(57)【要約】【課題】  既存の発声補助装置に比較してシンプルでありながら、体力が不十分で息を強く吐くことができない高齢の患者も容易に利用でき、しかも発声の実感を得られ、十分明確な発声の補助を可能とする発声補助装置を提供する。【解決手段】  発声動作に基づく位置変化を検知して電気信号を出力する母音センサ４と、発声動作に基づく子音成分を選択可能に電気信号として出力する子音信号発生部５と、母音を判別し母音コードを生成する母音識別部６と、子音成分に関する電気信号を判別し子音コードを生成する子音識別部７と、音声データ及び／又は文字データを格納する発声データベース９と、発声データベース９から音声データ及び／又は文字データを読み出す制御部８と、音声データ及び／又は文字データを出力する出力部１０とを有する。【選択図】  図１
2006220880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顔面上に装着され発声動作に基づく位置変化を検知して電気信号を出力する母音センサと、発声の子音成分を選択可能に電気信号として出力する子音信号発生部と、前記母音センサによって出力された位置変化に伴う電気信号に基づいて母音を判別しこの母音に該当する母音コードを生成する母音識別部と、前記子音信号発生部によって出力された子音成分に関する電気信号を判別しこの子音に該当する子音コードを生成する子音識別部と、前記母音コードと子音コードをキーとして音声データ及び／又は文字データを読み出し可能に格納する発声データベースと、前記生成された母音コードと子音コードを用いて前記発声データベースから前記音声データ及び／又は文字データを読み出す制御部と、前記読み出された音声データ及び／又は文字データを出力する出力部とを有することを特徴とする発声補助装置。
【請求項２】
前記制御部は前記母音コードと子音コードを合成して発声コードを生成する機能を備え、前記発声データベースは、母音コードと子音コードをキーとして音声データ及び／文字データを読み出し可能に格納することに代えて、前記発生コードをキーとして音声データ及び／又は文字データを読み出し可能に格納することを特徴とする請求項１記載の発声補助装置。
【請求項３】
前記母音センサは、位置変化を検知して電気信号を出力することに代えて、筋肉の伸縮を検知して電気信号を出力するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発声補助装置。
【請求項４】
前記母音センサは、位置変化を検知して電気信号を出力することに代えて、唇の上下間及び左右間の距離及び顎関節の変位を検知して電気信号を出力するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発声補助装置。
【請求項５】
前記子音信号発生部は、複数の指示部を備え、これらの指示部に予め前記子音成分を１ずつ対応させておくことで、該当する子音成分に係る電気信号を出力するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発声補助装置。
【請求項６】
前記子音信号発生部は、手の各指に装着可能でＯＮ−ＯＦＦ信号を出力可能な複数のスイッチを備え、これらのスイッチから出力されるＯＮ−ＯＦＦ信号の組合せに予め前記子音成分を１つずつ対応させておくことで、該当する子音成分に係る電気信号を出力するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発声補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、失語症患者や声帯に障害を持つ患者などが発声練習をするために用いる発声補助装置に係り、特には声を出したと実感させることが可能な発声補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、喉頭がんなどの疾病によって声帯を損傷したり、あるいは心因性の失語症などの患者に対しては、その発声を促すため多くの技術が開発されている。
例えば、特許文献１には「発声補助用人工喉頭」として、人工喉頭の振動子の振動周波数を制御するためのピッチパタン信号の生成動作を、動作コントロール手段と山型パタン生成部あるいは下降パタン生成手段などによって制御して、アクセントやイントネーションを自然に表現し得る発明が開示されている。
本発明の動作コントロール手段の操作によって、山型パタン生成手段が山型のピッチパタン信号を生成し、この山型ピッチパタンは、ピッチが低いピッチレベルから上昇し、極大点を経て減少に転じ、基準ピッチレベルまで下降するパタンを形成する。また、下降パタン生成手段は下向きに凸の曲線形状であって基準ピッチレベルまで単調減少する下降ピッチパタンを形成する。
