表紙と目次 FPDへの人間工学的要求 −Web調査2006の結果を交えて− 成蹊大学理工学部窪田悟１．コンピュータディスプレイのユーザー評価（１）LCDの高輝度・高コントラスト化の弊害（２）クリアパネルの普及による反射グレア増加の問題２．APL，観視者の年齢，照明環境を考慮した FPDの最適輝度制御（１）テレビ映像とPC画像の平均輝度レベル（ALL）（２）ALLの関数としての最適輝度（３）各種ディスプレイのピーク白輝度のALL依存性（４）知覚される黒レベルのALL依存性（５）ディスプレイの輝度のダイナミックレンジとコントラスト比フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 ★ディスプレイのErgonomics ディスプレイの人間工学ユーザーの視覚特性コントラスト感度特性視力、加齢の影響など作業特性・表示内容物理的環境作業時間、コンテンツ、アプリケーション現場調査 Web調査ディスプレイの表示特性光環境、作業空間、視距離など利用現場におけるユーザー評価見やすさ、画質、疲れにくさ実験的研究視認性が高く、画質が良く、視覚負担が少ないディスプレイの設計・開発の指針フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 ★Web調査の概要１．コンピュータディスプレイのユーザー評価 Web調査2006の概要調査期間 2006年11月2日∼24日対象者主としてディスプレイ関連業界の方々回答者数 564名（過去7年間では延べ約2500名）調査項目 ①回答者の属性：年齢，作業内容，作業時間など ②ディスプレイの特性：画素構成，ｻｲｽﾞ，方式など ③文字の表示特性：大きさ，明るさ，CRなど ④目と身体部位の疲労感：目や身体の自覚症状フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 ディスプレイの種類の年次変化ディスプレイの種類の変化ディスプレイの種類の変化 CRT LCDモニター LCDノート 100% 27.7 80% 29.8 37.6 35.7 32.6 CRTは0.7%(4/563)まで 40.8 45.6 減少した．ノートの増加傾向が認められる． 60% 43.7 54.1 40% 20% 52.3 64.6 56.2 53.7 28.6 16.1 0% 58.7 10.1 5.6 2.8 3 0.7 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 N=202 N=186 N=369 N=315 N=319 N=493 N=563 年度フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 作業時間の年次変化ディスプレイ作業時間の推移ディスプレイ作業時間の推移 8 CRT LCDﾓﾆﾀｰ LCDﾉｰﾄ 1日あたりの時間自宅での使用を含む 7 6 5 4 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 年度 2004年から家庭でのPC利用時間も聞き取っているが，多くの回答者が家庭でもPCを使用している．平均使用時間は約１時間，会社での使用を合計すると1日あたり平均7∼8時間ディスプレイに向かっていることになる． 2002年度までの延長傾向は一段落した．2002年までにPCがオフィスに一人1台でほぼ普及したと言えよう．CRTは2003年度以降サンプル数が少なく比較の対象とならないのでプロットしていない．フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 ★高輝度・高コントラスト化の弊害（１）LCDの高輝度・高コントラスト化の弊害フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 明るさコントラストと目の疲れ明るさ・コントラストと終業時の目の疲労感コンピュータディスプレイのユーザー評価2006のデータ翌日以降ま 4 で疲れが残る画面の明るさと視覚疲労 N=558 帰宅後まで疲れが3 残るコントラストと視覚疲労翌日以降ま 4 で疲れが残る N=553 p<0.05 p<0.01 帰宅後まで疲れが3 残る多少疲れた感じはするがすぐに回2 復する多少疲れた感じはするがすぐに回2 復するほとんど疲れを感じな 1 いほとんど疲れを感じな 1 い暗すぎる（N=61）ちょうどよい（N=424）明るすぎる（N=73) 低すぎる (N=76) ちょうど良い (N=457) 高すぎる (N=20) 使用しているディスプレイの明るさおよびコントラストの主観評価結果と終業時の目の疲労感を示す．いずれも，調節の重要性を示している．個々のユーザーと環境，タスクに適応した表示を実現する技術の重要性を示している．フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 モニターLCDの表示輝度の現場測定成蹊大学内の情報処理センターの８つの部屋に設置された LCDモニター合計227台（センター全体では700台以上設置されている）の表示輝度を使用現場で測定した．同時に画面照度も測定した．