Behind Touch: 携帯電話のための背面・触覚操作
インターフェースによる文字入力
平岡茂夫 ** 福岡工業大学短期大学部

宮本一伸 **

富松潔 ***

811-0295 福岡市東区和白東 3-30-1

hiraoka@fjct.fit.ac.jp** 株式会社アイム 813-0016 福岡市東区香椎浜4-1-8-208 imd@h2.dion.ne.jp***九州芸術工科大学 815-8540 福岡市南区塩原 4-9-1 tomimatu@kyushu-id.ac.jp

要旨
Behind Touchは、携帯電話やPDA等の携帯端末を対象とした入力デバイスおよびユーザーインターフェースである。携帯電話は、携帯性が重要視されるため、機器の大きさには限界がある。提案するデバイスは、携帯電話の液晶ディスプレイを大型化することを目的に、本体表面から12キーを廃し背面に位置させる。しかし、背面のキーは、ボタンを直接視覚で確認しながら操作することができない。本研究は、この背面キー操作を触覚デバイスと指の位置をディスプレイに表示するインターフェースによって、高速で分かりやすく、直接的な操作が可能となる手法を実現した。Behind Touchは、背面キーに触れることでディスプレイに表示されたボタンを選択し、そのままの指の位置で背面キーを押すことで実行操作を行なう。PDAやウエアラブルコンピュータ、または家電機器のリモコンなど表示ディスプレイが操作部と離れている場合でも、小型な入力デバイスで快適な文字入力などの様々な操作を提供することが可能となる。

Behind Touch: A Text Input Method for Mobile Phone
by The Back and Tactile Sense Interface.
Shigeo Hiraoka* Isshin Miyamoto** Kiyoshi Tomimatsu**** Fukuoka Institute of Technology, Junior College, 3-30-1, Wajiro-higashi, Higashi-ku, Fukuoka, 811-0295, Japanhiraoka@fjct.fit.ac.jp** I’m Co.,LTD, 4-1-8-208, Kasjiihama, Higashi-ku, Fukuoka, 813-0016, Japan
imd@h2.dion.ne.jp**Kyushu Institute of Design, 4-9-1, Shiobaru, Minami-ku, Fukuoka, 815-8540, Japan
tomimatu@kyushu-id.ac.jp

Abstract
Behind Touch are the input device and the user interface for mobile media like as a mobilephone or PDA. A mobile phone has a limit in the size of apparatus, because portability is important for it. In the proposed device, the 12-keys are not arranged the top of mobile phone but theback of it, in order to enlarge the screen. When we operate the 12-keys, we cannot look them
directly. In this paper we propose the method that we can operate comfortably and speedily by
the tactile sense and GUI of Behind Touch. In Behind Touch, we can select a button by touchingand decide by pushing. And Behind Touch can be applied to not only mobile phone but also PDA
and wearable computer, some controllers of the home electricity product.
11. はじめに時点で、指の位置を表面のディスプレイに表示す

近年、多様な携帯電話が開発・商品化されている。指の位置は、ボタンの触覚や音によっても確認る。液晶ディスプレイのカラー化や大型化、通信のすることができる。実行操作は、クリック感のある高速化、サービスの充実などからその使用範囲は拡ボタンまたは操作面を押すことによって行なう。

大している。しかし、携帯電話は、携帯性が重要視CVK方式[5]や高密度キーによる入力システム[4]されるため、画面の大きさには限界がある。

による研究では、指をボタンから離した時点で実行

Behind Touchの第一の目的は、携帯電話の背面操作となる方式を採用している。この場合、指とボに操作キーを配置することにより、表面のディスプタンとの触覚による相対位置を見失ってしまう問題

レイを大きくすることである（図1）。第二の目的

や、一般的なボタンを「押す」作法と逆である問題

は、指または触れているボタンをディスプレイに表がある。Behind Touch方式により、タッチパネル示し、直接操作に近い操作インターフェースを提供の短所である１）指で表示が隠れる、２）クリックすることである。背面操作は、操作面や操作する自感が無い問題を解決し、直接操作を行なうことが可分の指が直接見えないため、触覚や視覚・聴覚など能となる。

