JP4517072B2 - ヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒューマン・インタフェースの自由度効率を評価するヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置に関するものであり、具体的には、機械装置を操作するためのボタンやハンドルやキーボード等の操作具、およびマウスやタッチパネルを用いたコンピュータの画面表示によるグラフィカル・ユーザ・インタフェースを用いる入力装置についての評価を行うヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置に関するものである。

一般に、機械装置を操作し、または指示を与える入力装置については、操作方法が簡便であって、理解と習得が容易であることが要求される。この要求は、冗長なボタンを削除して、入力装置を簡略化することによって達成できる。また、操作のためのパラメータ入力については人間の指示によらず、事前に定められた値にて設定することによって、入力装置を操作する契機自体を簡略化することによっても達成される。

しかし、入力装置は、機械装置の高機能化が進むに伴い、多様で詳細な入力指令を受け付けることが要求されるようになった。この要求に応じるには、入力装置の操作自由度を増大させなければならない。このため、入力装置の簡略化を行うことができない。

このように、入力装置の操作自由度を適正化する方法が求められる。すなわち、操作方法が簡便であるように、入力装置の冗長な部分を簡略化し、詳細な入力指令を受け付ける場合には、必要な量だけ操作自由度を増加させることが課題となっている。

このような課題に対して、従来における入力装置の自由度の評価方法には、次のようなものがあった。
（１）一定の閾値に基づいて操作自由度の制限を行う方法：
この方法は、入力装置の操作自由度をある与件で一定の値以下になるように制限する方法である。
最も有名な制限指針としては、非特許文献１に記載されているように、Millerの「マジカルナンバ７」法がある。この方法は、人間が一時に注意を振り向けられる対象の個数は７個、もしくは５個から９個が限界であるという説に基づいて、例えば、ボタンの数を最大で７個に制限するなどの修正を入力装置に施すものである。

（２）入力装置のメニュー項目数に基づいて入力を多段化する方法：
この方法は、メニューが含むべき項目数に応じて、メニューをメインメニューとサブメニューとによる多段化した構造を生成する方法である。
例えば、非特許文献２に説明されているように、メインメニューの選択肢数は全項目数の平方根に近似させることが推奨されている。この方法によれば、メインメニューとサブメニューとによって構成される２段式のメニューの場合において、各項目の選択確率がすべて等しければ、メインメニューの選択肢数とサブメニューの選択肢数との合計の期待値を最小化する効果がある。

また、カテゴリ数の推奨値を与える一般的な公式としては、非特許文献３に説明されているように、スタージェスの式がある。この式は、項目数の２を底とする対数の値に１を加えた値を、カテゴリ数の推奨値とするものである。スタージェスの式は慣例的にしばしば用いられる。

（３）操作履歴情報を用いて操作自由度の制限を行う方法：
この方法は、操作の履歴情報のうち、各操作の発生の頻度、特に、時間的に新しい操作の発生頻度を観測し、頻度の高い操作に対して優先的に入力装置の操作自由度を割り当てることで、操作自由度を効率的に使用する入力装置を生成する方法である。例えば、「最近使ったファイル」をメニューの項目に割り当てるファイル操作用ユーザ・インタフェース・ソフトウエアなどがある。特許文献１に記載のものがこの方法を採用している。この方法は、主に、ソフトキーやグラフィカル・ユーザ・インタフェースなど、稼働中であっても特性を変更できる入力装置に用いられている。

（４）入力装置の実現に関する制約条件に基づいて操作自由度の制限を行う方法：
この方法は、表示装置に表示できるボタンの個数や、操作卓に装備できるレバーの本数などを、入力装置の構造に関する制約条件の範囲内において、操作自由度を最大化する方法である。例えば、リモコンにボタンが４つある場合、個々の操作の選択指令を４者択一のカスケード方式の質問により受け付ける方法である。例えば、特許文献２は、この方法を採用している。

また、その他に、画面に表示できるボタンの個数の上限を定め、表示するボタンの個数を常に上限値になるように設定する方法がある。例えば、特許文献３および特許文献４ではこの方法を採用している。

（５）操作実験にて計測した操作頻度に基づいて操作自由度を修正する方法：
この方法は、評価すべき入力装置を被験者に実際に操作を行わせて、例えば、各ボタンの押下回数を計測して、相対的に使用頻度の少ない操作要素を削除し、または相対的に頻度の多い操作要素を細分並列化することによって、入力装置の操作自由度を修正する方法である。
George Miller著 "The Magical NumberSeven, Plus or Minus Two: Some Limits on Our Capacity of ProcessingInformation," The PsychologicalReview, ６３巻、pp.81-97, １９５６年 ＩＳＯ９２４１−１４（ＪＩＳ Ｚ ８５２４）「人間工学−視覚的表示装置を用いるオフィス作業−メニュー対話」 HerbertSturges著 「The choice of a class-interval」 Journal of American Statistics Association, 21巻, 65?66ページ, 1926年 RichardDawkins, Marian Dawkins 著. "Decisions and the uncertainty of behaviour," Behaviour, 45巻、pp.83-103, 1973年 Miller &Madow著 "On the maximum likelihood estimate of the Shannon-Wiener measure ofinformation." Air Force CambridgeResearch Center Technical Report AFCRC-TR-54-75, pp.1-22, 1954年。 特開平７−０９８６４１号公報 特開２００２−１４９３２３号公報 特開平４−１１４２３０号公報 特開平４−１５５４３２号公報

前述したいずれの方法においても、操作自由度の最適性の判定には、情報理論的な根拠がない。具体的には、従来における各々の方法は、更に解決されるべき課題として、下記のような問題を含んでいる。

前述した（１）一定の閾値に基づいて操作自由度の制限を行う方法は、操作自由度をおよそ「７」に制限する方法であるが、この数値指標の根拠は理論的に不明確である。人間は精神が集中していれば、７つ以上の事柄に注意を払うことが可能であるし、逆に精神状態が耗弱していれば、少数の事象に対してであっても充分な注意を払えない。また、操作の文脈や学習効果によって、人間の情報処理能力は大きく変化するため、一定の数値指標は常に適正であるとは言えない。

（２）入力装置のメニュー項目数に基づいて入力を多段化する方法については、メニューの各項目が等しい頻度で選択される場合においてのみ、メニューを最適化する効果がある。しかし、一般的には、全ての項目の選択頻度が等しいことは希であり、メニューを最適化する方法である保証はない。また、メニューを多段化する際には、多段化の段数の設定が問題となるが、この方法は、段数設定に関する指針を提供しない。

（３）操作履歴情報を用いて操作自由度の制限を行う方法は、使用頻度の少ない項目に割り当てられた操作自由度を削減する方法である。この方法では、削減の対象と判定するための使用頻度の閾値を設定する必要がある。しかし、この方法は、この閾値の設定に関して理論的な指針を提供するものではない。例えば、ファイル操作用ユーザインタフェース装置において、「最近使ったファイル」メニューに表示する項目数を１５個と限る方法がある。この優先的提示の判定を行うための閾値は、入力装置の制約条件によって、または、設計者の主観的判断によって設定されたものであるため、任意のユーザに対しても最適な操作自由度を有する入力装置であるという保証はない。

（４）入力装置の実現に関する制約条件に基づいて操作自由度の制限を行う方法は、操作性とは直接関係ない制約を満足させるように操作自由度を設定しなければならず、使いやすさを保証する操作自由度が常に達成できるとはいえない。

（５）操作実験にて計測した操作頻度に基づいて操作自由度を修正する方法は、実験における操作自由度ごとの使用回数を計測することで、操作自由度の過不足を判定するものである。しかし、使用回数と操作自由度とは統計学的意味の異なる数値であるため、単純に使用回数の大小から操作自由度の過不足を判定することに困難がある。

例えば、使用頻度の少ないボタンを略す場合、ボタンを省略する判断の閾値を設定しなければならない。ここにおいても（３）「操作履歴情報を用いて操作自由度の制限を行う方法」として説明した方法の場合と同様に、閾値設定の正当性の問題が生じる。

また、一般に、重要な機能を割り当てられたボタンであっても、その使用頻度が多いとは限らない。従って、ボタンを押す頻度は少ないからという理由で、非常用機能のボタンを削除してよいとは限らない。

