可能な限り大きくした．

BSB にはワイヤレス充電器が内蔵されており，就眠中BSB ではスマートフォン画面を凸レンズを用いて投影しにスマートフォンが充電される．就眠中の充電は一般的なているため，スマートフォン画面と投影画面は，上下左右利用形態であるため，スマートフォン充電台としても機能反転する．そこで，スマートフォン画面下部をユーザ頭部することは BSB を導入する利点の一つになると考えてい側に設置し，表示内容を左右反転するとともに，ユーザのる．BSB 内部に置いたスマートフォンは，一定時間後スタッチ座標も左右反転して処理し，投影面での座標とタッリープ状態になる．画面は暗転し，投影は消えるので睡眠チ座標の方向を合わせた．また BSB の構成では，スマートを妨げることはない．一方で，BSB に手を差し込むだけのフォン画面にタッチした指の黒い影も天井に投影される．

動作により画面を復帰させるための仕組みを組み込んだ．

前述した背景を黒色とした画面デザインはこの影響を軽減

図 4 に示すように，BSB 内部の一端にフォトリフレクタ*2する効果もある．

を設置し，対面に再起反射材を貼り付けた．フォトリフレ
クタの出力は Arduino のアナログ入力に接続した．また，*1*2

ASUS, ZenFone Go（ZB551KL）
ROHM Co, RPR-220© 2020 Information Processing Society of Japan

スマートフォンを直視する通常の操作と違い，ユーザは*3分光器（B&W TEK Inc.，QuestTM X Compact High Performance CCD Spectrometer）にて測定の結果波長は約 540nm であった．

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図 6

アプリケーション画面．

タッチ面を見ないため，本システムの構成では画面上のタッチ位置を知ることが困難である．そこで図 5 に示すように，画面タッチ位置を示す円形のポインターを表示した．
図 5 でユーザは画面の右部分にタッチしているが，システムは左側の反転位置に現れたポインター座標へのタッチとして処理を行う．投影画面を見ているユーザにとっては，ポインター位置は行った操作に合致した位置にある．
ユーザは，画面上でのスクロール及びタップ操作で一連の操作を実行する．タッチジェスチャにおいては，スクロール，タップの他に，回転，フリック，ピンチなどの手法も考えられる．これらの選択肢を複数試作して評価した
ところ，シングルタッチ・マルチタッチスクロールが最も容易であった．また，負担の少ないシンプルなメニュー設計のために，1 機能を 1 画面だけで表示した．それぞれの機能の操作方法を以下で説明する．

図 7 実験の様子（明かりを消す前）．

エアコン設定機能
エアコンの設定温度が図 6(a) のように大きく表示さ戻って書き始める操作を改行の操作とした．改行と画れる．画面を上下にスクロールすると値が変化する．

面切り替えの際に書いた情報を保存する．

照明設定機能玄関鍵の確認・施錠機能

照明の明るさを直感的に提示する目的で，図 6(b) に示

画面に鍵のイラストを大きく表示する（図 6(f)）．鍵すスライダーグラフィックスを使用した．画面を上下の開閉状態をイラストにて提示する．鍵が開いているにスクロールするとスライダーが動き．スライダーの場合，画面をダブルタップすると鍵が閉まる．

位置に連動して照明の明るさが変化する．
目覚ましアラーム設定機能

画面切り替え機能
画面上を 2 本指で左右にスクロールすることで画面が画面に現在の時刻を大きく表示する（図 6(c)）．時の切り替わり，次の機能が表示される．それぞれの機能

数字上を上下にスクロールすると時，分の数字上を上の操作は全て 1 本指で行うため，それらとの誤操作に下にスクロールすると分が変化する．

繋がらないよう 2 本指での操作を採用した．

防犯カメラ映像確認機能
外部に設置した IP カメラの映像をグレースケール化し，緑のフィルターをかけ表示する（図 6(d)）．
手書きメモ機能

5. 評価実験
画面を天井に投影する本システムの方式は，画面を直接見て操作する従来方式に比べて，同様の操作性を維持しつ入眠時に思いついた翌日の To Do リストを記録する

