アップル社が先進的なタッチセンサーの指紋を取得、Androidが模倣するのは難しい模様

どれも似たような見た目になるスマートフォンが市場に溢れている中、アップルは次期iPhoneが際立ち、他社が模倣しにくい製品になることを望んでいる。

その戦略の鍵となるのは、同社が過去2年間にわたり極秘裏に開発してきた、超高解像度の先進タッチスクリーン技術のようだ。

iPhoneの特徴であるマルチタッチタッチスクリーン

Appleが2007年に初代iPhoneを発表した際、最大のセールスポイントは静電容量式マルチタッチスクリーンでした。スティーブ・ジョブズはiPhoneのフルスクリーンディスプレイを、当時人気のボタン式携帯電話の様々なモデルと比較しました。しかし、評論家や業界リーダーたちは、誰もが物理キーボードを必要とし、求めていると主張するなど、不満を募らせました。

6年経った今、物理キーボードを搭載したスマートフォンはごくわずかで、搭載されている機種はほぼすべてタッチスクリーンを搭載しています。今では信じられないかもしれませんが、2007年当時、マイクロソフトが「Windows Mobile スマートフォン」を定義していたのは、タッチスクリーンを搭載していないことを意味していました。

マルチタッチの iPhone が登場すると、Samsung Blackjack II や Motorola Q (下記) などの携帯電話の販売は壊滅しました。

iPhone vs ボタン式携帯電話 2007

新しいiPhoneは、単に大きなタッチスクリーンを搭載しただけでなく、抵抗型ではなく静電容量型のタッチスクリーンを採用しました。これにより、ピンチなどのマルチタッチジェスチャー（その後数年間のAndroid 1.xスマートフォンではサポートされませんでした）に対応できるだけでなく、より正確で感度が高く、軽くフリックしてスクロールするジェスチャーや非常に素早いダブルタップも認識できるようになりました（Palm Treoなどの他のほとんどのタッチスクリーンスマートフォンでは、扱いにくいスタイラスペンを使うか、ゆっくりと強く押す必要がありました）。

静電容量式タッチスクリーンは、生体組織から放出される電子を感知します。画面に触れると、指の電子が微小なコンデンサに充電されます。指を離すとコンデンサは放電し、タッチした場所の電子的な痕跡を残します。このタイプのスクリーンは、厚手の手袋をはめてプラスチック製のスタイラスペンを使用すると、感知する電気的な部分がないため、通常は動作しません。

抵抗型タッチスクリーンは物理的な圧力を感知します。指やスタイラスで押すと、画面が内側に押し込まれることで抵抗が変化します。このタッチスクリーンは一般的に感度が低いため、より意識的に押す必要があります。スーパーマーケットのレジ画面（または2007年頃のスマートフォン）などでは、選択を行うためにスタイラスを手に取って画面を強く押し込む必要があります。

特許取得済み

より高価ではあったが、静電容量式スクリーンにより、初代 iPhone は高品質な感触が得られ、Apple の Cocoa Touch 環境により、これまでは高価なビジネスプレゼンテーションデバイスでしか実現できなかった微妙なジェスチャーが組み込まれ、iPhone が手頃な価格の主流テクノロジーとなるわずか 1 年前にジェフハン氏が先駆けて公開デモンストレーションされた、ユーザーがモバイルデバイスを操作するまったく新しい方法が実現可能になった。

iPhoneを新鮮で差別化されたものに保つために賭け金を引き上げ

それ以来、Appleは毎年iPhone（および関連モバイルデバイス）に3種類の機能を搭載してきました。1つ目は、競合他社の既存機能を組み込んだ「キャッチアップ」機能です。例えば2年目には、BlackBerryのようなプッシュメッセージ、DangerのようなモバイルApp Store、Nokiaのような3GおよびGPSサポート、そしてMicrosoftのようなエンタープライズ機能が搭載されました。

最近では、iPhone 5が4G LTEに対応しました。これはAndroidデバイスが2年間独占していた機能です。Appleが追い上げ機能を追加するたびに、競合他社はiPhoneに対する優位性を主張できなくなっています。

