(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）直進性のよい半導体レーザ光を照射する半導体レーザに接続される第１のファイバと、
（ｂ）球面波状に広がるＬＥＤ光を照射するＬＥＤに接続されるとともに、前記第１のファイバの端面と揃えられた端面を有する第２のファイバと、
（ｃ）前記半導体レーザ光とＬＥＤ光の対象面からの反射光を受光する１本の受光ファイバと、
（ｄ）前記各ファイバを束ねてなるセンサとを備え、
（ｅ）前記半導体レーザ光とＬＥＤ光の対象面からの反射光の比に基づいて前記センサから対象面までの距離を計測することを特徴とする狭小域における距離計。
【請求項２】
直進性のよい半導体レーザ光を照射する半導体レーザに接続される第１のファイバと、球面波状に広がるＬＥＤ光を照射するＬＥＤに接続されるとともに、前記第１のファイバの端面と揃えられた端面を有する第２のファイバと、前記半導体レーザ光とＬＥＤ光の対象面からの反射光を受光する１本の受光ファイバと、前記各ファイバを束ねてなるセンサとを備え、該センサを口腔内に導入し、舌の運動による散乱光の変化を観測し、舌運動を計測することを特徴とする舌運動計測システム。
【請求項３】
請求項２記載の舌運動計測システムにおいて、前記舌の運動は中国語発音によることを特徴とする舌運動計測システム。
【請求項４】
請求項２記載の舌運動計測システムにおいて、前記センサを口腔内に固定具により固定することを特徴とする舌運動計測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、狭小域における距離計及びそれを用いた舌運動計測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中国語を学ぼうとする人にとっては、発音をマスターするのは容易でなく、勉強する意欲はあっても発音で挫折してしまう場合が非常に多く、それが、中国語は難しいという印象を助長させている最大の要因となっている。
【０００３】
中国語には漢字しか存在しない。それらの漢字の発音を正確に発音するには
【０００４】
【外１】
0003722987.tif 000002
呼ばれるものが基準となる。
【０００５】
これは、１９５８年に中国政府がローマ字を利用して、中国語の発音を学べるようにと考案したものである。〔英語と同じく２６文字のローマ字と音調符号（四声）で表す。〕
日本語の基本音節は１００程度であるのに対して、中国語は母音と子音が共に非常に多く、母音３５個、子音は２１個、そして母音と子音を組み合わせて４００程度の基本音節が存在する。その中の大部分は舌の位置、形に深く関連しており、それらを正しく発音することは外国人にとって容易ではない。どんなに教えるのが上手な先生であってもそれらをあいまいな表現で教えることしかできず、生徒の口の中をのぞいても、舌の正しい構えを知ることは困難である。
【０００６】
もし、発音と舌の位置関係が分かるシステムがあれば、正しい中国語の発音の学習に大きな手助けとなる。そこで、本発明では、舌の位置を計測するシステムを提案し、それを中国語の発音学習システムへと応用することにした。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、狭小域における距離の測定は、従来満足のいくものは開発されていないのが現状である。したがって、舌の位置を計測するシステム及びそれを中国語の発音学習システムへと展開することは新しい試みである。
【０００８】
本発明は、上記状況に鑑みて、構成が簡単で、精度の高い狭小域における距離計及びそれを用いた舌運動計測システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕狭小域における距離計において、直進性のよい半導体レーザ光を照射する半導体レーザに接続される第１のファイバと、球面波状に広がるＬＥＤ光を照射するＬＥＤに接続されるとともに、前記第１のファイバの端面と揃えられた端面を有する第２のファイバと、前記半導体レーザ光とＬＥＤ光の対象面からの反射光を受光する１本の受光ファイバと、前記各ファイバを束ねてなるセンサとを備え、前記半導体レーザ光とＬＥＤ光の対象面からの反射光の比に基づいて前記センサから対象面までの距離を計測するようにしたものである。