本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、入力装置の操作自由度の適正値の算定に対して、理論的に効率性が保障された評価の指針を与えることができるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置を提供することである。

すなわち、本発明は、具体的には、機械装置を操作するためのボタンやハンドルやキーボード等の操作具、およびマウスやタッチパネルを用いたコンピュータの画面表示によるグラフィカル・ユーザ・インタフェースを用いる入力装置についての評価を行うヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置を提供することを目的としている。

上記のような目的を達成するため、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置は、基本的な構成として、機械の操作に際して操作者に要求される認知および判断の量を低減化するため、入力装置の操作自由度の過不足を情報理論の分析手法を用いて評価し、入力装置の選択肢数やメニュー階層深さなどの構成を自動的に適正化することができる評価を行える構成とされる。

行為を行う者の認知判断の知的労力を、情報理論を用いて定量的に計測する手法は、動物行動学などで開発されてきた。例えば、非特許文献４に記載の行動分析研究では、動物の行動の確率的な不確かさを意味する行動多様度を計算し、行為者の判断の量を定量的に計測した。

これに対して、本発明のヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置においては、入力装置の操作性を適切に分析するために、下記に列挙して説明する情報理論の分析指標を算定できる構成とする。算定する分析指標のそれぞれの値の意味は、すでに情報理論および動物行動学の知見によって、下記のように理論的に分かっている。
（ａ）行動多様度は、行動のばらつきの度合いを示す値である。行動多様度の値は、行動の種類と頻度を計測したデータから算出される。また、該データは、人間の行動を予想して作成した架空のデータであってもよい。この行動多様度は、行動の選択に要した思考の量を意味する。したがって、行動の選択の思考に於ける困難度を推定できるので、非常に有用である。
（ｂ）情報伝達量は、行動の誘発原因が行動の選択に対して影響を及ぼした量を意味する。情報伝達量の値は、行動の誘発原因と誘発された行動との組み合わせの種別と発生個数を計測したデータから算出される。
（ｃ）対操作者情報報知効率は、行動を行う者が、行動の誘発原因の差異を、行動の選択に際して考慮した割合を意味する。対操作者情報報知効率の値は、情報伝達量を操作契機多様度で除すことで算定される。
（ｄ）入力装置操作効率は、行動の誘発原因の差異によって、誘発される行動を指定できる割合を意味する。入力装置操作効率の値は、情報伝達量を操作行為多様度で除すことで算定される。
（ｅ）操作自由度は、入力装置が識別することが可能な操作者の行動の統計学的自由度である。

具体的には、離散的な値を受け付ける入力装置、すなわち、オン・オフ状態を遷移するボタンや、ノッチ位置を有するレバーなど、離散的な内部状態を有する要素によって構成される入力装置の操作自由度は、入力装置要素の内部状態数の総数から入力要素の総数を減じた値である。また、連続量の入力を受け付ける入力装置では、入力値を識別最小分解能にて量子化した場合の離散格子点の総数から１を減じた値が操作自由度となる。入力装置の情報容量は、入力装置が１回の操作行為により受け付けられる情報量を意味する。入力装置の情報容量の値は、操作自由度の総数の対数として計算される。これら情報理論的分析の指標を利用することによって、操作者と入力装置との情報伝達を分析できる。

したがって、本発明は、第１の態様として、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置が、評価対象の入力装置を構成する操作具要素とその機械状態遷移の拘束条件を表すデータを有する入力装置特性データを記憶する入力装置特性データ記憶手段と、前記入力装置特性データにおける入力装置の状態数の対数を算出して入力装置情報容量を算出する入力装置情報容量計算手段と、評価対象の入力装置に対して実測ないし架空の操作者が行う操作内容の種別とその発生回数の記述により構成される操作行為回数データを記憶する操作状況データ記憶手段と、操作行為回数データに基づき個別の操作行為の回数を操作行為回数の総和で除した個別操作発生確率と、個別操作発生確率の対数である個別操作発生確率対数とに基づいて、操作行為多様度を算出する操作行為多様度計算手段と、操作行為多様度と入力装置情報容量との値の大小関係に応じて、入力装置冗長度評価関数を計算する入力装置冗長度評価関数計算手段を備える構成としている。

このような構成により、行動多様度に基づいてボタン数の過剰過少を判定して、評価対象の入力装置の操作性に関する性能を評価することができる。ここでは、入力装置特性データ記憶手段が、評価対象の入力装置の操作具要素とその挙動の拘束条件を表す入力装置特性データを記憶し、入力装置情報容量計算手段が、入力装置の状態数の対数を算出して入力装置の操作自由度を算出する。操作状況データ記憶手段は、操作者の入力装置に対する操作行為の種別とその発生回数のデータを記憶し、操作行為多様度計算手段が、操作行為回数データから操作行為多様度を算出する。そして、入力装置冗長度評価関数計算手段が、操作行為多様度と操作自由度との大小の比較に基づいて入力装置の自由度の冗長度を評価する評価関数を計算し、評価結果を得る。

以上の処理を行うことによって、操作者の操作の多様さに対する入力装置の操作自由度の過不足、すなわち、情報容量の過不足が定量的に判定できる。この結果、評価対象の入力装置のボタンの過剰ないし不足の個数などが判定できる。また、操作行為多様度と等しい操作自由度を持つ入力装置が、使用状況に対して適正な入力装置であると判定できる。これにより導き出される最適な操作自由度は、操作者の操作に関する判断の要求量を最小化することが理論的に保証されるため、理論的に入力装置の使いやすさを向上できる。

また、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置は、上記の構成に加えて、更に、操作者によって入力装置を介して制御される機能のそれぞれの重要度を表す順序尺度ないし数値尺度のデータによって構成される機能重要度データを記憶する機能重要度データ記憶手段を備え、前記入力装置冗長度評価関数計算手段が、機能重要度データにも応じて入力装置冗長度評価関数を計算する。すなわち、機能重要度データの重要度の総和を算出して入力装置冗長度評価関数の値を当該総和に基づいて修正する。

このように構成によって、評価対象の入力装置のボタンの重要度も考慮して評価を行うことができる。ここでの機能重要度データ記憶手段は、例えば、装置の各機能の重要度を「大・中・小」などの順序尺度ないし数値尺度にて表した機能重要度データを記憶し、入力装置冗長度評価関数計算手段が、機能重要度データの重要度の総和を算出して入力装置冗長度評価関数の値を当該総和に基づいて修正する。つまり、前記機能重要度データにも応じて入力装置の自由度の冗長度を評価する評価関数を計算する。ここでは、重要な機能が割り当てられている入力装置の要素については、その使用頻度が少ない場合でも、冗長と見なさないように修正した評価結果を誘導できる。

本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置は、上記の構成に加え、更に、操作状況データ記憶手段が、各操作行為と当該操作行為に先立って入力装置ないし操作環境から発して操作者に提示され操作の契機となる知覚的刺激との組み合わせ事象の種別と発生回数とを表す記述である操作契機行為組データを記憶すると共に、前記操作契機行為組データを参照して、各操作契機の発生回数を全操作契機の総発生回数で除した値である個別操作契機発生確率と個別操作契機発生確率の対数である個別操作契機発生確率対数とに基づいて操作契機多様度を計算する操作契機多様度計算手段と、前記操作契機行為組データを参照して、操作契機と操作行為の組み合わせ事象の個々の発生回数を総操作回数で除した値である個別操作契機行為組発生確率と個別操作契機行為組発生確率の対数に基づいて操作契機行為組多様度を算出する操作契機行為組多様度計算手段と、操作行為多様度、操作契機多様度および操作契機行為組多様度に基づいて操作情報伝達量を算出する操作情報伝達量計算手段を備え、前記入力装置冗長度評価関数計算手段が、操作情報伝達量と入力装置情報容量の値の大小関係に応じて入力装置冗長度評価関数を計算する構成とする。

