《新連載》

講座：ディスプレイユーザインタフェース［全 6 回］

開講にあたって

編集幹事

橋 修 一

人の意志をディスプレイに伝え，人とディスプレイを繋ぐ…．長年に渡りその役を担ってきたのはリモコンでした．
現在でも多くの機器やシーンで使用され，リモコンがわれわれの日常生活に欠かせない道具の一つであることに変わりはありません．リビングのテーブルの上にリモコンが所狭しと並んでいる，という読者の方もいらっしゃるのではないでしょうか．

一方で，スマートフォンやタブレットの操作に代表されるように，ディスプレイに直接触れて操作するというスタ
イルは瞬く間に一般的になりました．小さな子どもからお年寄りまで，予備知識がなくても直感的にタッチ操作を楽しんでいる光景は，街角でも頻繁に目にします．さらに最近では，デバイスに話しかけて必要な情報を入手したり，自分の身体自身を動かしてゲームを操作したりすることも，身近な環境で実現されてきています．

このような従来にはないユーザインタフェースは，信号処理技術の進化，デバイスの性能向上と低価格化，そしてそのインタフェースを必要とするサービスやアプリケーションの登場によって，普及が加速するものと思われます．
全 6 回の本講座では，信号処理技術やデバイス技術に関して，実際の製品に搭載された事例も数多く取り入れながらわかりやすく解説していただきます．

ディスプレイユーザインタフェース技術には，実際の製品に応用されているものから研究段階のものまで，非常に幅広いアプローチが存在します．今回は全 6 回という限られた期間ですので，読者の方に多少なりとも馴染みがある技術を選定しました．第 1 回は音声を用いたユーザインタフェースを，第 2 回はアイトラッキング技術を活用した次世代ナチュラルユーザインタフェースを，第 3 回はジェスチャ等の空間ユーザインタフェースを，それぞれ解説していただきます．第 4 回から第 6 回は，タッチインタフェースを実現する方式の違いに焦点を当て，抵抗膜式，静電容量式，光学式について解説して頂きます．

これら全 6 回の講座を通して，最新ユーザインタフェース技術の基礎を身につけて頂き，新たな技術の着想にも繋げていただければ幸いです．

なお，本講座の企画は，高取憲一，本山靖両編集幹事ならびに私が担当しました．

予定目次（全 6 回）
7 月号 （第 1 回）音声インタフェース

平沢純一（ニュアンス・コミュニケーションズ・ジャパン）

8 月号 （第 2 回）視線インタフェース

蜂巣健一（トビー・テクノロジー）

9 月号 （第 3 回）空間インタフェース

勢川博之（ソニー・コンピュータエンタテインメント）

10 月号 （第 4 回）抵抗膜式タッチインタフェース

選定中（タッチパネル研究所）

11 月号 （第 5 回）静電容量式タッチインタフェース

選定中

12 月号 （第 6 回）光学式タッチインタフェース

選定中

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 7, p. 545（2014）（51） 545

講 座：ディスプレイユーザインタフェース［第 1 回］

音声インタフェース

平 沢 純 一†途かもしれない．音声で指示しながら背中を掻いてもらう

1．まえがきことのもどかしさは想像しやすい．ただし，ブラウザ画面上

音声認識，音声合成を始めとした音声インタフェースにのリンクを選択するのに，リンクを表す言葉でリンクを選択

1）

関する技術開発の歴史は長く ，コンピュータに人間の音できてしまえば，カーソルを動かさずに済むため，音声認識

声を認識・理解させたり，人間のように喋らせたりするこも便利である．

とは長年の目標であった．近年，スマートフォンに搭載さ本稿では，音声インタフェースについて音声認識技術をれた音声対話エージェント機能の存在が広く知れわたった

中心に，第 2 章でこれまでの発展と現状を紹介し，第 3 章

こともあり，音声インタフェースに注目と期待が高まってで基本的な仕組みを，第 4 章でディスプレイ機器のユーザいる 2）．テレビ端末，セットトップボックス（STB），タブ

インタフェースに使用する際の利点と課題を解説する．さレット端末などのディスプレイ機器のユーザインタフェー

らに，第 5 章で実際の導入事例について，第 6 章では音声

スに音声を用いることが期待されるのも自然な展開と言え認識以外の音声インタフェースについても言及する．

よう．

ユーザインタフェースの選択は唯一絶対の正解が存在す

ディスプレイ機器に対して行われる操作は大別すると，

る，というよりは，それぞれのインタフェース技術の特性（1）文字入力を踏まえた上で適切に使い分けていくことが求められる．

（2）ボタン，スイッチ，上下左右方向のカーソル移動

本講座の連載を読み終えた時，音声インタフェースを採用（3）ポインティング，フリーカーソル

すべきシーンや用途を的確に見きわめられるようになってなどがあるが，このうち音声インタフェースがもっとも有いることが本稿の目的である．

用と考えられるのは「（1）文字入力」である．画面上にソフ
トウェアキーボードを配置して文字入力を行う，ハード

2．音声認識技術 〜これまでの発展と現状〜

ウェアのリモコンにキーボード相当のボタンを設置してし機器とのインタフェースとして音声が期待される理由のまう，などの試みもあるが，音声認識による文字入力が可

一つは，音声が人間同士の日常的なコミュニケーションの能であれば，画面やリモコンの限られた面積をキーボード手段であるため，特別なトレーニングを必要とせずに使い機能に占有されてしまうこともない．

方を習得でき，人間同士の日常生活と同等の使い勝手を得「（2）ボタン・スイッチ」を音声インタフェースが担うこられると考えられてきた点が挙げられる．音声インタとの是非は自明ではない．「リモコンにチャンネルボタン

フェースは「自然」で「直感的」と評されることが多い．

があるのに，わざわざ音声認識を使わない」といった類のしかしながら，実際にこれまで音声認識技術がインタ

主張が根強いのも事実であるが，言葉を用いる音声インタ

フェースとして導入されてきた事例や分野を注意深く考察

フェースなら，ボタンやスイッチの機能に適切に名前（言すると，必ずしも「習得トレーニングが不要な自然なメ葉）が割当てられていれば，音声認識をボタンやスイッチ

ディアだから」という理由からとは限らない．

の代わりに用いることができる（音声コマンド）．音声コマ

例えば，コールセンターでの自動応答装置は，プッシュンドであれば，機能を担わせるのに物理的に面積を占有す

トーンや人間のオペレータによる対応であったところに音ることなく，画面上に表示されていない機能にもダイレク

声認識技術が導入されてきた．これは音声が自然なインタ

トに指示を出せる．

フェースであったからという理由よりは，電話機では音声「（3）ポインティング」はおそらく音声認識に向かない用以外の手段に限界があるという，デバイス自体の制約が理由であると考えられる．

†ニュアンスコミュニケーションズ"Display User Interface (1); Speech Interface for Display Devices" by Junichi Hirasawa (Nuance Communications Japan K.K., Tokyo)

546 （52）

カーナビゲーションを始めとした車載機器には音声認識技術が数多く導入されてきた 3）．目的地を設定する，運転映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 7, pp. 546 〜 551（2014）

音声インタフェース

しながら電話を掛ける，車内で聴く音楽を選ぶ，などの用
途に音声インタフェースが採用されてきたが，これは運転している状況で，手操作や視線を占有しない手段として，音声が採用されてきたという側面が強い．物流の現場でピッキング作業の検品に音声インタフェースが使われているのも手作業や視線を占有しないことが理由である．
医療分野での電子カルテの入力や，議会での議事録の作成に音声認識が使われているのは，手書きやキーボード，

図 1 音声認識に対応している言語一覧（例）

速記などの入力手段と比較した結果，入力速度や認識精度といった作業効率が優れていたためであると考えられる．
同様に，ハードウェアのキーボードを搭載できず，画面上入力された音声信号（音声波形）は，まず「特徴抽出部（音のソフトウェアキーボードにも充分な面積を確保しにく響分析部）」と呼ばれるモジュールで解析されて特徴量の列

く，移動中の利用も多いスマートフォンも，文字入力の作に変換される．この特徴量の列が，音声認識エンジンの核

業効率の観点から，音声インタフェースが重宝される必然とも言える「探索部（デコーダ）」に送られる．デコーダではがあったと言える．今後普及が予測されるメガネや腕時計二つの情報（モデル）を用いることで，入力された特徴量のなどのウェアラブル機器，さらにはロボットとのコミュニ

列をパターンマッチにより「認識結果（単語列）」へと変換す

ケーションでも，同じ理由から音声インタフェースが重要る．これが音声認識の基本的な挙動である．

な役割を担っていくことになるだろう．

デコーダでは二つの情報（モデル）が用いられる．一つめ

また，言葉を扱う音声インタフェース技術には言語依存性のモデルは「音響モデル（acoustic model）」と呼ばれ，大があり，それぞれの言語ごとに技術開発が必要となる．した量の音声データから得られた音（音素）の特徴を蓄えている．

がって，音声インタフェースの導入を検討する際には，対象

例えば，「/a/（ア）」という音一つをとっても，さまざまなとなる言語（国・地域）に音声認識が対応しているか，という

年齢，性別，地域の話者から/a/を含む発声を大量に収集制約を受けることになる．例えば，ニュアンス社の音声認識

する．音素は先行する音素，後続する音素の違いから影響エンジンでは現在，図 1 に示した 40 近い言語に対応していを受けるため，例えば，音素/t/が先行する/a/，音素/k/る．主要な言語の多くをサポートできているが，それでも世が先行する/a/，さらには/a/に後続して音素/t/が出現す界のすべての言語からすればまだ一部に過ぎない．

る例，/a/に/k/が後続する例…といったように，先行する音素，後続する音素も含めた三つ組の音素列（triphone）

3．音声認識の仕組みを大量に収集し，統計的にモデル化する．音響モデルは，
音声認識エンジンの性能を決めるもっとも重要な要素の一

本章では，現状の普及を支えている音声認識技術の基本つであり，どれだけ大量に多様な発声データから作成され的な仕組みを解説する．

ているかが，音声認識エンジンの性能を決めると言っても音声認識エンジンの基本的な構成を図 2 に示す．

音響モデル
（acoustic model）

音声信号（音声波形）

特徴抽出部（音響分析部）（Feature Extraction）

特徴量列（ベクトル）

認識結果
（単語列）

探索部
（decoder）

グラマ・文法（grammar）

音声認識エンジン

次アクションまたは

辞書（語彙）

確率言語モデル（statistical language model）

意
味
理
解

理解結果
（意味）

対
話
制
御

応答

テキストコーパス

図 2 音声認識エンジンの基本構成（53） 547

講座：ディスプレイユーザインタフェース［第 1 回］

過言ではない．
デコーダでは，音の特徴をモデル化した音響モデルに加えて，二つめの情報として言語の特徴を利用する．言語的な特徴のモデル化には，現在，主に二つの手法が用いられている．

れた音声がネットワークを経由してクラウド側に送られ，クラウド側で音声認識エンジンが運用される「クラウド型」と呼ばれるタイプである．

4．ディスプレイ機器での音声インタフェース

一つめの手法は「グラマ（文法）」を用いる方法である．グ

本章では，テレビ端末や STB，タブレット端末など，

ラマとは，語と語の連接の仕方を記述したルールの集合でディスプレイ機器に音声インタフェースを導入する際のポある．つまり，入力される発話は，どの語とどの語が並ぶ

イントを解説する．本章を通じて，現状の音声認識技術に可能性があるのか，どの語の次にはどの語は並ばないのか

より何が可能で，何が課題となるかを明らかにする．

を記述した規則をグラマとして作成しておく．デコーダで

4.1

は，グラマ規則から予測される言語的な特徴（語の並び方）

音声認識が良好な認識精度を達成するための大きな要因と音響的な特徴とを合わせて，入力された発話がどんな単の一つに，音声区間検出（Voice Activity Detection:

語列である可能性が高いのかを探索して認識結果として出VAD）がある．音声区間検出とは，マイクから入力される

力する．音声コマンドで機器を操作する場合など，発話が音声信号のうち，どこ（始端）からどこ（終端）までが実際単語や短いフレーズ程度の複雑さであり，発話される内容に発声されている音声であるかを特定する処理である．音

（音声認識させたい対象）をあらかじめ規定できる場合には，

声区間の始終端を適切に特定することができていれば，安グラマによる音声認識の手法が有用である．

定した音声認識精度が期待できる．言い換えるならば，音音声区間検出とマイク搭載位置

しかし，語順や表現が自由な話し言葉や，長めの文章の声が発声されておらず，背景音しか存在しない箇所を音声ような自由文を音声入力したいなど，音声認識の対象が大部分と取り違える，発声が始まっているのにその始端を取規模で複雑になってくると，開発者がグラマ規則を人手にり損ねる，発声が終わってからも終端を検出し損ねて音声よりすべて書き出すことは現実的に難しくなってくる．そ部分が続いていると誤認する，などの場合，途端に音声認

こ で 用 い ら れ る の が「 確 率 言 語 モ デ ル（ s t a t i s t i c a l

識の精度は劣化する．

language model）」を用いた音声認識である．確率言語モ

一般的には，マイク位置が音源（口元）に近ければ（close

デルによる音声認識では，語と語の並び方の制約を開発者

talk microphone），音声部分と背景音（周辺雑音）の識別がが人手でグラマ規則として記述する代わりに，単語が出現

しやすく，音声区間検出の精度が高まる一方，マイク位置がする頻度や，語と語が連接する頻度を大量のテキストデー

口元から遠くなる（distant talk microphone）ほど，音声区タ（コーパス）から抽出して，語の並び方を確率的にモデル間検出に失敗する危険が高まる．

化する．現在主流となっている大語彙の音声認識は，大量

また，より確実な音声区間検出のために，マイクからののテキストコーパス（発話例）を収集し，語の並び方を確率

入力信号のみから始終端を判定するのではなく，ユーザに的にモデル化することで実現している．

よる手操作を導入してしまうことも行われる．この手法は，音声認識という技術は，発声された音声を入力として，

Push-To-Talk（PTT ：ユーザが自らボタンを押下するこ

認識結果（単語列）を出力するまでを担う技術であるが，対と で 音 声 区 間 の 始 端 を 明 示 す る ）や ， P u s h - W h i l e -話的なインタフェースを実現するためには，単に音声認識

Talking（ユーザが発声している間だけボタンを押下し続けで 単 語 列 を 返 す だ け で な く ，「 意 味 理 解 部（ N a t u r a l

ることで始終端の特定を助ける）と呼ばれる．

Language Understanding: NLU）
」を用いて単語列からまた終端検出の感度の設定は，ユーザが体感する認識速

意味を抽出する処理が後続する．ここで「意味」とはユーザ度にも影響する．感度（閾値）設定を長めにすれば，音声区の意図（テレビを見たい，録画したい，など）や対象となる間の途中に現われる短い無音区間（促音 ッ や語と語の間

キーワード（チャンネル名，番組名，日時など）などを指す．

での短いポーズなど）を誤って終端と判定して認識結果を

つまり，ユーザ発話から用件となるメッセージを抽出する

返してしまう危険を減らせる一方，少し間延びして応答を処理である．さらに対話システムとして応答を返すためにする印象を与えてしまう．

は「対話制御部（Dialog Management）」も必要となる．

ディスプレイ機器に音声インタフェースを導入する際には，

これは意味理解結果から，返すべき応答内容を決め，機器ユーザの利便性と音声区間検出の精度，導入コストなどの観側が次に取るべきアクションを決める処理である．

点から，主に三つのケースから選択することになる（図3）．

実際に，音声認識を用いたシステムやサービスでは，音・セカンドスクリーン端末に搭載のマイクを使用する

声認識エンジンを搭載する位置に応じて二つのタイプが存

スマートフォンやタブレット端末などのセカンドスク

在する．一つめのタイプは，カーナビなどの端末機器自体

リーン端末に，あらかじめ搭載されているマイクを活用しに 音 声 認 識 エ ン ジ ン を 搭 載 す る タ イ プ で ，「 組 込 み 型て音声認識を行う．この場合，テレビ端末やリモコンにマ（embedded）」と呼ばれる．もう一つのタイプは，発話さイクを新たに搭載するコストを削減できるのがメリットで548 （54）

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 7（2014）

音声インタフェース

発声しているのか，それとも人間同士で会話をしている音声なのかを識別することが必要となる．単に入力されてくる音声を認識しているだけでは，残念ながら「人間同士で話していたのにテレビが勝手に反応してしまう」，「いくらテレビに話しかけてもウンともスンとも反応しない」などの事態を招くことがある．
そこで特定のフレーズ（wake upフレーズ）を定めておき，
wake upフレーズが高い認識スコアで認識された場合のみ，
図 3 マイク搭載位置のバリエーション

後続する音声を音声認識の対象であると見なす手法を採用する．この「wake up フレーズ」という手法は，単フレーズだ
けの音声認識を行うことにより認識スコアを高め，機器に対ある．またセカンドスクリーン端末は手持ちで利用するスする発声と，それ以外の音声を識別する精度を高めるというタイルを取るので，close talk microphone を実現する

アプローチである．PTTボタンや手持ち機器を必要としないことができる．

利便性の高さは実現できるものの，音声認識を行いたい場合

・リモコンにマイクを搭載するには，必ずその前にひとこと決まったフレーズを発声しなけ

ディスプレイ機器の利用シーンでは，リモコンなどを併ればならない煩わしさは残ってしまう．

用することが多いため，リモコンに新たにマイクを搭載し4.2て音声認識を行う．リモコン搭載のマイクで取り込まれた3 章で解説したように，音声認識とは音響モデルに言語

音声は，テレビ端末や STB などへ転送される．リモコンモデルやグラマを掛け合わせて，入力された音声に対して，は，自然な動作でマイクを口元に近づけることができるた

最も尤もらしい単語列を探し当てる技術である．したがっめ，close talk microphone を実現できる点が大きな利て，言語モデルやグラマに登録されていない語彙は基本的点である．リモコンに PTT のマイクボタンを設置できれに認識させられない．これを「未知語（未登録語，Out ofば，音声区間検出はいっそう確実になる．さらに，PTT ボ

Vocabulary: OOV）」の問題と呼ぶ．あらかじめ想定可能

タンを押下したタイミングでテレビ本体のスピーカから流な範囲の語彙のみを認識対象とすればよい場合（音声コマれている音声の音量を一時的に下げるなどの実装を施すこンドなど）には未知語は問題になりにくいが，ディスプレとができれば，音声認識にはさらに有利となる．

イ機器で音声インタフェースを必要とする用途では，日々・テレビ端末にマイクを搭載する（ハンズフリー）

語彙の拡充

新たな語彙が認識の対象となるケースが大半であろう．

リモコンにマイクを搭載して PTT を実装する構成は，音

例えば，テレビ番組情報の検索や VO D（Video On

声認識にとっては好都合であるが，リビングルームでリ

Demand）では番組名，タイトル，出演者名などの新たなラックスした環境ではユーザの使い勝手を損ねると考え，語彙に継続的に対処することが必須である．新たな語彙を

セカンドスクリーン端末もリモコンも持たせたくない（ハ追加登録していくには，何らかのデータベースからイン

ンズフリー），というニーズが存在する．この場合，音源ポートすることが考えられるが，音声認識のために辞書登（ユーザ）から離れたテレビ端末にマイクを設置する構成

録する語彙は文字表記（綴り）だけでなく，発音（読み）の（distant talk microphone）となる．このような構成では，情報が必要となる．一般に表記から発音を推定する変換処