【００１０】
〔２〕舌運動計測システムにおいて、直進性のよい半導体レーザ光を照射する半導体レーザに接続される第１のファイバと、球面波状に広がるＬＥＤ光を照射するＬＥＤに接続されるとともに、前記第１のファイバの端面と揃えられた端面を有する第２のファイバと、前記半導体レーザ光とＬＥＤ光の対象面からの反射光を受光する１本の受光ファイバと、前記各ファイバを束ねてなるセンサとを備え、このセンサを口腔内に導入し、舌の運動による散乱光の変化を観測し、舌運動を計測するようにしたものである。
【００１１】
〔３〕上記〔２〕記載の舌運動計測システムにおいて、前記舌の運動は中国語発音によるようにしたものである。
【００１２】
〔４〕上記〔２〕記載の舌運動計測システムにおいて、前記センサを口腔内に固定具により固定するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施例を示す狭小域における距離計の模式図であり、図１（ａ）はその概略構成図、図１（ｂ）はファイバの相対位置（ファイバ束）を示す図、図２はその狭小域における距離計測システム構成図である。
【００１５】
図１に示すように、２つの光源に接続された２本のファイバ１、２の先端が隣接し、そこから波長λ0 は同一であるが性質の異なる２種類の光が放射されるようにする。ファイバ１は直進性のよい半導体レーザに接続され、それがファイバ前方に光強度分布Ｉ1 （ｘ）をつくっているものとし、ファイバ２は同一波長のＬＥＤに接続され、Ｉ2 （ｘ）となる光強度分布を生成しているものとする。図１において、４は対象物、４Ａは対象面、５は受光ファイバ３の先端の金属微小円筒、６はファイバ束であるセンサである。
【００１６】
また、この狭小域における距離計のシステムは、図２に示すように、上記した計測を行うために、発振器（レーザ用）７、この発振器７に接続されるカウンタ回路７Ａ、このカウンタ回路７Ａに接続される半導体レーザ８、発振器（ＬＥＤ用）９、この発振器９に接続されるＬＥＤ１０、受光ファイバ３に接続される受光回路１１、この受光回路１１に接続されるＡＤボード１２、このＡＤボード１２に接続されるコンピュータ１３などから構成されている。
【００１７】
上記した２種類の光が位置ｘ＝ａに存在する反射率αの散乱面で散乱されるものとすると、そこでの散乱光強度Ｄ1 、Ｄ2 はそれぞれ
Ｄ1 （ａ）＝αＩ1 （ａ）
Ｄ2 （ａ）＝αＩ2 （ａ）                                  …（１）
で与えられる。
【００１８】
従って、２種類の光源に対する特定部位の散乱強度Ｄ1 、Ｄ2 を、図１のような受光ファイバ３でそれぞれ取得し、それらの比のＲをとると、
Ｒ＝〔Ｄ1 （ａ）〕／〔Ｄ2 （ａ）〕＝〔Ｉ1 （ａ）〕／〔Ｉ2 （ａ）〕
…（２）
であり、Ｒは対象の反射率に関係なく対象の位置ａのみに依存する関数になる。もし、Ｒが測定範囲内の対象面位置に対して十分感度良く変化すれば、ここから対象の位置ａを計測することができる。
【００１９】
なお、ＬＥＤ光による光強度Ｉ2 （ｘ）はｘの２乗に逆比例するものと見なせる。一方、ファイバ１から出射するレーザ光が理想的な波面を有していると仮定できる場合、レイリー長Ｌは、
Ｌ＝πｒ2 ／λ                                          …（３）
以下ではほぼ直進するから、Ｉ1 （ｘ）は一定と見なせ、それより遠くでは、ＬＥＤ光と同様に、ほぼｘの２乗に逆比例して減少していく。但し、ｒはビームの半径である。
【００２０】
従って、例えば、光ファイバの直径が０．１ｍｍのとき、この測定法によって測定可能な距離範囲の理論的限界は上記（３）式より４０ｍｍ程度であり、径をｎ倍にすれば、そのｎ2 倍が計測可能範囲となる。