へのフィードバックが重要な要素となる。
背面操作

2.1 Behind Touch 入力デバイス
Behind Touchの操作面は、指が触れるまたは近づいている状態で指の位置を検出する機能が必要となる。デバイスとして、数種の方式が考案されている小形のタッチパネルやボタン毎に独立したタッチセンサーまたは微小な圧力を検知するスイッチなどが考えられる。また、実行操作のために、少し強く押すとクリックとなるスイッチを内蔵する。
ボタンの機能はディスプレイに表示されるため、操作面に印刷の必要はない。さらに、ボタンは、触覚による認識が可能なサイズであればよいので、デバイスを小さくすることができる。

に関するデバイスや触覚による操作システムが、研
究や特許申請によって提案されている[1-5]。しかし、携帯電話の重要な機能である文字入力において、入力スピードや慣れるために学習が必要である問題があり、商品化に至っていない。
本研究は、携帯電話のためのBehind Touch による入力デバイスおよびユーザーインターフェースを提案する。プロトタイプを使用して、携帯電話と同様のひらがな入力方式による文字入力テストを行ない、入力スピードを検証する。また、現在の携帯電話文字入力方式になじめないユーザー層に対しても、慣れや学習が少なく操作することのできるインターフェースを提案する。

2.2 Behind Touch インターフェース
液晶ディスプレイが透けて背面の指を見ることができれば、タッチパネルのような直接操作となるが、マウスと画面上のカーソルとの関係のように、操作する位置と量は必ずしも一致していなくても操2. Behind Touch
Behind Touchは、操作する指の位置をユーザーにフィードバックするインターフェース機能を持つ。背面の操作面に指を近づける[6]または触れた

Behind Touch方式

携帯電話の操作ボタン

図1：携帯電話におけるBehind Touchの例

2マイクロスイッチ

図2：Behind Touchデバイスの試作

図3：プロトタイプ1操作面の試作作性は保たれると考えられる。このことから、液晶操作面のボタンは、ボタン部を凸状に加工した画面が透けていない、または操作インターフェースフィルム（図3）をパッド面に張り付ける。加工しが実際の指の位置・移動量と異なっていても、操作たフィルムを張り替えることによって、様々なボタ画面にボタンと指の相対位置が分かる表示を行なうンレイアウト・形状を検討することが可能である。

ことによって、操作性は保たれると考えられる。

予備実験から、凸ボタン形状が無い場合、つまり触Behind Touch では、触覚が重要な要素であるた覚によるボタンのフィードバックが無く、画面表示

め、触れるボタンは凸形状で位置が固定されていよるフィードバックだけでボタンを選択する事は困る。しかし、凸形状ボタンのある画面をタッチする難であった。

方法と比べ、表示レイアウトに柔軟性を持たせるこ3.1 操作面の試作（プロトタイプ1）
フィルムに穴を空け、そこに丸頭の釘を接着剤で固定し、フィルムからはみ出した部分を削り取る方法で操作面を制作した（図3）。釘の頭は、直径約2.5mm,高さ約0.5mmの半球形状であるが、釘の品質上の問題から、形には誤差がある。キーレイア
ウトは、携帯電話と同じ3×4の配列とした。5mm〜7mmの範囲で0.5mm毎の様々なキーピッチの操作面を用意した。とが可能であり、操作する画面によってボタン表示のサイズや位置を変えることが可能である（図91、9-4）。