得られる音声信号のレベルが低くなる，音声認識の対象と理は必ずしも自明でないため，音声認識の辞書に登録する

したい発声以外の環境音（周囲の雑音，他者の発声など）が発音を取得・整備する作業には手間が掛かっている．

混ざる，機器に対する発声なのか人間同士の会話なのかの

さらに，通常のユーザは必ずしも正式名称を発話すると識別が必要となるなど，音声認識には不利な条件が加わる．

は限らず，部分称や略称への対処も必要となる．例えば，

そ こ で ハ ン ズ フ リ ー 環 境 で は ， 音 声 強 調（ S p e e c h

施設名称の検索に音声認識を用いる場合，データベースに

Enhancement）と呼ばれる技術が導入される．例えば，

は「医療法人○○会東京●●病院」のような正式名称で登録

テレビ端末に複数のマイクを搭載し（マイクロフォンアレされているケースが多いが，実際の発声では部分称や略称イ），マイクまでの音声信号の到達距離の違いから音源方などが平然と多用されるため，データベースに登録されて向を同定することで，マイクの指向性を制御する（ビームいる正式名称以外にも対応する必要がある．

フォーミング），マイク入力に混在しているスピーカから

また今後は，語の発音（読み）の多国語化も課題となる．

の回り込み音を除去する（エコーキャンセル），など，入力

例えば，テレビ会議（ビデオチャット）で相手を呼び出すた

される音声信号から音声認識の対象とする音声部分だけをめの音声認識では，アドレス帳の中に外国語の人名が登録抽出する工夫を施す．

されているかもしれない．Michael という表記にマイケル，

またハンズフリー環境では，ディスプレイ機器に対してミヒャエル，ミハイルのどの読みを当てはめればよいのか，（55） 549

講座：ディスプレイユーザインタフェース［第 1 回］など多国語対応には未解決の課題が多い．

5．導入事例と音声インタフェースの意義
5.1

音声インタフェースの導入事例

本章では，テレビ端末に音声インタフェースを搭載して，実際の市場に導入している事例として，パナソニックのス
マートビエラ 4）を紹介する．2013 年春に発売されたモデ
ルでは，チャンネルを替える，音量を制御するなどの基本
操作を音声コマンドで行えるほか，テレビ番組表や録画されている番組の検索，インターネット検索（web search）
図 4 マイクと PTT ボタンを内蔵したリモコンに音声認識が対応している．
スマートビエラでは，標準リモコンのほかに，タッチパッ
ドとごく少数のボタンだけが付いたリモコンが付属しており，この音声タッチパッドリモコンに音声認識で用いられるマイクが搭載され，PTTボタンも設置されている（図4）．
スマートビエラの音声認識機能では，ハイブリッド型音
声認識という実装が採用されている．これは 3 章で紹介した組込み型とクラウド型の 2 種類を同時に実行させる方式である．チャンネルや音量の操作などの定型の音声コマン
ドには，テレビ端末内の組込み型音声認識が用いられ，インターネット検索やテレビ番組表検索などの大語彙の認識には，音声がネットワークを介してクラウド側に送られて，クラウド型音声認識が用いられる．
ハイブリット型音声認識では，組込み型エンジンでグラ

図 5 音声認識のためのヘルプ画面（例）

マによる確実で反応時間の早い音声認識を実現しつつ，ク
ラウド型エンジンで確率言語モデルによる大規模な音声認識を実現している．基本的な操作は組込み型エンジンで認索」のような発話で可能になったことにより，格段に簡単識されるため，万が一テレビ端末がネットワークに接続さになった結果である．さらに，「もっとこんな操作も音声れていなくても動作可能である．一方，クラウド型エンジでできないか」というフィードバックも聞かれるという．

ンでは，インターネット検索やテレビ番組表の検索に用い昨今の多機能リモコンが複雑になり過ぎている中，音声イられる語彙を，日々クラウド側で更新する体制が取りやす

ンタフェースを採用することによるメリットは意外に大きい．ハイブリッド型はこれら両者の長所を融合した実装方いと言える．

法と言える．

5.2

音声インタフェースを採用する意義

ディスプレイ機器に音声インタフェースが導入された

音声インタフェースが，ディスプレイ機器での検索キー

際，ユーザが直面しがちな混乱は「音声認識ができるのはワードの入力を容易にしたことで支持されたことからも，わかったが，何をしゃべればよいのかわからない」という文字入力を担うインタフェース技術として，音声が有用でものである．これに対してスマートビエラでは，「音声認あることが確認できた．また，音声コマンドをさらに多く

識は検索のために使ってもらうことを第一とする」というの機能に対応させるリクエストがあったことからは，ボタ

製品コンセプトにしたがって，「検索語」だけが発声された

ン，スイッチのような機能にも音声インタフェースへの期場合には，次に検索手段（web，番組表，画像，動画など）待があると言える．音声インタフェースならば，画面を占を示して選択しやすくしたり，「ヘルプ」と発声すると，画有する面積を増やすことなく，新たな機能を拡張すること

面上に利用可能な発話例の一覧を表示してユーザを誘導しも容易である．

たりする（図 5）ことでこの問題を解決している．

その一方で「面積を占有しない」というメリットは，音声

音声インタフェースを搭載したテレビ端末を実際に市場がどの機能に対応しているのか画面上で見えにくい，何をに投入したところ，テレビ端末のネット接続率が上昇し，話してよいのかわかりにくい，という弱点にもなる．ス

ユーザからの支持を受けているという．これは，音声機能

マートビエラでのヘルプ画面（図 5）は，この課題への一つを搭載していなかった従来モデルでは敷居の高かった検索の解決である．また，対話的なやりとりが可能なインタ

キーワードの入力が，例えば，「○○の画像をネットで検フェースにすることで音声の 見えなさ を克服するのも，550 （56）

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 7（2014）

音声インタフェース

今後の発展の方向性と考えられる．

6．その他の音声インタフェース技術（identification）などの使い方がある．
声紋認証は，本人確認を行う際に発声してもらうパスフ
レーズの種類に応じて，「固定パスフレーズ型（あらかじめここまで，音声インタフェースとして一番中心的な役割

シ ス テ ム 側 で 定 め て あ る パ ス フ レ ー ズ を 発 声 す る ）」，を果たす「音声認識」について見てきた．本章では，音声認「ユーザ設定の固定パスフレーズ型（ユーザが任意のパスフ

識以外の音声インタフェースとして，「音声合成」，「声紋レーズを定めて使用する）」，「変動パスフレーズ型（固定パ認証」の二つを紹介する．

スフレーズを録音されて詐称されることを避けるため，ラ6.1

ンダムな数字列などを動的にパスフレーズにする）」，「テ

音声合成

ユーザの入力音声をコマンドや単語列に変換するのが音声認識技術であるのに対して，逆に「入力テキストを音声に変

キスト非依存型（自由に発声している一定時間の音声デー
タから認証を行う）」などの種類が存在する．

換して出力する」のが「音声合成（Text To Speech: TTS）」

声紋認証技術は必ずしも 100%の精度を保証できるとは技術である．機器との間で対話的なインタラクションをする限らないため，「他人受け入れ率」（False Acceptance:

ようになると，音声による出力も重要な機能となる．

FA，本人以外を誤って認証してしまう率）と「本人拒否率」

従来，音声出力は定型表現に対してあらかじめ録音した（False Rejection: FR，本人なのに誤って拒否してしま

音声を編集して再生する「録音再生方式」を用いることが多う率）のトレードオフを考慮して，安全性と利便性のバラかった．駅の自動アナウンスなどが典型である．しかし，ンスを最適化した閾値の設定が必要である．

対象とする読み上げテキストが，ニュースやテレビ番組表

7．むすびの内容といった動的な内容になると，録音再生方式では対応することができず，音声合成技術が用いられる．

ディスプレイ機器に用いられる音声インタフェースとしテレビ端末は，放送自体が音声を出力しているため，音て，主に音声認識技術の基本的な仕組みを解説した．音声

声合成の必要性を感じにくいかもしれない．しかし，前述

認識技術のこれまでの発展と現状を踏まえつつ，ディスプのスマートビエラは，音声合成機能を搭載することで，番レイ機器を利用する際のポイントと実際の搭載事例を紹介

組名や番組内容を読み上げる，行われた操作を復唱する，し，音声合成や声紋認証についても述べた．

現在の状態（チャンネル番号）を音声で知らせる，などの機

音声インタフェースは，実用レベルに耐える技術として，能に対応したことにより，英国王立盲人協会（RNIB）からようやく普及が本格化してきていると言える一方で，話し5）

表彰を受けている ．テレビはもはや見るためだけに使わ方の自由度，対話内容の知的レベル，使用環境の制限など，れるものではない．

さらなる技術開発の進展により，ユーザとディスプレイ機

従来の音声合成は「機械的」，「ロボットボイス」のような器の関係をいっそう変えていく可能性を秘めている．

悪評を得ることも多かったが，昨今は合成音声の自然性，（2014 年 3 月 31 日受付）

了解性も高まってきている．単に読み上げに用いる「聞い〔文て理解できる」レベルにとどまらず，情感も含めた会話調の音声や，音声合成ベンダが提供する以外のオリジナルな音源（タレント）を用いるカスタムボイスへのニーズもトレンドとなっている．
6.2

声紋認証

音声認識が
「何を話したか」を特定する技術であるならば，「 誰 が 話 し た か 」を 特 定 す る の が「 声 紋 認 証（ V o i c e
Biometrics）」である．声紋認証は，ユーザがあらかじめ献〕

1）古井貞熙： 人と対話するコンピュータを創っています−音声認識の最前線 ，角川学芸出版（2009）2）野澤哲生： 人に近づく音声インタフェース ，日経エレクトロニク
ス，2012 年 12 月 24 日号，日経 BP 社（2012）3）平沢，村上： 音声認識技術の実用化への取組み： 11．組込み機器向け音声インタフェース技術の開発プロセス ，情報処理，51，11，
pp.1464-1471（2010）
4）パナソニック，スマートビエラ，http://viera.jp5）h t t p : / / w w w . r n i b . o r g . u k / l i v i n g w i t h s i g h t l o s s / t v r a d i o f i l m /tvradiofilmnews/pages/rnib̲award̲panasonic.aspx

声紋（voice print）を登録しておき，入力された音声が本人であるかを判定する「認証（verification）」と，入力された音声が登録されている声紋の中の誰であるかを判定する「特定（identification）」の二つの使い方がある．例えば，
ロックされているディスプレイ機器を解錠（アンロック）する際に，アカウントの本人確認を行ったり（verification），＊

画像・情報協力：パナソニック株式会社 AVC ネットワーク社．
ひらさわ

じゅんいち

平沢

純一

1995 年，奈良先端科学技術大学院大学修了．同年，日本電信電話（株）入社．音声対話システムの研究開発に従事．2005 年，スキャンソフト（現ニュアンスコミュニケーションズ）入社．音声インタ
フェース技術の提案，開発支援に従事．

発声者にマッチしたアカウントにログインしたりする（57） 551

講 座：ディスプレイユーザインタフェース［第 2 回］

次世代ナチュラルユーザインタフェース『視線入力』

蜂 巣 健 一†１．まえがき中心視野よりやや広く，例えば，横書きの文字列を読むときには，右に 12 〜 15 文字，左に 3 〜 4 文字，すなわち，約

アイトラッキングは，どこを見ているか，厳密にいうと，18 文字分の知覚可能なエリアが中心視野のまわりに非対称

眼球の向きを測定する技術である．この技術は，およそ半的に存在するということを示している．中心視野の外側に世紀にわたり，主に学術研究の分野で育まれてきた．2000

ある周辺視野では，低解像度のイメージを見ることができ

年頃，技術的な革新があり，より簡単に測定できるようにる．周辺視野は低解像度だが，動きやコントラストを判別なるとともに，被験者の負担も軽くなって，取得データのすることはできる．目を休めている時，目を動かすことな

精度も格段に改善された．その頃から，アイトラッキング

く，ものを見ることもできる．しかしながら，多くの場合，を使った学術論文の数が飛躍的に伸びた．さらには，学術

脳は中心窩の外側にある複雑な情報はほとんど処理するこ研究に留まらず，マーケティングリサーチやインタフェーとができない．そのため，中心窩による中心視野を知るこスでの応用も加速度的に広がっている．

とは有効である 2）．

２．眼球運動とアイトラッキング

さらに，周辺視野からの不鮮明な視覚情報は，中心窩からの視覚情報と比べてより多くの処理が必要となるため，

アイトラッキングは，被験者が，対象物の上を視線がど

周辺視野より中心窩からのデータに集中する方が効率的でのように移動するかについて計測する．人間の目は，どこある，と脳は考えている．視線が停留すること（目標物上かに注目するまで絶えず動いている．目の動きには，サッに留まるか，目標物にとても近づくこと）は，それがはっ

カード，停留，滑らかな追跡など，10 種類以上のタイプがきりと見えているということを意味する．視線が商品棚のある．その中で，何かをじっと見つめるために視線が留

商品パッケージに停留する，あるいは近づくことがなけれまっている状態を 停留 と呼ぶ．また，停留間の移動をば，商品は見られることがない，例えば，その商品パッサッカード と呼ぶ．停留において視線が留まっている時

ケージに書かれたテキストは読まれなかったといえる．ア

間は約 100 〜 600 ms，この間に脳は目から受けた視覚情報

イトラッキングは，中心視野の移動や停留した点を記録すを処理する 1）．

る．視線の動きを分析することで，消費者行動を明らかに

サッカードは，停留から停留までの非常にスピードの速することができるかもしれない．通常，停留の長さは，脳い視線移動である．また，サッカードの平均時間は約 20 〜

が目からの視覚情報を解釈するだけではなく，情報処理や

40 ms である．この間，視線の情報は脳に伝達されない．

認識処理をする時間でもある．例えば，リーディング調査

人間の目は，約 200ﾟ の視野を持っているが，網膜の明るさにおいては，なじみのある言葉の方があまりなじみのないを検知する細胞の大部分は，中心窩と呼ばれる部分に位置

言葉に比べ，停留の長さが短いということが証明されていしている．色を認識できるのは，この中心窩だけである．

る．また，停留点の数は，見つけやすさを表す．例えば，

中心窩は，視覚のわずか 1 〜 2ﾟ しかカバーしていない（こ検索プロセスが効率的な商品パッケージの方が，停留点のれは例えば，腕の長さほど先の，親指の爪の大きさぐらい

数が少ないということになる．

である）．脳に高解像度の視覚情報を届けられるのは，この中心窩の細胞だけである．
人の認知可能なエリアは，中心窩による視野，すなわち，

３．アイトラッキング技術を活用した「視線入力」
図 1 に示すのは，アイトラッキングの技術構成と手法で†トビー・テクノロジー株式会社"Display User Interface (2); Next Generation Natural User Interface,Tobii Eye Tracking; Eye experience" by Kenichi Hachisu (Tobii
Technology K.K., Tokyo)

636 （42）ある．近年，アイトラッキングでは，主に角膜反射法という方法が用いられている．イルミネータで近赤外線を発光して角膜に照射し，その角膜の様子をセンサで捉えて解析
映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 8, pp. 636 〜 641（2014）

次世代ナチュラルユーザインタフェース『視線入力』

瞳孔点
ア イ ト ラ ッ カ は ，近① 赤 外 線 の 光 源 で ，光学センサ画像処理技術で構成されている．

反射点（プルキニエ像）② 光学センサは，角膜上に反射点を作る．

画 像 セ ン サ は ，ユ ー
ザの角膜上の瞳孔点③と反射点をリアルタ
イムで記録する．

画像処理技術によっ④ て ，ユ ー ザ の 瞳 孔 点と反射点のパターンか ら ，ユ ー ザ の 特 徴
注視点⑤ ユーザの眼球位置と注視点（=眼球の向き）
が ，専 用 の ア ル ゴ リ
ズムによって算出さ

アイトラッカ
図 1 アイトラッキングの技術構成と手順するというものである（図 1 ①）角膜に近赤外線を照射する

向きはわからない．眼球の向きを割り出すためには，近赤

目的は二つある．一つは瞳孔点を捉えることであり，もう外線の照射によってできるもう一つの点，基準点（反射点，一つは反射点を作ることである．

あるいはプルキニエ像）が必要になる（図 1 ②）．角膜上の 2角膜反射法の場合，近赤外線が角膜に届かないと話になら点，動き回る瞳孔点と動かない基準点の位置関係を捉えるない．先ずは眼瞼（まぶた）を避けるため，イルミネータを（図 1 ③）ことで，眼球の向きを計算することが出る．ただやや下側に配置することが望ましい．下側に配置しないとし，この 2 点は 円 の上にあるのではなく"球"の上にある．

まったく機能しないという訳ではないが，視線データの取しかも，その"球 は人によって大きさが異なる．眼球の向得率が格段に落ちる可能性がある．目が細い，目が小さい，

きを正確に計算するためには，前提として，その人の眼球というレベルでは大きな問題にならないが，眼瞼が重くの大きさを想定しなければならない．そのためには，3Dなっている高齢者などでは支障がある可能性がある．また，モデルのデータベースと，そのデータベースの中から最適

逆さまつ毛，マスカラなども近赤外線の照射を妨げ得る．

な 3D モデルを選ぶための補正（キャリブレーション）が必

アイトラッキングの場合，瞳孔点，すなわち眼球の位置要となる．すなわち，何点かポイントを見てもらい，それを捉えることができなければ始まらない．瞳孔を捉える方

ぞれのポイントのときの眼球の状態を踏まえて，3D モデ

法には，明瞳孔法，暗瞳孔法の二つがある．明瞳孔法は，ルを特定する（図 1 ④）．瞳孔点と基準点，2 点の位置関係

カメラの 赤目現象 と同じで，瞳孔を明るくすることで瞳と，選ばれた 3D モデルをベースに，専用のアルゴリズム

孔の位置を捉える方法である．逆に暗瞳孔法は，瞳孔を暗を用いて眼球の向きを計算する（図 1 ⑤）．この一連のプロ

くすることで瞳孔の位置を捉える方法である．明瞳孔法は，セスにより，60 cm 先であれば直径 1 cm 単位で，腕の長さ

白人などの虹彩の色が薄い人に向いていて，暗瞳孔法は，ほど先であれば親指の爪の大きさぐらいの精度で，どこをアジア人などの虹彩の色が濃い人に向いている．すなわち，見ているかを探り当てることが可能になる．

アジア人でも，月齢の低い幼児の場合は明瞳孔法の方が向この精度に悪影響を与えるものとして，眼鏡が挙げられいている．歴史的に，欧米メーカは明瞳孔法に強くアジアる．近年対策と改善が進んでいるが，いまだ課題は残る．

系メーカは暗瞳孔法に強い，という傾向があるが，一人で例えば，眼鏡によって眼球の大きさを誤認識することがあも多くの人の瞳孔点を捉える，すなわちロバスト性を高める．乱視や遠視用の眼鏡の場合，この傾向が強まる．また，るためには，ユーザの眼球の状態に応じて明瞳孔法と暗瞳