輝度の測定 TOPCON BM-3で，測定角2° 画面照度の測定 MINOLTA 色彩照度計 CL-200 フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 291-300 10 281-290 12 271-280 輝度調節をしたと思われるモニターの分布 261-270 251-260 241-250 231-240 221-230 211-220 201-210 191-200 181-190 171-180 161-170 151-160 141-150 131-140 121-130 14 111-120 16 101-110 91-100 ％ 227台のモニターLCDのピーク白輝度の現場測定値 18 N=227 ほとんど輝度調節していないモニターの分布 8 6 4 2 0 白ピーク輝度（cd/㎡）フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 モニターの過度な輝度は写真撮影でも明らか一番手前のモニターは環境に合わせて輝度を下げている．この席は一番うしろで照度が低く，たまらずに調節したユーザーがいたものと考えられるフラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 表示輝度と消費電力（ 17型モニターLCD）画面輝度と消費電力 35 約３０％の省エネ y = 0.0546x + 10.375 R2 = 0.9858 30 消費電力(W) 25 20 適正輝度レベルまで下げることによって約30％の省エネが可能 15 10 5 0 0 100 200 300 画面輝度(cd/㎡) 400 500 フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 高輝度化の傾向暗すぎる 2002 14.2 2003 年度ちょうど良い 18.3 2004 明るすぎる 77.5 8.3 71.8 9.9 73.7 15.4 10.9 2005 10.8 78.3 10.9 2006 11.0 76.0 13.0 0% 20% 40% 60% 80% 100% 「暗すぎる」よりも「明るすぎる」が相対的に増加している．映像の表示に対応するため高輝度，高コントラスト化が加速する可能性がある．フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 明るさの調節頻度と調節の必要性の認識度画面の明るさ評価と調節頻度導入した時に調節したまままったく調節していないごくまれに調節するもともと調節で画きない面の明るさ評価まったく調節していないごくまれに調節する 0% 20% まったく調節していないごくまれに調節する 40% 60% 80% する必要を感じない 100% ある程度するおおいにするする必要を感じないある程度するおおいにする暗すぎる N=61 １日に何回も調節する導入した時に調節したまま明るすぎる N=73 導入した時に調節したままちょうど良い N=421 明るすぎる N=73 ちょうど良い N=421 おおいにする１日１回程度は調節する１日１回程度は調節する暗すぎる N=61 画面の明るさ評価調節しやすければ調節するか？する必要を感じない 0% 20% ある程度する 40% 60% 左の図に示すように「導入したときのまま」のために明るすぎる状態で使用している実態が見える．右の図に示したようにユーザーもその重要性に気がついていない．電子ディスプレイと印刷紙面の根本的な違いに起因する問題である． 80% 100% フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 輝度調節のしやすさの評価明るさの調節しやすさはどうか？明るすぎる N=73 できない 1 ややしにくいどちらともいえな 4 しやすい 6 い輝度調節機構のユーザビリティの問題も見えるちょうど良い N=419 できないしにくい 1 どちらともいえないややしにくい 4 しやすい 6 できない暗すぎる N=61 画面の明るさ評価しにくい 1 しにくい 0% 20% ややしにくい 40% どちらともいえな 4 しやすい6 い 60% 80% 100% フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 輝度調節機構のユーザビリティの問題背面にオーディオボリュームと並んで配されており，後ろから至近距離で覗き込まないと区別がつかない．半分が埋め込まれているので回しにくい，これでユーザーに調節を促すのは酷である．ユーザビリティを上げてもユーザー自身が過度な輝度に気がついていない問題をどうするかが次の課題フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 ★クリアパネルの普及による反射グレア増加の問題（２）クリアパネルの普及による反射グレア増加の問題フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 クリアパネルの割合クリア, 3.7 モニター (N=297) 不明, 8.4 業務利用でもノートPCのクリアパネルは11.9%に達していることを意味する AG, 87.9 クリア, 11.9 ノート (N=252) 不明, 9.1 0% AG, 77.8 20% PDP 0% LCDモニター 57% CRT 1% 40% その他 0% 60% CRT LCDノート LCDモニター PDP その他 80% LCDモニター 26% 100% その他 