3. Behind Touch プロトタイプ 1 の制作背面操作面のデバイスとして、抵抗膜方式のタッチパッドを使用した（図2）。入力された座標からインターフェース上のボタン座標に変換を行ない、触れているボタンを表示する。Smart Skin[6]方式の様に被接触で指の像を得ることが理想であるが、3.2 プロトタイプ1 の評価10種類のピッチの異なる操作面を使用し、数人の被験者による11桁の数字入力する実験を行なった。インターフェースは、パソコン上のソフトウェアで動作する。プロトタイプ1では、慣れのスピードの方が速く、ピッチによる入力速度の大きな差は見られなかった。ピッチは、5mm〜6mm程度で十分使用可能であった。また、被験者からプロトタイプ１に対する、以下の問題点が指摘された。
a)ボタン凸部または接着部が指に引掛かり、滑らかな指運が難しい。

このデバイスでは操作面に触れた指の一箇所のみの位置座標を検出する。12個の独立したスイッチを使用する場合には、指が複数のボタンに触れてしまうため、どのボタンに意図的に触れていれのかを判別するアルゴリズムや指が触れる微小な圧力差を検出するセンサーが必要となる。タッチパッドは、取手部に固定された板バネとなる薄いプラスチック板に取付けられ、前後に可動する。タッチパッド背面に取付けられたマイクロスイッチにより、少し押した時のクリックとタッチパッドに触れている座標とによって、アプリケーションを操作する。
3b)クリックのボタンが堅くストロークも大きいため、素早い操作ができない。また、クリック時に他のボタンを選択してしまい、誤入力の原因にもなっている。
a)の問題から、Behind Touchでは、操作面に指を触れさせたまま動かすことが多く、操作面の触感が操作性に大きく影響していることが分かる。
プロ
トタイプ１では、デバイス制作上の精度の問題から現状の携帯電話ほどの入力効率を得ることができなかった。しかし、入力は十分に可能であり、BehindTouch の可能性を確信することができた。プロトタイプでは、パソコンの画面を見ながら、デバイス

図4：人差指の可動範囲を調べるためのの背面から操作を行なっている（図5）。画面が操操作面形状作面と離れていることと、実際の指の動きと画面上での動きの量が相対関係であることついては、問題はなかった。

4. Behind Touch背面操作における人差指の可動範囲
携帯電話にBehind Touch を適用した場合、従来の携帯電話操作と大きく異なる点は、親指操作から人差指操作に変わることである。
経験から親指より人差指の方が細かな作業が得意であると考えられる。しかし、人差指に比べ親指は、短いが左右に大きく動かすことができる。
Behind Touch背面操作のための人差指の可動範囲を以下の実験によって測

図5：Behind Touch操作性実験の様子定した。

4.1 実験方法
Behind Touch操作における人差指可動範囲を調べるために、4mmピッチ9×9ボタンの操作面を試作した（図4）。これは、人差指の触覚で凸形状のボタン一つを十分に認識することができるピッチである。まず被験者は、中央のボタンを基準として、操作しやすい位置でデバイスを持つ。そのまま持ち方を変えないようにして、合計81個の各ボタンを数回クリックし、操作性を評価する（図5）。予備実験から、クリック操作を伴わない場合、指の可動範囲は広くなることが分かっている。評価方法
は、中央のボタンの操作性をA基準とし、[A)良い。
中央のボタンと同様に問題なく操作ができる。
] [B)
少し使いにくい。中央のボタンほどではないが、操作は可能。
] [C)悪い。操作が難しい、または指が十分に届かない。
] の3段階による主観評価である。
実
験は、ボタンの押しやすさに対する評価であり、指を動かして特定のボタンを短時間に認識する操作への評価は含まれない。5 人の被験者は全員右利きで、右手による評価を20分空けて2回行なった。

4.2 実験結果
集計結果を[A)良い]を黒に、[B)少し使いにくい]をグレイ50%に、[C)悪い]を白として実験結果を図6に示す。中央のボタンは、A評価とした基準である。中央から左下の範囲で評価が高く、上・右方向では、急激に評価が下がり操作が困難であった。中央ボタン付近の9個のボタンに対し、全ての被験者が評価Aとしている。主観評価であることと、4mmピッチでの評価であるため、正確な操作有効範囲を4