直射日光等により眼鏡のレンズが全反射してしまえば，眼孔法を使い分ける必要がある．さらには，使用するデバイ

鏡の向こうの眼球の様子を捉えること自体ができなくなスに応じて，近赤外線の当て方，イルミネータの数や位置

る．コンタクトレンズも悪影響を避けられない．ソフトコなど，用途に応じたシステム構成が必要となる．

ンタクトレンズであれば，角膜全体を覆い，ほぼ固定され仮に，明瞳孔法あるいは暗瞳孔法を用いて，動き回る瞳ているため，影響は少ないが，ハードコンタクトレンズの孔点を捉えることができたとしても，それだけでは眼球の場合は，眼球とともに動くので誤認識の元になる．また，（43） 637

講座：ディスプレイユーザインタフェース［第 2 回］

図 2 福祉分野におけるアイトラッキング技術の活用

カラーコンタクトレンズで着色型のものも，角膜の正しい

自由がきかず発語できなくても脳は正常に機能していて眼状態を把握する妨げとなり，精度に悪影響を与える．

球は動く，という方は少なからず存在する．アイトラッキ

アイトラッキングの場合，眼球の動きだけでなく，頭のング技術を活用したパソコンがあれば，眼球の動きでパソ動きも影響する．かつては，顎台などを使用して頭を固定

コンを操作でき，そのパソコンを車いすに装着することでしないと眼球の向きを計算できなかったが，現在は頭を固移動もできる．さらにパソコンに発語させて，他の人とコ定しなくても，頭の動きも考慮して眼球の向きを計算する

ミュニケーションをとることもできる．

ことができる．頭を固定しなくても視線を計測できるよう

ただ，アイトラッキング技術を福祉ではなく，マスマーになったことで，人の自然な動きを大きく妨げることがな

ケットで活用しようと考えると話は変わる．福祉の分野でくなったといえる．

は，眼球しか動かないというユーザが多数存在するため，

アイトラッキングが記録する，中心視野の移動や，停留し眼球の動きだけですべての操作を行わなければならない．

た点は，調査だけではなく入力としても活用できる．前述

マスマーケットの場合には，眼球以外に例えば，手足も使の通り，アイトラッキング技術を使えば，60 cm 先で直径 1えるため，眼球の動きだけですべてをやり切る必要はない．

cm という精度で，どこを見ているかがわかる．すなわち，

アイトラッキング技術は眼球に向いた操作にのみ使い，他

直径 1 cm 程度のボタンであれば，そのボタンを○秒間見ての操作は他の入力技術に委ねるというのが常道である．

いたらクリックしたことにするとか，瞬きしたらクリック

一例を挙げると，アイトラッキング技術は，何かをポイしたことにすると定義することで，眼球の動きでパソコン

ンティングするのにはとても向いている．一定の分解能でを操作できるようになる．

あれば，正確にポインティングすることが充分に可能であ４．「視線入力」応用例

るからである．そのため，次のような操作に向いている．
まず「セレクト」が挙げられる．何かを選択する時に視線を筆者らは，2004 年から，福祉の分野でアイトラッキング用いるのである．選択した後のクリック動作は，タッチ，技術を活用したパソコンを提供している．図 2 にその一例

音声など，他の入力装置で行うのが望ましい．視線で決定を示す．ALS（筋萎縮性側索硬化症），SMA（脊髄性筋萎縮させようとすると，特定の箇所を数秒間見続けたり，瞬き症）等の運動ニューロン疾患（MND），脳性まひ，脳卒中なしたり，不自然な操作が必要となったりするためである．

どの脳血管障がい，筋ジストロフィー，レット症候群，脊また，「スクロール」や「パーン」など，画面を上下左右にス髄小脳変性症・多系統委縮症，せき髄損傷など，手足の自ライドさせる操作にも向いている．画面の上側を見ると上由がきかない，発語できない方を対象としている．手足の方向にスクロールし，下側を見ると下方向にスクロールす638 （44）

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 8（2014）

次世代ナチュラルユーザインタフェース『視線入力』

る．読み進めるのも読み返すのも自然に行うことができる．
次に，画面の左側を見ると左方向にパーンし，右側を見わち，1 デバイスに対して 1 ユーザであれば，どのようなデバイスでも実装の可能性があると思われる．

ると右方向にパーンする，という操作も可能である．テキ

想定されているのが，ノートブックや AIO（オールイン

ストを読んだり，Web サイトをブラウジングしたりするのワン）パソコンである．アイトラッキング技術を実装すれにとても便利である．
「スクロール」や「パーン」の場合，自ば，前述のような「セレクト」，「スクロール」，「パーン」，

動で操作するのがいいときと悪いときがある．ついては，「ズーム」，「画面切替え」を視線入力で行うことが可能にな

オートに加えてマニュアル，すなわち，例えば，何か他のる．マウスによる能動的な入力が不要になるので，操作がボタンを押していないと「スクロール」や「パーン」をしないより自然になり，作業の効率性向上や生産性向上が期待でというように，オートとマニュアルを切替えられるようにきる．

するのが望ましい．それは，オートであるがためにデバイ

次に想定されるデバイスはタブレットである．雨で傘をさスが本人の意思に反した動きをすることを防ぐためである．

している時，混み合う電車の中で吊革につかまっている時，さらに，アイトラッキング技術は「ズーム」にも便利であ

手提げ鞄を持っている時，子供を抱いている時など，片手る．ズームをする場合には，どこを中心にズームインするがふさがっている時，タブレットやファブレットなどはス

か，決めないといけない．この中心を決める作業をマウス

マートフォンと違い，残った片方の手だけでは操作できなで行おうとすると，右クリックをしながらドラッグすると

い．タッチするにも，デバイスを握りながら，唯一自由でいうことを何度か繰り返す必要があり，操作が面倒である．

あろう親指だけでは画面のいろいろなところをタッチする

アイトラッキング技術を使えば，中心としたいところを見のは難しい．加えて，静かな場所や混み合う場所など，音ていると，中心としたいところが中心にきて，そこを中心

声認識やジェスチャ操作など，他の方法がふさわしくないにズームインをする，という一連の操作を直感的かつス場合も多い．その点，アイトラッキング技術を用いれば，

ムーズに行うことができる．地図の操作などにとても便利

第 3 の手ともいえる，視線でポインティングして親指で画面である．加えて，アイトラッキング技術ではないが，頭ののどこかをタッチして決定する，ということが可能である．

動きをトラッキングし，視線の動きと頭の動きを組合せる

さらには，両手がふさがっている場合も有効である．医ことで，中心の決定とズームイン/ズームアウトを直感的療現場では，施術のために両手がふさがっていたり，手術に行うこともできる．

室の細菌汚染防止のため両手を使えなかったりする場合がまた，複数の作業を同時に行う場合，複数の画面を開いある．両手がふさがっているために，ジェスチャ操作は難て画面を一覧したり，特定の画面に切替えたりするのは煩

しいし，マスクをしていることも多いため音声認識も難し

わしい操作である．そんな時も，アイトラッキング技術をい．その場合，視線を入力に使えるととても便利である．

使えば，作業したい画面を見ることで，直感的に「画面切医療に限らず，両手を使う作業は数多くあり，その場合に替え」を行うことができる．

視線を入力に使えるのは有用である．

しかしながら，アイトラッキング技術は，決定や実行と自動車の運転も，両手がふさがる一例である．カーナビ

いったコマンドには向いていない．福祉の分野では，○秒ゲーションシステムは，運転者の正面にあるとは限らない．

間見続けたり瞬きしたりということで決定を行うが，マスかなり下方で，見にくく操作しづらい場所にあることが珍しマーケットにおいては，視線入力による決定を強いるとくない．カーナビゲーションシステムのディスプレイは，遅ユーザにとって過度の負担となり，日常的な使用には耐え

かれ早かれヘッドアップディスプレイに置き換わり，フロン

られないと考えられるからである．

トガラスの内側付近に投影されることになる．その場合，ここまで紹介した操作は，すべて視線だけで行うこともカーナビゲーションシステムをタッチで操作するのはさらに可能である．しかしながら，前述の通り，視線だけで完結難しくなる．そこで視線入力を使えば，ヘッドアップディス

するのはユーザに大きな負担をかけかねない．また，視線プレイを視線でポインティングし，ハンドル上の決定ボタン

で操作しようという意思がないのに，デバイスが視線をや音声認識で決定する，という自然な操作が可能となる．運拾って勝手に動作してしまうのは避けないといけない．し転中は両手がふさがっているので，ジェスチャ操作はあまりたがって，他の入力方法と組合せるマルチモーダルとする

向いていないと思われる．自動車の運転の場合，眼球の動きのが一般的である．

を計測するメリットは，カーナビゲーションシステムに留までは，アイトラッキング技術はどのようなデバイスに向らない．よそ見や居眠りなどを検知し，その状況に合わせていているのだろうか．アイトラッキング技術は，ディジタ

自動車自体が警告したり減速したりして，運転者をサポート

ルサイネージのような不特定多数のユーザを対象にするもする動きをすることも可能になる．

のには向いていない．現時点では，複数の人や視線を捉えることを想定しておらず，また，一人一人に対して補正（キャリブレーション）を行う必要もあるからである．すな５．「視線入力」今後の方向性と可能性
アイトラッキングモジュールのサイズとコストを踏まえ（45） 639

講座：ディスプレイユーザインタフェース［第 2 回］

ると，先ずはゲームや医療など，法人向け製品での採用がバーチャルに広がるディスプレイを見ながら操作する時，先行する可能性が高い．

音声認識やボタンでは快適な操作は難しい．視線でポイン

ゲームは，家庭用ゲーム機よりは，アーケードゲーム機
やパチンコ・パチスロなど，業務用ゲーム機への実装検討

ティングし，音声認識やボタンで決定するという組合せが有効であると思われる．

が進んでいる．ゲームにおいても，前述のような「セレク前述の通り，自動車とアイトラッキング技術は相性がよ

ト」，「スクロール」，「パーン」，「ズーム」，「画面切替え」

く，すでに実際に搭載する試みは始まっている．しかしななどを視線入力で行うことになると思われる．既存のゲー

がら，ロバスト性，精度，確度など，通常，アイトラッキ

ムタイトルに視線入力機能を付加することもできるが，アング技術に求められることだけをクリアしても製品化は難イトラッキングならではのゲームタイトルの登場が望まれしい．温度，湿度，振動など，自動車ならではの要求に応る．家庭用ゲーム機搭載のためには，一層のダウンサイズ

えていく必要がある．一方で，必要条件を満たすことがでとコストダウンが必要となるが，一部のプロゲーマには，きれば，アイトラッキング技術がもたらす付加価値は大き新しいゲームエクスペリアンスとして，いち早く受け入れい．具体的には，カーナビゲーションシステムの操作に留られそうである．本年には，アイトラッキング技術を使っ

まらず，歩行者や交通標識の見落としを検知したり，視線た PC ゲーム用周辺機器の販売開始が予定されている．

の動きから運転者の疲労度などの状態を把握したり，その医療分野では，前述のように，施術のために両手がふさがっていたり，手術室の細菌汚染防止のため両手を使えな情報を受けて，自動車が能動的に運転者をサポートしたりすることも可能になる．

かったりする場合に視線入力が役に立つ．加えて，両手がゲーム，医療に始まり，パソコン，タブレット，ウェア

ふさがっている場合に限らず，増え続ける患者の診察の効

ラブル端末，自動車など，ありとあらゆる端末にアイト率性を高めるためのツールとしても有用である．また，キラッキング技術が採用されていくと，膨大な量の視線デー

オスク端末，案内ディスプレイ，ベッド脇のテレビやパソ

タがクラウドに吸い上げられることになる．吸い上げられコンなど，病院や病室のいたるところに存在するインタ

た視線データの活用範囲は広い．何を見たかということはフェースを，患者にやさしいユニバーサルなものにするた

人々の注意や興味を表しているので，視線に応じて広告をめに使われる可能性もある．例えば，松葉づえで両手がふ表示することにより，一層効果の高い広告サービスが登場

さがっていたり，手足が不自由だったり，自力で起き上がするかもしれない．また，人々の生体情報を把握しているることが困難だったりする患者にとって，現在の病院のイ

ので，いろいろな健康管理サービスを提供することができ

ンタフェースは必ずしもやさしくない．

るかもしれない．

その次に実装が期待されるのは，前述のように，デスク

以下に，さまざまなタイプのアイトラッキング製品の例

トップ，AIO，ノートブックなど，個人向けのパソコンでを示す．上述の目的や用途に応じて，適切な装置が選択である．すでに，一部メーカの製品に実装されているが，アきるようになっている．

イトラッキング技術の実装がさらに広がれば，前述のよう

ソフトウェア開発キット（SDK）と組合せることにより，な「セレクト」，「スクロール」，「パーン」，「ズーム」，「画視線入力アプリをすぐに開発できる．視線データ分析も可

面切替え」などを視線入力で行うことが一般的になり，マ能である．

ウスはなくなるか，補助的な入力装置になるかもしれない．

図 3，図 4 は，従来の眼鏡型アイトラッキングのような片手で使用することもあり得るタブレットは，視線を使

突起物がなく，スタイリッシュなデザインの次世代モバイ

えると便利であることは間違いない．ただし，パソコンとルアイトラッキングで，被験者に負担をかけずに自然な振異なり，デバイスと人の距離や位置関係，さらには，屋内る舞いのなかでデータ収集ができる．

に限らず屋外での使用も想定されるなど，使用環境のバリ

図 5 は，産業用のインタグレーションのための組込型ア

エーションが格段に増える．パソコンに比して，クリアしイトラッキングシステムで，ゲーム，コンピュータインタ

なければいけない課題は多いと思われる．
ウルトラブックになると，筺体の厚さが薄くなるため，
パフォーマンス以前に，イルミネータやセンサの厚さが問題になる．しかしながら，アイトラッキングモジュールの一部は，チップ化が視野に入っているため，サイズ的な柔軟性は高まる．またチップ化によって，サイズだけではな
く，大きなコストダウンも実現するものと思われる．
また，アイトラッキング技術の相性のよい端末として，グラス型のウェアラブル端末が挙げられる．グラス型の場
合，言うまでもなく操作に視線を使うのはごく自然である．
640 （46）

図 3 ポータブルアイトラッキング
映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 8（2014）

次世代ナチュラルユーザインタフェース『視線入力』

図 4 グラス型アイトラッキング

図 5 組込型アイトラッキングシステム

ラクション，医療，自動車，セキュリティなど，さまざまな分野の製品への組込みを手軽に行うことができる．
図 6 は，録音した会話，メッセージ，音声・音楽などを注視またはタッチするだけで再生できる拡張・代替コミュ
ニケーション装置である．

図 6 アイトラッキング技術を利用したコミュニケーション装置

６．むすび
アイトラッキング技術は，学術研究で育まれ，その後，〔文

マーケティングリサーチに広がった．時を経ずして，インタフェースとしての活用が始まり，今，福祉からマスマー
ケットに広がろうとしている．業務用機器，ノートブック，
タブレット，ウルトラブック，ウェアラブル端末，自動車など，ありとあらゆるデバイスに広まっていくことで，膨大な視線データが蓄積されていく．やがて，視線計測デー
タに留まらず，他の生理計測データ，脳計測データなども追加されていくだろう．倫理面も整備しながら，データが正しく活用され，人々の生活を豊かにしていくことが期待
される．

献〕

1）K. Rayner: "Eye Movements in Reading and Information Processing",
20 Years of Research（1998）
2）R. Pieters and M. Wedel: "Informativeness of eye movements forvisual marketing", six cornerstones（2007）
は ち す

けんいち

蜂巣

健一

早稲田大学法学部卒業．東京工業大学大学院中退．伊藤忠商事に約 10 年在籍し，マッキャ
ンエリクソン・ジャパンを経て，その後，技術ベン
チャー企業の経営に携わる．検索エンジン，ディジタ
ルメディア，アイトラッキングなど，最先端技術を軸にした事業推進に強み．2011 年より，トビー・テクノ
ロジー日本法人代表取締役社長．

（2014 年 4 月 25 日受付）（47） 641

講 座：ディスプレイユーザインタフェース［第 3 回］

空間ユーザインタフェース

勢 川 博 之†表 1 空間センシングの技術分類

１．まえがき小分類

空間ユーザインタフェースとは，3 次元空間上の位置情報を活用したインタラクションの手段である．最近 NUI

バッシ
ブ型（Natural User Interface）という言葉が流行しているが，人間にとってより自然なインタラクションを実現するための方法の一つとして，空間ユーザインタフェース技術が脚光

アクテ
ィブ型

製

StereoMicrosoft 社 Xbox One に同梱されているデバイスの新世代

企
SCE

業

BumbleBee

Point Gray
（カナダ）

Light Field

raytrix∞

Raytrix（ドイツ）

Structured Light

PrimeSense 3D PrimeSense（イスラエル）＊Time of Flight

Kinect 2.0

Microsoft（米国）

DepthSense

を浴びつつある．
具体的な例として，2013 年 11 月に販売が開始された品

PlayStation®
CameraSoftKinetic（ベルギー）IR LED + Stereo Leap Motion
Controller

Leap Motion（米国）＊Appleにより買収

Kinect やソニー・コンピュータエンタテインメント社（以降 SCE と略す）の PlayStation 獏 4 と同時発売されたデバイ
ス PlayStation 獏 Camera のように，コンシューマ用ゲーム
対象物の空間上の点P0機への採用があげられる．また，PC などに接続して手指の位 置 を 検 出 す る 機 器 と し て ， Leap Motion 社 の Leap
Motion Controller が話題となった．
本記事では，ユーザの 3 次元位置をハンドフリーで（デバ

左カメラの光軸
xL

xR

P1

P2

右カメラの光軸

イスを身に着けずに）計測することを特徴とするユーザイ
ンタフェース技術にフォーカスし議論する（第 3 章では歴史

エピポーラ線（黄色いライン）を語るうえで他の技術についても少し触れる）．

２．技術分類
空間ユーザインタフェースの入力のためのセンシング技

左カメラ
画像平面

右カメラ
画像平面

左カメラ
光学中心

術を分類しつつ紹介していこう．製品化されている空間セ

f

右カメラ
光学中心

図 1 ステレオカメラの原理

ンシング技術の主たるものをまとめると，表 1 のようになる．アクティブ型とは照射光（特に非可視光を用いる場合が多い）を対象物に当てる方式を指し，パッシブ型とはイ
メージセンサが受けた光情報のみを使用する（すなわち照射光を用いない）方式を指す．以下，それぞれの方式について詳細に説明する．
2.1
2.1.1

パッシブ方式
ステレオカメラ

提案されている．
車載への応用としては富士重工業社の EyeSight にステレ
オカメラが使われていることが広く知られている．
距離測定の原理を図 1 に示す．図 1 で対象物の空間上の点 P0 は平行におかれた二つのカメラの画像上でそれぞれ P1と P2 に結像する．図 1 のように P1 と P2 は必ず同一直線上に二つのカメラを用いてその視差情報により距離を測定す存在するので，その直線上で対応する点を探せばよいこと

る方法である．技術の歴史は古く，理論的には 30 年前からになる．この直線（図 1 中で黄色で示した線）のことをエピポーラ線と呼ぶ．カメラの rectification（平行化）を行うこ†株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント 研究開発本部"Display User Interface (3); 3D User Interface" by Hiroyuki Segawa(R&D Div., Sony Computer Entertainment, Inc., Tokyo)