このような特許文献１に開示される発明においては、自動的に滑らかな曲線形状を有するピッチパタンを生成するように構成することができるので、人工喉頭により補助された音声が自然なピッチ変化を伴い、耳障りでない音声が実現されるという効果が得られる。
【０００３】
次に、特許文献２には「電気人工喉頭」として、生体情報を検出する生体情報検出手段とこの検出された生体情報に応じて音響変換器から出力する代用音源の基本周波数や音量を制御する制御手段を備えた装置が開示されている。
この発明では、どのようなセンサを用いて、得られた生体情報をどのように用いて制御するのか具体的な記載がないが、本特許文献によれば、生体情報を用いて代用音源の基本周波数や音量を制御することができるため、自然な声で快適な生活を送ることができるとのことである。
【０００４】
特許文献３では、「発生補助装置およびプログラム記録媒体」という発明が開示されている。この発明は、食道発声音声や反回神経麻痺音声などの声帯に異常のある音声の音量不足や有響成分不足を解消するために、入力された音声信号から低周波数成分を除去する低域成分除去フィルタと高周波成分を除去する高域成分除去フィルタ、さらに、高域成分除去フィルタの出力を分析・合成する分析処理手段と、この分析処理手段の出力と低域成分除去フィルタの出力を加算する加算器を備えるものである。
このような発明によれば、コミュニケーションには不要な低域及び高域のノイズを除去することで、患者の音声のラウドネスを改善しながら有響成分を増加させた声質改善を行なうことができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６９４７６号公報
【特許文献２】特開平７−４３３号公報
【特許文献３】特開２０００−２４２２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、スイッチＳＷ１乃至３を操作することによって、山型や下降などのピッチパタンを生成して日本語の話言葉に近いアクセントとイントネーションをつけるもので、発声自体は人工喉頭が行い、また、先のピッチパタンの生成は患者（話者）が操作によって行なうものである。
図３には、スイッチＳＷ１乃至３の操作のフローチャートが開示され、これらのスイッチのオンオフによって発声するピッチパタンが図４乃至１１に開示されているが、これらのスイッチのオンオフは患者によるもので、発声の動作とは無関係である。このような発明においては、患者が実際に発声の動作を行なわなくとも手元でスイッチを操作するだけでアクセントやイントネーションを変えることが可能となってしまい、患者がより正確に発声するために練習する場合などでは、不向きとなってしまう。
また、発声は人工喉頭で行なわれるため、多少の発声の動作によって音声を出すことが可能であるかもしれないが、人工喉頭は喉部に当てて使用する必要があり、発声に適する定められた位置に設置する必要があること、さらに発声のために息を吐く必要があるが、手術時に声帯を摘出している場合には息が漏れることも多く、体力が必要となってしまう。また、高齢の患者には特にこの体力への負担から人工喉頭を用いた発声には無理があった。
【０００７】
また、特許文献２に開示される発明においても人工喉頭を用いるものであり、呼吸や筋電位を含む生体情報をセンサによって検知して、これらを用いて音響変換器から出力される代用音源の周波数などを制御するものである。この発明では、どのような生体信号を用いてどのように音響変換させるのかが不明であるが、特許文献１と同様に人工喉頭を用いており呼吸を必要とするため、やはり体力を消耗することには変わりなく、また、生体情報を検知するためのセンサを多く体に装着する必要があるため、患者に負担となってしまう。
【０００８】
特許文献３に開示される発明では、発声信号を電気的に処理して有効な成分のみを取り出して増幅することでより自然に近い発声を可能とするものであるが、この発明の前提は患者による発声がある程度なければならず、前述のように高齢の患者であってほとんど発声が困難な場合には、効果が薄いという課題がある。すなわち、この特許文献３に開示される発明では、患者の発声能力によってその効果に変動があるという課題があった。
【０００９】