Pitch; 4mm

Pitch; 4mm← 20mm →← 16mm →操作が行ないやすい範囲。
C)悪い

B)少し使いにくい

操作頻度が多くなく、左右同じ機能であれば、操作できる範囲。

A)良い

図7：プロトタイプの基準となる

図6：中央のボタンを基準とした

人差指の操作可動範囲

人差指（右手）操作の評価（被験者10人）

判断することはできないが、左手での操作を考慮して左右対称とし、直径約16mm〜20mmの円形の範囲を十分に操作可能な範囲としてプロトタイプを制作する基準とした（図7）。また、左下に伸びる←20mm→濃いグレイの部分を、操作頻度が多くなく左右同じ機能ボタンであれば操作可能な範囲とした（図7）。
操作性が良い範囲が中心からずれているが、デバイスの形状が手の持ち方に影響を与えていることが要因であると考えられるため、今後検討を行なっていきたい。また、デバイスの中心をずらしたり、角度を付ける方法も考えられる。その場合には、左右両

図8：プロトタイプ2の操作面方の手に対応させる必要がある。

5. 携帯電話方式による日本語入力（プロトタイプ2）から、Behind Touch方式へのスムーズな移行を図

プロトタイプ1から操作面形状とマイクロスイッじである。操作面は、特殊なフィルムを押出す加工

チの改善を行ない、ひらがな入力のインターフェー方法によりボタンの凸形状を成形した（図8）。こスを制作した。現在の携帯電話利用方法は、電子の方法により、指への引掛りが減少し、指移動の操メールが大きな比重を占めており、携帯電話でメー作性が改善された。操作面のボタンは、4の実験結ルをやり取りする・文字を入力することが一つの文果から半径20mm内に配置した（図8）。ボタン間化となっている。よって、プロトタイプ2は、携帯隔は、横5.5mm・縦5mmである。

る狙いである。デバイス形状はプロトタイプ1と同電話と同様の文字入力操作とした。
従来の携帯電話

インターフェースは、電話番号入力・メニュー選
5図9-1：電話番号

図9-2：メニュー1入力画面

図9-3：メニュー2

図9-4：文字入力画面

図9：プロトタイプ2のインターフェース

択・メール作成（ひらがな文字入力）の機能を持つ（図9）。ボタン選択のインタラクションは、裏から指で押している感覚を強調するために、触れたボタンが裏側から押し出される表現とした。
クリック時には、さらにボタンが膨れ上がる表現となる。

5.1 プロトタイプ2による評価実験
既存の携帯電話とプロトタイプ2を比較するために、文字入力のテストを行なった。日本語ひらがなの入力は、携帯電話と同じ操作方法である。27文
字（濁音を1文字としてカウント）の文書「きんきゅうのしょうひんかいはつかいぎをおこないます。」を入力するタスクである（図10）。被験者は5人で、各自の所有する携帯電話とプロトタイプ2を使用して、各5回入力を行なった。各被験者の入力時間の平均を図12に示す。実験の結果、プロトタイプ2での入力時間は、既存の携帯電話の 9 0 . 6 % 〜110.7%（t検定、p<0.05；被験者A,C,E有意差無し、被験者B,D有意差あり）となり、既存の携帯電話と比較して、ほぼ同等または高速に入力が可能であった。被験者には、携帯電話文字入力のスキルに差があり、今後、被験者を増やして初心者と中級者・熟練者とに分けて評価を行ないたい。

図10：プロトタイプ2による文字入力テストて、Behind Touchによるクリック数が少なく簡単で分かりやすい文字入力方法として、子音・母音選択文字入力インターフェース（プロトタイプ3）を制作した。
他に、データベースを活用して、少ない操作で入力可能な曖昧検索や、最初の数文字だけの入力から予測変換を行なうことによって、単語や文書入力を単純・高速化するT9[7]・SHK・TouchMeKey[8]・
CUT Key[9]・POBOX[10]などが開発されている。
これらの入力方法は、Behind Touchのボタン機能割当ての変更や、変換機能を追加することによって6. その他の日本語入力方式実現可能であるため、プロトタイプ3では基本的なパソコン操作に慣れたビジネスマンや情報機器に子音・母音入力方式とした。

