タッチレス化/非接触化のための設計ポイントと最新動向 書籍

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出版物

★withコロナ時代に普及が望まれる非接触型技術。その研究開発をリードする各専門家が、タッチレス操作及び非接触型センシングのキー技術、関連部材の設計開発、キラーアプリケーションの展開など、多岐にわたり解説!

操作・検査のタッチレス化/非接触化のための

設計ポイントと最新動向

まえがき(一部抜粋)

  現在は、さまざまな面において新型コロナウイルスがもたらしたニューノーマル(新しい常態)に適応することが求められている。バイオ分野においては、COVID-19に対する検査・治療・予防接種などの対策について急速なペースで研究開発が進められている一方で、非バイオ分野においては何ができるだろうか?

本書では、withコロナ時代に普及が望まれる非接触型技術について研究開発をリードされている専門家に解説をいただいた。緊急事態宣言下ではオンライン会議を通じて、宣言解除後においては企業を訪問するなどしてデモを拝見しながら、今後のキー技術についてご担当の方々と打ち合わせを行い、多岐にわたる分野について解説をいただけることとなった。

本書にご執筆の労をいただいた専門家の方々に感謝申し上げるとともに、安心して健やかに過ごせる社会に資する技術の開発に本書が資することを願っている。(監修者:山本裕紹)

発刊・体裁・価格

発刊  2020年12月18日  定価  63,000円 + 税
体裁  B5判 354ページ  ISBN 978-4-86502-206-3   詳細、申込方法はこちらを参照

 【早期割引にて申込受付中】   58,000円 + 税 2021年1月26日まで!

本書のポイント

★公衆衛生上、利用者の不安を減らすため、コロナ禍以降どのような技術や用途が求められていくのか?
 ⇒環境表面でのウイルス残存時間、接触感染リスク等から見る非接触技術の有用性を整理していきます。

★非接触型デバイス及び有望な関連部材の設計開発技術
 ⇒空中映像の結像原理やシステム構成、高感度化とノイズ耐性の両立、認識処理や検出の課題と対策、モデルの学習、デバイス操作時の触覚提示技術などを、開発実例を交えて解説
 ⇒各部材の特徴、設計ポイントや留意点、要求性能、製造・成型・加工技術、耐熱性と低複屈折性を備えた樹脂の適用検討、評価手法や光学シミュレーション結果、デバイスへの応用例etc

★非接触での生体センシング技術及びデバイス設計開発のポイント
 ・生体信号の処理と扱い方⇒前処理、データ解析方法、データマイニング手法と例、ノイズ要因とその対策
 ・人に意識させないセンシング⇒医療現場の要求に合わせた計測と可視化、荷重センサによるバイタルセンシング
 ・音声UI⇒必要な事前処理や認識技術、設計や製品化で留意すべき音声UI独特の課題、音声UXデザインなど
 ・画像処理⇒実装面での要素技術、顔と体動の統合的/時系列的処理、複雑な表情認識のプロセス、ジェスチャーUIに必要な特徴検出/姿勢推定技術
 ・人体通信⇒通信の方式や原理、設計のポイント(雑音対策、低消費電力化etc)、タッチレスゲートへの応用(通信の安定性、環境ノイズへの対応、干渉や誤認証の課題と対策etc)

★これからの時代に市場で求められるアプリケーションとは?
 ⇒タッチレス製品/サービスのニーズ変化は?普及拡大の鍵となる要素は?各社のビジネス展望と開発状況を解説

執筆者一覧(敬称略)