つ，ユーザの入眠を妨げにくい操作方法であると考えられ目的で，画面上に自由に文字や図を書くことができる．このことを確認するために，比較実験を 12 人の被験る（図 6(e)）．複数行のテキスト入力を可能にするた者（女性 11 人男性 1 人）を対象に行った．被験者らはコンめに，画面の右端まで文字を書いた後，画面の左端にピュータやスマートフォンの操作を日常的に行っている．

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表 1

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就寝時刻と操作時刻（AM）．

１日目

１日目

２日目

２日目

就寝時刻

操作時刻

就寝時刻

操作時刻

A

1:00

5:28

0:45

4:38

B

0:30

2:15

0:00

1:37

被験者

5.1 実験方法
会議室テーブル上にマットレスを敷き，これを簡易ベッ

図 8

就眠時ユーザ実験における手書きメモ結果．（上）被験者 A，（下）被験者 B．

ドとし，窓を塞ぎ遮光した環境下（<0.01 lux）で実験を行った（図 7）．それぞれの被験者は，3 分程度の操作方法

システムは，直接スマートフォン画面を見る従来の操作方説明を受けた後，数回の操作練習をした．その後，指定し法と同等程度の使いやすさを提供していると考えられる．

た一連の操作を 2 つの手法で行い，それぞれ操作にかかる時間を計測した．手法１ではスマートフォンの画面を直接5.3 有用性見て操作，手法２では本システムを使用し，天井に情報を自由記述の回答で，「天井を見たままだと首を動かさな投影し操作してもらった．今回は眠りから目覚めた時の利くていいので楽だった」等の回答があった．また，観察さ用を想定し，被験者は仰臥位で 3 分間目を閉じた後に，スれた被験者の画面操作は全員指先及び手首の動きのみで行マートフォンのアプリケーションを稼働した．この時，手われており，最低限の姿勢変更で低刺激なインタラクショは掛け布団の外に出している状態で実験を行った．スマーンを実現することができたと考えられる．

トフォンは暗い状態でも被験者が容易に探せるように定位置（枕元右側）に置いた．指定した一連の操作を以下に示す．

6. 就眠時ユーザ実験
実際の夜間就眠時におけるユーザ実験を行った．本シス( 1 ) アプリケーションを起動する（手法１ではスマートテムを 2 人の被験者（女性 2 人）が実際に使用し，半覚醒フォンを探して起動し，手法２では BSB に手を入れ状態での操作が可能であるか，画面を直接操作する従来手て起動する）

法と比べて入眠を阻害しないかの 2 点に関して評価した．

( 2 ) アラーム時刻を 7:30 に設定する（初期値は 22:50）( 3 ) カメラ映像を 7 秒見る

6.1 実験方法( 4 ) エアコンの温度を 20 に設定する（初期値は 25）

被験者らの自宅の寝室のベッド横に BSB を設置し，深( 5 ) 照明のスライダーを指定された位置に合わせる

夜から早朝にかけて，明かりを消し窓を塞ぎ遮光した寝室( 6 ) 「ハブラシもっていく」との手書きメモを書く（<0.01 lux）で実験を行った．被験者らには，普段通りに( 7 ) 鍵を閉める

一旦就寝し，就寝中に一時的に目が覚める事があれば指定

この一連の操作をしたのち，被験者らは手法２の操作性した一連の操作を行ってもらうように依頼した．実際にについてシステムユーザビリティスケール（SUS: Systemは，どの実験日にも被験者は就眠中に一連操作を行った．

Usability Scale）を評価した．また，自由記述欄を設けて，実験は２日間にわたって行い，１日目にはスマートフォン意見や感想を聞き取った．の画面を直接見て操作（手法１），２日目には本システムを操作（手法２）してもらった．それぞれの被験者の就寝時

5.2 操作性
アプリケーションを起動するまでの平均時間は，手法１

刻，目が覚めて操作をした時刻を表 1 に示す．指定した一連の操作を以下に示す．

が 10.1 秒，手法２が 4.4 秒と手法２の方が約 5.7 秒短い結( 1 ) アプリケーションを起動する果となった．本方式によりスマートフォンの置き位置が固( 2 ) アラーム時刻を 7:30 に設定する（初期値は 22:50）