【００２１】
図３は本発明の実施例を示す狭小域における距離計を舌運動計測に用いた模式図である。
【００２２】
この図に示すように、上記した狭小域における距離計を舌運動計測に用いて、中国語発音学習へ応用することができる。この図において、Ａは半導体レーザ、ＢはＬＥＤ、Ｃはフォトダイオード、Ｄは口腔、４は対象物、４Ａはその対象物４の対象面である。
【００２３】
以下、この狭小域における距離計の具体例について説明する。
【００２４】
〔１〕照射ファイバ
発振波長６７０ｎｍの半導体レーザと、中心波長６６０ｎｍのＬＥＤを端面を鏡面仕上げした直径１ｍｍ、長さ２０ｃｍのプラスチックファイバに接続して、Ｉ1 （ｘ）、Ｉ2 （ｘ）を観測した。
【００２５】
図４は本発明の実施例を示す狭小域における距離計の距離（ｍｍ）に対する光強度（ｍＶ）の特性図である。
【００２６】
この図において、■はファイバ１（レーザ）のみを駆動し、前方距離ｘにおける光強度をプロットしたものである。完全な直進性がくずれてビームが広がっている様子が見られるが、これはむしろ受光ファイバの観測領域の位置に対する精度要求を緩和する意味では好都合でもある。◆はファイバ２（ＬＥＤ）のみを駆動した場合であり、ほぼｘ-2に比例して変化している。
【００２７】
図４に示すようなプロットに対し、比Ｒをとる（▲参照）と、ほぼｘの１乗に比例したカーブが得られ、使用範囲＜４ｃｍの範囲で１ｍｍ程度の位置測定精度を得るのは十分可能であることがわかる。
【００２８】
〔２〕受光ファイバ
舌の観測位置を限定するため、図５のように、受光ファイバの先端に微小円筒５を取り付けた。微小円筒５の長さをｄとすると、ファイバに光が到達する範囲の半径Ｓは光の回折を無視すると、
Ｓ＝ｒ＋２ｒ（ｘ／ｄ）                                    …（４）
のように与えられる。
【００２９】
本発明ではファイバ直径１ｍｍに対して長さ１５ｍｍの金属円筒５を接続した。そのような受光ファイバについて、その観測領域を評価した実験結果を、図６に示す。なお、この図において、横軸は中心からの距離〔ｍｍ〕、縦軸は受光強度（規格値）である。受光ファイバに微小テスト光源を向き合わせ、それをファイバの対象軸に垂直な面Ｓ内で移動させたときに観測された受光強度を、テスト光源のファイバ対象軸から距離を横軸としてプロットした。面Ｓの受光ファイバからの距離が１、２、３、４ｃｍの場合について重ねて表示してある。
【００３０】
図６から、例えば観測面の距離を３ｃｍとすると、半径３ｍｍのスポットの外からの散乱光は受光ファイバに入射しないことがわかる。
【００３１】
〔Ａ〕狭小域における距離測定システム
図２に示すように、上記した基礎実験と同様に６７０ｎｍの半導体レーザ８と、中心波長６６０ｎｍのＬＥＤ１０を用いて舌の位置を計測する、狭小域における距離測定システムを構成した。半導体レーザ光とＬＥＤ光をそれぞれ３５０Ｈｚ及び３００Ｈｚで変調し、その反射光によるフォトダイオード信号を復調しながら０．３ｓｅｃごとに測定距離を検出する。
【００３２】
〔１〕対象面の距離の測定
対象面に紙を用い、ファイバ先端からの距離を変化させながら受光ファイバによって検出された光強度をプロットした結果を図７に示す。この図において、横軸は対象面からの距離（ｍｍ）、縦軸は光強度（Ｖ）を示している。
【００３３】
この図から明らかなように、対象面が離れていくに従い、受光強度は減少していくが、その減少の様子は半導体レーザ光の方が緩やかである。
【００３４】
そしてそれらの比Ｒ（▲参照）は、ほぼｘの１乗に比例したカーブとなった。レーザ光（■参照）とＬＥＤ光（◆参照）の反射光強度がそれぞれピークを持つのは対象面（観測面）が近くにあるとき、受光ファイバの観測領域が発光ファイバの正面からずれている影響が出ているためである。この実験結果は、光強度比Ｒから対象面の位置を特定可能であることを示している。
【００３５】
〔２〕表面性状の影響