本発明は係る従来の事情に対処してなされたものであり、従来の発声補助装置に比較してシンプルでありながら、体力が不十分で息を強く吐くことができずない高齢の患者も容易に利用でき、しかも発声の実感を得られ、十分明確な発声の補助を可能とする発声補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明である発声補助装置は、顔面上に装着され発声動作に基づく位置変化を検知して電気信号を出力する母音センサと、発声の子音成分を選択可能に電気信号として出力する子音信号発生部と、母音センサによって出力された位置変化に伴う電気信号に基づいて母音を判別しこの母音に該当する母音コードを生成する母音識別部と、子音信号発生部によって出力された子音成分に関する電気信号を判別しこの子音に該当する子音コードを生成する子音識別部と、母音コードと子音コードをキーとして音声データ及び／又は文字データを読み出し可能に格納する発声データベースと、生成された母音コードと子音コードを用いて発声データベースから音声データ及び／又は文字データを読み出す制御部と、読み出された音声データ及び／又は文字データを出力する出力部とを有するものである。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明である発声補助装置は、請求項１に記載の発声補助装置において、制御部は母音コードと子音コードを合成して発声コードを生成する機能を備え、発声データベースは、母音コードと子音コードをキーとして音声データ及び／文字データを読み出し可能に格納することに代えて、発生コードをキーとして音声データ及び／又は文字データを読み出し可能に格納するものである。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明である発声補助装置は、請求項１又は２に記載の発声補助装置において、母音センサは、位置変化を検知して電気信号を出力することに代えて、筋肉の伸縮を検知して電気信号を出力するものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明である発声補助装置は、請求項１又は２に記載の発声補助装置において、母音センサは、位置変化を検知して電気信号を出力することに代えて、唇の上下間及び左右間の距離及び顎関節の変位を検知して電気信号を出力するものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明である発声補助装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発声補助装置において、子音信号発生部は、複数の指示部を備え、これらの指示部に予め子音成分を１ずつ対応させておくことで、該当する子音成分に係る電気信号を出力するものである。
【００１５】
請求項６に記載の発明である発声補助装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発声補助装置において、子音信号発生部は、手の各指に装着可能でＯＮ−ＯＦＦ信号を出力可能な複数のスイッチを備え、これらのスイッチから出力されるＯＮ−ＯＦＦ信号の組合せに予め子音成分を１つずつ対応させておくことで、該当する子音成分に係る電気信号を出力するものである
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明に係る発声補助装置は、顔面上に装着された母音センサによって発生動作に基づく位置変化や変位、伸縮を検知して患者が発声しようとしている母音を判別することが可能であるため、息を吐く必要がなく、体力が衰えている高齢の患者であっても容易に発声補助を行なうことが可能である。
【００１７】
また、母音のみをセンサで検知してこれを判別して母音コードを生成し、子音はセンサではなく別個の手段で選択可能に子音コードを生成して、これらをキーとして、あるいはこれらのコードを合成した発声コードを生成してこれをキーとして、発声データベースに格納された音声データあるいは文字データを読み出すため、発声の動作を行うことで発声の実感を味わうことが可能でありながら、実際には発声量が少なくとも、子音が動作で選択されるため容易で高精度な発声補助を行なうことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る発声補助装置の実施の形態を図１乃至８に基づいて説明する。(特に、請求項１、２及び６に対応)。
図１は、本実施の形態に係る発声補助装置の構成図である。図１において、発声補助装置は大きくは本体３と出力部１０に分けられる。本体３には、患者の口１の周辺に装着される母音センサ４と、手２に備えられる子音信号発生部５が含まれている。
患者が発声行動を取ることによって、口１が動くと同時に口１の周囲に装着された母音センサ４が動くため、その動きによって検知される位置の変化を母音センサ４は電気信号に変えて出力するのである。位置の変化を感知するセンサというのは、例えば、その母音センサ４が動いた際に生じる加速度を積分して速度、さらに積分して距離を演算するようにして得られる位置変化を電気信号に変換するものが考えられる。従って、この場合には位置変化は加速度変化ということも可能である。本実施の形態は、位置変化を感知する母音センサ４として、加速度の変化を感知するセンサを採用して説明するものである。