Appleが毎年追加する新機能の2つ目のタイプは、最先端技術の進歩のペースです。毎年のiPhoneアップデートには、はるかに高速なアプリケーションプロセッサ（昨年のA6など）、データのアップロードとダウンロードを高速化するより高度なベースバンドプロセッサ、そして大幅に改良されたカメラセンサーと光学系が含まれています。業界の他の企業もこうした進歩に追随しており、他社製品との差別化を図るのは困難です。業界関係者は皆、斬新で目を引く独自の新機能を必死に探しています。

Appleが毎年追加する3つ目の機能は、iPhoneを独自の差別化と魅力ある製品にするための、独自の新機能です。例えば、iPhone 4のジャイロスコープ、Retinaディスプレイ、FaceTime、iPhone 4SのSiriとAirPlayミラーリング、そしてiPhone 5の精密なデザインと高度なバッテリー技術などが挙げられます。

業界関係者は皆、斬新で目を引く新しい独占タイトルを必死に探しています。Appleは、競合プラットフォームとの差別化を図るためだけでなく、既存ユーザーのアップグレードを促し、新規顧客にプレミアムiPhoneモデルの購入を促すためにも、独占タイトルを必要としています。

指先で操作できる超高感度タッチスクリーン

Appleが次期ハイエンドモデルに搭載する新機能の一つは、超高精度の静電容量式タッチスクリーンとして機能するコンポーネントだと広く予想されています。しかし、このコンポーネントはディスプレイの一部ではなく、ホームボタンに内蔵されるようです。また、指の動きを追跡するのではなく、指紋を一意に識別するために使用されます。

昨年初め、Appleは、VPNや安全なビデオ配信のための暗号化関連の組み込みデバイスや暗号化ソフトウェアの販売に加え、高度な指紋スキャナーを開発しているAuthenTec社との提携を開始した。

HP、Dell、Lenovo、富士通など数社が、AuthenTec 指紋センサーを PC ノート PC に組み込んでいた (主に Windows にログインするための安全なショートカットとして) が、スマートフォンに使用していたのは富士通だけだった。

モトローラ Atrix

2011 年の初めに、Motorola Mobility は AuthenTec 指紋センサー (電話機の背面上部、上記に表示) を搭載した新しい Atrix 4G スマートフォンを発表しましたが、これを確実に動作させるのに苦労しました。

年末までに、この機能が動作しなくなり、モトローラがサポートに何の対策も講じていないとユーザーから苦情が寄せられるようになりました。同社はその後、指紋スキャナーを製品に搭載していません。

AuthenTecの新しい指紋センサーは、Apple以外では関心を集めていない

モトローラがスマートフォンの指紋スキャナの実験を開始してから約1年後、SECへの提出書類によると、AuthenTecは新技術を開発し、「大手家電メーカー数社」に売り込みを開始した。AuthenTecは、Appleが唯一の関心企業だった主な理由は、コストの高さだったようだと述べた。

AuthenTecがアプローチした企業のうち、2011年後半に同社との話し合いを開始したAppleを除いて、この技術の開発に興味を示した企業はなかった。AuthenTecは、Appleが唯一の関心企業であった主な理由は、関連するコストであったようだと述べた。

2012年2月に行われた当初のライセンスおよび開発に関する協議は、5月に買収交渉へと移ったが、決裂した。しかし7月に復活し、Appleは3億6500万ドルでの完全買収を急いで開始し、さらに「Apple製品内またはApple製品と併用するための2D指紋センサーの商品化」を含む「同社のハードウェア技術、ソフトウェア技術、特許に関する非独占的ライセンスおよびその他の特定の権利を取得する権利」に対して2700万ドルを追加で支払った。

指紋センサーは本質的に難しく、問題がある

写真指紋認証の分野の専門家による報告は、前年に痛手を負ったモトローラを含め、昨年アップル以外の誰も AuthenTec に真剣な関心を示さなかった理由を説明しているようだ。

ゲッピー・パルツィアーレ氏は、パターン認識と機械視覚の分野で 15 年以上の経験を持ち、米国連邦捜査局、国防総省、国土安全保障省からの資金提供を受けて、手の指紋を完全に取得する特許取得済み技術を開発した研究者です。