このような構成により、操作契機と操作行為とのペアのデータから情報伝達量を算出し評価することができる。つまり、ここでは、操作状況データ記憶手段が、操作行為と操作に先だって操作者に提示される知覚的刺激である操作契機との組み合わせ事象の種別と発生回数に関する記述によって構成される操作契機行為組データを記憶する。操作契機は、計器の表示や警告灯の点灯や警報音などの操作対象装置からの知覚的刺激や、作業状況や交通標識の出現や天候の状況など操作環境からの知覚的刺激が該当する。次いで、操作情報伝達量計算手段が、操作契機と操作内容の組み合わせ事象の存在個数に基づいて、操作情報伝達量を計算する。計算は、操作契機行為組データを、動物行動学で言うところのsociometoric行列と見なし、例えば、操作契機の発生回数分布のエントロピーと操作行為の発生回数分布のエントロピーとの和から、操作契機と操作行為の組み合わせ事象のエントロピーを減じた値を操作情報伝達量とする方法によって計算処理を行う。最後に、入力装置冗長度評価関数計算手段が、操作情報伝達量と入力装置の持つ操作自由度の大小を比較することで入力装置の自由度の冗長度を評価する。

操作情報伝達量が操作自由度より小さい場合は、入力装置が冗長であると判定される。この判定は、例えば、ボタンやメニュー項目が必要以上に多い状態を示唆する。逆に、操作情報伝達量が操作自由度より大きい場合は、入力装置の構成要素が過小であると判定される。すなわち、操作者は多様な操作行為を行う傾向にあり、それら行動を識別するためには、ボタンの増設などの入力装置の自由度の拡充措置を講じる方が効率的であると判定できる。

本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置は、上記の構成に加え、更に、操作情報伝達量計算手段の算出する操作情報伝達量と操作契機多様度計算手段の算出する操作契機多様度に基づいて対操作者情報報知効率を計算する対操作者情報報知効率計算手段とを備える構成とされる。

このような構成により、操作契機の報知効率を評価することができる。対操作者情報報知効率計算手段は、情報伝達量と操作契機多様度の計算結果に基づいて、対操作者情報報知効率を計算する。計算は、例えば、情報伝達量を操作契機多様度により除算した値を対操作者情報報知効率とすることにより実現できる。

対操作者情報報知効率が高ければ、操作者に行動を促す知覚的刺激が識別しやすいと判定できる。対操作者情報報知効率は正規化された値であるので、異なる入力装置の対操作者情報報知に関する優劣を対操作者情報報知効率の大小を直接比較することで判定でき、利便性が向上する。

また、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置は、上記の構成に加え、更に、操作情報伝達量計算手段の算出する操作情報伝達量と、操作行為多様度計算手段の算出する操作行為多様度とに基づいて、入力装置操作効率を計算する入力装置操作効率計算手段を備える構成とされる。

このような構成により、入力装置の操作効率を評価することができる。この場合に、入力装置操作効率計算手段は、情報伝達量と操作行為多様度の計算結果に基づいて、入力装置操作効率を計算する。計算は、例えば、情報伝達量を操作行為多様度により除算した値を入力装置操作効率とすることにより実現できる。

入力装置操作効率が高ければ、入力装置の操作自由度の設計が、使用の様態に対して効率的であるといえる。対操作者情報報知効率は正規化された値であるので、異なる入力装置の操作自由度の設計に関する優劣を入力装置操作効率の大小を直接比較することで判定でき、便利である。

また、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置は、上記の構成に加えて、更に、各操作契機の発生に対して行うべき操作行為を表す記述である課業データを構成要素として含む操作契機行為組データを記憶する操作状況データ記憶手段と、前記操作契機行為組データを参照し、個々の行うべき操作行為の該当回数と操作行為の総数とにより個別課業発生確率を算出し、個別課業発生確率の対数である個別課業発生確率対数を算出し、個別課業発生確率と個別課業発生確率対数の値に基づいて課業多様度を算出する課業多様度計算手段と、課業多様度の値に基づいて課業困難度評価関数を計算する課業困難度評価関数計算手段とを備える構成とする。

このような構成により、課業の困難度を評価することができる。この場合において、操作状況データ記憶手段は、各操作契機の発生に対して行うべき操作行為を表す記述である課業データを記憶する。課業多様度計算手段は、操作状況データ記憶手段に記憶されている課業データを参照して、課業の多様性を表す課業多様度を計算する。計算の手順は、例えば、各操作契機に対して操作するべき行為（以下、「課業」と呼ぶ）を、課業データとして記述されているデータに従って特定する。次に、操作契機行為組データを参照して、各課業の該当回数は、当該課業に対応する操作契機の発生回数の総和したものとして算出する。次に、個別課業発生確率を、課業の該当回数を全課業データの総数で除算することにより算定し、その値の対数を計算することにより個別課業発生確率対数を算出し、個別課業発生確率と個別課業発生確率対数の積の総和を課業多様度として算出する。

課業困難度評価関数計算手段は、課業多様度の値に基づいて課業困難度評価関数を算出する。計算は、例えば、課業多様度の値を課業困難度評価関数の値とすることにより実行する。課業困難度評価関数の値は、操作者に課せられる操作内容の多様性を意味する。この値が大きいほど、操作者は様々な課業を選択して行わなければならないことを意味している。すなわち、課業困難度評価関数は、操作者の認知的負担の大きさに正に相関すると考えられるので、課業困難度評価関数の値の大小を算出することで、操作者への課業の困難度を判定できる。

また、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置は、上記の構成に加えて、操作者の操作行為の種別と発生回数を観測し、その観測結果に基づいて操作行為回数データを作成する操作行為回数データ計測手段と、操作行為多様度の値に応じて、評価対象の入力装置のボタン領域を指定するデータの入力装置特徴指定信号を生成する入力装置特徴指定信号生成手段と、前記入力装置特徴指定信号に従って入力装置の特徴を変更する入力装置特徴変更手段とを備える構成とする。

このような構成により、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置は、操作者に対する知覚的刺激の提示の特性と、あるいは、さらに機械状態遷移に関する特性とを稼動中において変更できる入力装置を制御することができ、評価結果に基づいて入力装置の自動修正を行うことができる。

この場合に、入力装置特徴指定信号生成手段は、操作行為多様度の値に応じて、評価対象の入力装置のボタン領域を指定するデータの入力装置特徴指定信号を生成する。操作行為多様度は、入力装置の使用中に、操作行為の観測データから算出する。ここでは、操作行為多様度は操作の多様性を意味する。入力装置は、操作行為多様度と同等の入力装置情報容量を備えることが望ましい。従って、入力装置情報容量が観測した操作行為多様度に比べ小さい時は、ボタンを増設するなどの入力装置情報容量の増大措置を講じることが望ましい。

入力装置特徴指定信号の生成は、例えば、入力装置特徴指定信号生成手段が、入力装置情報容量と操作行為多様度との差に基づいて、入力装置の操作具要素の適切な個数と内部状態数を算出し、その結果の記述によって入力装置特徴指定信号を構成することで実現できる。入力装置特徴変更手段は、入力装置特徴指定信号に従って入力装置の特徴を変更できる。例えば、タッチパネル式入力装置ならば、入力装置特徴指定信号に記載されたボタンの個数だけ、ボタンを用意することで、実現できる。

また、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置におけるそれぞれの情報処理を行うシステム要素は、コンピュータを用いて情報処理を行うプログラムによっても実現される。ここでは、システム要素として、計算機のＣＰＵおよびメモリを用いて情報処理を実行するモジュールのソフトウエアが提供される。具体的には、ここでの情報処理は、基本的に数値のデータを伝達し記憶し、それらの四則演算および対数計算によって実現される。これは、演算装置と記憶装置を備えた計算機とソフトウエアプログラムの組み合わせによって実現される。

以下、本発明を実施する場合の一形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置の基本的なシステム構成を示すブロック図である。このブロック図においては、ブロックのシステム要素が本発明による情報処理の流れを示すものとなっている。図１において、１１は評価対象となる入力装置（図示せず）の入力装置特性データ、１２は操作行為回数データ、１３は入力装置特性データ記憶部、１４は操作状況データ記憶部、１５は入力装置情報容量計算処理部、１６は操作行為多様度計算処理部、１７は入力装置冗長度評価関数計算処理部、１８は入力装置冗長度評価関数計算結果である。