次に対象物の表面性状が測定に与える影響を調べた。
【００３６】
対象表面が、紙、牛の舌、濡れた牛の舌、タオルの場合について光強度比Ｒを測定した。結果を図８に示す。表面によって多少測定値に違いが見られた。実際に人間の舌を測定する際には「濡れた牛の舌」（●参照）の曲線をもとに距離を逆算する。
【００３７】
〔３〕表面の傾き影響
対象表面が傾いたときの影響を調べた結果を、図９に示す。センサに正対する面から１０°、２０°、３０°傾いた表面に対し、レーザ光とＬＥＤ光に対する受光強度比Ｒを測定した。これらの傾き１０°〜３０°以内では測定のばらつきは、概ね５％以内であった。
【００３８】
〔Ｂ〕舌位置の計測実験
固定具を用いて、ファイバ束を口腔内に導入した。ファイバは主に鼻の頂上部に固定され、顎や首の運動がファイバの位置に影響しないように考慮した。センサを装着し、
【００３９】
【外２】
0003722987.tif 000003
を一定時間内で連続的に発音し、その時の舌の位置を計測した結果を図１０に示す。ファイバの先端は上前歯の位置に水平から２０°下向きに固定された。また３回の測定の平均値を表１に示す。
【００４０】
【表１】
0003722987.tif 000004
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４１】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４２】
（１）構成が簡単で、精度の高い狭小域における距離計を得ることができる。
【００４３】
（２）舌運動を的確に計測することができる。
【００４４】
（３）性質の異なる２種類の光をファイバによって口腔内に導入し、その散乱光を観測することによってセンサから対象物表面までの距離を計測する。対象物表面の性状や傾斜が測定に与える影響を評価した後、センサを実装して中国語発音中の舌の動きを計測した。
【００４５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す狭小域における距離計の模式図である。
【図２】  本発明の実施例を示す狭小域における距離計測システム構成図である。
【図３】  本発明の実施例を示す狭小域における距離計を舌運動計測に用いた模式図である。
【図４】  本発明の実施例を示す狭小域における距離計の距離（ｍｍ）に対する光強度（ｍＶ）の特性図である。
【図５】  本発明の実施例を示す狭小域における距離計の受光部を示す図である。
【図６】  本発明の実施例を示す狭小域における距離計の受光ファイバの選択による特性図である。
【図７】  本発明の実施例を示す狭小域における距離計による対象面からの２種類の反射光の比の距離に対する特性図である。
【図８】  本発明の実施例を示す狭小域における距離計による表面性状の影響による特性図である。
【図９】  本発明の実施例を示す狭小域における距離計による表面の傾きの影響による特性図である。
【図１０】  本発明の実施例を示す狭小域における距離計による中国語の単母音を一定時間内で連続的に発音し、その時の舌の位置を計測した結果を示す図である。
【符号の説明】
１    ファイバ（レーザ用）
２    ファイバ（ＬＥＤ用）
３    受光ファイバ
４    対象物
４Ａ    対象物の対象面
５    金属微小円筒
６    センサ（ファイバ束）
７    発振器（レーザ用）
７Ａ    カウンタ回路
８    半導体レーザ
９    発振器（ＬＥＤ用）
１０    ＬＥＤ
１１    受光回路
１２    ＡＤボード
１３    コンピュータ
【図１】
0003722987.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003722987.tif 000012
【図９】
0003722987.tif 000013
【図１０】
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