開発者InvasiveCodeのブログ記事で、パルツィアーレ氏は生体認証指紋認証のコンセプトについて説明し、「非常に高度な光学レンズと複雑な照明システムを備えたカメラ」を用いた「タッチレス」写真撮影技術と、AuthenTecが販売する「タッチ」センサーを対比させた。「センサーを継続的に使用するとコンデンサが破壊され始め、時間の経過とともに指紋センサーは機能しなくなる」 - ゲッピー・パルツィアーレ

パルツィアーレ氏によると、AuthenTecのようなデバイスの主な技術的課題は、「センサーを継続的に使用するとコンデンサが破壊され始め、時間の経過とともに指紋センサーが機能しなくなる」ことです。センサーのコンデンサへの過負荷を防ぎ、寿命を延ばすために保護層を追加することは可能ですが、「指紋センサー表面のコーティング層を厚くしすぎると、体から発せられる電子がセンサーの金属表面に到達できず、指紋画像を生成できなくなります」。

パルツィアーレ氏は、この問題を複雑にしているのは、誰の皮膚にも自然に存在する油分や塩分などの現実世界の汚染物質であり、これらが熱や湿度と相まって「センサー表面にとって致命的な組み合わせとなり、表面の破壊を加速させる」と書いている。

インベーシブコード
出典: Invasivecode

同氏は「指紋センサーメーカー（AuthenTec社を含む）は、この問題で大きな成果を挙げることができなかった」と述べ、「残念ながら、これに対する解決策は今のところ存在しない。メーカーは指紋センサーの寿命を延ばすことしかできないが、遅かれ早かれそのデバイスは正常に動作しなくなるだろう」と付け加えた。

これにより、iPhone の指紋センサーの潜在的な有用性が大幅に制限され、誤承認のリスクがあるため Apple がセンサーを決済に使用できなくなる、と彼は結論付けている。「しばらく使用するとセンサーが摩耗し、他人にデバイスへのアクセスを許可できてしまう可能性がある」

これはすべて以前に起こったことだ

6年前、野村證券のアナリスト、リチャード・ウィンザー氏が、初代iPhoneのタッチスクリーンについて同様に悲観的な予測をしていた。

バロンズのエリック・サヴィッツ氏が発表した記事では、ウィンザー氏のメモとして「iPhoneのスクリーンは化学蒸着プロセスを使用して、熱に基づくタッチ感度を実現している」と引用されている。

ウィンザー氏は、この技術の権利は「倒産したフィンランド企業」から取得したもので、その初期の製品は「頻繁に使用するとフィルムが劣化し、画面の感度が落ちるという問題があった」と書いている。ウィンザー氏は、iPhoneの画面は3～6カ月後には故障し始め、大規模で費用のかかるリコールにつながるだろうと予測した。

2007年のiPhone

結局、そのようなことは起こりませんでしたが、さらに重要なのは、iPhoneには熱に敏感なフィルムが使われていなかったことです。翌年、ウィンザー氏は同様の報告書を発表し、第2世代のiPhone 3Gに欠陥のあるインフィニオン製ベースバンドチップが搭載されていたと述べ、Appleは同製品もリコールする必要があるかもしれないと示唆しました。

アナリストも同様に、iPhone 4 の新しいアンテナ設計には大きな欠陥があり、売れずリコールが必要になるだろうと報告したが、iPhone 4 は再び最も売れているスマートフォンモデルとなり、Apple はバンパーを無料提供することでこの問題をめぐるメディアの騒動を鎮めた。

パルツィアーレ氏の観察は確かにより情報に基づいたものであるように思われるが、同氏が述べた問題に対して AuthenTec 社が適切な解決策を開発した可能性も考慮されていない。

スマートセンサー：AppleがAuthenTecに3億5600万ドルを支払った理由

AppleはAuthenTechの買収に、通常の買収費用をはるかに上回る金額を支払った。AppleがAuthenTechの買収にこれほど多額の資金を投じたのは、フラッシュメモリ開発会社Anobitへの3億9000万ドルと、1997年のAppleの業績回復、OS X、そしてiOSの基盤を築いたNeXTへの4億ドルの2社だけだ。