不慣れな高齢・中年層にとって、現在の携帯電話のまた、PDA のペンタブレット上に凸ボタン形状複数回同じボタンを押さなければならない文字入力のあるキーボードシールを貼りつけことによって、方法には、抵抗があるのではないだろうか。よっ親指操作によるフルキーボードを実現した
6入力時間（秒）0102030

4050

6070

80

90

105.4%
110.5%

被験者

A

図11：プロトタイプ3の子音・母音
文字入力インターフェース

ThumbType[11]が市販されている。ボタン数が

B

78.5%
102.5%

C

99.4%
147.6%

D12より多い場合についても、プロトタイプによる

90.6%
153.6%

検証を行なう。
E

6.1 子音・母音入力方式（プロトタイプ3）
プロトタイプ2の12キー配列をそのまま使用することによって、携帯電話方式と子音・母音入力方式とを切替えて使用可能なインターフェースを試作した。子音を選択すると、母音選択の画面に切り替わり、入力する文字を選択する（図11）。画面を切り替えることによって、一つのボタンに複数の機能を表示しなくてもよい利点がある。
一文字を入力するためのクリック数は、2回である。携帯電話入力方式での平均クリック数よりも少なくなるが、位置の異なる２つのボタンを押すこととなる。
プロトタ
イプ3では、母音選択画面に「きゃ」「きゅ」「きょ」など小文字を含んだひらがなのボタンを設け、文字入力の効率を改善した（図11）。濁音・半濁音は、現在の携帯電話同様、子音画面の「″°」ボタンにより変換を行なう。また、上記小文字を含んだひらかなも濁音・半濁音に変換する機能を加えた。例えば、「ひゃ」は、「びゃ」次に「ぴゃ」に変換する。

100 110110.7%
146.3%**
携帯電話
プロトタイプ2（携帯電話方式）
プロトタイプ3（母･子音方式）＊t検定, p<0.05, 有意差あり

図12：携帯電話、Behind Touchプロトタイプ2
およびプロトタイプ3による文字入力時間

は他の文字と同様に2回のボタン操作が必要である
ため、違和感を感じる問題があった。しかし、携帯電話方式の様にボタンを押す回数を考えなくてもよくリズミカルに入力が行なえるため、操作が分かりやすく安心して入力できたという感想を得られた。
よって、携帯電話入力方式になじめないユーザー層のためのインターフェースとして期待が持てる。

7. ボタン数が 12 より多い場合のBehind Touch
従来の携帯電話のキー配列に捕らわれず、16のボタンによる少ないクリック操作で文字入力可能にするアイデアを試作した。
被験者によるひらがな入6.2 プロトタイプ3による評価実験
プロトタイプ2による評価実験と同じタスク・被験者により評価を行なった。プロトタイプ3による入力時間は、既存の携帯電話による入力時間の102.5% 〜153.6% となり（図12）、入力効率は低下している。携帯電話入力方式では、「あ・か・さ・た・な・は・ま・や・ら・わ」の文字は、1回のボタン操作で入力が可能であるが、プロトタイプ3で力テストでは、十分な入力速度が得られなかった。
キー配列に熟練が必要であるようであった。
プロト
タイプ2・3での3×4ボタンの配列では、慣れてくるとボタン位置を指が覚えているような感覚で操作が可能であったが、16キーでは、触覚によってボタンの位置や配列を認識するのが難しく、効率的な入力ができない問題の要因となっている。
このことから、ディスプレイ表示からの視覚フードバック
7