入力装置特性データ１１は、評価対象とする入力装置を構成する操作具要素とその機械状態遷移の拘束条件を表すデータを有するデータであり、入力装置特性データ記憶部１３に、入力装置特性データ１１が記憶される。入力装置情報容量計算処理部１５は、記憶された入力装置特性データ１１に基づいて、評価対象の入力装置の状態数の対数を算出し入力装置の情報容量を算出する。また、操作状況データ記憶部１４が、評価対象の入力装置に対して、実測ないし架空の操作者が行う操作内容の種別とその発生回数の記述によって構成される操作行為回数データ１２を記憶し、操作行為多様度計算処理部１６において、操作行為回数データ１２により、個別の操作行為の回数を操作行為回数の総和で除した個別操作発生確率と、個別操作発生確率の対数である個別操作発生確率対数とに基づいて、操作行為多様度を算出する。計算された操作行為多様度と入力装置の情報容量の値の大小関係に応じて、入力装置冗長度評価関数計算処理部１７は、入力装置冗長度評価関数を計算し、入力装置冗長度評価関数計算結果１８を得る。

入力装置冗長度評価関数計算結果１８を得ることにより、行動多様度に基づくボタン数の過剰過少を判定して、入力装置の操作性に関する性能を評価することができる。すなわち、入力装置特性データ記憶部１３は、入力装置の操作具要素とその挙動の拘束条件を表す入力装置特性データ１１を記憶し、入力装置情報容量計算処理部１５は、入力装置の操作自由度を算出して評価するため、評価対象の入力装置の状態数の対数による入力装置情報容量を算出する。操作状況データ記憶部１４により、操作者の入力装置に対する操作行為の種別とその発生回数のデータを記憶し、操作行為多様度計算処理部１６は、操作行為回数データから操作行為多様度を算出する。入力装置冗長度評価関数計算処理部１７は、操作行為多様度と操作自由度との大小の比較に基づき入力装置の自由度の冗長度を評価する評価関数を計算して、評価結果を得る。

以上の処理を行うことによって、操作者の操作の多様さに対する入力装置の操作自由度の過不足、すなわち、情報容量の過不足が定量的に判定できる。この結果、ボタンの過剰ないし不足の個数などが判定できる。つまり、操作行為多様度と等しい操作自由度を持つ入力装置が、使用状況に対して適正な入力装置であると判定できる。これにより、導き出される最適な操作自由度は、操作者の操作に関する判断の要求量を最小化することが理論的に保証されるため、理論的に入力装置の使いやすさを向上できる。

次に、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置における情報処理の流れについて、具体例にしたがって説明する。

図２は、評価の対象となる入力装置の一例を説明する図である。図３は、入力装置の入力装置特性データの一例を示す図である。ここで例示する入力装置２０は、扇風機の運転を制御するための入力装置であり、操作部として、入力装置２０には、停止ボタン２１、運転ボタン２２、及び風量指定つまみ２３が設けられている。

この評価対象の入力装置２０に対して、その入力装置特性データとして、図３に示すような入力装置特性データ１１が用意される。すなわち、入力装置特性データ１１は、ボタンやレバーなどの入力装置の各構成要素について、その状態を表す状態変数と状態値を表す記述と、状態変数の間に存在する拘束条件の記述とによって構成される。図２に示す評価対象の入力装置に対応している入力装置特性データ１１の構成は、図３に示すように、状態変数を定義して、その値域を指定するデータと、入力装置の挙動を指定するカルノー表のデータからなる。

この例では、停止ボタン２１の状態変数をＳＴとし、運転ボタン２２の状態変数をＲＮとする。停止ボタン２１および運転ボタン２２は、それぞれ２状態を持つとし、この状態データとしては、ボタンを押下した時の状態を「オン状態」とし、その状態値を“１”とし、それ以外の状態を「オフ状態」とし、その状態値を“０”とする。風量指定つまみ２３の状態変数はＰＷとする。つまみには、弱，中，強の３つのノッチがあるので、状態変数ＰＷの状態値をそれぞれ、弱ノッチでは“０”、中ノッチでは“１”、強ノッチでは“２”とする。

入力装置の内部状態の挙動と出力特性とは、カルノー表を用いて記述される。この例では、停止ボタン２１と運転ボタン２２には、同時に、ともにオン状態にはならないという拘束条件が課せられている。これの拘束条件を表すため、図３の入力装置特性データ１１の中の挙動カルノー表では、存在しない内部状態については「選択される機能」の欄に「拘束により禁止」と記述されている。ここでの状態変数は離散値を取るので、状態数の枚挙が容易であり、挙動カルノー表は容易に作成できる。状態変数が連続量である場合には、入力装置の状態変数に対する最小識別分解能により量子化することによって、離散値型の状態変数と同様に、状態数の枚挙が可能となる。

このような構造の入力装置特性データ１１はテキストデータとして用意される。図示しないデータ入力手段によって、入力装置特性データ１１を入力し、入力装置特性データ記憶部１３に記憶させる。入力装置特性データ１１を作成するデータ入力手段としては、例えば、コンピュータ装置に接続されたキーボードが利用できる。ここでの入力装置特性データ記憶部１３は、例えば、コンピュータ装置のメモリが利用される。また、後述するように、ここでは、入力装置情報容量計算処理部１５、操作行為多様度計算処理部１６、入力装置冗長度評価関数計算処理部１７のシステム要素は、例えば、コンピュータ装置のＣＰＵおよびメモリに読み込まれた計算処理プログラムのモジュールにより実現される。

入力装置情報容量計算処理部１５における処理について詳細に説明する。入力装置情報容量計算処理部１５の処理では、まず、入力装置特性データ１１に基づいて、評価対象の入力装置の内部状態の総数を算出し、内部状態の総数の対数を算出し、内部状態の総数の対数に基づいて入力装置情報容量を算出する。評価対象の入力装置の内部状態の総数は、入力装置特性データ１１に記述されるデータの挙動カルノー表において、選択される機能が「拘束により禁止」ではない行の数である。この例の場合、その値は９である。

次に、入力装置情報容量計算処理部１５では、内部状態の総数の対数を算出する。対数の底は、１より大きい値に設定すると便利である。例えば、この対数の底を２とする場合には、入力装置情報容量や多様度の単位が、ビット（ｂｉｔ）になる。また、自然対数を用いる場合は、対数算出のための級数計算が高速に行え、さらに、赤池情報量基準などの統計自由度との比較に便利である。

対数計算は、精度が充分高ければ、近似式や数表値で代用してもよい。また、対数関数と増減を同じくする他の関数や数表で代用することも可能である。ここでの例では、対数の底を２とし、対数の級数展開による計算プログラムを用いてデータを算出している。これにより、内部状態総数９の対数の近似値である「３．１７」が算出される。この値の単位はビットである。このようにして、入力装置情報容量は、内部状態総数の対数の値に基づいて算出され、例えば、内部状態総数の対数の値をそのまま入力装置情報容量の値とすることができる。ここでの例では、内部状態総数の対数をそのまま入力装置情報容量とし、入力装置情報容量が「３．１７」ビットと算出できる。

次に、操作行為多様度の算出について説明する。操作行為多様度の算出に用いる操作行為回数データ１２は、評価対象の入力装置に対して操作者が行う行動の内容とその回数を記述したものである。このデータとしては、実際の人間による操作行為を観測した際の操作行為と回数の値を用いることができる。また、架空のデータとして与えられても良い。例えば、ここでの例では、図４に示すように、テキストデータとして与えられる。

図４は、操作行為回数データの一例を示す図である。図４に示す操作行為回数データ１２の例は、テキストデータにより与えられたものである。操作状況データ記憶部１４が、データ入力手段から伝達された操作行為回数データ１２を記憶する。操作状況データ記憶部１４は、例えばコンピュータ装置におけるメモリにより実現される。操作行為多様度計算処理部１６は、操作状況データ記憶部１４に記憶されている操作行為回数データ１２を参照して、次の手順に従って操作行為多様度を計算する。

具体的に説明すると、操作行為回数データ１２は、操作回数の数列データであるので、操作内容の総数をｋとし、操作内容ｉの操作回数をｎ_ｉとすると、操作行為回数データは（１）式のように表現できる。総操作回数をＮとすると、総操作回数Ｎは（２）式のとおりに算出できる。
操作内容ｉの個別操作発生確率をｐ_ｉとすると、個別操作発生確率ｐ_ｉは（３）式のとおり算出できる。
操作内容ｉの個別操作発生確率対数は（４）式のとおり算出できる。
操作行為多様度をＡとすると、情報理論によれば、操作行為多様度Ａは、個別操作発生確率と個別操作発生確率対数の積の総和として算出される。具体的には、（５）式のとおり計算する。
但し、（５）式の計算において、対数の引数がゼロの場合については（６）式のとおり値を修正する。
ここで、操作行為多様度Ａは、操作行為回数データの標本誤差の影響を無視した操作行為多様度の推定値である。総操作回数Ｎが小さい場合については、その操作行為多様度Ａの推定誤差を補償するため、（７）式のとおり計算されるミラー・マドーの補正値を用いることも可能である。このミラー・マドーの補正値については、非特許文献５において説明されているものである。