0% PDP 0% クリアパネルの 72％はノートPC CRT 2% CRT LCDノート LCDモニター PDP その他 LCDノート 42% LCDノート 72% AG処理（N=476) クリア（N=42) フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 映り込みが見えた割合年次変化 35 25 20 15 10 5 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 年度 40 照明の映り込みが見えた割合（％）映り込みが見えた割合（％） 30 照明器具窓 LCDﾓﾆﾀｰ LCDﾉｰﾄ 35 30 25 20 15 10 5 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 年度反射の問題が再燃しないか？ノートPCにおけるクリアパネルの増加が照明器具の映り込みを明らかに増加させている．ノートPCはモニターより画面を上向きで使用するので，オフィスでは照明器具が映り込みやすい．フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 AGとクリアの視覚負担の比較表面処理と視覚疲労有意差なしだが・・・右の作業時間を考慮するとどうか 10 一日あたりの作業時間（ｈ）翌日以降ま4 で疲れが残る帰宅後まで3 疲れが残る多少疲れた感じはする2 がすぐに回復する 8 6 4 2 ほとんど疲れを感じな1 い 0 AG処理（N=476) クリア（N=42) AG処理（N=467) クリア（N=42）右の図に示したように，クリアの方が約１時間作業時間が短いのにもかかわらず平均値は AGより高い（統計的に有意ではないが）．フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 AGとクリアによる目の症状非常に 3 ある表面処理と目の自覚症状 AG処理 N=467 p=0.06 クリア N=42 p=0.06 p<0.05 ある2 ややある1 ない頭が痛いまぶしいすぐにはっきりと見えないクリアの方が１日あたり約1時間，作業時間が短いのにもかかわらずこのような傾向が見えるまばたき目が充血する目が乾く涙が出るしょぼしょぼする目が痛い 0 フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 AGとクリアパネルの画質 6 いずれも有意差無し AG処理（N=476) クリア（N=42) 平均評定値 5 クリアパネルは何のために？家庭での利用はともかく，オフィスにクリアパネルのノート PCを普及させるのは理解しがたい． 4 ユーザーも映り込みの問題の重要性に気がついていないことが多いので，売れれば良いというメーカーの姿勢が問われる． 3 2 精細度明るさコントラスト主観評価項目鮮明さフラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 ２．APL，観視者の年齢，照明環境を考慮した FPDの最適輝度制御（１）テレビ映像とPC画像の平均輝度レベル（ALL：Average Luminance Level）（２）ALLの関数としての最適輝度（３）各種ディスプレイのピーク白輝度のALL依存性（４）知覚される黒レベルのALL依存性（５）ディスプレイの輝度のダイナミックレンジとコントラスト比フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 （１）テレビ映像とPC画像のALL 2. 2 H W （Average Luminance Level） 1  Y (i, j )  = × 100 ﾕﾆﾊﾞｰｻﾙ・ﾋﾟｸﾁｬｰｽﾞ・ｼﾞｬﾊﾟﾝ：恋に落ちたｼｪｰｸｽﾋﾟｱより ALL=7.97 ALL  ∑ ∑ H ×W  i =1 j =1 ALL=30.8  255  ALL=83.2 フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 テレビ映像とPC画像のALL 20 テレビ映像 N=200 PC画像 PC画像テレビ映像 N=320 10 5 ∼96 ∼88 ∼80 ∼72 ∼64 ∼56 ∼48 ∼40 ∼32 ∼24 ∼16 ∼8 0 0 ％ 15 画像の平均輝度（ピークを100とする相対値） H W 1  Y (i, j )  ALL =   ∑ ∑ H × W i =1 j =1  255  2 .2 PC画面については，4名のPC ユーザーによって，普段使う可能性の高い画面を，一人当たり50フレーム，合計200フレームをサンプリングして，JPEG保存して輝度情報を解析した．テレビ映像については,中村ら(5), 野本ら(6)が分類解析に用いた映像を，2名の分析者が映像を再生しながら，それぞれのコンテンツで典型的と思われるフレームを合計320フレームサンプリングした．