監修:宇都宮大学 山本裕紹 教授

●藤井健吉(花王(株))
●小島竜一(ディープインサイト(株))
●藤由達巳(アルプスアルパイン(株))
●石川大(ライト&イメージ)
●山本裕紹(宇都宮大学)
●前田有希((株)パリティ・イノベーションズ)
●大熊聡(凸版印刷(株))
●石堂修一(凸版印刷(株))
●原島修一(新光商事(株))
●小楠達也(コーンズテクノロジー(株))
●中山明子(コーンズテクノロジー(株))
●佐藤公一(日本特殊光学樹脂(株))
●中野宏人(日本カーバイド工業(株))
●矢賀部裕(日本ゼオン(株))
●大坪誠((株)アスカネット)
●平間進((株)日本触媒)
●大西隆司((株)日本触媒)
●柏原康宏((株)NSC)
●阪田治(東京理科大学)
●和泉慎太郎(神戸大学)
●青木広宙(公立千歳科学技術大学)
●西村利明(ミネベアミツミ(株))
●河野道成(ネオマデザイン(株))
●松本光春(電気通信大学)
●木下航一(オムロン(株))
●新沼厚一郎(Fujitsu Laboratories of America(米国富士通研究所))
●豊田雄志((株)富士通研究所)
●川村亮介((株)富士通研究所)
●小室孝(埼玉大学)
根日屋英之(アンプレット通信研究所)※2021年2月情報機構主催 「人体通信」セミナー講演予定
●大橋享司(日本信号(株))
●萩澤則克(フジテック(株))
●飯田誠(日立オムロンターミナルソリューションズ(株))
●菊田勇人(三菱電機(株))
●坂本堪亮((株)ネクステッジテクノロジー)
●小泉直也(電気通信大学)
●川野健作((株)博報堂プロダクツ)
●山田道孝(日本電気(株))

目次

第1章 環境表面のウイルス感染リスクとタッチレス・非接触技術への期待
COVID-19感染経路リスクマネジメントの考え方〜接触感染経路と環境表面ウイルス除染

   はじめに
   1.感染経路とリスクマネジメント
   2.エンベロープウイルスの構造と不活性化機序
   3.ウイルスの不活性化方法の網羅的レビュー
    3.1 一般的な不活性化方法とその課題
    3.2 ウイルス不活性化効果を有する化合物群
   4.ウイルス不活性化効果を示す除染用製品の現状
   5.抗ウイルス製品訴求の規制課題
   6.新しい生活様式と非接触技術の社会実装への期待

第2章 タッチレスディスプレイ技術
 第1節 タッチレスパネル
  第1項 効率的な開発で非接触UIを実現するエッジAI
   はじめに
   1.KAIBER非接触UIの概要
    1.1 ポインタアクションの検出シナリオ
    1.2 指先の認識処理
    1.3 KAIBER非接触UIの特長
   2.KAIBER非接触UIを用いた機器開発
    2.1 ユーザ向けライブラリを使用する開発環境
    2.2 開発の流れ
    2.3 ユーザライブラリAPI
    2.4 ユーザライブラリの開発適用例
    2.5 任意の検出シナリオへの対応(モデルの学習)
   3.今後の展開

  第2項 非接触型HMIへの静電容量センサの適用
   はじめに
   1.タッチセンサの静電容量検出原理
   2.静電容量検出を活用したタッチパネルの構成
    2.1 センサ部
    2.2 静電容量検出回路
    2.3 検出信号処理
   3.タッチパネルの高感度化
    3.1 検出原理の選択
    3.2 高感度化のために  
   4.高感度化とノイズ耐性の両立
    4.1 評価指標について
    4.2 ノイズ耐性の確保について
    4.3 検出距離と信号対雑音比(SNR)の確認
    4.4 ノイズ耐性の確認
   おわりに
  
  第3項 空中映像とタッチレスインターフェースへの応用
   はじめに
   1.原理・構成
    1.1 原理
    1.2 構成
    1.3 心理的要因とコンテンツ制作
   2.浮遊映像用レンズの製造方法・技術
   3.ユーザーインターフェースへの応用
    3.1 タッチレスインターフェースとして    
    3.2 空中タッチスイッチ(タッチレススイッチ)の開発
    3.3 曲面結像によるスロット風デモ機
    3.4 自動車室内への応用
   4.今後の展望
   まとめ

  
 第2節 空中ディスプレイ
  第1項 空中ディスプレイの基礎原理と最新動向
   はじめに
   1.空中ディスプレイの定義
   2.空中映像と奥行き知覚の手掛かり
   3.再帰反射による空中結像(AIRR)
    3.1 AIRRの原理
    3.2 AIRRの特長
   おわりに 

  第2項 2面コーナーリフレクタアレイを用いた空中ディスプレイ
   はじめに
   1.2面コーナーリフレクタアレイ
   2.2面コーナーリフレクタアレイの空中タッチディスプレイへの応用
   おわりに
 