定されるので，暗い環境でデバイスを探す手間が省ける効( 3 ) エアコンの温度を 20 に設定する（初期値は 25）果があると考える．次に，指定した一連の操作の平均操作( 4 ) 「ハンカチもっていく」との手書きメモを書く

時間は，手法１が 49.6 秒，手法２が 54.9 秒と手法１の方( 5 ) 鍵を閉めるが約 5.3 秒短い結果となった．画面を直接操作する従来手被験者らは２日間の実験を終えた翌日に，以下の３つの法と比べて，投影画面を間接的に操作する本方式の方が操

質問に対して手法１，手法２，違いはないの３択から選択作時間が長くなるものの，今回の実験において手法 1 と手し，その理由を答え評価を行った．

法 2 の操作時間の差は 10%程度にとどまった．また手法 2

Q1. 眠りを妨げないという点でどちらの手法が良かったか．

における SUS の評価は平均 79.2 点と高評価であった．本Q2. まぶしくないという点でどちらの手法が良かったか．

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また，入眠時にスマートフォンのゲームで遊ぶユーザも

表 2 アンケート結果．
被験者

Q1

Q2

Q3

多く，睡眠時間が短くなることが問題になっている．本シA

手法１

違いはない

手法１

ステムをゲームデバイスとして応用し，入眠を促進する

B

手法２

手法２

違いはない

（眠くなる）ゲームアプリケーションと組み合わせることで，使用すると眠ってしまう睡眠導入システムの実現が可能であると考えらる．今後開発を行っていきたい．

Q3. 就眠時はどちらの手法が快適に操作できると思ったか．
また，自由記述欄を設けて，意見や感想を聞き取った．

参考文献
[1]

6.2 操作性
今回は指定した一連の操作の２から５までの操作時間を計測した．操作の平均時間は，手法１が 40.4 秒，手法２が[2]

55.3 秒と手法１の方が約 14.9 秒短く，差は約 27%であった．実験室ユーザ実験時の差より大きかったものの，スマートフォンを直接見て操作する従来手法と比べて，本方式が著しく操作性に劣る結果では無いと思われる．

[3]

また，手法２におけるそれぞれの被験者の手書きメモの結果を図 8 に示す．2 人とも翌日読解可能であり，その他の操作も完了できていることから，半覚醒状態でも本システムを問題なく操作できていると考える．

6.3 有用性[4]

アンケート結果を表 2 に示す．被験者 A に関しては，Q2にてどちらも眩しいと感じていないことからわかるように，[5]

そもそも普段から暗所でスマートフォンを操作する際に眩しいと感じたことがないとのことだった．そのため，使い慣れている手法１の方が操作しやすく眠りを妨げないとのことであった．被験者 B からは，本システムが眠りを妨げ[6]ない，まぶしくないという評価を得た．就眠時にはどちらの手法が快適に操作できるかという点では，２つの手法に[7]違いはないという回答であった．暗所でのスマートフォン使用にて画面を眩しいと感じている人にとっては本システムは有効である．本システムは，スマートフォンを直接見[8]て操作する従来手法と比べて操作性を著しく落とすことな
く，まぶしさを軽減し半覚醒状態のユーザの眠りを妨げな[9]いという点を実現できたと考える．

7. まとめと今後の展望[10]

暗い場所における半覚醒状態のユーザを対象としたインタラクションを考案し，寝室での機器操作を実現するシステムの実装を行った．本システムは，ベッドサイドに置いたスマートフォンの画面を天井に投影することで，微弱な[11]緑色光による低刺激な情報提示を行う．評価実験の結果，スマートフォンを直視する従来の操作方法とさほど変わら[12]ない操作性を担保しつつ，入眠時のユーザ負担を減らすことができた．本システムは仰臥姿勢を対象としておりそれ以外（うつ伏せ等）は対応していない．今後，画面設計や[13]

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操作方法を改良し，様々な姿勢に対応していきたい．

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