母音センサ４によって出力された電気信号は本体３の母音識別部６へ送信され、母音識別部６は出力された母音の電気信号を判別し、その母音に該当する母音コードを生成する。母音コードは、「あ」、「い」、「う」、「え」、「お」を識別するためのコードである。この母音の電気信号の判別方法については後で詳述する。
【００１９】
一方、子音信号発生部５は、患者の手の操作によって子音が選択可能なように構成されている。この子音信号発生部５の構成についても後述するが、選択された子音に相当する電気信号を出力し、出力された電気信号は本体３の子音識別部７へ送信され、子音識別部７はその子音の電気信号を判別して該当する子音コードを生成する。子音コードは、「あ」、「か」、「さ」、「た」、「な」、「は」、「ま」、「や」、「ら」、「わ」、「が」、「ぎゃ」、「ざ」・・・、「ん」を識別するためのコードである。なお、本願の特許請求の範囲及び明細書においては、「子音」、「子音成分」、「子音コード」に便宜上、母音のみからなる「行」である「あ行」の音を含むものとする。母音を子音の組合せによって発声音を特定するために、「あ」などの母音だけであっても子音を「あ行」として特定しなければ、組合せによって「あ」として特定できないためである。但し、子音信号発生部５から電気出力がない場合に「あ行」であると認識するようにしてもよいことは言うまでもない。
母音識別部６と子音識別部７によってそれぞれ生成される母音コードと子音コードは本体３に含まれる制御部８に送信され、この制御部８は、これらのコードを合成して新たに発声コードを生成する。この発声コードは、濁音や撥音も含めていわゆる５０音のいずれか１の音が特定するコードである。
【００２０】
さらに、制御部８は、本体３の発声データベース９にアクセスし、この発声コードをキーとして発声データベース９に格納されている音声データ及び文字データ、あるいはいずれか一方を読み出して、出力部１０に送信する。なお、発声データベース９は本実施の形態においては本体３の内部に設けたが、これは外付けにしてももちろん構わない。
【００２１】
出力部１０は、例えば、音声データであればそれを発するためのスピーカなど聴覚用装置であったり、文字データであればそれを表示するための液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの視覚用装置であったり、さらに、いずれのタイプのデータであっても外部装置へ出力することができるインターフェースであったりするものであり、特に限定するものではない。
【００２２】
図２に、発声データベース９に格納されるデータ構造を模式的に示す概念図を示す。図２（ａ）に示される発声データベース９ａでは、先に説明したとおり、制御部８において母音コードと子音コードが合成されて生成された発声コードである２進コード１１と、この２進コード１１に対応して音声データ１２と文字データ１３がテーブル状に格納されている。
この２進コード１１は、母音を表すコードと子音を表すコードを合成したものであり、母音を３桁の０か１の組合せによって表現し、さらに、子音も例えば１０桁の０か１によって表現すると、計１３桁の０か１の組合せによってすべての発声音が表現可能である。図中の２進コード１１の欄に記載されているものは、２進法による数字が途中省略されているが、「あ」と「い」を示すものである。従って上例であれば、最初の１０桁は「あ行」を示すため共通の２進コードであるが、その後の３桁は、それぞれ母音の「あ」と「い」を示すものであるので異なる２進コードとなっており、結局全体的な２進コード１１は異なるものとなるのである。
【００２３】
本図の発声データベース９ａにおいては、２進コード１１に対応させて音声データ１２と文字データ１３の両方が格納されているが、用途によってはいずれか一方のみを格納しておいてもよい。また、制御部８によって２進コード１１をキーとしてこのテーブルを検索して音声データ１２あるいは文字データ１３を読み出すが、いずれか一方でも両方でもよい。図中では同じ「あ」、「い」として表示されているが、もちろん、音声データ１２の欄にある「あ」は音声データとしての「あ」であり、文字データ１３の欄にある「あ」は文字データとしての「あ」である。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示されるデータ構造について説明する。先に説明した制御部８では、母音コードと子音コードを合成して新たに発声コードを生成したが、制御部８で発声コードを生成することなく、図２（ｂ）に示されるように発声データベース９ｂで音声データ１４と文字データ１５に分離してテーブルを構成し、それぞれのデータにおいて、母音２進コード１７，１９と子音２進コード１６，１８をマトリックス状に配置して、それらをキーとした組合せによって濁音、撥音を含む５０音を特定できるようにしてもよい。
このようにデータを構成させると、制御部８によって母音コードと子音コードを合成する必要がなく、制御部８自体は簡略化することが可能であるものの、発声データベース９ｂでは、マトリックスが多少複雑化されることになる。