  第3項 TOFセンサ付空中ディスプレイ
   はじめに
   1.TOFセンサ付空中ディスプレイの原理
    1.1 基本構成
    1.2 高輝度空中ディスプレイ「オルタス製 空中ディスプレイ用モニター 」
     1.2.1 空中ディスプレイ開発の方向性
     1.2.2 光学設計のポイント
    1.3 TOFセンサ「BT方式TOFセンサモジュール」
    1.4 制御技術:ミドルウェア「フィンガージェスチャー (AIplay版)」
   2.TOFセンサ付 空中ディスプレイの採用事例
    2.1 リゾートホテル 無人チェックインカウンター
    2.2 大手旅行事業者A社 接客用テーブル
    2.3 その他の採用事例
    2.4 空中ディスプレイの期待される分野
   3.今後の開発の方向性
    3.1 光学技術の応用による方向性
    3.2 スリムタイプ空中ディスプレイ(触・れ・な・い操作パネル) 開発コンセプト
    3.3 課題
    3.4 課題を改善していく為の今後の取組み
  
  第4項 感覚フィードバックを提示する空中ヒーター技術
   はじめに
   1.直交ミラーアレイ
   2.角パイプアレイ
   3.二層矩形ミラーアレイ
   4.触ると温かさが感じられるマルチモーダル空中ディスプレイ
   おわりに
 
  第5項 錯覚を利用した疑似力触覚フィードバックとその応用技術
   1.疑似力触覚の概要
   2.疑似力触覚フィードバックを応用した非接触ディスプレイ
   3.より広域な身体部位における疑似力触覚フィードバック
   おわりに

  第6項 超音波によるバーチャル触覚技術
   はじめに
   1.超音波が触感生成する仕組み
   2.ウルトラリープ社のハプティクス技術
   3.安全性について
   4.空中ディスプレイに触感を加える利点
    4.1 空中ディスプレイへ触感を加える主な利点
   5.空中ハプティクスの主なメリット
   6.空中ハプティクスのアプリケーション事例
    6.1 オートモーティブ
     6.1.1 グループPSAの事例
    6.2 デジタルサイネージとキオスク
     6.2.1 ホシデン株式会社の事例
    6.3 その他のアプリケーション
   おわりに〜ウルトラリープ社について

 第3節 関連部材の設計ポイントと開発動向
  第1項 空中結像向け精密シートレンズ (Precise sheet lenses for aerial display)
   はじめに
   1.シートレンズについて
    1.1 フレネルレンズ
    1.2 レンチキュラーレンズ
    1.3 シートプリズム
    1.4 フライアイレンズ・マイクロレンズアレイ
   2.シートレンズの空中ディスプレイへの応用
   3.シートレンズの設計と製造技術
    3.1 シートレンズの設計
    3.2 シートレンズの金型製造と留意点
    3.3 シートレンズの成形方法と留意点
   おわりに

  第2項 再帰反射シート
   はじめに
   1.再帰反射シートの構造と特徴
    1.1 ビーズ型再帰反射シート
    1.2 ビーズ型再帰反射シートの種類
     1.2.1 オープンレンズ型再帰反射シート
     1.2.2 封入レンズ型再帰反射シート
     1.2.3 カプセルレンズ型再帰反射シート
    1.3 プリズム型再帰反射シート
    1.4 プリズム素子の形状
    1.5 プリズム型再帰反射シートの種類
     1.5.1 内部全反射タイプのプリズム型再帰反射シート
     1.5.2 鏡面反射タイプのプリズム型再帰反射シート
   2.再帰反射性能の評価
   3.空中ディスプレイ用の再帰反射シート
    3.1 再帰反射シートの設計
    3.2 再帰反射シートの表面処理
    3.3 空中ディスプレイ装置の各材料配置
    3.4 空中ディスプレイ装置の応用
  