748 （70）とにより，エピポーラ線は画像平面上の x 軸と平行になるので，対応点探索の処理速度を高められる．探索において
映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 9, pp. 748 〜 753（2014）

空間ユーザインタフェース

対象物の空間上の点
対象物表面

P0
Z

視差 D＝x L−x R＝
xL

xR
・
・
・ Z＝

P1
左カメラ
画像平面

b＊f
Z

b＊f
D

P2

エピポーラ線
プロジェクタ
画像平面

右カメラ
画像平面

f

カメラ画像平面
左カメラ
光学中心

b

右カメラ
光学中心

基線長

基線長
（カメラ間の距離）
図 2 ステレオカメラの視差から距離への変換

はテンプレートマッチングのように小領域の相関が多く使われている．
図 2 は，ステレオカメラ方式における視差と距離の関係を示したものである．対応点が求まると，図 2 の関係と次式で定義される視差 D の定義
D = xL − xRを用いて，対象物までの距離 Z は
Z=

b∗ f
D

で計算できる．

図 3 Structured Light 方式の原理のセンサモジュールを提供したりしている 3）．
2.2

アクティブ方式

2.2.1

Structured Light

パターン光を照射し，三角測量で対象物までの距離を測定する方法である．Apple 社に買収されたイスラエルのPrimeSense 社の技術はこの Structured Light 方式であり，Microsoft 社の Xbox360 用 Kinect ではその技術が採用されている．
Structured Light 方式で使われるパターンには，ストライプであったり格子であったりいろいろなバリエーションがある．

基本的な原理の紹介は以上である．いわゆる三角測量を

Structured Light 方式による距離測定は，プロジェクタを原理としているので，ステレオ方式では一般に対象物との「逆カメラ」，すなわち光線の方向を逆にしたカメラと理解す距離が長くなると検出分解能は低下する．これについては，

ると，実はステレオカメラと同じ原理として理解すること

サブピクセルマッチング（ピクセル精度以下でマッチングができる．図 3 に，ストライプ（縦縞）を照射する方式で説を行う技術）などの手段によって分解能確保が図られてい明する．図 3 は，縦縞パターンを対象物に照射し，その像をることが多い．

カメラで撮影する様子を示している．プロジェクタから対2.1.2Light Field

象物に当てている光線を逆にトレースすると，「対象物表面

二つを超えるカメラあるいは光学部品により複数の方向にあるラインを仮想カメラ（実はプロジェクタ）で撮影するからの光線をとらえることで，ステレオカメラよりオクと仮想カメラ画像平面上で縦に走る直線が見られる」と解釈

ルージョン（一方のカメラでは見えるが他方のカメラではすることができ，これにより，「カメラと仮想カメラ（プロ

見えないこと）の影響が少なく，距離情報を得ることがでジェクタ）によるステレオカメラである」という解釈ができきる方法である．イメージセンサの解像度が光線方向の数

る．プロジェクタ上の縦線とカメラ上の曲線との対応（時分量に分散されてしまうことや，ステレオカメラよりも距離割や空間的な変調などさまざまな方法がある）
さえできれば，算出に計算コストがかかることなどから，得られる距離情

それぞれの線とエピポーラ線との交点同士の視差を求める

報の品質とのトレードオフとなる．

ことにより，対象物との距離情報を得ることができる．

ここ数年 computational photography の分野で注目されている技術で，例えば，撮影後に refocus や微小範囲での

なお PrimeSense 社の技術では，ストライプパターンではなくランダムドットパターンが使われている．

視点移動を行うカメラとして Lytro 社の Lytro が話題に

2.2.2

なった 1）．その他には，Raytrix 社が産業用に Light field

光を対象物に当てて，その往復の時間を計測することにTime of Flight（ TOF）

camera を提供したり 2），Pelican Imaging 社が Mobile 向け

より距離を測定する方法である．原理的には超音波の跳ね（71） 749

講座：ディスプレイユーザインタフェース［第 3 回］

電荷メモリー 1
レーザ

1.5 m

カメラ

往復 3 m

送信してから受信するまでの時間
300 cm＝10 nsec
30［cm/nsec］

画素から
の信号
対象物

図 4 Time of Flight 方式の原理

レーザ

距離＝
30［cm/nsec］＊位相差＝
2＊f mod＊2π
対象物

カメラ

電荷メモリー 2

送信波形
受信波形

電荷メモリー 1

受信電荷を
振り分ける
スイッチ

電荷メモリー 2

図 6 Time of Flight 位相差の測定（2）

送信信号
受信信号
復調信号

Leap Motion 社の Leap Motion では下から赤外線を照射す
図 5 Time of Flight 位相差の測定（1）ることで指の位置を検出している．赤外線情報のみでステレオマッチングをかけているということに加え，空間を狭く絞ることでロバスト性を上げている 4）．

返りの時間を計測したソナーセンサと近い．処理クロックの向上により，音よりはるかに速い光を使えるようになっ

３．ビジネスへの応用の歴史

た．音と違い温度依存もなく，直進性の高い光を使えるよ

Point Grey 社のステレオカメラである Bumblebee シリー

うになり精度を高めることができた．Microsoft 社の Xboxズは，主に産業用あるいは研究用に活用されてきている．

One 用新世代 Kinect では TOF 方式が採用されている．

文献 5）にある応用例では，展示会での参加者の 3 次元位置

本方法では，対象物に反射させて帰ってくるまでの時間を測ることとなるのだが，図 4 のように 1.5 m 先にある対象物であると 10 nsec で帰ってきてしまう．この場合，15
cm の分解能を持たせようとすると 0.5 nsec の判定をしなけの検出・トラッキングや製造業への適用，また自動車の自動運転の研究について述べられている．
前述のとおり，空間ユーザインタフェースが最も脚光を浴びている分野の一つはゲーム業界である．

ればならない．処理クロックが高まったとはいえ，その時カメラなどを活用し自然なインタラクションをゲームの間分解能での計測は容易ではない．そこで TOF では，往ユーザインタフェースに取り入れることは，これまでゲーム

復時間そのものを測定するのではなく，送信信号（光源）とコントローラになじみがないユーザにゲームを楽しんでいた

受信信号（カメラ）の位相差などを用いて間接的に光の往復だくために有用な戦略である．また，より直感的な入力はよ

時間差（= 光路差）を測定している．

り没入感の高いゲーム体験を供給できる可能性がある．

その実現例を二つ紹介する．図 5 に示す方法では，受信ゲーム機にとって直感的なインタフェースを導入しよう

信号で送信信号をゲーティング（受信信号が高いときだけという試みは長くなされており，2004 年には SCE より送信信号を通すこと）したものを復調信号とする．その位

PlayStation 獏 2 向けの周辺機器として EyeToy 獏 というカメ

相差に応じて復調信号のパルス幅が短くなるので，この復ラによるユーザインタフェースの提案があった（図 7 ）．

調信号を積分した値により位相差が計算できる．また図 6

EyeToy 獏 は単眼カメラであり，差分画像や認識技術を応に示す方法では，センサ各画素の電荷の行先をフレーム内

用してさまざまなゲームが作られた 6）（PlayStation 獏 3 向け

でスイッチすることでそれぞれ 2 ヵ所に繰り分け，そのたには後継機種の PlayStation 獏 Eye が発売されている 7））．

まった電荷の比によって距離を算出する．
原理的に TOF 方式は，検出分解能が測定距離に依存しないところがステレオ方式とは異なる点である．
2.2.3

赤外線 + ステレオ

2006 年には任天堂により Wii が発売され，そのコント
ローラはラケットのように振ったり，弓矢のように画面上の一点を狙ったりという直感的な操作を可能として，ゲーム 人 口 の 拡 大 に 寄 与 し た 8 ）． 2 0 1 0 年 に は S C E か ら

基本的な計測原理はステレオ方式と同一であるが，PlayStation 獏 3 用 USB カメラ PlayStation 獏 Eye と組合せてtexture の弱い対象物や暗いところでのマッチングに強く使用する PlayStation 獏 Move が発売され，精度の高いコンするように，赤外線パターン光を照射する方法である．

トロールを実現した（図 8）．PlayStation 獏 Move は全世界

750 （72）

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 9（2014）

空間ユーザインタフェース

図 9 PlayStation 4 と PlayStation Camera
図 7 EyeToy と PlayStation Eye

図 8 PlayStation Move モーションコントローラ

で 1,500 万台以上を販売している（2012 年 11 月時点）9）．
その後，手にデバイスを持たずに操作できるユーザイン
タフェースとして，2010 年に Microsoft 社から Xbox360 向け周辺機器として前述の Structured Light 方式センサのKinect が発売された．スケルトントラッキング（ユーザの関節位置の推定）を行えるライブラリーも供給することで，ダンスゲームなどが作られた．コントローラを持たずに遊べるゲームの可能性を示した 10）．

４．最近の製品技術動向
最新のゲームプラットフォームでは Microsoft 社は XboxOne 用の新世代 Kinect（ Time of Flight 方式を採用）11），
SCE は PlayStation 獏 4 用に PlayStation 獏 Camera（ステレオ

図 10

PlayStation Camera の入力から生成された距離マップ

カメラ方式）12）をそれぞれ世に出している（図 9）．このよ
うに，空間ユーザインタフェースが新世代のプラットフォームにとって存在感を高めている．

Graphics Processing Units ：元来グラフィックス用の処理

図 10 に示すのが，PlayStation 獏 Camera で取り込んだ画

プロセッサである GPU をそれ以外の目的に応用する技術）

像（上段）からリアルタイムに生成された距離情報を少し斜によって，演算の並列性をうまく生かすことで実現できた

め右からの視点でレンダリング（映像化）した画像（下段）といえる．

である．前述のように，30 年の歴史を持つステレオカメラ

また，ステレオカメラに代表されるパッシブ型は，暗いがここにきてリアルタイム用途として実用化できたのは，環境となるとイメージセンサの S/N が劣化することによりプロセッサの処理能力の向上が重要な役割を果たしていマッチングさせたい特徴量がノイズに埋もれてしまい，結る．元来，どのアクティブ方式と比べても処理負荷が多い

果としてミスマッチングのため正しく計測されない面積が獏増加するという問題を持つ．さらに Texture の弱い（すなCamera ではステレオマッチングの処理を PlayStation 4

わち特徴量の少ない）対象物に対してマッチングが難しい

本体側の GPU で行っており，図 10 で示した距離情報算出という問題を持っている．実は欧米では，リビングルームに対して 1.5 msec の短時間で算出が可能になっている．こは照明を暗くすることが好まれるので，例えば，ユーザのれは，いわゆる GPGPU（General-Purpose computing on

位置でカメラ方向の照度を測った場合に，10 lx を下回る場とされていたステレオ方式であるが，PlayStation獏（73） 751

講座：ディスプレイユーザインタフェース［第 3 回］

改善

図 11

暗所でのノイズ耐性ならびにマッチング品質の改善

で据え置き系で使われることの多かった空間センサの技術は，最近のトレンドでモバイルデバイスと組合せた試みが始まっている．
ベンチャー企業の Occipital 社は，Structure Sensor とい
う Structured Light 方式センサを，iPad の周辺機器として
KickStarter 経由で販売した 14）15）．PrimeSense の技術を使っているようであるが，Apple が PrimeSense を買収したこともあり，今後どのようになるか不透明である．
Apple も同様の展開を考えている可能性もある．
図 12

また，Google 社が Project Tango を発表している 16）．ス

距離マップの応用例「プレイルーム」

マートフォンにコンピュータビジョンの機能を加えるプロ
ジェクトである．まだプロトタイピングの段階であるが，イメージセンサ以外に，赤外線センサとモーショントラッ
合が珍しくなく，そのような環境下ではパッシブ型は性能

キング用のカメラならびに二つのコンピュータビジョン用

低下を起こす弱点を有していた．そのためマッチングの品

プロセッサを積み，3 次元空間としての環境の把握とそれ質を高めるための研究開発（本稿では詳細な説明は省略さとのインタラクションを標榜している．

せていただく）を行うことでその弱点を克服しつつあり，
欧米でも楽しんでいただけるようになっている（図 11）．
このように計算された距離マップを実際に応用とした例
獏として，PlayStation 4 にプリインストールされているア
13）

５．むすび
今後の技術展望について述べる．
ユーザと機器のインタラクションで重要視されるべきこ

プリケーション「プレイルーム」（THE PLAYROOM） をととして反応性があるが，その要素の一つとして遅延紹介する（図 12）．プレーヤの行動が，ダイレクトに，わ（latency）があげられる．インタラクションは操作対象のかりやすい形で返ってくることがこのアプリケーションの機器とユーザの間でループを形成し（ある意味サーボがか魅力となっており， ASOBI とあそぶ では仮想的に表示

かっている状態で）制御を行うことになるので，遅延が少されたロボットに触れることでさまざまなインタラクショないほど制御が容易となり，すなわちユーザにとって操作

ン（なでるとロボットがうれしそうな反応をするなど）が行

しやすくなる．

える．このロボットとのインタラクションは，距離マップに基づいて行われている．

また，サンプリングレートを高めることは制御性を高めることとなる．ゲームコンソールの場合，ユーザへの情報

距離マップは前述のとおり GPU で算出しているので，ソ提示は現行のテレビのフレームレートにより最大 60 fps とフトウェア処理であることから演算内容をスケーラブルになっているので，空間センシングとしてはこれと同等にな変更が可能である．ゲームによって必要な解像度を使えばることが望ましい．さらに高いサンプリングレートでセン

よく，「プレイルーム」では上に示したものより小さな解像

シングできると，速い動きの予測精度を高められる．例を度の距離マップを活用している．

挙げると，野球などの投球動作におけるリリースポイント

次に，今起こりつつあるトレンドを紹介しよう．これま752 （74）を特定したり，リリース後のボールの動きをコントロール
映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 9（2014）

空間ユーザインタフェース

したりすることも容易となる．そのため，このように低遅延と高サンプリングレートが心地よいインタラクションのためにますます重要になると考える．
今回の記事ではセンシングに絞って話を進めてきたが，ユーザへのフィードバックは重要で，これから技術開発がますます盛んになる分野であると考える．
第 3 章で紹介した Wii リモコンや PlayStation 獏 Move は，デバイスを手に持たなくてはならない反面，振動によるフィードバックをユーザに与えることにより臨場感を与えることができるという利点もある．したがって，デバイスを持ったり持たなかったりは適材適所使い分けることになるであろう．今後は，振動によって現在実現されている以上の表現力を持つ触覚・力覚フィードバックの方法の開発が進むと思われる．
また，デバイスを持たないユーザに対する触覚提示の方法も研究されつつある．例えば，Disney Research のAireal というプロジェクトでは，空間上のある位置に向け狙って空気を送ることにより，触覚を体験させることを実現させている 17）．
センシング技術の高まりとともに，このようなさまざま

4）Leap Motion 社，https://www.leapmotion.com/
5）PointGrey 社 Technical Application Note TAN2008005 Stereo Vision
Introduction and Applications，http://www.ptgrey.com/support/
downloads/documents/TAN2008005̲Stereo̲Vision̲Introduction̲and̲Applications.pdf6）SCE（US）EyeToy 獏紹介サイト，http://us.playstation.com/ps2/
accessories/eyetoy-usb-camera-ps2.html
7）SCE PlayStation 獏 Eye 紹介サイト，http://www.jp.playstation.com/
ps3/peripheral/cejh15007.html
8）任天堂社 Wii 紹介サイト，http://www.nintendo.co.jp/wii/
9）ソニー・コンピュータエンタテインメントジャパン プレスリリース，http://www.jp.playstation.com/info/release/nr̲20121116̲ps3̲70
million.html
10）Microsoft 社 Xbox360 用 Kinect，http://www.xbox.com/ja-JP/kinect/
11）
Microsoft 社 Xbox One 技術紹介サイト，http://www.xbox.com/jaJP/xbox-one/innovation/
12）
Microsoft 社 Xbox One 技術紹介サイト，http://www.xbox.com/jaJP/xbox-one/innovation/
13）
SCE「プレイルーム」紹介サイト，http://www.jp.playstation.com/
software/title/playroom.html
14）
Occipital 社 Strucure Sensor の KickStarter サイト，https://www.
kickstarter.com/projects/occipital/structure-sensor-capture-theworld-in-3d
15）
Occipital 社 Strucure 紹介サイト，http://structure.io/
16）
Google 社 Project Tango 紹介サイト，https://www.google.com/atap/
projecttango/
17）
Disney Research の Aireal 紹介サイト，http://www.disneyresearch.
com/project/aireal/なフィードバック技術の向上が，今後空間ユーザインタ
フェースをさらに進化させていくことに期待したい．
（2014 年 5 月 30 日受付）

〔文献〕

1）Lytro 社，https://www.lytro.com/#2）RayTrix 社，http://raytrix.de/index.php/Cameras.html
3）Pelican Imaging 社，http://www.pelicanimaging.com/

せ が わ

ひろゆき

勢川

博之

1988 年，ソニー（株）入社．1993 年，
スタンフォード大学コンピュータサイエンス学科修士号取得．本社研究所などを経て，2004 年より，（株）ソニー・コンピュータエンタテインメントにて，映像入出力を活用した UI 技術の研究開発に従事．現在，同社
研 究 開 発 本 部 に 所 属 ． ソ ニ ー（ 株 ）の 任 命 す る
Distinguished Engineer（主任研究員）でもある．

（75） 753

講 座：ディスプレイユーザインタフェース［第 4 回］

抵抗膜式タッチパネル

大 輪 早 苗†影型静電容量式，光学式である．抵抗膜式は小型端末や１．まえがきPDA で使用されており，指だけでなくペン入力が可能であ

タッチインタフェースは駅の券売機や銀行の ATM とり分解能は高いが，入力点数は原則 1 点である．一方，静いった産業機器だけでなく，電化製品やゲーム機，携帯電

電容量式はスマートフォンやタブレットで用いられマルチ話といったコンシューマ向け製品への利用によってより身タッチは可能だが，検出原理により導体でしか入力できな

近なものとなった．

い．光学式は ATM や券売機で使用され高透過性，耐久性

タッチパネルの技術は 2007 年の iPhone の発売により大きに優れ大型化も可能だが，検出原理により屋外での使用にく変化した．それまで主流であった抵抗膜方式から静電容は適さない．各方式の特徴を理解した上で，使用用途に合量方式にシフトし，マルチタッチ入力が可能となった．さ

わせた TP の選定が必要となる．

らに，タブレットによるキーボードレス化，金属メッシュ

３．抵抗膜式 TP の構造

等の ITO 代替によるタッチパネルの大型化や曲面デザインへの応用といったタッチインタフェースの用途が変化拡大

抵抗膜式 TP の構造を図 2 に示す．主な構成材料は透明導している．本稿では抵抗膜式タッチパネルの原理や構成か

電材（ITO 膜），絶縁材，粘着剤（貼り合わせ材），銀ペースら主材料である透明導電材について説明する．

ト，FPC（Flexible Printed Circuits）である．抵抗膜式TPは，2 枚の透明導電材の導電面が向かい合わせに構成される．下

２．タッチパネルの各種方式

部電極には 10 μ m ほどの高さのマイクロドットスペーサ

タッチパネル（以下 TP とする）の方式を図 1 に示す．TP（以下MDSとする）と呼ばれる絶縁体が印刷され，MDSは上は大きく 4 つの方式に分類することができる．各方式でさ下電極の誤入力を防止する役割がある．MDS の設計も重要