また、個別操作発生確率と個別操作発生確率対数の積和を用いた別の算出方法であっても、上記の数式例のように、操作行為多様度の値と、操作行為回数データの変化に対して増加減少傾向を同じくする関数値ならば、操作行為多様度Ａとして利用することは可能である。

図４に示す操作行為回数データ１２の場合には、（１）式のように数列のデータであり、具体的な数値の数列で表せば、次の（８）式のとおりとなる。

｛５，１，１，７｝ ……（８）

この場合において、対数の底を２として計算した操作行為多様度無補正推定値については「１．５７」ビットと算出される、

次に、入力装置冗長度評価関数計算処理部１７の計算処理について説明する。ここでの入力装置冗長度とは、評価対象の入力装置の特定の使われ方での入力の情報量に対して、当該入力装置が備えている入力情報容量の過不足の度合いを意味する。入力の情報量は、上記のように定義した操作行為多様度で評価でき、入力装置の情報入力の容量は入力装置情報容量で評価できる。よって、この２つの値の大小比較や差や比を求めることで、入力装置冗長度が定量的に評価できる。

入力装置冗長度評価関数計算処理部１７は、入力装置情報容量計算処理部１５からの入力装置情報容量の値を参照し、操作行為多様度計算処理部１６からの操作行為多様度の値を参照する。そして、入力装置情報容量が操作行為多様度より大きい場合は「入力装置冗長」、等しい場合は「入力装置最適」、小さい場合は「入力装置不足」という文字列の値を、入力装置冗長度評価関数の値として算出する。

上記の計算例によると、入力装置情報容量は「３．１７」ビットであり、操作行為多様度は「1．５７」ビットである。したがって、入力装置情報容量が操作行為多様度より大きいので、入力装置冗長度評価関数の値は「入力装置冗長」と算出される。

このような冗長が生じた理由は、ここでの評価対象の入力装置である「扇風機の運転を制御するための入力装置」は、「弱送風」と「中送風」の機能の選択頻度が小さいにもかかわらず、それらの機能に対して、つまみのノッチを１つずつ割り振ったため、入力装置の自由度が増大したことによる。

また、入力装置情報容量から操作行為多様度を減じた値を入力装置冗長度評価関数の値とすることもできる。ここでの計算例によると、その値は１．６０ビットである。

一般に、オン・オフの２状態を取りえるボタンを１つ削除することで、入力装置の入力装置情報容量は１ビット減少する。したがって、ここでの計算例のように、入力装置情報容量が１．６０ビット過剰であるならば、例えば、この入力装置は２状態ボタンを１個削除しても、入力装置情報容量には余裕がある。

図５は、入力装置の入力装置特性データの別の一例を示す図である。例えば、入力装置特性データが、図５に示すような入力装置特性データ２５となるように変更を行った場合について考察すると、すなわち、この入力装置特性データ２５によると、その入力装置では、停止ボタンが削除され、「運転ボタン」と風量指定つまみの「強さつまみ」のみの構成に変更されている。この変更により、運転ボタンの状態変数ＲＮと風量指定つまみの状態変数ＰＷにより、割り当てを失った「停止」の機能を「ＲＮ＝０，：ＰＷ＝０，１，２」に割り当てる。この変更によって、入力装置情報容量は２．５８ビットとなり、入力装置冗長度は１．０１ビットに低下することになる。

次に、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置の別の実施例および変形例について説明する。入力装置の情報入力の効率の評価を判定する方法を提供するため、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置は、次のようにしても実施される。

この実施例では、前述した実施例と同様に、図３に示された入力装置特性データで表現される入力装置の評価を行うものとする。

図６は、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置のシステム構成の別の例を示すブロック図である。図６においては、ブロックのシステム要素がこの実施例における情報処理の流れを示すものとなっている。図６において、３１は入力装置特性データ、３２は入力装置特性データ記憶部、３３は入力装置情報容量計算処理部、３４は入力装置冗長度評価関数計算処理部、３５は機能重要度データ、３６は機能重要度データ記憶部、３７は操作行為回数データ、３８は操作契機行為組データ、３９は操作状況データ記憶部、４０は操作行為多様度計算処理部、４１は操作契機行為組多様度計算処理部、４２は操作契機多様度計算処理部、４３は課業多様度計算処理部、４４は操作情報伝達量計算処理部、４５は課業困難度評価関数計算処理部、４６は入力装置操作効率評価関数計算処理部、４７は対操作者情報報知効率計算処理部、４８は入力装置評価結果である。

この他の実施例の情報処理は、前述した実施例における情報処理を基礎として、追加的な評価のための情報処理を行うものである。前述した実施例の情報処理により算出する各データについても、この実施例のシステム構成においても同一の方法（情報処理）により算出する。

追加する情報処理については、次に説明するように複数の情報処理が行われるが。それらは、個別にあるいは複合的に行うことが可能である。なお、これらの情報処理の結果を統合することは、入力装置の評価結果に個別の評価結果を併記することで実現できる。

まず、機能の重要度を考慮した入力装置の評価を行う場合について説明する。図７は、機能重要度データの一例であるテキストデータを示す図である。図７に示すように、機能重要度データ３５は、入力装置が受け付けるべき操作指令によって制御される機能の名称と、その重要度を表す順序尺度ないし数値尺度によって構成される。

機能重要度データ記憶部３６に、この機能重要度データ３５を記憶させる。例えば、機能重要度データ記憶部３６としては、コンピュータの記憶装置を用い、キーボードを用いて、機能重要度データ３５を機能重要度データ記憶部３６に記憶する。入力装置冗長度評価関数計算処理部３４は、機能重要度データ記憶部３６に記憶されている機能重要度データ３５を参照する。機能重要度データ３５の利用は、この実施例の場合においては、入力装置冗長度評価関数計算処理部３４が、機能重要度データ３５に記述されている重要度の数値の総和を算出することにより評価するために利用される。この例の場合は、その値は「１」である。

また、機能重要度データ３５において重要度を順序尺度で表現している場合は、尺度の順位に応じて、適当に数値を当てはめれば、数値尺度と同様に処理ができる。例えば、重要度が大・中・小の順序作度で表されている場合は、大を“２”とし、中を“１”とし、小を“０”として、数値に変換すればよい。

入力装置冗長度評価関数計算処理部３４においては、前述の実施例で説明した手順により算定した、操作行為多様度と入力装置情報容量を、機能重要度データの重要度総和を用いて入力装置冗長度評価関数を算出する。例えば、操作行為多様度と機能重要度データの重要度総和の和から入力装置情報容量を減算した値を、入力装置冗長度評価関数として評価する。このような情報処理を行うことによって、入力装置の操作自由度が冗長と判定されにくくなるように、機能重要度データの重要度総和の分だけ入力装置冗長度評価関数の値が修正される効果が得られる。

次に、操作者の操作行為のきっかけとなる操作契機と、それに引き続き行われる操作行為との、情報理論的関係を分析し、入力装置の評価に用いる場合について説明する。

図８は、操作契機行為組データ３８の一例であるテキストデータを示す図である。操作契機行為組データ３８は、図８に示すように、操作契機の全種別と名称と、操作行為の全種別と名称、および操作契機とそれに引き続いて行われた操作行為の組み合わせ事象の発生回数の数表によって構成される。

この例の場合、操作契機行為組データ３８は、図示するように、操作契機が「Ｄ：警告灯点灯，Ｅ：気温低下，Ｆ：気温上昇」の３種類あり、操作行為が「Ｇ：停止ボタン押下，Ｈ：運転ボタン押下，Ｉ：強さつまみを弱に設定，Ｊ：強さつまみを中に設定，Ｋ：強さつまみを強に設定」の５種類である。