  第3項 ビームスプリッター
   はじめに
   1.円偏光ビームスプリッター原理
    1.1 円偏光とは
    1.2 円偏光スプリッター作製方法
   2.円偏光スプリッターに対する本論での思想
    2.1 液晶で円偏光を発現させるためには
   3.日本ゼオンの液晶を用いた円偏光ビームスプリッター(開発中)
    3.1 概略
    3.2 ピッチ調整方法
    3.3 フィルムの作製
     3.3.1 可視光域円偏光ビームスプリッター
     3.3.2 赤外域円偏光ビームスプリッター
    3.4 らせん構造の検証
    3.5 円偏光度
   4.空中ディスプレイへの応用例
    4.1 理論
    4.2 空中ディスプレイ作製例
   おわりに
  
  第4項 ASKA3Dプレート
   はじめに
   1.原理・構造
    1.1 基本原理: 2面直交リフレクタ(鏡)
    1.2 ASKA3Dの原理
    1.3 光学シミュレーション
   2.製造方法(代表的な例)
    2.1 硝子基板積層方式
    2.2 樹脂射出成型方式
   3.応用分野
   4.実績紹介
   5.今後の開発と展望
    5.1 広視野角・高輝度 NT−Disc
     5.1.1 光学シミュレーション結果
     5.1.2 今後の開発展望
   おわりに

  第5項 低複屈折樹脂
   1.「アクリビュア®」の技術概要
   2.成形体の特徴
   3.空中ディスプレイ用部材としての適応
   4.適応可能性検討
    4.1 空中映像、鏡面反射像の確認
    4.2 偏光サングラス下での使用可否確認
   5.まとめ
  
  第6項 アーク3D表示用ガラスプレート
   はじめに
   1.ガラスの円弧状の傷加工
    1.1 ケミカル加工の特徴
     1.1.1 加工面粗さ
     1.1.2 曲げ強度
    1.2 ウェットエッチング方式
   2.アーク3D表示の性能評価
    2.1 アーク3D表示用プレート比較
    2.2 アーク3D表示モード
    2.3 アーク3D表示視野角特性
   3.想定される利用例
    3.1 固定ボタンへの展開
    3.2 宣伝・広告への展開
   おわりに

第3章 非接触での生体センシング技術及びデバイス設計開発のポイント
 第1節 非接触かつ人に意識させない生体センシング及び信号解析
  第1項 生体情報処理の基礎とデータマイニング
   はじめに
   1.生体信号計測の基礎
    1.1 生体信号の種類とセンシング方法
    1.2 生体信号センシングにおける注意事項
    1.3 生体信号計測時のノイズ対策
    1.4 生体計測時に実施される信号処理
   2.生体信号処理の基礎
    2.1 生体信号処理の手順
    2.2 前処理
    2.3 生体信号処理の一般的注意事項
   3.生体情報のデータマイニング
    3.1 生体信号・生体情報のデータマイニングとは
    3.2 生体信号に対するデータマイニングの方法
    3.3 生体信号のデータマイニングの例
    3.4 生体信号処理技術の非医療目的の利活用
   おわりに

  第2項 非接触計測におけるノイズ対策
   はじめに
   1.非接触生体計測技術
    1.1 圧力変化・変位・加速度変化による計測
    1.2 動画像による計測
    1.3 容量結合型回路による計測
    1.4 マイクロ波ドップラーセンサによる計測
   2.非接触計測におけるノイズ
    2.1 環境要因によるノイズ
    2.2 回路要因によるノイズ
    2.3 生体要因によるノイズ
   3.ノイズ対策技術
    3.1 回路技術による対策
    3.2 デジタル信号処理による対策
    3.3 マルチモーダルセンシングと機械学習
    
  第3項 非接触心拍計測および心臓の状態の可視化技術
   はじめに
   1.非接触心拍計測と心拍変動
   2.心臓機械現象の解明に向けた非接触心拍計測の応用
    2.1 心臓の機械現象
    2.2 三次元画像計測
    2.3 ハイブリッドステレオ法による非接触心拍計測
     2.3.1 計測システムの概要
     2.3.2 心拍波形の抽出
     2.3.4 心拍の可視化
   おわりに 

