スマートフォンは驚くべき工学技術の結晶です。一枚の板に6個以上のガジェットが詰め込まれ、その優れた機能の多くは多種多様なセンサーによって実現されています。しかし、それらのセンサーとは一体何で、一体何をするのでしょうか？
スマートフォンはどうやって歩数をカウントし、フィットネストラッカーの代わりになるのでしょうか？GPSはデータ通信量を消費するのでしょうか？次に購入するスマートフォンには、どのセンサーが搭載されているべきでしょうか？
知っておくべきことはすべてここにあります。
加速度計
加速度計は軸ベースのモーション センシングを処理し、携帯電話だけでなくフィットネス トラッカーにも搭載されています。別のウェアラブルを購入していなくてもスマートフォンで歩数を追跡できるのは、加速度計のおかげです。
また、携帯電話のソフトウェアに端末がどの方向を向いているかを伝える機能も備えており、これは拡張現実アプリの登場によりますます重要になっている。
名前からもわかるように、加速度計は加速度を計測します。つまり、運転中にSnapchat内のマップでBitmojiの周りにかわいいおもちゃの車を表示したり、他にも実際に役立つアプリケーションを多数有効化したりできます。
センサー自体は、加速力によって応力を受ける微細な結晶構造を含む他のセンサーで構成されています。加速度計は結晶から発生する電圧を解釈し、スマートフォンの移動速度と向きを算出します。
アプリを縦向きから横向きに切り替えたり、運転アプリで現在の速度を表示したりと、加速度計は携帯電話の最も重要なセンサーの 1 つです。
ジャイロスコープ
ジャイロスコープは加速度計を支援して携帯電話の向きを把握し、精度をさらに高めることで、360 度のフォトスフィアが可能な限り印象的に見えるようになります。
携帯電話でレースゲームをプレイし、画面を傾けて操縦する場合、加速度計ではなくジャイロスコープがユーザーの操作を感知します。これは、携帯電話を少し回転させるだけで、実際に空間を移動しているわけではないためです。
ジャイロスコープは携帯電話だけに搭載されているわけではありません。例えば、航空機の高度計に搭載され、高度や位置を測ったり、移動中のカメラの安定性を維持したりするために使用されています。より高性能なジャイロスコープの開発も進められていますが、すぐには一般消費者向けのモバイル機器に搭載できるほど安価で実用的なものにはならないでしょう。
スマートフォンに内蔵されているジャイロスコープは、古い飛行機に搭載されているような従来の機械式ジャイロスコープのような車輪やジンバルは使用しておらず、MEMS (微小電気機械システム) ジャイロスコープが使用されています。
MEMS ジャイロスコープが初めて本格的に普及したのは、2010 年の iPhone 4 の登場でした。当時は、非常に正確に方向を検出できる携帯電話を持つことは非常に斬新でしたが、今では当たり前のことになっています。
磁力計
携帯電話が物理空間内に存在する位置を特定するセンサー三位一体の最後を飾るのが、磁力計です。これも名前の通り、磁場を測定し、携帯電話への出力電圧を変化させることで北の方角を教えてくれます。
AppleマップやGoogleマップでコンパスモードをオン/オフにすると、磁力計が作動して地図の向きを計算します。また、スタンドアロンのコンパスアプリにも磁力計が使われています。
磁力計は磁性金属を検出できるため、金属探知機にも搭載されており、スマートフォン用の金属探知機アプリを入手できるのもそのためです。
しかし、このセンサーは、マッピング アプリ内での主な目的のため、単独では機能しません。携帯電話の加速度計や GPS ユニットから送られてくるデータと連携して動作し、世界のどこにいるのか、どの方向を向いているのかを把握します (詳細なナビゲーション ルートに非常に便利です)。
GPS
ああ、GPS（全地球測位システム）技術。これがなかったら、私たちは一体どこにいるのでしょう？おそらく、辺鄙な泥だらけの野原で、紙の地図を捨てて電子地図に切り替えたあの日を呪っていることでしょう。
携帯電話に搭載されたGPSユニットは、宇宙空間の衛星からの信号を受信し、自分が地球上のどの場所にいるのか（あるいは運転しているのか）を判断します。実際には携帯電話のデータは使用しません。そのため、携帯電話の電波が途切れても、地図タイル自体がぼやけて低解像度であっても、自分の位置を確認できます。
実際、複数の衛星に接続し、交差角度に基づいて現在地を計算します。屋内にいる場合や雲が厚い場合など、衛星が見つからない場合は、位置情報を取得できません。
GPSはデータ通信を一切行いませんが、通信や計算はバッテリーを消耗させる可能性があります。そのため、多くのバッテリー節約ガイドではGPSをオフにすることを推奨しています。一部のスマートウォッチのような小型ガジェットには、同じ理由でGPSが搭載されていません。