組み合わせ事象の発生回数は、数表に示されたとおりである。例えば、ＤとＧの組み合わせ事象は、４回発生している。ＥとＩの組み合わせ事象は２回発生している。操作契機多様度計算処理部４２は、操作契機行為組データ３８を参照して、次のような情報処理を行う。

操作契機ｉと操作行為ｊの組み合わせ事象の発生回数をＸｉｊと表す。個別操作行為契機発生確率をＹｉと表す。個別操作行為契機発生確率Ｙｉは（９）式のとおりに計算される。
個別操作行為契機発生確率対数をＬＹｉと表す。個別操作行為契機発生確率対数ＬＹｉは（１０）式のとおりに計算される。
対数の底は、この実施例においても前述した実施例と同様に、１より大きい固定した値であればよい。操作契機多様度をＢと表す。操作契機多様度Ｂは（１１）式のとおりに計算される。
この実施例では操作契機多様度Ｂの値は「２．０８」と計算される。

操作契機行為組多様度計算処理部４１は、操作状況データ記憶部３９に記憶された操作契機行為組データ３８を参照して、次の情報処理を行う。

個別操作契機行為組発生確率をＺ_ｉｊと表すと、個別操作契機行為組発生確率Ｚ_ｉｊは、次の（１２）式のとおりに計算される。
個別操作契機行為組発生確率対数をＬＺ_ｉｊと表すと、この個別操作契機行為組発生確率対数ＬＺ_ｉｊは、（１３）式のとおりに計算される。
操作契機行為組多様度をＣと表すと、情報理論によれば、この操作契機行為組多様度Ｃは（１４）式のとおりに計算される。
この実施例では、操作契機行為組多様度Ｃの値は「２．６７」である。

操作情報伝達量計算処理部４４は、前述した実施例にようにして算出された操作行為多様度Ａと、上述した操作契機多様度Ｂと、操作契機行為組多様度Ｃの値を参照して、操作情報伝達量を計算する。この実施例において、操作行為多様度Ａの値は、前述したように「１．５６」と計算される。操作情報伝達量をＴと表すと、情報理論によれば、操作情報伝達量Ｔは（１５）式のとおりに計算される。

Ｔ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ ……（１５）

したがって、この例では、操作情報伝達量Ｔの値は「０．９８」と計算される。

入力装置冗長度評価関数計算処理部３４においては、操作情報伝達量と、前述した実施例のようにして算出された入力装置情報容量の値の大小を比較し、入力装置冗長度評価関数を算出する。ここでは、入力装置冗長度評価関数としては、入力装置情報容量から操作情報伝達量を減じた値を、この入力装置冗長度評価関数の値とする。入力装置情報容量の値は「３．１７」であり、操作情報伝達量は「０．９８」であるから、入力装置冗長度評価関数は「２．１９」と計算される。

次に、操作契機の報知効率の評価する場合について説明する。これは、操作契機が操作者の行為の選択に影響を及ぼした割合を意味する対操作者情報報知効率を計算し、入力装置の評価に用いるものである。

対操作者情報報知効率計算処理部４７においては、前述した情報処理によって算定される操作契機多様度Ｂを操作契機多様度計算処理部４２から、操作情報伝達量Ｔを操作情報伝達量計算処理部４４から参照する。

対操作者情報報知効率をＵで表すと、情報理論に従って、対操作者情報報知効率計算処理部４７は（１６）式のとおりに、対操作者情報報知効率Ｕを計算する。

Ｕ＝Ｔ／Ｂ ……（１６）

この実施例の場合には、対操作者情報報知効率の値は、「０．６３」と計算される。これは、操作者が操作行為を選択する際に、判断の６３％が操作契機の種別に依存していることを意味している。

次に、入力装置の操作効率を評価する場合について説明する。これは、入力装置の操作自由度の割当の効率を意味する入力装置操作効率を計算し、入力装置の評価に用いる場合である。

入力装置操作効率評価関数計算処理部４６は、前述した情報処理によって算定される操作行為多様度Ａを操作行為多様度計算処理部４０から、操作情報伝達量Ｔを操作情報伝達量計算処理部４４から参照する。入力装置操作効率をＶで表す。情報理論に従って、入力装置操作効率評価関数計算処理部は、次の（１７）式のとおりに、入力装置操作効率Ｕを計算する。
Ｖ＝Ｔ／Ａ ……（１７）
この実施例の場合、入力装置操作効率Ｕの値は「０．４７」と計算される。入力装置操作効率Ｕの意味は、入力装置が受け付けられる多様性に比べ、操作行為の多様性は４７％であることを意味している。すなわち、現状の入力装置は冗長であって、入力装置の操作自由度を現状の４７％まで削減すれば、操作指令を受け付けるためには十分であると言える。

次に、課業の困難度を評価する場合について説明する。これは、各操作契機に対して、行うことが妥当である操作行為である課業の多様性を分析し、課業の困難度を評価するものである。

図９は、操作行為契機組データの他の例を示すテキストデータの図である。この操作行為契機組データ３８ａには、課業データを構成要素として含んでいる。図９に示すように、ここに含まれている課業データは、「契機に対する適切な課業」の欄として記述されており、それぞれの操作契機と、それに対して行うべき操作行為の組み合わせとして記述される。例えば、この実施例の場合、操作契機のＤ「警告灯点灯」に対して、行うべき操作は操作行為のＧ「停止ボタン押下」であり、操作契機のＥ「気温低下」に対して、行うべき操作は操作行為のＧ「停止ボタン押下」であり、また、操作契機のＦ「気温上昇」に対して、行うべき操作は操作行為のＫ「強さつまみを強に設定」であることを記述している。

ここでは、各操作契機ｉに対する課業をＰｉと表す。課業多様度計算処理部４３は、操作状態データ記憶部３９に記憶されている操作行為契機組データ３８ａを参照する。課業ｊに対する個別課業発生確率をＱｊと表すと、課業多様度計算処理部４３は、個別課業発生確率Ｑｊを（１８）式のとおりに計算する。
なお、任意のｉに対しても課業Ｐｉと等しい値とならないｊについては、個別課業発生確率Ｑｊはゼロとする。

個別課業発生確率対数をＬＱｊと表すと、課業多様度計算処理部４３は、個別課業発生確率対数ＬＱｊを（１９）式のとおりに計算する。
また、課業多様度をＲと表すと、情報理論に従って、課業多様度計算処理部４３は、課業多様度Ｒを（２０）式のとおりに計算する。
この実施例の場合、課業多様度Ｒの値は「０．９７」ビットと計算される。この課業多様度Ｒの計算結果の意味は、１回の操作契機の提示に対して、操作者が要求される判断の思考量が「０．９７」ビットであることを意味する。課業多様度Ｒの値が大きい場合は、操作者に大量の思考の負担を要求していることが評価できる。

本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置においては、入力装置の情報容量の過不足を自動的に判定し入力装置を自動的に補正することができる。次に、このような変形例について説明する。

ここで評価の処理を行う入力装置の例として、具体的な評価対象の入力装置としては、タッチパネル式のヒューマン・インタフェース機能を提供する入力装置とし、その評価を行う場合について説明する。この入力装置は、画面に矩形のボタン領域を表示し、このボタン領域に対して操作を行って入力操作を行う場合である。ボタン領域は、制御信号により入力装置稼働中に変更できる。つまり、入力装置特性データが、評価対象の入力装置の稼働中においても変更できることになる。

図１０は、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置の変形例のシステム構成を示すブロック図である。図１０においては、ブロックのシステム要素がこの実施例における情報処理の流れを示すものとなっている。図１０において、５０は操作行為回数データ計測処理部、５１は操作行為回数データ、５２は操作状況データ記憶部、５３は操作行為多様度計算処理部、５４は入力装置特性データ、５５は入力装置特性データ記憶部、５６は入力装置情報容量計算処理部、５７は入力装置冗長度評価関数計算処理部、５８は入力装置特徴指定信号生成処理部、５９は入力装置特徴指定信号、６０は入力装置特徴変更処理部、６１は制御対象の入力装置である。

これらのシステム要素は、基本的な構成については、図１により説明したシステム構成と同じであるが、この場合は、評価対象の入力装置におけるボタン領域が、制御信号により入力装置稼働中に変更され、これに対応して入力装置特性データが入力装置の稼働中に変更されることになるので、入力装置特徴指定信号生成処理部５８から入力装置特性データ５４に向かうパスが設けられている。また、ここでは、操作行為回数データ５１を得るために操作行為回数データ計測処理部５０が設けられている。