らに細分化されるが，主力方式はアナログ型抵抗膜式，投であり，高さが高すぎると入力の際に引っかかりが生じ書き

アナログ抵抗膜（Analog Resistive）
抵抗膜式（Resistive）

静電容量式（Capacitive）

光学式（Optical）

4Wire,8Wire
5Wire,6Wire,7Wire

マトリックス抵抗膜（Matrix Resistive）
表面型静電容量（Surface Capacitive）

表面型
インナー型

投影型静電容量（Projected Capacitive）
自己容量型，相互容量型

ITO Grid
Wire Grid

赤外線走査（Infrared）

LED並列
Wave Grid

画像認識（Optical Imaging）
表面弾性波（SAW＝Surface Acoustic Wave）
超音波式（Acoustic）

振動検出（DST＝Dispersive Signal Technology）
音響パルス認識（APR＝Acoustic Pulse Recognition）：マルチタッチが実用化された方式

図 1 タッチパネル方式†株式会社タッチパネル研究所"Display User Interface (4); Resistive Touch Panel" by Sanae Owa (Touch
Panel Laboratories Co., Ltd., Tokyo)

806 （38）

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 10, pp. 806 〜 812（2014）

抵抗膜式タッチパネル

配線の取出しはFPCと異方性導電材を圧着する．

指またはペン
貼り合わせ材

フィルムまたはガラス

４．検出原理FPC

抵抗膜式にはアナログ方式とマトリックス方式の 2 種類の方式がある．代表的な検出原理を図 3 に示す．アナログ方式
ITO 膜
マイクロドットスペーサ

は指やペンの入力による押圧で上部電極が下部電極と接触した時の導通時の電圧を検出している．これは TP に電圧をガラスまたはフィルム印加し電位勾配を設けるため，検出電圧と位置座標が比例
図 2 抵抗膜式 TP の構造関係となるためである．アナログ方式の標準は 4 線式と 8 線式であるが，他に5線式，6線式，7線式がある（図4）．

味に影響し，低すぎると絶縁不良になる場合がある．引き4 線式は上部電極と下部電極にそれぞれ 2 本の平行な配線

出し配線は銀インキを用いたスクリーン印刷により形成さ

X1，X2 と Y1，Y2 を形成し，上下電極で各々 X 軸あるいはれる．上下電極の貼り合せは引き回し配線部の外周部を粘Y 軸の位置検出をする．一方，5 線式の場合は，上部電極は着剤で貼り合わせるため，上下電極間には空間が生じる．

電圧検出のみを行い，下部電極に X 軸と Y 軸の両方の配線

VCC

X電極
透明導電膜
GND

検出回路
透明導電膜

VCC

Y電極
透明導電膜
ADC

GND

（a）X座標検出（a）X座標検出

検出回路
透明導電膜

X電極
透明導電膜

ADC
VCC

GND

駆動回路
透明導電膜

VCC

Y電極
透明導電膜

（b）Y座標検出

透明
導電膜

駆動回路
透明導電膜

GND

（b）Y座標検出

4線式アナログ抵抗膜方式タッチパネルの座標検出原理

5線式アナログ抵抗膜方式タッチパネルの座標検出原理（電圧検出）

マトリックス抵抗膜方式タッチパネルの座標検出原理

図 3 検出原理（文献 1）より）

透明導電膜（ITO 等）
方式
上
部
電
極
の
配
線

4 線式

X1

8 線式

5・6・7 線式

X1

X3

X2 X2

X4

Z

Y1

Y1

Y2

A

B

Y2

Y3

Y4

C

D

下
部
電
極
の
配
線

図 4 アナログ方式の検出配線図（39） 807

講座：ディスプレイユーザインタフェース［第 4 回］

表 1 アナログ方式とマトリックス方式の特徴
アナログ方式

マトリックス方式

検出配線

4線式

8線式

5，6，7線式

耐久性

△

○

○

○

位置精度

△

◎

5, 6線○，
7線◎

◎
○

寿命
打鍵耐久性
入力点数

○

○

◎

≧100万回≧100万回≧3,500万回−

マルチタッチ可能＊

1点

1点

1点

上部電極の破損の影響

機能NG

機能NG

ほとんど影響しない

機能NG

透明導電材への要求事項

筆記および打鍵耐久

筆記および打鍵耐久

抵抗の均一性，高透過率

低抵抗，高透過率，打鍵耐久△：標準，○：良い，◎非常に良い＊コントローラによる

表 2 ITO 膜質の結晶化度と特性の関係（神奈川県ものづくり技術交流会 発表資料より）
結晶化度

結晶（大）

結晶化（中）

結晶化（少，サイズ小）

結晶サイズ

大

大

微結晶（少）

非晶結晶化法

スパッター時加熱

別工程加熱

TP工程熱利用（150℃1hrs）−

例ガラスITO

某社ITO

後結晶タイプのITOフイルム

一般品
△

−

環境特性

◎

◎

○

変形追従性

×

×

○

◎

打鍵耐久（抵抗膜式TP）

◎

◎

○

△

エッチング特性

困

抵抗値
用

途

難

容

低

抵抗膜式TP

車載・一般用下部電極

静電容量式TP○易高車載・高耐久用電極基板−

一般用電極基板○○を設け位置検出をする．6 線式と 7 線式は 5 線式と同様なし

原則 1 点なのに対し，マトリックス方式はコントローラにくみであるが，6 線式はノイズ除去，7 線式には電圧をモニ

よってマルチタッチ入力が可能である．

タする 4 本の補助電極が加わる 1）．8 線式にも主電極の他に 4本の補助電極が存在する．TP の抵抗には導電膜の抵抗の他

５．透明導電材に配線抵抗やコネクタの接触抵抗等が含まれる．補助電極

TP の主材料である透明導電材の導電膜はほぼ ITOには配線抵抗と接触抵抗をキャンセルする機能があり 2），配（Indium Tin Oxide）が使用されている．ITO 膜の成膜方法線にあったコントローラを使用すれば自動補正を行うこと

は膜特性や平滑性からスパッタ法が主流である 3）．

ができる．ただし，擬似 8 線式は配線の接触抵抗は補正できない．

基板はフィルムあるいはガラスが用いられる．フィルム
基板はほぼ PET フィルムだが，光学等方性フィルムが使用

マトリックス方式は導電膜を短冊状にエッチングし，2されることもある．一方，ガラス基板は未強化あるいは一枚の電極が導電面を向かい合わせに直行に交差するように

般強化のソーダライムガラスが使われる．抵抗膜式の場合，配置される．引き出し配線は各電極の片側から取出される．

一般的に導電膜の表面抵抗はリニアリティや回路抵抗率よマトリックス方式の位置検出は X 電極と Y 電極の導通がり 400 〜 500 Ω/□程度が望ましい．ガラス基板の場合はあったポイントを検出する．

250 ℃ほどの高温成膜が可能なため，導電膜の導電率を低アナログ方式とマトリックス方式の特徴を表 1 に示す．

くすることができ，フィルム基板に比べ透明な膜質が得ら

耐久性は 4 線式を標準とすると，5 〜 8 線式は 4 線式より耐れる．また，ITO/ガラス基板間に SiO 2 層を設けて，さら久性がある．補助電極のある 7 線式と 8 線式は位置精度もに透過性 Up を図っている場合もある．一方，フィルム基向上するが，引き回し配線が多くなれば額縁（非可視部領板は成膜可能な温度が限られているため，ガラス基板のよ域部）が広くなってしまう欠点もある．打鍵耐久性からもうに低抵抗な導電膜は得られない．しかし，耐熱性のある

わかるように，上部電極を電圧検出に使用している 5 〜 7

フィルム基板を使用すれば抵抗値を下げることも可能であ線式は寿命が長く，上部電極が破損してもほとんど機能にる．抵抗膜式ではそこまで低抵抗は求められないが，静電影響しないが，4 線式や 8 線式は機能不良となる．そのた

容量式では 200 Ω/□以下の低抵抗が必須である．

め，4 線式や 8 線式に用いる透明導電材には筆記と打鍵の

ITO の膜質と結晶化度の関係を表 2 に示す．結晶化度に耐久性が要求される．また，入力点数は，アナログ方式は

よって膜の特性は大きく変わる．結晶化度が高いほど耐久

808 （40）

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 10（2014）

抵抗膜式タッチパネル

表 3 タッチパネル用 ITO フィルムでの機能向上（2009.6.29 日経 BP セミナータッチパネル研究所資料より一部変更）
−

光学関連

耐久性

項

目

ギラツキ

高透過率

干渉縞

低反射率

色

目

的

①入射光の散乱
②画像鮮明

画像鮮明

上部/下部電極の反射を乱す

入射光の
反射低減

黄色味
低b*値

ITOフィル
ムでの改良

相

打鍵寿命

その他

筆記寿命

信頼性

上部電極

高温高湿環境狭額縁対策 防汚/耐指紋性
画面広く

耐指紋

① 上 部 電 極 ・表 面 A R 層 ITO層直下に ・円偏光使用 ・ITO膜質・ITO結晶化 ・HC処理
・ITO結晶化 ・ITOフィル ・表面撥水処理
表面のHC層 付与
干渉縞対策 ・高透過率
・光学調整層 ・下塗り層の ・ITOフィル ・フィルムTg ムの2層構造 ・親水処理⇒AG処理
・光学調整層付与
設計
ム2層構造
・下塗り層の②・干渉縞層 付与・下塗り層の設計
微細構造
設計
・A G 処 理 フ
ィラーレス

TPでの
改善策

・上部/下部電 TP/LCD貼り
極間隔
合わせ・TPサイズに
よって太鼓
橋形状

性や環境特性は優れるが，エッチング特性や変形追従性にことで干渉縞を起こすことがあるので注意が必要では乏しくなる．このように耐久性とエッチング特性はトある．TP の干渉縞は三波長蛍光灯で目視観察して確レードオフの関係となる．ITO フィルムの場合は，後結晶認する．

タイプの ITO フィルムが多く，ITO 成膜時は非結晶であるが使用前に TP 工程にてアニール処理を行い，ITO を結晶化させている．

６．抵抗膜式 TP の構成例
抵抗膜式 TP の構成例を図 5 に示す．基板は前述のとおり

ITO フィルムはフィルム基材に直に ITO を成膜しているフィルム（F）あるいはガラス（G）のため，構成は限られてわけではなく，さまざまな処理や機能を付与することで，くる．一般的にはフィルムとガラスを組合せた F/G 構成

TP としての機能も向上する．そこで表 3 に ITO フィルム

（図 5 の 1）が主流である．高い信頼性が必要となる車載用途

での項目別の機能向上方法をまとめる．光学関連での主なでは G/G 構成が採用されるが，車載用も静電容量式へ移行

対策を下記に紹介する．

している．ポータブルゲーム機のように持ち運びもあり万（1）ギラツキ防止：タッチ表面のギラツキは上部電極表が一壊れても怪我をしないような用途では，軽量でかつ割面の HC（ハードコート）層を AG（アンチグレア）処理れないオールプラスチックの F/F/P 構成（図 5 の 2）が採用することで改善される．画像のギラツキはノンフィ

され，プラスチックは支持板として用いられる．また，図 5

ラーの AG 層の使用あるいは干渉縞層を微細構造とすの構成 5 〜 7 は円偏光板を付与することで反射対策となる．

る方法がある．

構成 5 は上部電極のガラス基板の上の円偏光板はガラスが（2）高透過性/低反射： ITO フィルムの場合は，HC 層等割れた際の飛散防止の役割も兼ねている．フィルム基板との機能層が付与されるため，各層の屈折率が異なる

偏光板を併用する場合は，光学等方性フィルムを使用する．

場合は層間で反射し，ITO フィルムの透過率が減少

その他には LCD からの電磁波をシールドするノイズ対策とする．そこで，表面に反射防止として AR（反射防止）

して，構成 1 の下部電極の裏面に低抵抗 ITO や金属メッ層の付与や，ITO/フィルム間に光学調整層を設ける．

シュ等の EMI（電磁妨害）層を付与することもある．さらに，

マトリックス方式や静電容量式では導電膜をエッチ

TP の裏面に視野角調整フィルムを付けることで覗き見防止

ングするため，ITO の骨視え対策として光学調整層

や個人情報の保護機能を付与することもできる．

を付加する場合がある．また，TP 構成に円偏光板を取り入れることで反射率を下げる方法や TP/LCD 間の貼り合わせをダイレクトボンディングにすること
で低反射にする方法もある．

７．標準仕様と試験方法
抵抗膜式 TP の評価項目と一般的仕様を表 4 に示す．抵
抗膜式の要求項目には光学特性，電気特性，物理特性があ（3）干渉縞（ニュートンリング）：抵抗膜式の場合，反射る．光学特性は全光線透過率 80%以上，ヘイズ値はグレア

した光が干渉することで干渉縞が生じる．そこで，

あるいはノングレアによって変わるが 3 〜 10%ほどである．

干渉縞対策として基板上に凹凸形成をした上に ITO

電気特性項目にはリニアリティ，端子間抵抗，回路抵抗率，を成膜したり，TP の上下電極間の距離を広げる方法

絶縁抵抗がある．リニアリティは TP の直線精度であり，がある．TP サイズが大きくなると，上部電極が撓むTP の動作領域を等間隔で測定し，最大値が表示されるこ（41） 809

講座：ディスプレイユーザインタフェース［第 4 回］

構
成

1

2

3

4

5

6

7

F

F

F

F

F
粘着層
P

F
粘着層

P

偏光板
1/4A
粘着層
OF

偏光板
1/4A-F

G

偏光板
1/4A
粘着層
G
G
1/4A

G
1/4A

低反射

低反射，
割れない

軽薄，
軽薄，
割れない，
割れない
低コスト

特
徴

従来実績
あり

軽薄，
割れない

採
用
機
種

基本的構成＋PDA等殆ど
がこの構成

携帯電話，
携帯電話
ゲーム

F：フィルム
G：ガラス
P：プラスチックシート

1/4A-F
粘着層

軽薄，
割れない，
低反射

カーナビ， カーナビ， カーナビ，
DSC，キャム DSC，キャム DSC，キャム
コーダ
コーダ
コーダ

ゲーム

上部電極
ドットスペーサ
下部電極

OF

光学等方性フィルム電極

図 5 抵抗膜式 TP の構成例（文献 6）より）

表 4 抵抗膜式 TP の評価と一般的な仕様 〜アナログ方式〜
項
光学特性

目

測定条件の例

一般的な仕様（代表値）

全光線透過率JIS K 7361

ヘイズ

JIS K 7136

干渉縞

3波長蛍光灯

リニアリティ

5V印加−1.5%〜+1.5%

端子間抵抗

−

導電膜の抵抗値による

回路抵抗率

−

長手電極≦10%，短手電極≦20%

絶縁抵抗

25V DC≧20 MΩ

ON 荷重

0.8Rペン，3Rゴム

5〜100g（TP構成，MDS配列，接触抵抗による）打鍵寿命

250g荷重，3V，10Hz，0.8Rペン or 3Rゴム

≧100万回

文字筆記耐久性

250g荷重，0.8Rペン，ひらがな筆記

10万文字筆記後，筆記箇所の電気特性試験合格

信頼性試験

高温高湿，高温，低温，熱衝撃

試験後，光学特性および電気特性に支障なきこと

電気特性

≧80%
3〜10%
目視観察

実用上支障なき事とが多い（図 6）．導電膜が不均一な場合や導電面に傷が生物理特性としては入力荷重と耐久性がある．ON 荷重はじるとリニアリティは悪化する．リニアリティの悪化は位

TP の Min 入力荷重であり，導電膜の接触抵抗だけでなく置ズレが大きくなることを意味するため，リニアリティ分

MDS のサイズや MDS がドット密度（MDS1 個当たりの面布でリニアリティが悪化しているポイントを確認すること積），TP 構成によっても変わる．通常では 100 g 前後だが，で位置ズレの原因を推定することができる．

軽入力設計 TP では 20 g 程度以下である．G/G-TP では 100

回路抵抗率は銀配線抵抗とコネクタの接触抵抗を含んだ値

gr 以上，F/G では 40 gr 以下の軽入力が一般的である．まである．リニアリティの悪化は導電面の不具合だけでなく，た，外周部や MDS 付近は ON 荷重が高くなる傾向にある．

配線起因によることもある．配線の接触抵抗が大きくなり耐久性試験は，指入力を想定した打鍵寿命を評価する打鍵

回路抵抗率が高くなることで，動作領域の配線付近のリニ試験とペン筆記を想定した筆記耐久性を評価する摺動試験

アリティが悪化し検出エリアは小さくなる．補助電極があがある．打鍵試験は下部電極の MDS の周辺間の同一箇所をる 8 線式は配線の接触抵抗起因による位置ズレは，補助電極

繰り返し 0.8R ポリアセタールペンあるいは 3R シリコンゴムの自動補正によって回避することができる．端子間抵抗はで打鍵し，電流をモニタリングする 4）．導電面が正常な状態

導電膜の抵抗値であり，絶縁抵抗は 20 M Ω以上が望ましく，

では短形波が観測されるが，繰り返し打鍵により ITO 膜が信頼性試験後も絶縁状態を維持する必要がある．抵抗膜式

劣化し波形が崩れた状態が打鍵寿命にあたる（図 7）．また，は上下電極間に空間があるため，TP によっては信頼性試験

打鍵試験は電圧印加の有無により寿命が大きく変わる．電後に上部電極が下部電極に接触してショート状態になるこ

圧をかけずに試験をした場合は電圧印加時の 4 〜 5 倍ほどともある．使用用途によっては TP の上部電極に空気孔を設

打鍵寿命が伸びる．また ITO フィルムの打鍵寿命は ITO のけ外部と内部の気圧を一定にする方法もある．

結晶化度因子より，ITO 層/基板間の下塗り層の影響が強

810 （42）

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 10（2014）

抵抗膜式タッチパネル

V
5.0
4.86
Vb＝4.68

V

r1

a

b

x1

x2

Er2

2.14
1.74

r2

ΔE

Va＝0.30.06
Er1 0 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 100 mm
電圧 5
（V）

（＊1）×100・リニアリティ（％）＝ΔE／ER（ΔE：測定値−理想値．ER：Vb−Va）

・ポイント数（10×10等）決めて等間隔で測定を行う．

（例）（2.14V−1.74V）／（4.62V−0.3V）
×100＝9.3 ％（規格＝±1.5 ％で NG）＊ ERは印加電圧で計算することもある．
＊ 理想直線は最小二乗法で近似線を引くこともある．
（上例は両端を結んだもの）
・回路抵抗率＝r1＋r2/R＋r1＋r2×100＝Er1＋Er2/R＋Er1＋Er2×100