よりも先に触覚によるフィードバックが操作性によ性がある。細かな振動制御を行なう ActiveClick

り影響を与えていると考えられる。Behind Touch[12]・触覚マウス[13]やフォースフィードバック

では、視覚フィードバックと同時に、触覚フィードタッチパネル[14]が考案されている。
このような手バックが重要な要素であることを再確認した。
ボタ法の振動フィードバックにより、クリック・ダブルン形状を変化させたり、操作面に段差を付ける、表クリック・ドラッグ・スクロール・長押しなどの面処理を部分的に変えることによって、ボタンのレ様々な操作に、より確実な操作感を与えることがでイアウトが触覚で認識可能なデバイスを開発する必きるであろう。

要がある。

参考文献

8. まとめ[1]三洋電機株式会社, 携帯端末, 公開特許公報(A)特携帯電話のための、背面・触覚デバイスによる直開2000-049913, 2000

接操作に近いインターフェースを提供するBehind[2]埼玉日本電気株式会社 ,背面手書き入力機能を有Touch 方式の文字入力について、プロトタイプをする携帯電話機, 公開特許公報(A)特開2000-制作しその実用性について検証を行なった。
従来の278391, 2000

携帯電話から、Behind Touchへのスムースな移行[3]松下電器産業株式会社 ,電子機器 ,公開特許公報ができるように同じキー配列・操作方法とした。人(A)特開2002-077357 ,2002

差指の可動範囲を考慮したプロトタイプ2では、現[4]米谷昭彦, 高密度キーによるデータ入力システム

在の携帯電話とほぼ同等もしくは速い速度で文字入の開発, 情報処理学会ヒューマンインターフェー力を行なうことができた。また、プロトタイプ2とス91-11,pp69-76, 2000

同じ12キー配列で、子音・母音選択によって文字[5]阿部直哉, タッチパッド入力の可能性, 情報処理入力を行なうプロトタイプ3を制作した。この入力学会ヒューマンインターフェース 99-2,pp9-14,

方法は、効率は良くないが入力しやすいという感想

2002が聞かれた。
現状の携帯電話文字入力方式になじめ[6]Jun Rekimoto, SmartSkin: An Infrastructure

ないユーザー層の市場拡大に期待が持てる。

for Freehand Manipulations on Interactive
Surfaces, CHI2002, pp113-120, 2002

9. 他への応用と今後の可能性[7]T9, http://www.tegic.com/

本論文では、携帯電話にBehind Touch を適用[8]Touch Me Key, http://www.ipl.t.u-

したシステムとそのインターフェース・操作性につ

tokyo.ac.jp/˜kumiko/TouchMeKey/

いて報告した。
デバイスの触覚形状やフィードバッ

TouchMeKey.html

クの改善によってBehind Touch はさらに快適な[9]CUT Key, http://misawa01.misawa.co.jp/

入力が行なえる可能性を持っている。
操作面と表示CUTKEY/部が離れていても操作が可能であるため、携帯電話[10]POBox, http://www.csl.sony.co.jp/person/だけでなくPDAやウエアラブルコンピュータ・家masui/OpenPOBox/

電製品のリモコンなどにも応用が可能である。
表示[11]Thumb Type, http://www.thumbtype.com/

部があり操作部を指で触ることが可能であれば、
ポ[12]Masaaki Fukumoto and Toshiaki Sugimura,ケットの中など操作面が見えない場所でも使用する

ActiveClick: Tactile feedback for touch pan-

ことができる。また、音によるフードバックを利用

els, CHI2001 summary, pp121-122, 2001

することによって、視覚障害者への対応が容易に実[13]坂巻克己 ,指先誘導方式による触覚マウス , 情報現できる特徴を持っている。

処理学会インタラクション2001 論文集 ,pp33-

Behind Touchは、操作面に触れた状態で操作を34, 2001行なうことが基本である。よって、操作面の触覚や[14]SMK, 多機能タッチパネル「フォースフィード

振動によるフィードバックを操作性に付加することバック タッチパネル」, http://www.smk.co.

によって、さらに効果的な操作感を提供できる可能

jp/whatsnew̲j/628csc.html, 2002

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