Appleは、後から見ればほとんど意味をなさない買収に天文学的な数十億ドルを投じることで知られているわけではない。MicrosoftがSkypeを85億ドル、GoogleがMotorolaを125億ドルで買収したのに対し、Appleは独自のFaceTime技術を自社で開発し、独自のモバイルハードウェア事業を展開してきた。

AppleがAuthenTecを指紋センサーのために買収したことも明らかです。買収完了後、Appleは同社の暗号化技術を売却しました。

AuthenTec は当時、「半導体ベースのセンサーは、皮膚の表面下の指紋の隆線と谷のパターンの画像を検出する静電容量式と無線周波数 (RF) 式の両方の技術に基づいており、生体層から鮮明でクリアな指紋パターンをキャプチャします」と宣伝していました。

「このアプローチは、皮膚の表面を単に読み取る光学式、熱式、その他のソリューションとは著しく対照的であり、AuthenTec センサーに、画像品質と、センサーが透過して画像化できる保護コーティングの点で大きな利点をもたらします。」

同社の新型AES850センサーは、2011年後半に発売された新型スマートフォンに搭載するために富士通に販売を開始したもので、「耐久性のあるパッケージに収められた世界最小の認証/ナビゲーションスマートセンサー」と呼ばれている。

AuthenTecのApple社内での秘密の活動

AppleとAuthenTecの間で締結された契約書には、買収が進むにつれて続く秘密のパートナーシップについて記されており、AuthenTecは「Appleプロジェクト資料」を「逆アセンブル、逆コンパイル、あるいはリバースエンジニアリング」することを禁じられていた。これは、Apple自身も貴重かつ重要な独自の研究を進めていたことを示している。

今年初め、Apple は「指紋センサー等のための一体成型ダイおよびベゼル構造」と題する特許を出願した。この特許では、「繊細な生体認証アレイ」を保護するように設計された「一体型カプセル化構造」について説明されているが、センサーとベゼルの一部は露出させたり、保護シールで薄くコーティングしたりすることが可能となっている。

特許では、「ベゼルとセンサーダイの両方をカプセル構造に収めることで、これらの要素をこれまで以上に近づけることができます。さらに、カプセル構造はベゼルとセンサーダイを物理的に保護し、特に既存のデバイス設計では不可能な方法でそれらの間の間隔を維持します」と説明されています。

一実施形態によるベゼルフレームの図。

AppleがAuthenTecと独占契約

昨年9月、Appleによる買収が完了した後、AuthenTecはサムスン、HP、Dell、Lenovo、富士通を含む既存の顧客に対し、2013年には部品の注文を履行しないことを通知した。

バイオメトリック・アップデートは昨年の報告書を引用し、これらの顧客が代替サプライヤーを探そうとする際に「パニック状態」に陥っていたと伝えた。

機能的かつ信頼性の高い指紋センサーの開発の難しさについてパルツィアーレ氏が述べたことは、明らかに真実である。これは、モトローラ Atrix などの過去の失敗や、サムスンが Validity Sensors と共同で、今秋発売予定の Galaxy Note 3「ファブレット」に指紋スキャン機能を追加しようとしていたと報じられていたものの、製造上の問題に遭遇したためにその機能を中止せざるを得なかったという事実からも明らかである。

同様の問題がAppleにも影響すると噂されていたが、同社は問題解決に多くの時間を費やしており、現在は自らを「世界第1位の指紋センサープロバイダー」と称する会社の所有者となっている。

混雑したステージで後続を務めるのは難しい

これは、「先進的な静電容量式タッチスクリーン」が、今後何年も競合他社が対抗するのに苦労する貴重な機能によって、再び Apple に先進的な優位性をもたらす可能性があることを示唆している。

対照的に、サムスンの主力スマートフォン「ギャラクシーS4」は、パイパー・ジャフレーのアナリスト、ジーン・マンスター氏が「進化的」アップデートと評したような斬新な仕掛けを伴って登場したが、トピーカ・キャピタル・マーケッツのブライアン・ホワイト氏は「ゲームチェンジャーではない」とし、「iPhone5よりも単に重く、厚く、洗練されていない」と述べた。

Galaxy S 4の販売ペースは、AppleのiPhone 5の発売の半分以下だったと推定される。

gs4