これらをJPEG保存して輝度情報を解析した． × 100 フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 （２）ALLの関数としての最適輝度実験方法 ① 実験に用いたディスプレイ 17型LCDモニター(SXGA, TNモード, コントラスト比 1000 : 1, 輝度調整範囲20∼400cd/㎡, 相関色温度6500K) ② 被験者若年者20名 (平均21.3歳) 高齢者24名 (平均68.9歳) ③ 画面照度 100 lx，300 lx ④ ALLの異なる36種類の画像の主観的な最適輝度をLCDのバックライトの自己調整により求める実験風景 ⑤ 調整の基準｢最も見やすく,画質がよく,長時間見ても疲れない｣フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 画像のＡＬＬと最適ピーク白輝度との関係(100lx) 画面照度 100 lx：高齢者24名vs若年者20名 1000 最適ピーク白輝度(cd/㎡) 高齢者若年者 y = 288.59x-0.2007 R2 = 0.8016 Lp = k × ALL α zLｐ = 主観的に最適なピーク白輝度(cd/㎡) zALL = 平均輝度レベル (最高を100とする相対値) 100 幾何平均値と１標準偏差 zｋとαは, 照明環境や被験者の年齢によって異なる係数. y = 173.8x-0.1712 R2 = 0.6765 10 1 10 画像信号から求めたALL(最高100とする相対値) 100 フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 画像のＡＬＬと最適ピーク白輝度との関係若年者20名，高齢者24名：画面照度 100 lx vs 300 lx 1000 最適ピーク白輝度(cd/㎡) 100 300 100 300 lx若年 lx若年 lx高齢 lx高齢 Lp = k × ALLα 高齢者群 100 ■100lx 幾何平均値若年者 ○300lx 若年者 ■100lx 高齢者 ○300lx 高齢者 -0.17 y=174x y=190x-0.14 y=288x-0.20 y=304x-0.19 2 R =0.68 R2=0.54 R2=0.80 R2=0.79 若年者群 10 1 10 画像信号から求めたALL(最高100とする相対値) 100 フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 （３）各種ディスプレイのピーク白輝度の ALL依存性 PDP CRT1 CRT(TEXT) CRT(MOVIE) LCD1 LCD2 LCD3 実験値ピーク白輝度（相対値） 1000 100 10 1 10 100 平均画像輝度ALL（全白を100とする相対値）フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 （４）知覚される黒レベルのALL依存性実験方法各画像には，下図に示したように視角0.5°幅の黒のストライプを３本表示し，被験者にこのストライプの輝度を黒に知覚される限界レベル（黒浮きしない黒）に調節させた．被験者は３本のストライプを常に目でスキャンしながら調節した．調節は被験者の手元のマウスのホイールを回転させておこなった．背景一様な画像の例実際の映像を用いた画像の例ﾕﾆﾊﾞｰｻﾙ･ﾋﾟｸﾁｬｰｽﾞ･ｼﾞｬﾊﾟﾝ：恋に落ちたｼｪｰｸｽﾋﾟｱよりフラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 結果 ALLと黒レベルの輝度 18名の平均値 10 6∼22：ALLの異なる画像の番号一様な背景に対する回帰式 y=0.189x0.472 r2=0.989 ブラックレベル（cd/㎡） ×：一様な背景の画像 11と20を除いた予測式 y=0.137x0.459 r2=0.787 1 20 11 17 8 9 6 14 13 7 15 18 19 16 12 23 21 22 10 画面照度100 lx， 32型液晶テレビ，視距離1.2m（３H)，画像はALLが既知の静止画（SD)，被験者は大学生18名実験機の表示可能ブラックレベル 0.1 1 10 100 平均画像輝度ALL（cd/㎡） 1000 フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 （５）ディスプレイの輝度のダイナミックレンジとコントラスト比次の表はこれまでの実験結果から画面照度 1 ∼1,000 lx （ほぼ暗室から量販店の店頭レベル）において，黒浮きしない黒レベルを満たし，同時にピーク白の要求を満たす条件を試算した結果である．ピーク白については，まぶしさ感の実験(4) におけるモデルのべき数を0.35乗とし，家庭の平均画面照度(3)100 lxで300cd/㎡とした．100 lxで300cd/㎡は実態調査に基づきCRTテレビの家庭での平均250cd/㎡の2 割増しに操作的に設定したものである．このモデルにおいて，ほぼ暗室におけるピーク白は，60cd/㎡となり，映画のピーク白の規格に近く，概ね妥当なモデルと考えられる． F列に示したように，店頭（画面照度1,000 lx）から暗室（画面照度1 lx）までをバックライト制御なしでカバーするためには約6000:1のダイナミックレンジが必要である．店頭から家庭の10パーセンタイルまでの範囲であれば概ね1200:1で要求値を満たすことができる．ただし，映像のALLの下限が実験で用いた花火が前提である．ALLがさらに低い映像ではさらに広いダイナミックレンジが求められる．今後はコンテンツと要求される輝度特性との関係，視聴環境と輝度特性との関係をさらに検討していく必要がある．