図 6 アナログ方式電気特性試験 リニアリティと回路抵抗率について（文献 5）より一部抜粋）

30万回でNG（a）初期（b）30万回打鍵後
図 7 打鍵試験 打鍵経過波形

い場合がある．一度破損した ITO 膜は一度試験を中断して，

表 5 抵抗膜式 TP の評価項目 〜マトリックス方式〜

再度同一箇所で試験すると最初は正常状態に戻る現象も見られるが，しばらくすると NG 状態となる．また，TP 表面

項の打鍵ポイントを観察することで，HC 層への打鍵による影響も確認できる．
筆記耐久性はペンにて 20 mm 角範囲を繰り返し文字筆記
し，筆記後の筆記箇所の電気特性と TP 表面の筆記跡を評目

電気特性 ON抵抗

測定条件の例
5V DC

特性値＜ 20k Ω隣接電極間絶縁抵抗 25V DC

20M Ω

上下電極間絶縁抵抗 25V DC

20M Ω

打鍵寿命

250g荷重，3V印加，0.8Rペンor3Rゴム

100 万回ON荷重

5V DC, 0.8Rペンor3Rゴム 用途による価する．筆記耐久性は電気特性が NG となった時点での文字筆記数に相当する．筆記文字は，当社では同一範囲内にまんべんなく筆記できるひらがな文字で 10 万回筆記後異常ある．エッジに沿って直線摺動試験を行いエッジの耐久性なきを合格としている．筆記を繰り返すと，ペン先が磨耗を評価する．エッジの耐久性をあげる方法として，ITO

し，TP 表面の筆記跡から HC 層の表面状態も確認できる．

フィルムの 2 層構造品を使用したり，耐久性のある ITO 代

抵抗膜式はエッジ部の耐久性が弱いことが知られてい替の導電膜を使用する方法がある．

る．外周部で銀配線や上下電極間の貼り合わせを行っていマトリックス方式の評価項目を表 5 にまとめる．マト

るため，額縁付近での入力は上部電極に負荷がかかる．

リックス方式の場合は 4．検出原理で述べたように，導電エッジ部の耐久性を評価する方法としてエッジ摺動試験が膜はエッチングされて X 軸と Y 軸が直交している．電気特（43） 811

講座：ディスプレイユーザインタフェース［第 4 回］

：測定ポイント

抵抗計（a）ON抵抗

抵抗計

抵抗計（b）隣接電極間の絶縁抵抗測定（c）上下電極間絶縁抵抗

図 8 マトリックス方式電気特性試験

性試験項目は ON 抵抗，隣接電極間絶縁抵抗，上下間絶縁

業界はスピードが速く技術も急速に進歩していることから抵抗がある．ON 抵抗は導電膜の端子間抵抗で決まる．取も，今後も TP の更なる応用が期待される．

出し配線から最も遠いポイントは抵抗値が高いため，図 8（2014 年 7 月 30 日受付）のように最遠点にて ON 抵抗を測定する．隣接電極間の絶〔文

縁抵抗は短冊状の電極に + −交互に電圧を印加し絶縁抵抗を測定する．導電膜のエッチング不足があると誤動作の要因となる 5）．上下間絶縁抵抗は上下部電極間あるいは FPC
回路上で電気的接触がある場合は動作に影響する．

８．むすび
抵抗膜式 TP の原理から試験方法までを簡潔に述べた．
抵抗膜式 TP は機能が材料に起因するところが多く，材料選定がポイントとなる．最近は静電容量式 TP の急成長であるが，ペン入力や正確な入力タッチが必要な FA 機器には抵抗膜式 TP が今後とも存在していくであろう．特に非英字国での携帯端末としてはペン入力と低コストの抵抗膜式 TP が静電容量式より市場ニーズがあると聞く．TP は 1
点入力からマルチ入力へ，形状も平面から曲面となりウェ

献〕

1）越石健司，黒澤理編集： 第 2 章 抵抗膜方式と静電容量方式の原理と技術動向 ，タッチパネルがわかる本，オーム社（2011 年 5 月 20 日）
2）監修三谷雄二： タッチパネルの基礎と応用 ，テクノタイムズ社（2001 年 12 月 26 日発行）
3）吉田博： ガラス基板の ITO 膜を語る ，月刊ディスプレイ（1996 年
9 月号）
4）板倉義雄，三谷雄二，高野瀬弘二： 抵抗膜式タッチパネルの評価装
置 ，月刊ディスプレイ（2002 年 12 月号）
5）三谷雄二，高野瀬弘二： 月刊ディスプレイ ，抵抗膜式タッチパネ
ルの評価装置（2000 年 6 月号）
6）板倉義雄，中谷健司： LCD 搭載用タッチパネルの光学設計 ，最新
タッチパネル技術（2009 年 7 月 6 日）
お お わ

さ な え

大輪

早苗

2006 年，信州大学大学院工学系研究科機能高分子学専攻修了．同年，（株）ネオス中央研究所入社．その後，（株）人財開発などを経て，2011 年より，（株）タッチパネル研究所にて，主に材料やタッチ
パネルの評価業務に従事．

アラブル端末への応用，タッチから 3 次元的入力へ，さらにはモーション入力・音声入力にも展開されている．TP

812 （44）

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 10（2014）

講 座：ディスプレイユーザインタフェース［第 5 回］

静電容量タッチインタフェース

中 谷 健 司†１．まえがき

抵抗膜式（Resistive）

タッチパネルは，これまでは駅の券売機や銀行の ATMなどの公共的な分野で主に使用されていたが，ニンテン
ドー DS やアップル社が 2007 年に発売した iPhone を期に個

静電容量式
（Capacitive）

人用途分野へと拡大した．さらに，2010 年の iPad の発売，2012 年秋のマイクロソフト社の Windows 8 の発売へと発展
し，タッチパネル付の入力機器が当たりまえの世界が出現

光学式（Optical）

アナログ抵抗膜（Analog Resistive）
マトリックス抵抗膜（Matrix Resistive）

4 Wire, 8 Wire
5 Wire, 7 Wire
デジタル
デジアナ

表面型（Surface Capacitive）

表面型
インナー型

投影型（Projected Capacitive）
自己容量型，相互容量型

ITO Grid
Wire Grid

赤外線走査（Infrared）

LED 並列Wave Guide

画像認識（Optical Imaging）

した．この発展を支えている技術が静電容量タッチパネル
でのマルチタッチ化によるジェスチャ機能の実現と大型化

10 点入力以上が可能である．本稿ではマルチタッチタッチパネルを中心に基本
図 1 マルチタッチタッチパネルの種類を解説する．

２．各種のマルチタッチパネル
X 軸方向信号レベル

代表的なタッチパネルの種類を図 1 に示した．この中で 2重の線で囲った方式は，10 指同時入力が可能な真のマルチ

4〜6mm

学式の画像認識式タッチパネル以外のマルチタッチタッチ
パネルの構造は基本的には，パターン化された X センサとY センサの 2 層構造で，X, Y の信号強度からタッチ位置を算出している．シングルタッチか，マルチタッチかはパネルの構造により異なり，2 点タッチか，10 点タッチかはパ

Y 軸方向信号レベル

タッチが実用化されている 1）．赤外線カメラを利用する光X 軸信号重心位置

指10mm

Y 軸センサネルによらず，位置を検出する方式と，制御用 IC によって左右される．

３．静電容量式タッチパネルの原理と構造
多くのスマートフォン，タブレットで採用されたのが投影型静電容量タッチパネル（Projected Capacitive Touch

Y 軸信号重心位置

X 軸センサ
図 2 投影型静電容量タッチパネルの表面形状と検出方法センサパ
ターンがダイヤモンド形状の場合

Panel）で多点入力が可能で，指の動きで写真などの拡大，縮小のジェスチャ機能が話題を集めた．この投影型の静電して，マトリックス（X, Y センサ）に配列した構成である．

容量タッチパネルがタッチパネル市場の 80%以上を占め，

ダイヤモンド形状以外にも格子模様やスノーフレーク模様

今後とも拡大が期待されている．投影型タッチパネルではなど各種のパターンが提案されているが，X, Y センサのマ

透明導電性膜の ITO（InSnOx ：酸化インジューム錫）層を，トリックスが基本である．位置検出にはパネル面にタッチ

例えば，図 2 に示すようなダイヤモンド形状にパターン化

した時に生じる，指とセンサ（ITO 層）の間の静電容量（C ＝ε S/d ：ε＝カバー材の誘電率，S= センサの面積，†株式会社タッチパネル研究所"Display User Interface (5); Capacitive Touch Panel Interface" by Kenji
Nakatani (Touch Panel Laboratories. Co.Ltd, Tokyo)

868 （44）d ＝指とセンサの間の距離）の変化を検出し，その変化強度
分布の中心位置を計算してタッチ位置とする．静電容量の映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 11, pp. 868 〜 873（2014）

静電容量タッチインタフェース

表 1 投影型静電容量タッチパネルの検出方法
投影型パネル

スキャン回数

入力数

自己容量型
Self Capacitive

指とITO層との容量変化

検出

ITO層の行＋列
（X+Y）

2 点入力
（同時は不可）相互容量型
Mutual Capacitive

指によるITO層間（行，列間）の容量変化

ITO層の行×列（X×Y）

真のマルチタッチ模式図

受信変化を検出するのでタッチする材料としては指や導電性のあるものに限られる．位置精度を向上するためにはタッチ
する指の接触面積（約 10 mm φ）を考慮して，X, Y センサ

ITO : X Elec.

OCA（光学接着層）

Glass, Y Elec.

のピッチを指よりも狭く設計する必要があるが，ピッチが狭いとセンサの面積が小さくなり，感度（静電容量の変化

Glass, film

Substrate
Cover glass

OCA
Film

Touch Panel量）が低下する．そのため，現状では 6 〜 4 mm 程度のピッチでセンサを配列している．最近ペン入力が要望され，細ITO
DisplayOCA

いペン先でも検出できるようにセンサピッチを狭くする場
合もある．

Insulation
layer

Substrate

Glass（a）Out-Cellのディスクリートタイプタッチパネル

投影型静電容量タッチパネルには検出方法に二つの方式がある．表 1 に示したように指と ITO 電極間の静電容量の変化を検出するのが自己容量型であり，ITO 層の X センサと Y センサを順次スキャンして位置を検出する．この方式
では同時に 2 点をタッチするとゴーストが生じる課題があ

Cover glass

Cover glass

OCA
Substrate

Insulation layer

Glass, film

Display
OCAる．もう一つが相互容量型で ITO 層の X と Y センサの間に生じている静電容量が指の接近によって変化することを検出する．この場合は，例えば，Y センサに電圧を印加してX センサを順次スキャンし，次に隣の Y センサに電圧を印

型では 2 点入力であり，相互容量型は真の多点入力が可能

Display（b）Out-CellのWindowタイプタッチパネル（OGS）

Cover glass

OCA
ITO : X Elec.

加して X センサを順次スキャンするので，スキャン回数はX センサ本数と Y センサ本数の掛け算回になる．自己容量

ITO

Insulation layer
Display

ITO : Y Elec.

（c）On-Cellのタッチパネル

である．タッチパネルが大型になるとセンサ本数が増加するので相互容量型ではコントロール IC への負荷が増加す

Cover glass
OCAる．そこで，自己容量型と相互容量型を切替えて使用するタイプのコントローラも利用されている．タッチの有無とおおよその位置を自己容量型で検出し，正確な位置を得る

Display

Sensor function Display（d）In-Cellのタッチパネル

ために相互容量型でタッチ位置周辺に限定してスキャンを行うことで検出スピードを向上している．さらに，最近こ

図 3 各種のタッチパネル構造のような順次スキャン型ではなく，同時駆動電圧印加型のコントローラが開発され，センサ本数が多くなる大型パネ
2）ルでの感度アップが図られている ．

Window タイプのカバーガラス一体型で OGS（One Glass
Solution）とも呼ばれる構造である．OGS ではカバーガラ

パネル構成では 1 枚の基板の両面に ITO 層を設けたもの

スとタッチパネルの貼合わせ工程を省略することができるから，片面 2 層 ITO や，基板/ITO 層を 2 枚貼合した構成ま構造である．OGS の製造工程例を図 4 に示した．カバーガで，図 3 に示すようまさまざまな構造が実用化されている．

ラス上の ITO 層をフォトリソグラフィでダイヤモンド形状

一般的な構造は，（a）に示す Out-Cell 構造のデイスクリーにパターン化し，次に絶縁層を成膜・パターン化して X, Y

トタイプで，タッチパネルにカバーガラスを貼り合わせ，

センサの交点部分を絶縁化し，さらに金属層を成膜・パ

それをデイスプレイに組合せて完成する．最近話題のパネターン化して Y センサの導通と配線電極を設ける．フォト

ル は ，（ b ）に 示 す カ バ ー ガ ラ ス に セ ン サ を 形 成 し た

リソグラフィが 3 回と成膜が 4 回必要な長い工程となって（45） 869

講座：ディスプレイユーザインタフェース［第 5 回］

Y軸方向

X軸方向

ITO製膜・フォトリソエッチング

絶縁層の成膜・フォトリソエッチ
ングでのパターニング

金属電極の成膜・フォトリソエッ
チングでのパターニング

X軸方向は連結，Y軸方向は非連結

X軸方向連結部（X，Yセンサの交点
部）上の絶縁化

Y軸方向の連結と配線電極作成

ITO，金属電極の保護膜成膜

図 4 Window タイプタッチパネルの作成方法（OGS 向けの 1 面 4 層構成パターン）ジャンパー方式（ブリッジ方式）

Cross section diagram
タッチパネルセンサ電極Rx

Sensor ITO layeranSc

Color filter substrate

Liquid crystal
タッチパネル駆動電極Tx（VCOM）

Scan

VCOM layer
TFT
substrate

Scan

The capacity ofthese areas is used
for touch detection

図 5 Sony の In-Cell（Pixel Eyes）の構造（iPhone5）が Apple 社から発売されている 5）．In-Cell 化にいる．
OGS では化学強化したカバーガラスの大判上に ITO を成

よって LCD を含めた厚みを 0.4 〜 0.9 mm 程度薄くできると膜・センサパターンを形成し，その後にカットして個片化

ともに，従来あった接着界面がなくなることで界面反射もする方式が量産には望ましいが，強化ガラスのカット方法

減少でき，光学的な特性も向上している．

とその歩留まりの問題に直面している．そのため，個片化In-Cell 型タッチパネルは LCD メーカ内で完結するタッチ

したガラスをまず化学強化し，その後に ITO 層の成膜・パパネルであり，タッチパネル専業メーカを必要としないが，ターニングする方式を採るメーカもありコストアップ要因

大量生産しないとコストダウンが困難である．

になっており，OGS からディスクリートタイプへの見直しが生じている．

タッチパネルの性能，例えば，位置精度や分解能，耐久性などに関しては世界的な共通仕様は存在しない．タッチ

さらに工程を簡略化するために有機 EL デイスプレイのパネルメーカと機器メーカの話しあいで決まるので，最終基板上にセンサを形成した，On-Cell タイプが図 3（c）

ユーザの個人の感覚で，「この機種はタッチがスムースだ」，

Samsung によってスマートフォンに採用された 3）．

「あの機種は動きが悪い」と言った評価が聞こえてくる．公2012 年には，タッチパネル機能を IPS 液晶デイスプレイ

表されている仕様としてはマイクロソフトの Windows ロの中に組込んだ，図 3（d），図 5 に示されるような In-Cell

ゴ認証テスト仕様が有名である 6）．表 2 に示すように，接4）

タイプタッチパネルが Sony によって発売された ．IPS 液

触位置誤差（位置精度）はシングルタッチでは 2.5 mm 以内，晶の上部カラーフィルタ基板ガラスの上にタッチパネルのマルチタッチでは 5 mm 以内，分解能（Parallel Swipe

一方のセンサを設け，もう一方のセンサは液晶駆動用電極

Distance）は X, Y 方向は 12 mm，斜め方向は 15 mm である．

を兼用する．液晶駆動とタッチパネル駆動は時間分割して耐久性に関しては規定がないが，多くのメーカでは抵抗膜行われる．Sony の In-Cell は厳密には On-Cell と In-Cell のハ式タッチパネルでの耐久性仕様を踏襲している．

イブリッドタイプと呼ばれる場合もある．In-Cell の別の構
成では，液晶駆動用の TFT ガラス基板上にタッチパネル

４．静電容量式マルチタッチパネルの課題

用のセンサ面を別途設けて，これと液晶駆動用電極との間静電容量式のマトリックスタイプタッチパネルの課題のに静電容量タッチパネルを形成したスマートフォン

一つは ITO 層の低抵抗化であり，もう一つの課題が額縁と870 （46）

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 11（2014）

静電容量タッチインタフェース

表 2 Microsoft

黄色が目立ち，パターン化した時の骨見え（ITO 層の有無

Windows におけるタッチパネルの規格（Device.Digitizer.Touch Requirements（2012 年版）より抜粋）の差が目視で確認できること）が顕著になる．通常はイン格

デックスマッチング層（IM 層）と呼ばれる屈折率の異なる

Touch Points

ミニマム5点同時入力

層を複数積層して骨見えを防止することなどが行われる．

Jitter

最大1 mm（10 mm走行時）

適応 Screen Size

30インチ以下

Sample Rate

50 Hz 以上（1点につき）性，軽量化が要求されている．これらのデイスプレイに対位置精度（Single Touch）

2.5 mm以内（Target Pointから）応するインタフェースとしてのタッチパネルにも同じ課題

位置精度（2 点以上Touch）

5 mm以内（Target Pointから）が要求されており，可とう性，軽量化のためにはフィルム

Touch Contact Area

12.5 mmφ

Parallel Swipe Distance

水平，垂直時は12 mm

項

目

規

最近のデイスプレイの流れでは高精細，大型化，可とう

タッチパネルが重要になっている．

（2-finger以上）

斜め時は15 mm

Reporting Rate

100 Hz以上（All Touch Input）

Z-axis for Touch

0.5 mm 以内で検出

５．ITO 代替センサフィルムの開発
大型化に適した100Ω/□以下の透明導電性膜が必要となるが，その方策としては，①ITO層を用いた低抵抗化，②ITO呼ばれる配線電極配置部の狭額縁化である．

層以外の材料を用いた低抵抗化が考えられた．ITO 層を用

画面が大きくなると X, Y センサの ITO 電極長さが長くな

いた低抵抗化では高耐熱透明フィルム基板が必要であり，り，ITO の一端から他端の取出し電極までの抵抗値が大き

250 ℃以上の耐熱性を持つフィルムが提案されている．しくなりすぎて検知不能になる．すなわち，センサの回路はかし，フィルムコストを考えると採用が難しい．一方 ITO

抵抗（R）と容量（C）の二つからなる回路で，この回路の時以外の材料で低抵抗化が可能な候補としては，図 7 に示す

定数（信号の立ち上がり時間）τはτ＝ R × C の積で表されように，導電性高分子フィルム，カーボンナノチューブ

る．指がタッチした時の信号変化もこの時定数で動作する（CNT），グラフェン層，銀ナノワイヤ，金属メッシュが上ので，信号検出に許される短時間（μ s オーダ）で信号を検げられる．ITO より導電性とコストで優位な材料としては，出するためには R=10 〜 15 k Ω程度以下にする必要がある．
6 mm ピッチのダイヤモンド形状でセンサライン端子間の抵抗値を 10 k Ωとした時，パネルサイズとそれに必要な低い