操作行為回数データ計測処理部５０について説明すると、操作行為回数データ計測処理部５０は、当該入力装置に対するボタン押下の回数を計数するものであり、具体的には、入力装置から発信されるボタン押下検知の信号を受信して動作するソフトウエアを組み込んだ処理装置により実現される。ここで計測される操作行為回数データは、図４により前述したものと同様なデータである。

例えば、図４に示すような操作行為回数データ１２が、ここでの操作行為回数データ５１として操作状況データ記憶部５２に記憶される。操作行為多様度計算処理部５３は、前述したように、操作行為多様度を算出する。例えば、この例の場合、操作行為多様度の値は「１．５７」ビットと算出される。

入力装置冗長度評価関数計算処理部５７の計算処理については、前述の場合と同様に、入力装置冗長度評価関数計算処理部５７は、入力装置情報容量計算処理部５６からの入力装置情報容量の値を参照し、操作行為多様度計算処理部５３からの操作行為多様度の値を参照する。入力装置情報容量が操作行為多様度より大きい場合は「入力装置冗長」、等しい場合は「入力装置最適」、小さい場合は「入力装置不足」という文字列の値を、入力装置冗長度評価関数の値として算出する。

上記の計算例によると、入力装置情報容量は「３．１７」ビットであり、操作行為多様度は「1．５７」ビットである。したがって、入力装置情報容量が操作行為多様度より大きいので、入力装置冗長度評価関数の値は「入力装置冗長」と算出される。

入力装置特徴指定信号生成処理部５８は、前述のとおり算出された操作行為多様度を参照する。入力装置特徴指定信号生成処理部５８は、操作行為多様度に応じて、入力装置特徴指定信号を生成する。すなわち、入力装置特徴指定信号生成処理部５８は、あらかじめ定められた閾値と、操作行為多様度の大小を比較する。操作行為多様度が閾値より小さい場合は、入力装置特徴指定信号のＡ案を生成する動作を行い、逆に、操作行為多様度が閾値より大きい場合は、入力装置特徴指定信号のＢ案を生成する動作を行う。

例えば、閾値が「１．３」であるとする。操作行為多様度は「１．５７」であるので、閾値より大きい。具体的には、図１１は、入力装置特徴指定信号のＡ案のテキストデータを示しており、図１２は、入力装置特徴指定信号のＢ案のテキストデータを示している。この例の場合、入力装置特徴指定信号生成処理部５８は、入力装置特徴指定信号のＢ案のテキストデータを生成する。このデータは、評価対象の入力装置のボタン領域を指定するためのデータとなる。

これは、入力装置特徴変更処理部６０による情報処理により行われる。入力装置特徴指定信号は、タッチパネルの矩形ボタンのラベル名称と、矩形の対角する頂点の画面上座標の値を表すテキストデータによって構成されるので、入力装置特徴変更処理部６０においては、入力装置特徴指定信号生成処理部５８が算出した入力装置特徴指定信号５９を参照して、指定の矩形領域にボタン画像を表示し、ラベル名称に従って、ラベル文字列を表示する。この入力装置特徴変更処理部６０は、具体的には当該入力装置を制御するソフトウエアにより実現される。

以上のような情報処理を行うことにより、入力装置の操作自由度を適正化することができる。すなわち、この実施例によると、操作行為が比較的多様な場合は、ボタン数が多く操作自由度が比較的大きい入力装置特徴指定信号のＡ案を採用した入力装置を作成することができる。逆に、操作行為の多様性が少ない場合は、冗長なボタンが少ない入力装置特徴指定信号のＢ案を採用した入力装置を作成できる。

本発明によって実現される入力装置の情報入力に関する量および効率の定量的評価を行うヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置は、例えば、タッチパネル乃至マウスなどを用いて入力するグラフィカル・ユーザ・インタフェースの制御ソフトウエアに搭載することで、ボタン等の操作具要素の過不足が評価できるため、グラフィカル・ユーザ・インタフェースの自動的な最適化の制御の用途に適用できる。

また、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置によって、特定の操作者の入力行為の効率を計測することで、操作者の操作能力を計測することができ、操作者の器用度や熟練度の評価の用途に適用できる。

また、多様な操作環境における操作者の入力行為の効率を計測することで、操作環境が操作効率に及ぼす影響を計測することができ、操作環境の好適度の評価の用途に適用できる。

また、本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置は、音声認識装置による音声入力型インタフェース等によって構成される入力装置の操作性に関する評価および設計方法に好適に利用できる。

本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置の基本的なシステム構成を示すブロック図である。 評価の対象となる入力装置の一例を説明する図である。 入力装置の入力装置特性データの一例を示す図である。 操作行為回数データの一例を示す図である。 入力装置の入力装置特性データの別の一例を示す図である。 本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置のシステム構成の別の例を示すブロック図である。 機能重要度データの一例であるテキストデータを示す図である。 操作契機行為組データの一例であるテキストデータを示す図である。 操作行為契機組データの他の例を示すテキストデータの図である。 本発明によるヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置の変形例のシステム構成を示すブロック図である。 入力装置特徴指定信号の一例であるテキストデータを示した説明図である。 入力装置特徴指定信号の別の例のテキストデータを示した説明図である。

符号の説明

１１ 入力装置特性データ、
１２ 作行為回数データ、
１３ 入力装置特性データ記憶部、
１４ 操作状況データ記憶部、
１５ 入力装置情報容量計算処理部、
１６ 操作行為多様度計算処理部、
１７ 入力装置冗長度評価関数計算処理部、
１８ 入力装置冗長度評価関数計算結果
２０ 入力装置
２１ 停止ボタン
２２ 運転ボタン
２３ 風量指定つまみ
３１ 入力装置特性データ、
３２ 入力装置特性データ記憶部、
３３ 入力装置情報容量計算処理部、
３４ 入力装置冗長度評価関数計算処理部、
３５ 機能重要度データ、
３６ 機能重要度データ記憶部、
３７ 操作行為回数データ、
３８ 操作契機行為組データ、
３９ 操作状況データ記憶部、
４０ 操作行為多様度計算処理部、
４１ 操作契機行為組多様度計算処理部、
４２ 操作契機多様度計算処理部、
４３ 課業多様度計算処理部、
４４ 操作情報伝達量計算処理部、
４５ 課業困難度評価関数計算処理部、
４６ 入力装置操作効率評価関数計算処理部、
４７ 対操作者情報報知効率計算処理部、
４８ 入力装置評価結果
５０ 操作行為回数データ計測処理部、
５１ 操作行為回数データ、
５２ 操作状況データ記憶部、
５３ 操作行為多様度計算処理部、
５４ 入力装置特性データ、
５５ 入力装置特性データ記憶部、
５６ 入力装置情報容量計算処理部、
５７ 入力装置冗長度評価関数計算処理部、
５８ 入力装置特徴指定信号生成処理部、
５９ 入力装置特徴指定信号、
６０ 入力装置特徴変更処理部、
６１ 制御対象の入力装置

Claims (14)