GPSは、スマートフォンが現在地を特定する唯一の方法ではありません。Serialで紹介されているように、携帯電話の基地局までの距離も大まかな目安として使えます。しかし、本格的なナビゲーションが必要な場合は、GPSは不可欠です。最近のスマートフォンに搭載されているGPSユニットは、GPS信号と携帯電話の信号強度などの他のデータを組み合わせることで、より正確な位置情報を取得しています。
生体認証センサー
市場に出回っているほぼすべての携帯電話には、携帯電話へのログインを支援する指紋センサーまたは顔認証システムが搭載されています。これらの生体認証センサーは、特定の方法で不正に操作される可能性がありますが、PINコードやパターンのみを使用するよりも一般的に安全で、はるかに便利です。
指紋センサーは、ハードウェアボタンから画面内回路へと移行しました。主な種類は、光学式（光でスキャン）、静電容量式（電子コンデンサでスキャン）、超音波式（音波でスキャン）の3つです。最も確実な認証を得るには超音波式が最適ですが、他の2つのオプションは、比較的安価なスマートフォンで使用されている場合もあります。
これらのセンサーは単独で機能するわけではなく、メーカーは指紋認証の精度を最大限に高めるために、様々なソフトウェアのトリックやアルゴリズムを採用しています。現在、最高級のAndroidスマートフォンには、物理的なハードウェアボタンを使用するものとほぼ同等の性能を持つディスプレイ内蔵指紋センサーが搭載されています。
https://gizmodo.com/how-apples-new-face-id-works-1803813400
もちろん、最上位のiPhoneやPixel 4には指紋センサーは搭載されていません。これらのスマートフォンや類似機種は顔認証を採用しています。ここでも様々な技術が活用されており、安価な端末では通常のカメラレンズを使用し、高解像度の写真で本人確認を試みます。
ハイエンドモデルでは、赤外線センサーが点を使って顔を3次元的にマッピングし、それをスマートフォンのソフトウェアが解釈します。ソフトウェアが高性能であればあるほど、ロック解除は速くなります。顔認証がうまく機能すると魔法のように感じられるかもしれませんが、実際には舞台裏で多くの処理が行われています。
残りのベスト
端末には他にもたくさんのセンサーが搭載されていますが、どれもここまでに挙げたセンサーほど重要ではないかもしれません。Pixel 4とPixel 4 XLは、基本的にレーダーモジュールであるSoliセンサーを搭載している点で独特です。このセンサーは、端末の近くやすぐ上の動きを検知し、アラーム音を消音するために端末を動かすと音量が下がり、端末を手に取るとすぐに顔認証が作動します。
Apple側では、iPad ProにLiDARが搭載されており、近いうちにiPhoneにも搭載される可能性があります。簡単に言うと、LiDARはレーザー光スキャン技術で、奥行きを計測し、部屋の地形を非常に正確に把握できます。今後数年間、拡張現実（AR）アプリに最も役立つでしょう。
さらに、最新のAppleスマートフォンにはU1チップが搭載されています。これはセンサーというよりは通信アンテナに近いものですが、スマートフォンの位置や向きを特定するのに役立ちます。iPhoneを含む多くのスマートフォンには、気圧を測定する気圧計も搭載されており、天候の変化を検知したり、高度を計算したりと、あらゆる用途に役立ちます。
近接センサーは通常、上部のスピーカーの近くに設置されており、赤外線LEDと光検出器を組み合わせて、携帯電話が耳に当てられているかどうかを検知し、画面をオフにします。センサーは光線を発射し、反射して返ってくるのですが、人間の目には見えません。
一方、周囲光センサーは期待どおりの動作をし、室内の光を測定して、それに応じて画面の明るさを調整します (自動調整に設定されている場合)。
携帯電話に搭載されている他のテクノロジーと同様に、これらのセンサーも小型化、高性能化、低消費電力化が進んでいます。そのため、5年も経っていないスマートフォンにGPSが搭載されているからといって、どちらも同じ精度になるとは限りません。ソフトウェアの調整や最適化も加わるため、これらのセンサーがスペックシートに記載されることはほとんどないとしても、定期的に携帯電話をアップグレードする理由がさらに増えるでしょう。
このガイドはもともと 2017 年 7 月 23 日に投稿され、最新のスマートフォンに搭載されている追加のセンサーに焦点を当てて 2020 年 6 月 29 日に更新されました。
（2022年3月4日に新しい詳細を更新しました）