  第4項 ベッドセンサーシステムによるバイタルセンシング技術と製品展開
   はじめに
   1.開発の背景と目的および相対的優位性
   2.荷重センサによるセンシング技術について
    2.1 センサ原理とその構造
    2.2 バイタルサインを捉える方法やそのために必要な要素技術
   3.販売中の介護施設向け製品で見るシステム構成
   4.開発中の呼吸・心拍検知システムの取り組みや精度検証内容
    4.1 精度評価と信頼性、性能判断基準
   5.今後の展望、普及拡大に対する取り組み

 第2節 音声認識技術
  第1項 音声ユーザーインターフェース(音声UI)の技術的要素及び開発のポイント
   はじめに
   1.音声UI の技術と特徴
    1.1 音声UI を支える技術
    1.2 音声UI のメリット
    1.3 音声UI の課題
   2.音声対話開発
    2.1 音声対話の分類
    2.2 対話に必要な要素
     2.2.1 キャラクタ
     2.2.2 シナリオとコンテンツ
     2.2.3 会話スキーム
     2.2.4 エクスプレッション(表現)
     2.2.5 インタラクション
     2.2.6 ブレインとハート
   3.音声UXデザイン
   4.音声UIの将来性と展望

 第3節 画像処理
  第1項 顔認識を取り巻く技術動向及びその応用
   はじめに
   1.顔認識と顔認証
   2.顔認識技術の歴史
   3.機械学習と顔認証技術
   4.ニューラルネットワークと深層学習
   5.顔認証を取り巻く技術整備
    5.1 OpenCV
    5.2 Tensorflow
    5.3 GPU (Graphics Processing Unit)
    5.4 クラウドコンピューティング

  第2項 顔画像センシングによるドライバ状態推定技術
   はじめに
   1.顔画像センシング
    1.1 顔検出技術
    1.2 顔器官検出技術
    1.3 顔向き・視線検出技術
   2.ドライバ運転集中度センシング
    2.1 運転集中度センシングの指標
    2.2 運転集中度センシングの入力情報
    2.3 運転集中度センシングの構成
    2.4 評価
   3.ドライバ眠気推定技術
    3.1 眠気レベルの定義
    3.2 眠気推定技術の特徴量
     3.2.1 AECT (average eye closed time)
     3.2.2 Soft PERCLOS
    3.3 眠気推定技術の構成
    3.4 評価
   おわりに

  第3項 複雑な表情認識の最新技術とその応用
   はじめに
   1.表情認識アプローチ
    1.1 Basic Emotion
    1.2 Valence-Arousal
    1.3 Facial Action Coding System (FACS)
   2.FACSによる表情認識技術
    2.1 Action Unitの認識
    2.2 Action Unitの組合せによる表情メッセージの認識
   3.会議やワークショップの活性化支援に向けた表情認識の活用
    3.1 背景と目的
    3.2 開発技術
    3.3 活性度の分析
   4.E-Learning学習者サポートに向けた表情認識の活用
    4.1 背景と目的
    4.2 集中度合い推定の課題と提案手法
    4.3 評価実験と結果
   おわりに

  第4項 ジェスチャーUIとAR物体操作
   はじめに
   1.ジェスチャーによる遠隔・非接触操作
    1.1 空中ポインティング操作のための指差し方向認識
    1.2 手のひらの向きで操作するユーザインタフェース
    1.3 多人数操作可能なインタラクティブデジタルサイネージ
   2.拡張現実感(AR)における空中入力と物体操作
    2.1 空中タイピングインターフェース
    2.2 三次元タッチパネル/三次元テーブルトップインターフェース
    2.3 シースルーモバイルARシステム
   おわりに

 第4節 人体通信技術
  第1項 人体通信技術の基礎及び応用例
   1.人体通信技術について
   2.電界方式人体通信の原理
    2.1 磁界と電界
    2.2 人体通信技術の原理
   3.人体通信におけるデバイス設計ポイント
    3.1 雑音対策
    3.2 スペクトラム拡散方式
    3.3 低消費電力化
   4.ビジネス応用例
    4.1 人体通信技術の特徴
    4.2 新しい生活様式
     4.2.1 ビジネススタイルの変化(テレワークの勤務管理)
     4.2.2 生活スタイルの変化
   5.人体通信ビジネスの普及拡大への取り組み
    5.1 人体通信コンソーシアム
    5.2 日韓合同 人体通信研究会
   