1. 評価対象の入力装置を構成する操作具要素とその機械状態遷移の拘束条件を表すデータを有する入力装置特性データを記憶する入力装置特性データ記憶手段と、
   前記入力装置特性データにおける入力装置の状態数の対数を算出して入力装置情報容量を算出する入力装置情報容量計算手段と、
   評価対象の入力装置に対して実測ないし架空の操作者が行う操作内容の種別とその発生回数の記述により構成される操作行為回数データを記憶する操作状況データ記憶手段と、
   操作行為回数データに基づき個別の操作行為の回数を操作行為回数の総和で除した個別操作発生確率と、個別操作発生確率の対数である個別操作発生確率対数とに基づいて、操作行為多様度を算出する操作行為多様度計算手段と、
   操作行為多様度と入力装置情報容量との値の大小関係に応じて、入力装置冗長度評価関数を計算する入力装置冗長度評価関数計算手段と
   を備えることを特徴とするヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置。
2. 請求項１に記載のヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置において、更に、
   操作者によって入力装置を介して制御される機能のそれぞれの重要度を表す順序尺度ないし数値尺度のデータによって構成される機能重要度データを記憶する機能重要度データ記憶手段を備え、
   前記入力装置冗長度評価関数計算手段が機能重要度データの重要度の総和を算出して入力装置冗長度評価関数の値を当該総和に基づいて修正する
   ことを特徴とするヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置。
3. 請求項１に記載のヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置において、
   前記操作状況データ記憶手段が、各操作行為と該操作行為に先立って入力装置ないし操作環境から発して操作者に提示され操作の契機となる知覚的刺激との組み合わせ事象の種別と発生回数とを表す記述である操作契機行為組データを記憶すると共に、更に、
   前記操作契機行為組データを参照して、各操作契機の発生回数を全操作契機の総発生回数で除した値である個別操作契機発生確率と個別操作契機発生確率の対数である個別操作契機発生確率対数とに基づいて操作契機多様度を計算する操作契機多様度計算手段と、
   前記操作契機行為組データを参照して、操作契機と操作行為の組み合わせ事象の個々の発生回数を総操作回数で除した値である個別操作契機行為組発生確率と個別操作契機行為組発生確率の対数とに基づいて操作契機行為組多様度を算出する操作契機行為組多様度計算手段と、
   操作行為多様度、操作契機多様度および操作契機行為組多様度に基づいて操作情報伝達量を算出する操作情報伝達量計算手段と、を備え、
   前記入力装置冗長度評価関数計算手段が、操作情報伝達量と入力装置情報容量の値の大小関係に応じて入力装置冗長度評価関数を計算する
   ことを特徴とするヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置。
4. 請求項３に記載のヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置において、更に、
   操作情報伝達量計算手段の算出する操作情報伝達量と操作契機多様度計算手段の算出する操作契機多様度とに基づいて、対操作者情報報知効率を計算する対操作者情報報知効率計算手段と
   を備えることを特徴とするヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置。
5. 請求項３に記載のヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置において、更に、
   操作情報伝達量計算手段の算出する操作情報伝達量と操作行為多様度計算手段の算出する操作行為多様度に基づいて、入力装置操作効率を計算する入力装置操作効率計算手段と、
   を備えることを特徴とするヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置。
6. 請求項３に記載のヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置において、更に、
   各操作契機の発生に対して行うべき操作行為を表す記述である課業データを構成要素として含む操作契機行為組データを記憶する操作状況データ記憶手段と、
   前記操作契機行為組データを参照し、個々の行うべき操作行為の該当回数と操作行為の総数とにより個別課業発生確率を算出し、個別課業発生確率の対数である個別課業発生確率対数を算出し、個別課業発生確率と個別課業発生確率対数の値に基づいて課業多様度を算出する課業多様度計算手段と、
   課業多様度の値に基づいて課業困難度評価関数を計算する課業困難度評価関数計算手段と、
   を備えることを特徴とするヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置。
7. 請求項１に記載のヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置において、更に、
   操作者の操作行為の種別と発生回数を観測し、その観測結果に基づいて操作行為回数データを作成する操作行為回数データ計測手段と、
   操作行為多様度の値に応じて、評価対象の入力装置のボタン領域を指定するデータの入力装置特徴指定信号を生成する入力装置特徴指定信号生成手段と、
   前記入力装置特徴指定信号に従って入力装置の特徴を変更する入力装置特徴変更手段と
   を備えることを特徴とするヒューマン・インタフェース自由度効率評価装置。
8. 入力装置に対するヒューマン・インタフェース自由度効率評価の情報処理を行うコンピュータ読み取り可能なプログラムであって、
   評価対象の入力装置を構成する操作具要素とその機械状態遷移の拘束条件を表すデータを有する入力装置特性データを記憶する入力装置特性データ記憶ステップと、
   前記入力装置特性データにおける入力装置の状態数の対数を算出して入力装置情報容量を算出する入力装置情報容量計算ステップと、
   評価対象の入力装置に対して実測ないし架空の操作者が行う操作内容の種別とその発生回数の記述により構成される操作行為回数データを記憶する操作状況データ記憶ステップと、
   操作行為回数データに基づき個別の操作行為の回数を操作行為回数の総和で除した個別操作発生確率と、個別操作発生確率の対数である個別操作発生確率対数とに基づいて、操作行為多様度を算出する操作行為多様度計算ステップと、
   操作行為多様度と入力装置情報容量との値の大小関係に応じて、入力装置冗長度評価関数を計算する入力装置冗長度評価関数計算ステップと
   の処理をコンピュータにより実行するコンピュータ読み取り可能なプログラム。
9. 請求項８に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラムにおいて、更に、
   操作者によって入力装置を介して制御される機能のそれぞれの重要度を表す順序尺度ないし数値尺度のデータによって構成される機能重要度データを記憶する機能重要度データ記憶ステップの処理をコンピュータにより実行すると共に、
   前記入力装置冗長度評価関数計算ステップが機能重要度データの重要度の総和を算出して入力装置冗長度評価関数の値を当該総和に基づいて修正する
   ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能なプログラム。
10. 請求項８に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラムにおいて、
    前記操作状況データ記憶ステップが、各操作行為と該操作行為に先立って入力装置ないし操作環境から発して操作者に提示され操作の契機となる知覚的刺激との組み合わせ事象の種別と発生回数とを表す記述である操作契機行為組データを記憶すると共に、更に、
    前記操作契機行為組データを参照して、各操作契機の発生回数を全操作契機の総発生回数で除した値である個別操作契機発生確率と個別操作契機発生確率の対数である個別操作契機発生確率対数とに基づいて操作契機多様度を計算する操作契機多様度計算ステップと、
    前記操作契機行為組データを参照して、操作契機と操作行為の組み合わせ事象の個々の発生回数を総操作回数で除した値である個別操作契機行為組発生確率と個別操作契機行為組発生確率の対数とに基づいて操作契機行為組多様度を算出する操作契機行為組多様度計算ステップと、
    操作行為多様度、操作契機多様度および操作契機行為組多様度に基づいて操作情報伝達量を算出する操作情報伝達量計算ステップの処理をコンピュータにより実行し、
    前記入力装置冗長度評価関数計算ステップが、操作情報伝達量と入力装置情報容量の値の大小関係に応じて入力装置冗長度評価関数を計算する
    処理をコンピュータにより実行するコンピュータ読み取り可能なプログラム。
11. 請求項１０に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラムにおいて、更に、
    操作情報伝達量計算ステップの算出する操作情報伝達量と操作契機多様度計算ステップの算出する操作契機多様度とに基づいて、対操作者情報報知効率を計算する対操作者情報報知効率計算ステップ
    の処理をコンピュータにより実行するコンピュータ読み取り可能なプログラム。
12. 請求項１０に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラムにおいて、更に、
    操作情報伝達量計算ステップの算出する操作情報伝達量と操作行為多様度計算ステップの算出する操作行為多様度に基づいて、入力装置操作効率を計算する入力装置操作効率計算ステップ
    の処理をコンピュータにより実行するコンピュータ読み取り可能なプログラム。
13. 請求項１０に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラムにおいて、更に、
    各操作契機の発生に対して行うべき操作行為を表す記述である課業データを構成要素として含む操作契機行為組データを記憶する操作状況データ記憶ステップと、
    前記操作契機行為組データを参照し、個々の行うべき操作行為の該当回数と操作行為の総数とにより個別課業発生確率を算出し、個別課業発生確率の対数である個別課業発生確率対数を算出し、個別課業発生確率と個別課業発生確率対数の値に基づいて課業多様度を算出する課業多様度計算ステップと、
    課業多様度の値に基づいて課業困難度評価関数を計算する課業困難度評価関数計算ステップ
    の処理をコンピュータにより実行するコンピュータ読み取り可能なプログラム。
14. 請求項８に記載のコンピュータ読み取り可能なプログラムにおいて、更に、
    操作者の操作行為の種別と発生回数を観測し、その観測結果に基づいて操作行為回数データを作成する操作行為回数データ計測ステップと、
    操作行為多様度の値に応じて、評価対象の入力装置のボタン領域を指定するデータの入力装置特徴指定信号を生成する入力装置特徴指定信号生成ステップと、
    前記入力装置特徴指定信号に従って入力装置の特徴を変更する入力装置特徴変更ステップ
    の処理をコンピュータにより実行するコンピュータ読み取り可能なプログラム。