ITO の面積抵抗を計算した関係を図 6 に示した 7）．10 イン

金属
メッシュ

抵抗

以下の ITO の面積抵抗が必要になり，40 インチサイズの大型タッチパネルでは 20 Ω/□以下の ITO 膜が必要になる．

グ
ラ
フ
ェ
ン

銀ナノ
ワイヤ

チサイズのタッチパネルには 100 Ω/□（抵抗率/厚み）程度

ITO

市販されている ITO/PET フィルムは 140 Ω/□程度で 10 イ

CNT

子

高分

性
導電

ンチ程度のパネルが作成できる．一方，ITO/ガラスでは大きい

ITO 成膜時にガラス基板を 300 ℃近くに加熱できるので，

安コスト

フィルム基板より低抵抗化が可能で，約 20 Ω/□程度の透高

明導電性膜が得られている．しかし，低抵抗化のためには
図 7 ITO 代替材料の電気抵抗とコストの関係

ITO 層の膜厚も大きくする必要があるので，ITO 特有の薄ITO resistance
（Ω/□）

250

ITO フィルム
Diamond pattern
Pitch＝6 mm
bridge width＝0.5 mm
bridge length＝1.0 mm

200

静電容量式
ダイヤモンド対角（d）＝6mm
接続部幅（b）＝0.5mm
接続部長さ（c）＝1.0mm
AB

ITO ガラス150

d＝ A2＋B2c100
薄黄着色，骨見え

電極長 L
b

50

0

0

10

20
30
40
panel size（inch）

5060

端子間抵抗 R
求められる端子間抵抗＝10 k〜15 kΩ以下

図 6 ダイヤモンド形状の静電容量タッチパネルのパネルサイズとそれに必要な ITO 層の抵抗の関係（47） 871

講座：ディスプレイユーザインタフェース［第 5 回］

表 3 ITO，ITO 代替材料の特性等の比較
ベース基板

フィルム
ITO

銀ナノワイヤ法

スパッタ膜/エッチング

塗布/エッチング

メリット

製

Agメッシュ
塗布・印刷

Cuメッシュ

など

蒸着膜/エッチング

量産実績，信頼性

低抵抗，屈曲性，高透過率

低抵抗，屈曲性，高透過率

低抵抗，屈曲性，高透過率

抗〜100Ω/□〜50Ω/□〜数十Ω/□〜0．数Ω/□

光線透過率

〜90%

〜90%

85％以上

85％以上

IM層形成で回避

OC,パターンで回避

線幅縮小

線幅縮小

Ag印刷など別工程

センサと一体形成

センサと一体形成センサでITO並み

ITOの2/3程度

抵

骨見え
回路部分

Ag印刷など原反価格

2,500〜3,000円/m2

50Ω品で3,000〜40,00円/m2前後

原反メーカ

日東電工，尾池，帝人，O-filmなど

Cambrios（Clear Ohm）など

センサー
フィルム作成J-touch,O-filmなど

日立化成，大倉工業，TPK,LGE

富士フィルム，三菱製紙，
LGC

凸版，DNP,パナソニック，
TPL，
J-touchなど

現在のフィルムセンサの大部分

LGE AiOPC
NEC スマートフォン

SEC 23 AiO-PC
Lenovo ノートPC

SEC ノートPC，
AiO-PCHTC スマートフォン
Sony 20 AiO

採用状況

別工程

東レKPなど銀ナノワイヤを塗工したフィルムや金属メッシュが上げら
5〜6 mmれる．ITO と銀ナノワイヤ塗工フィルム，金属メッシュ（Ag メッシュ，Cu メッシュ）の比較を表 3 に示した．抵抗値の低さや配線電極工程が不要なこと，さらにコストを考えると金属メッシュの透明導電性膜が主流になると思われ

センサ線

る．金属メッシュでは，金属線が視認可能で透明ではないとの疑問が生じるが，金属線の線幅が 5 μ m 程度以下になると人間の目で識別することが困難になる．現在は実用レ

X センサ・フィルム
1〜2 mmY センサ・フィルム

ベルで 5 〜 3 μ m 線幅に到達し，実験レベルではサブμ mも報告されている．メッシュ方式の透明導電性フィルムとしては Ag メッシュと Cu メッシュがある．Ag メッシュでX/Y センサ・フィルムを貼り合わせは，富士フイルムなどがハロゲン化銀を PET フィルム上に塗工し，直接露光で銀を析出させる方式を提案している．
われわれは SpiderNet と名づけて，Cu メッシュのフィルム
タッチパネルを提案している 8）．

６．Cu メッシュ（SpiderNet）タッチパネルの特徴
その構造と作成工程を図 8 に示した．PET フィルム上の（a）Cu細線パターンの形成

1 〜 2 μ m 厚みの Cu 膜をフォトリソグラフィーで線幅 4 〜 5
μ m 程度の細線のメッシュパターンに加工する．Cu の配PET フィルム

線電極も 20 〜 50 μ m 程度の線幅でセンサと同時に設ける．

OCA

このように作成した X センサフィルムと Y センサフィルム

PET フィルム

を光学接着剤（OCA）で貼合するだけでタッチパネルが完

金属層（b）SpiderNetの断面成する．もちろん PET フィルムの両面に Cu 膜を設けたフィルムを使用してタッチパネルを作成することも可能で

Cu メッシュ・パターン/PET（SpiderNet）

ある．タッチパネルの製造工程も Cu 膜の成膜，フォトリ
ソグラフィーなどにロールツーロール法が適応でき，大幅なコストダウンが可能である．

［フォトリソグラフィ］（c）Cuメッシュフィルムの作成方法

かった優れた可とう性が得られている．図 9 に Cu メッ
げても抵抗の増加が見られない．このような優れた可とう性のセンサを用いると，配線部分をデイスプレイの側面あるいは裏面に配置することで，額縁無（フレームレス）タッ
872 （48）［ラミネーション］

ロール・ツー・ロールによる製造

Cu メッシュフィルムでは ITO フィルムでは得られなシュでの曲げテストによる抵抗変化結果を示した．折り曲

FPC の熱接着

フィルム

図 8 Cu メッシュパターン方式の透明導電性フィルムを用いたタッチ
パネル構造と製造法
X, Y センサ線をロールツーロールによるフォトリソグラフィー法（c）
で PET フィルム上に描く（a），これを OCA で貼り合わせてパネルを作成（b）．
映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 11（2014）

静電容量タッチインタフェース

5
結晶系 ITO

抵抗の変化率（R/Ro）

円筒の直径
4

非晶質 ITO 膜

3

R（Ω）

2

SpiderNet

1
360 ﾟ折り曲げ
0

0

2

4
6
8
10
曲げテスト用円筒の直径（mm）

12

図 9 SpiderNet フィルムの曲げ特性（a）ロールスクリーンタッチパネル

チパネル（図 10（b））が可能になり，また巻物として使用できるロールスクリーンタイプタッチパネル（図 10（a））が作成できる．可とう性 OLED デイスプレイ用のタッチパネ
ルが可能である．
配線部分

さらに，メッシュフィルムを圧縮成型などで成型することで，2.5 次元，3 次元形状のタッチパネルも可能と予想され，デザインの自由度の拡大になる．カバー材料との一体成型化も生産性の向上，コストダウンのために期待される技術である．
メッシュフィルムの作成は，フィルム上の金属層をフォ
トリソグラフィーでパターン化するのが普通であるが，パターンを一括して作成する方法として，オフセット印刷法
やインクジェット法，ナノインプリント法などが検討され，（b）フレームレス（ベゼルレス）タッチパネル

数μ線幅のパターンが作成できるとの報告が寄せられている．どの方式が最終的に採用されるかは，どの方式の製造

図 10

可とう性を活かしたタッチパネルの応用例

コストが一番安いかにかかっている．

７．むすび

〔文

10 インチ以下の小型のタッチパネルでは ITO 膜をセンサに使用した OGS や In-Cell が注目を浴びたが，大型のタッチパネルでは ITO 代替材料としてメタルメッシュなどをセンサに用いたパネル化が始まったばかりである．小型においても 2.5 次元や 3 次元形状，ウエラブルが要望され，大型でも軽量，可とう性が要望されるようになり，カバー材にガラスを用いるのではなく，硬質プラスチックシートを用いたオールプラスチックタッチパネルが開発されている 7）．
一方，静電容量タッチパネルの特徴を活かして，非接触でも検知ができるホバー入力が採用されたり，逆に接触感を与えるために超音波振動を利用してパネル表面の摩擦力を変化させたりする技術が開発されている 9）．このように静電容量タッチパネルをインタフェースとして使いやすくするための技術が次々と開発されており，市場の拡大とともに今後の発展が楽しみである．

（2014 年 8 月 4 日受付）

献〕

1）中谷：応用物理，82，10，p.886（2013）2）M. Miyamoto: Proceeding of the 20th International Display
Workshops 2013（IDW '13）, p.1630（2013）
3）鵜飼： タッチパネル最前線 2013-2014 ，日経 BP 社刊，p.57（2012）
4）Sony ： CX-PAL ，冬号，91，New Products ACX433BLN（2012）5）日経エレクトロニクス，2012 年 11 月 12 日号，p.60（2012）6）Microsoft Windows Hardware Certification Requirements，
http://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/windows/hardware/
jj134351.aspx
7）中谷：日経エレクトロニクス，2013 年 4 月 15 日，p.75（2013），K.
Nakatani: Proceeding of the 19th International Display Workshops inconjunction with Asia Display 2012（IDW/AD'12）pp.807-810（2012）8）中谷：月刊デイスプレイ，テクノタイムズ，12，p.23（2013），中谷：プラスチックス，日本工業出版，7（2014）9）富士通 Press Release，2014 年 2 月 24 日
なかたに

け ん じ

中谷

健司

1977 年，大阪大学大学院基礎工学研究科修了．同年，帝人（株）入社．PET フィルム基板の可とう性 a-Si:H 太陽電池の開発，PDLC デイスプレイの開発，相変化型記録光デイスクの開発を担当．
2008 年，同社定年退社．同年，（株）タッチパネル研究所入社し，現在，同社開発部長．工学博士．

（49） 873

講 座：ディスプレイユーザインタフェース［最終回］

光学式タッチインタフェース

西 川 武 士†１．まえがき恐らく日本にはそんなに沢山はいないであろう タッチ
パネル・オタク の筆者にとって，タッチパネルに関する記事を書かせていただけるというのはこの上ない喜びであ識が一般的であった．
そして抵抗膜方式では，諸々難ありといった使用用途に対して表面型静電容量方式，超音波方式，赤外線方式（カメラ方式，遮断方式）といった方式が検討されていた．
しかしながら，iPhone の登場した 2007 年以降では投影型

り，うれしい限りである．

静電容量方式タッチパネルがそのシェアを伸ばし続け，今「タッチパネルは？」と問いかければほとんどの方は「投では投影型静電容量方式が抵抗膜方式に取って替わり，さ影型静電容量方式」という名前はご存じなくとも，「スマーらにこの傾向は当面続くことであろう．

トフォン/タブレットに使われている あれ！ 」といった認識をお持ちではないだろうか？

では，投影型静電容量方式以外のタッチパネル方式は消えてなくなったのか，といえばまったくそのようなことは当然のことであろう．

なく，タッチパネルという製品の認知度が高まったおかげ

いま日常で目にするタッチパネルといえば先にも述べたで，各方式ともに使用されている場面は増え続け，そしてようにスマートフォン，タブレット製品であり，それらに各方式タッチパネルともに技術的進化を遂げ続けている．

搭載されているタッチパネルは，ほぼ例外なく投影型静電

ただし大きく変わったのは，かつてタッチパネルの搭載

容量方式タッチパネルなのだから．

を考える時には，まず抵抗膜方式の検討から始まっていた

そのような世の中の認識のため，今回筆者がお話させて流れが，今ではまず投影型静電容量方式タッチパネルが使いただく赤外線方式タッチインタフェースのお話への導入

えないかどうかを考え，それが価格面や性能面で難しい場

は，いまどきのタッチパネルの話題からは難しい．

合に別の方式を検討するという流れが多くなった点であろ

そこで，まずは iPhone 登場以前のタッチパネルのお話から入らせていただきたい．
タッチパネルの世界では，以下の 4 方式が使われる時代

うか．
もう数年もすれば，物心がついたころからスマートフォ
ンやタブレットを使いこなしていた世代が製品の設計者とが長く続いていた（前号 1），図 1 参照）．

なる時代がやってくる．先に述べたような，まず投影型静・抵抗膜方式（4 W，5 W，8 W 等）

電容量方式の検討から始めるという選択の流れはまずます

・表面型静電容量方式

加速することであろう．

・超音波方式（表面弾性波方式）

しかしくどいようだが，各タッチパネル方式ともに確実

・赤外線方式（遮断方式）に進歩を遂げており，そのころには投影型静電容量の絶対

タッチパネルといえば通常上記 4 方式であり，それらを的優位性は崩れているかもしれない．

適材適所で使い分けてさまざまな要望に対応をしてきた．

すでに抵抗膜方式も厳密な意味でのマルチタッチは難し

それは各方式ともに長所と短所を持っており，完璧ないものの，ジェスチャくらいであれば対応可能であるし，

タッチパネルというものは存在しなかったためである．

表面弾性波方式もマルチタッチは難しいと考えられていた

そんな中でも抵抗膜方式タッチパネルはその特徴である，が 2 点マルチはすでに完成，さらにはフルフラット形状の入力デバイスを選ばない ， 文字入力対応可能 ， 他の

表面弾性波方式タッチパネルモニタも完成している．

方式と比べて安価 ，という点から圧倒的なシェアを占める時代が続き，タッチパネルといえば抵抗膜方式という認各方式ともに驚くべき進化を遂げており，これから紹介する赤外線タッチインタフェースも然りである．
今回は赤外線方式タッチインタフェースということでお話†株式会社タッチパネル研究所"Display User Interface (The Last Chapter); Optical Touch Interface" by
Takeshi Nishikawa (Touch Panel Laboratories, Tokyo)
映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 12, pp. 907 〜 914（2014）をさせていただくにあたり，4 つの方式を紹介，その 4 方式
を通して赤外線方式タッチインタフェースの簡単な動作原理（23） 907

講座：ディスプレイユーザインタフェース［最終回］

から進化していく様を紹介，さらには今後の展望についてお話しさせていただくことにする．

２．赤外線方式タッチインタフェースとはα

筆者は，赤外線を使用して位置情報を取得するデバイス

β

カメラユニット

全般を赤外線方式タッチインタフェースと呼んで差支えな（X, Y）

いのでは？ と考えているので，Kinect や Leap Motion といったジェスチャ系のデバイスも赤外線を利用して位置検出を行っているので広義的には範囲に含まれる．しかし，ジェスチャに関しては本誌別号にて特集があるということなので，ここではジェスチャを除く赤外線方式タッチイン
再帰反射枠

タフェースに限ってお話を進めてゆきたい．
また，かつては実用化されたものの，現在ではほとんど使用されなくなった方式や，現時点で開発段階のものについては割愛している．

図 1 カメラ方式タッチパネル動作原理（シロク社 HP より引用）

３．赤外線方式タッチインタフェース
赤外線方式タッチインタフェースとして実用段階にあるものとしては以下の 4 方式があげられる．

うわけにはいかなかった．

・カメラ方式（イメージング方式）

Windows7 がリリースされた当時のタッチパネルモニタ

・赤外線遮断方式（赤外線走査方式）の主流サイズは 21.5 インチであり，一方 iPhone，iPad やス・ PIT 方式（Projected Infrared Technology）

マートフォン等に搭載されている投影型静電容量方式タッ・ PSD 方式（Planar Scatter Detection）

チパネルは 8 インチクラスが主流で，21.5 インチサイズの3.1

タッチパネルはまだ量産には至っていない状況であった．

カメラ方式（イメージング方式）

赤外線投影装置と赤外線カメラが搭載されたカメラユ
ニットをタッチエリアの上部 2 ヵ所に設置，さらにタッチ
エリア周辺に回帰反射板を設置するものである．
本方式が一躍有名になったのは Windows7 の登場が大きいであろう．
Apple 社の iPhone が世間を騒がしている頃，Microsoft
社からも 2009 年にタッチに対応した新 OS としてそこで唯一，当時 21.5 インチサイズでマルチタッチに対応できる方式であったカメラ方式に白羽の矢が立った．
その結果，各社から一斉にカメラ方式タッチパネルを搭載したタッチパネルモニタがリリースされることになる．
そうして，21.5 インチクラスの中型から大型サイズのマルチタッチパネルはカメラ方式が主役の座を射止めることとなった．

Windows7 がリリースされた．その特徴としては単なるカメラ方式の動作原理を図 1 に示す．

タッチ対応というだけではなく，マルチタッチに対応して（1）図 1 中に示される 2 ヵ所のカメラユニットからは赤外いることが大きな話題として取り沙汰された．
そのためモニタメーカ各社からは Windows7 のリリースにあわせて，タッチパネルを搭載したタッチパネルモニタが相次いで発表されることになる．
Windows7 のリリース以前のタッチパネルモニタはほぼ産業用途に特化した製品であり，コンシューマ向け製品という位置づけではなかった．

線が再帰反射枠に対して放出される．再起反射枠に当たった赤外線は入射方向に反射される．
（2）カメラユニット内には赤外線カメラも搭載されており，常時再帰反射枠で反射された赤外線のスキャンを実施．
（3）タッチがない場合には，カメラは再帰反射枠すべての位置からの赤外線を検出する．

そのため，タッチパネルはキーボード/マウス代替を目（4）タッチパネルが指等でタッチされると，再帰反射枠的として搭載されており，タッチ点数はシングルタッチがから反射された赤外線の一部がタッチにより遮蔽さ基本であり，タッチパネル方式としては抵抗膜方式，超音

れ，その部分の赤外線は検出できなくなる．

波方式，表面型静電容量方式が搭載されたものであった．

（5）再帰反射枠から赤外線の反射が返ってこない角度を 2

それゆえすでに巷では主流になったマルチタッチやジェ

台の赤外線カメラを使って求め，その角度をもとにスチャ操作といった エンタテインメント性 の高いタッチ

三角法を用いてタッチされた位置を計算して求める．

パネル操作には対応できておらず，従来方式のシングル認

カメラ方式では上記のようにしてタッチ位置を求めるこ

識のタッチパネルをそのまま搭載してリリースする，とい908 （24）とができる．
映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 12（2014）

光学式タッチインタフェース

この方式では，2 台のカメラにより斜めの検出軸が多数

ズのいわゆる「枠」だけあり，タッチエリアに必要とされる存在するためにマルチタッチを認識することが可能となっものは何もないため，カメラ方式に次いで大型化に有利なている．さらにはタッチのおおよその大きさも認識するこ

タッチパネル方式である．
しかし 4 〜 5 年前までは原理的にマルチタッチの実現がとができる．
また，構成面ではカメラユニットをディスプレイの 2 隅に設置できればよいので，大型対応が容易であることもカ