画像の輝度分布からのコンテンツ分類(5)， (6)，輝度順応レベルと明るさ感(7),(11)，視聴環境と表示特性(3),(8)，APLと最適輝度(2)(10)(11)などがすでに検討されている．さらには高齢者や子供の視覚特性・行動特性を考慮したテレビの設計(2),(4),(9)が求められる．フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 ディスプレイの輝度のダイナミックレンジとコントラスト比ＡＢ* Ｃ** D*** E F バックライト制御をしない場要求黒レ視野のコントラ合にLCDパネルに要求され画面照度平均輝白輝度ベルの実スト比る輝度のダイナミックレン験値 La^0.35 度視聴環境条件 Ei CR ジ，すなわち←→の範囲を Lb （cd/㎡） La (lx) Ｃ／D カバーするために必要なコ（cd/㎡）（cd/㎡）ントラスト比 1 ほぼ暗室 2 3 4 5 6 家庭の10％tile 7 家庭の平均 8 家庭の90％tile 9 10 量販店 1 2 5 10 20 50 100 200 500 1000 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 50 100 60 76 105 134 171 235 300 382 527 672 0.11 0.15 0.22 0.29 0.39 0.58 0.77 1.04 1.52 2.04 534 509 477 455 433 406 387 369 346 330 5996 C10/D1 3050 C10/D3 1704 C10/D5 1160 C10/D6 867 C10/D7 330 C10/D10 B* 観視環境の実態調査（文献(4)）に基づく，画面照度×0.1 まぶしさの実験（文献(4)）から得られたべき乗値を用い，家庭の平均的環境で300cd/㎡に合 ** C わせた値，300cd/㎡はCRTの1%パッチの実測値より2割高い輝度，この範囲でひとつのべき関数が成立するという前提，視野の平均輝度Laの0.35乗とした場合 D*** 黒輝度の実験（文献(4)）による黒レベルフラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 まとめに代えて ① ユーザー自身も問題に気がついていないことが多いので潜在的な問題を縦断的な研究で顕在化させていく必要がある ② APL，コンテンツ，観視環境，利用者の視覚特性を総合的にとらえた視覚負担の少ない輝度制御が必要である ③ ディスプレイに要求される輝度のダイナミックレンジと特定の画像における輝度のコントラスト比は当然のことながら分けて考える必要がある ④ 映像信号の送出側からリビングやオフィスにおける観視環境までを視野に入れた横断的な研究が必要である ⑤ 将来的なディスプレイの大型化では環境の中に存在するディスプレイから環境を創出するディスプレイになると予想されるので新たな視座が必要だろうフラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007 参考文献 (1)窪田：コンピュータディスプレイのユーザー評価 http://amadeus.is.seikei.ac.jp/~kubota/ ，2000-2006 (2)窪田，羽原，中村，山川，野本，城戸：平均画像レベル，観視者の年齢，照明環境を考慮した液晶ディスプレイの輝度制御に関する研究，信学技報（ヒューマンインフォメーション研究会，メディア工学，映像表現＆コンピュータグラフィックス合同研究会），北海道大学， 2007.2.23 (3)窪田，嶋田，岡田，中村，城戸：家庭におけるテレビの観視条件，映像情報メディア学会誌，60巻，4号， pp.597-603，2006.4 (4)窪田，澤，山川，中村，城戸：照明環境と観視者の視覚特性を考慮した液晶テレビの輝度制御に関する研究，信学技報，Vol.105，No.608，2006 (5)中村，山川：輝度ヒストグラムによるコンテンツ分類の検討，信学技報，Vol.105， No.608，2006 (6)野本，城戸，中村，早川：テレビ番組と所望される画質との関係の感性モデル，信学技報，SIS2005-68，pp.49-54, 2006.3 (7)Kimura et al.：New Technologies for Large-Sized High-Quality LCD TV, SID 05, Digest, pp.1734-1737, May 2005. (8)Fujine et al.：“Real-Life In-Home Viewing Conditions for FPDs and Statistical Characteristics of Broadcast Video Signal”，AM-FPD 2006， 2006 (9)窪田，山川，中村，野本，城戸：子供のテレビ視聴距離，映像情報メディア学会誌， 61巻，2号， pp.234-236，2007.2 (10)Segler et. al.,”The Inportance of Contrast and its Effect on Image Quality, ”SMPTE Motion Imaging,Vol.111,No.11,pp.533-540,2000 (11)窪田：FPDテレビに求められる人間工学的条件，FPDｲﾝﾀｰﾅｼｮﾅﾙ2006 フラットパネルディスプレイの人間工学シンポジウム2007