  第2項 電界通信を用いたタッチレスゲート
    はじめに
    1.従来型ゲートの課題
    2.人体近傍通信
     2.1 人体近傍通信技術の概要
     2.2 人体近傍通信技術のタッチレスゲートへの応用
    3.電界通信技術
     3.1 電界通信の特徴
     3.2 電界通信の原理
      3.2.1 通信に用いる信号経路
      3.2.2 通信原理
      3.2.3 搬送波周波数の選定
     3.3 電界通信認証システムの機器構成
     3.4 通信の安定性と環境ノイズへの対応
    4.タッチレスゲートへの電界通信技術応用
     4.1 電界通信を用いたタッチレスゲートの機器構成
     4.2 電界通信を用いたタッチレスゲートの課題と対策
    5.今後の展望
    おわりに

第4章 これからの時代におけるキラーアプリケーション検討
 第1節  タッチレスエレベータ
  はじめに
  1.基本仕様
   1.1 タッチレスセンサ仕様
    1.1.1 適用センサ
    1.1.2 動作仕様
   1.2 押ボタンとの併設
  2.操作盤概要
   2.1 第1世代:タッチレスセンサ単独設置型操作盤
   2.2 第2世代:タッチレスセンサ・押ボタンハイブリッド型操作盤
   2.3 第3世代:タッチレスセンサ組込押ボタン
  3.今後の展望と課題
  おわりに

 第2節 ボタン操作のタッチレスソリューション(空中入力装置の開発)
  はじめに
  1.空中入力装置開発の背景と目的
   1.1 タッチレス入力インターフェースの必要性
   1.2 タッチレス入力インターフェースの検討経緯
  2.空中入力装置の特長
  3.空中入力装置の開発内容
   3.1 空中像表示技術 
   3.2 空中入力センシング技術
  4.タッチレスソリューションの今後の展開

 第3節 デジタルサイネージへの応用に向けたシステム開発と課題対策
  はじめに
  1.大型空中サイネージを実現する光学技術
  2.大型空中サイネージにおける課題
  3.課題解決への取り組み〜反射像の不可視化〜
  4.課題解決への取り組み〜空中像の認知性向上〜
  5.試作機の開発
  まとめ

 第4節 これからの時代のタッチレスインターフェイスについて
  はじめに
  1.開発背景について
  2.製品コンセプト
  3.製品概要
   3.1 インターフェイス アシスタント機能
   3.2 仮想ボタン
  4.利用用途
   4.1 医療向け
   4.2 デジタルサイネージ
   4.3 プレゼンテーション
  5.コロナ禍によるニーズの変化とアフターコロナに向けて
   5.1 タッチパネルコンテンツのタッチレス化
  6.タッチレス インターフェイスの課題 
  7.今後の展開について

 第5節 マイクロミラーアレイ素子を用いた空中ディスプレイとインタラクションデザイン
  はじめに
  1.環境反射型空中像の設計とインタラクションデザイン
   1.1 EnchanTable:テーブル面の反射を用いた直立空中像ディスプレイ
   1.2 Scoopirit:水面上に空中像が浮かぶ表現
   1.3 PortOn:光沢平面上に直立空中像を表示する可搬式光学系
  2.空中像表示撮像一致型の設計
   2.1 GoThro:空中カメラの実現
   2.2 Levitar:空中像になりきるための視点転送設計
  おわりに

 第6節 感染症対策に向けた非接触タッチパネル実装と活用への展望
  はじめに
  1.開発経緯
  2.開発品の特徴と強み
  3.様々な展開への応用の形
  4.グローバル対応も視野に 

 第7節 顔認証の新たな価値と用途及び最新技術動向
  はじめに
  1.顔認証とは
   1.1 顔認証の仕組み
   1.2 顔検出技術
   1.3 顔照合技術
   1.4 顔認証技術の現在
  2.顔認証をとりまく動向、活用事例
   2.1 顔認証をとりまく動向
   2.2 活用事例
    2.2.1 空港
    2.2.2 オフィスビル
    2.2.3 PCセキュリティ
   2.3 COVID-19下における顔認証の新たな役割
  3.マスク着用に特化したNECの顔認証技術

番号:BC201202

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