難しいとされており，マルチタッチやジェスチャが全盛の時代にやや取り残されたような状況が続いていた．

メラ方式の大きな利点である（実際にはタッチパネルサイ

もちろんマルチタッチを実現するために，2 点のタッチズが大きくなれば，それに伴い再帰反射枠の設置精度の難されるタイミングのわずかな差を検出して認識させる技術

しさ等の難しさ出てくるものの，それでも他の方式に比べも開発され，ジェスチャ操作であれば問題なく操作できる

ればはるかに容易である）．

ものは現れたが，それでもまったく同時にタッチされた場

一般的にタッチパネルは，サイズ毎に設計し，部材を用意する必要がある．
しかしカメラ方式では上に述べたようにカメラをディス

合には 2 点の認識ができないため，擬似マルチタッチパネ
ルと呼ばざるを得ないものであった．
赤外線遮断方式の動作原理を以下に示す．

プレイの 2 隅に設置，あとは再帰反射テープを周辺に設置（1）タッチエリアを挟み，赤外線発信素子と受光素子がすれば完成なので，タッチパネルサイズ毎の部材を必要と向かい合って配置された状態で発信素子から発信さしない．そのためカスタムサイズや超大型タッチパネル対応が比較的容易となる．

れた赤外線を向い合う受光素子が受光する．
（2）タッチがない場合には，発信素子から発信された赤さらには大型化に有利な点を生かして，100 インチを超

外線は全量受光素子に届くが，タッチがあると赤外えるような超大型タッチパネルや，大型異型（細長タイプ

線はその位置で遮断され，向い合う受光素子に届く等）に多く用いられている．

量は減少する．

なお，2 台のカメラでスキャンを行う場合には，どうしてもタッチ認識数としては 2 点が限界となる．しかしながら，カメラを 6 台（上部 2 台，中央部 2 台，さらには下部に2 台）設置することで 2 点以上のタッチ点数を認識することが可能となっている．
ただし，6 台もしくはそれ以上のカメラの設置はコストアップと正確な取付け精度が避けられない問題となる．
3.2

赤外線遮断方式（赤外線走査方式）（3）赤外線の受光量が減少した受光素子の場所情報から，タッチされた位置を検出する．
上記が赤外線遮断方式のタッチ位置検出の基本動作原理である．
この説明にあるように，赤外線遮断方式の原理ではタッ
チ位置の検出に縦軸と横軸しか利用できず，このことが 2
点以上の位置を同時に検出するのが難しかった原因となっていた．

赤外線遮断方式（図 2）は赤外線走査方式とも呼ばれる方

2 点同時にタッチされたときに，以下図 3 に示すような 2式で，抵抗膜方式タッチパネルに次いで古くから実用化さ通りのタッチパターンを，縦軸と横軸の検出だけでは区別れたタッチパネルである．

をすることは不可能である．なぜなら赤外線が遮断されたATM や自動券売機等に広く使用されてきたタッチパネ
ル方式であり，現在も幅広く使われ続けている．
タッチパネルとしての必要基本構造はタッチパネルサイ

受信素子の場所情報は，図にある 2 パターン共にまったく同じであるためである．その結果，タッチしていないにもかかわらずタッチしたと認識される，いわゆる「ゴースト」（図
3中に黄色で示される点）と呼ばれる現象が発生していた．
これでは真のマルチタッチパネルと呼ぶことはできな
かった（ジェスチャのみと割り切れば使用できるが…）．
それに対して，現在広く使用されている赤外線遮断方式
はいわゆる「多軸検出」とも呼ぶべき方式で，図 4 に示す通り 1 ヵ所の発信素子からの赤外線を複数個所の受信素子で検出するというものである．
図 4 に示すように「多軸検出」では，1 ヵ所の発信素子からの赤外線を複数個所の受光素子で検出する．
図 3 では受信素子から得られる場所情報は左図と右図でまったく同じで区別がつかなかったが，「多軸検出」方式では，受信素子から得られる位置情報は，右図と左図で異なるので図 3 では認識できなかった 2 つのタッチパターンを

図 2 赤外線遮断方式動作原理図

認識することができる．
（25） 909

講座：ディスプレイユーザインタフェース［最終回］

図 3 ゴースト現象

図 4 赤外線遮断方式「多軸検出」

図 5 赤外線遮断方式「多軸検出」ゴーストの懸念？（1）

図 6 赤外線遮断方式「多軸検出」ゴーストの懸念？（2）ただし図 4 の説明だけでは図 5 に示すような場合に，図 3

しかし，図 4 に示すような「多軸検出」は，すべての発信と同様な現象が発生するとの疑問を持たれるかもしれない．

素子に対して行われるので，例えば，図 5 で示される瞬間

910 （26）

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 12（2014）

光学式タッチインタフェース

タッチする前にタッチ認識する
タッチパネル図 7 障害物が置かれたときの様子（概念図）
図 8 タッチ認識高さの発信素子を n 番目とすると，次の瞬間には n+1 番目の発ズの影響を受けやすい．

信素子のスキャンが始まっており（図 6），そこでは受信素

また，カメラ方式，赤外線遮断方式はタッチエ

子の位置情報から左右で別情報が得られ，右図と左図は完

リアにはガラスのみ（ガラスも必須ではない）で，全に区別することができる．

ディスプレイ映像に影響を与えないが，投影型静このように，各発信素子の赤外線を複数の受信素子で受電容量方式はタッチエリアに電極パターンが存在

け取る操作を行うことで，タッチエリアをくまなく赤外線するため「電極特有の色目」や「骨見え」（電極パで走査することができる．

ターン見え）といったディスプレイ映像に対して

そのため，タッチエリア内に例えば，財布やセカンド

マイナスの影響がある．

バックといった障害物が置かれても少し離れた場所であれ

短所：タッチ認識高さ（図 8），外観構造
赤外線方式タッチパネルは，実際のタッチ面にばタッチを認識することができるようになっている．
その概念図を図 7 に示す．

タッチする前にタッチを認識する．そのため画面

ここまで走査軸が多くなれば，タッチ認識数も劇的に増上で選択を行っている途中でタッチを認識されるという問題が発生する．

え，10 点認識どころか 100 点以上の同時認識も可能である

また，外観構造としては，タッチ面上に発信素（タッチ位置の計算方法は複雑になるが）．
とはいえ，現実的には 10 点程度認識できれば充分との声子，受光素子を配置するためにどうしてもそれらが最も多く，最近の大型マルチタッチパネルを名乗る赤外を収納する「枠」が必要となり，昨今のスマート線遮断方式タッチパネル製品の多くは 10 点マルチが多く見

フォンやタブレット製品に見られる「フルフラッ

受けられる（両手の指，すなわち 10 本が認識できれば充分，ト構造」の実現は困難で，「フルフラット構造」がとのことのようである）．

可能な投影型静電容量方式に劣ってしまう．

しかし超大型ディスプレイでのマルチタッチには何十点

これから紹介する PIT 方式，PSD 方式では上記のようなものマルチタッチが要望されることが多くなり，その場合

赤外線遮断方式の欠点がほぼ克服されており，今後は投影にはここで述べた赤外線遮断方式の「多軸検出」が用いられ

型静電容量方式にとって代わる方式になる可能性を秘めてることになる．

いるタッチパネルとして期待されている．

ここまでカメラ方式，赤外線遮断方式について述べてきたが，これら 2 方式は，現在主流である投影型静電容量方式と比べると以下の点があげられる．
長所：耐ノイズ性（電磁ノイズ）性，意匠性（透明性）に優れる
タッチパネルは LCD 等，何らかのディスプレイ
上に置かれることが多い．

3.3

PIT 方式

PIT 方式は，赤外線遮断方式と同様に，相対する発光素
子からの赤外線がタッチにより減少する受光素子の場所情報からタッチ位置検出を行うために，動作原理的には赤外線遮断方式の一種ととらえることができる．
しかしながらその外観が通常の赤外線遮断方式タッチパ
ネルとまったく異なることから別扱いとした．

ディスプレイは電磁ノイズを発生することが多図 9 に示す通り，従来の赤外線遮断方式では発信素子とい．カメラ方式，赤外線遮断方式はこれら電磁ノ

受光素子はタッチパネル面上に配置されていたが，PIT でイズに対して影響を受けにくいという特性を持つは発信素子と受光素子は，それぞれ LCD パネルの裏側に設が，投影型静電容量方式はそれに比べて電磁ノイ

置される．
（27） 911

講座：ディスプレイユーザインタフェース［最終回］

Pure GlassLight Path

タッチがない場合
全反射
発信素子

タッチがある場合

IR Diodes

PCB

GLASS

受光素子

GLASS

受光素子

全反射の
条件が崩れ
光が散乱

Light Guide Frame
発信素子

PSD の機構概略図
LCD 等ディスプレイ
発信素子

赤外線受光素子

赤外線発光素子

受信素子

図 9 PIT 説明図（上図は General Touch 社 HP より引用，下図は筆者作図）

裏側に設置された発信素子からの赤外線はタッチパネル
端面に設置されたプリズム構造体によってタッチ面に発信され，さらに対するプリズム構造体によってタッチ面裏面
図 10に設置された受光素子に到達する．

PSD 方式の動作原理図（FlatFrog Laboratories 社発表資料を参考に筆者作図）

そのため発信素子と受光素子の向きは従来方式のまった
く逆方向に設置される．すなわち発光素子はタッチパネルの外側に向かって赤外線を発射し，受光素子も受光面はネルに精通した人であっても「ごくごく普通の投影型静電タッチパネル外側に向いている．

容量方式タッチパネルモニタですよね？ その割に色目がい

発信素子，受光素子をディスプレイの裏に隠してしまったことで，タッチ面には発信素子，受光素子を格納するための「枠」の必要がなくなったことが本方式の最大の特徴である．

いですね！」といった評価をいただき，筆者が「赤外線方式ですよ」と告げると一様に驚きの声が返ってくる．
それほどに PIT 方式は投影型静電容量方式に近いものに仕上がっている．

その結果，タッチ面上に現れる，いわゆる「枠」と呼ばれる

なお，タッチ位置の検出方法に関しては，4.2 節で説明し

機構体はこれまでのカメラ方式や赤外線遮断方式が10 mm以た方法と基本的には同様であるので，マルチタッチも対応

上の高さがあったのに対してわずかに2 mm程度となった．

できる．

20 インチを超えるサイズのディスプレイにおいて，端部

3.4

PSD 方式にある 2 mm の構造体はもはや邪魔とされるレベルではな

先に述べた PIT 方式では， 枠 はわずかに 2 mm，タッ

く，PIT タッチパネルを使用することで，ほぼフラットとチ認識高さも 1 mm 以下となり，赤外線遮断方式の概念を呼べるタッチパネルモニタ製品を提供することができるよ

覆したといっても過言ではないが，さらに究極の赤外線方うになっている．

式タッチパネルがこれから紹介する PSD 方式である．

また，「枠」が小さくなるに伴い，タッチ認識高さもおよそ 1 mm を切るレベルとなっており，これも投影型静電容量方式とそん色ないレベルに達している（最近の投影型静PSD 方式でも「枠」は存在するが，それはタッチエリアの
幅方向のみであり，高さ方向には必要ない．
すなわちフルフラットのタッチパネルが可能となる．

電容量方式タッチパネルは，爪の長い女性や，手袋をはめ

さらにタッチ認識高さも 0 mm，すなわちタッチしない限

た状態でもタッチが認識できるようにタッチ感度を高めてりタッチ認識もないといった具合で，もはや投影型静電容いるものも多く，そのためタッチ認識高さは高くなってお量と比べてみてもその違いを見分けることは困難である．

り，投影型静電容量方式タッチパネルの中にはタッチ認識
高さ 1 mm を超えるものも見受けられる）．

簡単な動作原理図を図 10 に示し，タッチ認識原理を説明する．

実際 PIT 方式タッチパネルを搭載したタッチパネルモニ（1）赤外線発信素子は，タッチパネルに使用するガラスタを持参して，なんの注釈もなく見てもらうと，タッチパ

端部に設置し，ガラス/空気界面で赤外線の全反射現912 （28）

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 12（2014）

光学式タッチインタフェース

表 1 各タッチインタフェースの比較

屈折角

カメラ 赤外線遮断
媒質1
媒質2

反射角

入射角

全反射
臨界角

（屈折率：媒質1＞媒質2）

図 11

全反射説明図

PIT

PSD

投影型静電容量タッチパネル枠

×

×

○

◎

◎

画質（画面への影響）

○

○

○

○

△

対応サイズ（〜32インチ）

○

○

○

○

△

対応サイズ（〜84インチ）

○

○

△

△

△

対応サイズ（84インチ以上）

○

○

×

×

×

耐電磁ノイズ

○

○

○

○

△

タッチ認識高さ

△

△

○

◎

◎

マルチタッチ（2点）

○

○

○

○

○

マルチタッチ（10点以上）

×

○

○

○

○

タッチ感（タッチ軽さ）

○

○

○

△

○

設置場所（半屋外）

△

△

△

△

○

設置場所（屋外）

×

×

×

×

△

価

◎

○

△

△

△

格

象＊を発生させ，ガラス中に赤外線を充填させる．

タッチインタフェースについて，より興味を持っていただ（2）その状態のガラス面を指等でタッチすると，タッチ

くために投影型静電容量方式タッチパネルと，今回の赤外された界面での全反射条件が崩れ，光が散乱する．

線方式タッチインタフェース 4 方式の比較を表 1 にまとめ

その結果，タッチされた部分で全反射を起こしていた（投影型静電容量方式タッチパネルの材料は ITO を前提

た赤外線の光量が減少する．

にしている）．

（3）その時に受光量が減少した受光素子の場所情報から
タッチ位置を検出することができる．

なお，タッチパネルの進歩は目覚ましく，数年後にはこの比較は逆転現象が起きていることは容易に想像できる．

PSD の最大の特徴は，赤外線はガラスの中を通っている

そのためこの比較表はあくまでも現時点での比較というという点である．カメラ方式，赤外線遮断方式，PIT 方式

ことをご了解願いたい（現段階でも開発レベルでは逆転も

いずれも赤外線はタッチ面上を通っていた．そのためどう発生していると思われるが，あくまで各タッチパネル方式

してもタッチ寸前でタッチと認識することを避けることはの一般性能での比較である）．

困難であった．

やはり各タッチパネルには長所と短所があり，適材適所

しかしながら PSD では赤外線はガラス中を通っているたでの使用が望ましいことがわかるが，一般的には完全屋外

め，タッチを認識するには必ずタッチ面への実際のタッチ設置なら投影型静電容量方式，それ以外であれば PIT,が必要である．

PSD がバランス面で優れていることが見て取れる．

この特性は，例えば，タッチパネルで商品等を選択する
際に「タッチパネル表面を指でなぞっているだけの段階で商品が選択されてしまう」というトラブルを防ぐのに有効である．
また，PSD 方式は構造概略図にある通り，受信素子と発さて，最後に赤外線タッチインタフェースの今後について述べてみたい．
赤外線方式タッチインタフェースの特徴が最も生かせるのは大型でマルチタッチが望まれる製品ということで間違いはないであろう．

信素子を交互に配列しているので，外乱光の入射方向の影

そこで真っ先に思い浮かぶのは電子黒板，最近では響も受けにくい設計がなされている（これは PSD 方式に限IWB （Interacutive White Borad）としゃれた名で呼ばれ定される技術ではないが，現状当該方式にのみ見られる方る製品である．

法である）．
ここまで赤外線方式タッチインタフェースに関して述べてきた．
しかしながら，冒頭に述べたように，多くの読者の方々
にとってなじみの深いタッチパネルは投影型静電容量方式
タッチパネルだと思うので，今回取り上げた赤外線方式

これは専門家ではない筆者の個人的な感想であるが，IWB の学校への導入は，近隣のアジア諸国と比べても日本は普及が遅れているのではないかと感じている．
ではなぜ日本では普及が思うように進んでいないのであろうか？
いろいろな裏話的面白い理由は巷に多々あるが，ここではあくまでハードとしての IWB，特にタッチパネル側に問＊

全反射とは図 11 のように屈折率の異なる界面で発生する現象．屈折率の低い物質から屈折率の高い物質へ光が入るときに，入射光が界面を通過しないで，すべて反射する現象．PSD の場合には，ぞれぞれの物
質が，光：赤外線，媒質 1 ：空気，媒質 2 ：ガラス，に該当する．

題があると仮定して話を進めたい．
以前の IWB のサイズは 42 インチクラスが主流であったので，従来のホワイトボードよりも小さく，黒板の代わり（29） 913

講座：ディスプレイユーザインタフェース［最終回］の 板書 をするには至らなかったと推測するが，今では現状ではタッチパネルと特殊なペンの合わせ技で実現し84 インチサイズの IWB も，導入可能な価格帯に入ってきている例はあるが，やはり特殊ペンを必要とするのでは，ていると感じている．

これまでの「黒板にチョーク」という黄金コンビ（費用面等，

しかしながら，それでもなお，まだ本格的導入モードに入ったとは思えない状況である（お隣の国では 84 インチク
ラスの IWB が飛ぶように出荷されている状況を耳にするにつれ，日本の状況には困惑すら感じている）．
筆者なりに考えたところでは，おそらくサイズ的には板いろいろな意味で）にはかなわないであろう．
IWB の普及は日本の教育の質の向上につながり，その意
義は極めて高いものである．
物事を理解するには文字よりも絵，絵よりも動画が優れている，と考えているのは筆者だけではないであろう．

書する気になるサイズながら，筆記性，いわゆる 書き心

その普及動向をタッチパネルが左右する，というくらい地 が従来の黒板とチョークを使ったものとはまったく異の意気込みと気概をもってこれからもタッチパネル業界になっているという点が大きいのではないだろうか．

携わり，新しい技術の提案を続けてゆきたい．

価格的にこなれてきたとはいえ，まだまだ従来の黒板に最後に，このような タッチパネル・オタク に執筆の機比べればはるかに高価な IWB を導入するのであるから，当会を与えてくださった映像情報メディア学会の皆様と，最然これまでの黒板の代替は果たせて，さらにその上に写真後まで我慢強くお読みいただいた読者の方々に心よりお礼や動画を表示できるとても便利な道具であることが求めら申し上げます．

（2014 年 9 月 4 日受付）

れるであろう．

〔文

写真や動画を表示，さらにそこへ○を書いたり線を引いたりすることは現状の IWB でも実現できるが，文字を書込むのは今の IWB では難しい（不可能とまでは言わないが，かなり高度なコツをつかんで文字を書く必要がある）．
その解決にはタッチパネルがキーとなる．
やはり 板書 に求められるのは 止め

撥ね を忠実に再現することに尽きる．
現状の赤外線方式タッチインタフェースでは，まだそれを忠実に再現できるレベルには達していない．

914 （30）

1）中谷健司：献〕

講座（第 5 回）：静電容量タッチインタフェース ，68，

11，pp.868-873（2014）
にしかわ

た け し

西川

武士

関西大学大学院修士課程修了．1987
年，諸星インキ（株）（現（株）DNP ファインケミカル）
入社．2000 年，タッチパネル・システムズ（株）入社．
2011 年，（株）タッチパネル研究所に入社し，現在に至る．大学院修了後は専攻の有機化学に関する研究テー
マにいそしむが，タッチパネルの魅力に取り憑かれて以来，タッチパネルの技術，生産，営業の実務を経験し，幅広い知識とスキルを習得．現在はタッチパネルの可能性をユーザとともに探ることを至福とする タッチパネル・オタク として日々活動中．

映像情報メディア学会誌 Vol. 68, No. 12（2014）