母音２進コード１７，１９の欄に記載される「０００」、「０１１」、「１１１」、「０１０」、「１１０」はそれぞれ母音コードである。母音は日本語では５つあるので、２進数であればコードの構成として少なくとも３桁が必要である。なお、本実施の形態においては日本語をベースに説明するものであるが、他国の言語においても同様に母音と子音を備えているものであれば、対応は可能である。母音や子音の数が多い場合には、適宜母音２進コードや子音２進コードの桁数を増やすことによって対応させることができる。
【００２５】
次に、図３（ａ），（ｂ）を用いて母音センサの装着状態について説明する。
図３（ａ），（ｂ）は、患者の顔に対して装着される母音センサを模式的に表す概念図である。図３（ａ）において、水平加速度センサ２０は患者の口の横側へ装着されており、垂直加速度センサ２１は口の下側に装着されている。また、校正加速度センサ２２は図３（ｂ）に示されるように患者の後頭部の部分に装着されている。発声動作に基づく水平加速度と垂直加速度を測定するためのセンサであるが、発声動作に基づく口廻りの変化以外に、顔全体が動く場合にも加速度を検知してしまう可能性があることから、発声時の口の動きに影響がない後頭部へ校正加速度センサ２２を設け、このセンサで検知される加速度と水平加速度センサ２０及び垂直加速度センサ２１で検出される加速度を用いて演算処理を行うことで、発声動作に伴う口廻りに発生する加速度を測定可能としている。演算処理の具体例としては、校正加速度センサ２２で検知される加速度をベースとして、水平加速度センサ２０及び垂直加速度センサ２１で検出される加速度から減じることで、発声動作に伴う口廻りに発生する加速度を測定可能とする場合などがある。但し、このような場合には、首を動かした場合に、後頭部の動きよりも口周辺の動きの方が大きくなる場合もあり、水平加速度センサ２０や垂直加速度センサ２１で検出された加速度から校正加速度センサ２２で検出された加速度を差し引きすることで単純に正確な加速度が得られない場合もあると考えられる。そのような場合には、補正を行なうか、あるいはセンサを増やすことで精度を向上させることが考えられる。
【００２６】
図５は、母音を発声する際の口の形状を模式的に示す概念図である。図５（ａ）から（ｅ）までが、それぞれ「あ」から「お」に相当している。これらの口の形状に唇が動く際に発生する水平、垂直の加速度を測定して母音を識別するのである。
【００２７】
図６（ａ），（ｂ）は、加速度の発生する方向について便宜上定めた方向である。本願明細書でいうｘ軸方向とは、顔面に対して平行かつ左右方向を意味し、ｙ軸方向とは顔面に対して平行で上下方向を意味し、ｚ軸方向とは顔面に対して垂直な方向を意味している。本実施の形態においては、図４に示した水平加速度センサ２０によって、ｘ軸方向の加速度を測定し、垂直加速度センサ２１によってｙ軸方向とｚ軸方向の加速度を測定する。それぞれ図に示される方向が正方向となる。
表１は、母音の発声動作と水平加速度センサ２０及び垂直加速度センサ２１によって検出される加速度の各軸方向成分の正負の状態を示す母音判別テーブルである。
表１において、例えば「あ」であれば、水平加速度センサ２０はｘ軸方向に正（＋）の数値を示し、垂直加速度センサ２１は、ｙ軸方向及びｚ軸方向に正（＋）の数値を示す。
【００２８】
【表１】
2006220880.tif 000003
【００２９】
図５（ａ）に示される口の形状と比較してみると、母音「あ」を発声するために、少し口が左右上下に開くことから、ｘ軸及びｙ軸に正の加速度が発生し、発声時に歯が少し下唇を前に押し出すことからｚ軸に正の加速度が発生している。
「い」の発声であれば、水平加速度センサ２０がｘ軸方向に正の加速度を検知するだけとなっており、「う」ではほとんど口を動かすことなく発声できることからいずれのセンサも加速度を検知していない。「え」や「お」についても同様に各軸の欄に＋を記載することができる。なお、これらの加速度の検知は、個人差もあると考えられるので、母音の設定を可能としておき、この表１は個人差に従って適宜修正可能としておくことが望ましい。
表１に示される＋の部分を１とし、加速度が検出されなかった箇所、すなわち表１で空欄となっている部分を０とすることで母音の２進コードを生成することができる。
【００３０】
図７を参照しながら以上のことをまとめつつ、母音コードの生成までのステップについて説明する。図７は加速度センサを母音センサとした場合の母音識別部における信号処理の工程を示す工程図である。
図７において、図１に示される患者の口廻りに装着された水平加速度センサ２０、垂直加速度センサ２１及び校正加速度センサ２２から構成される母音センサ４で発生する加速度の電気信号は母音識別部６によって読み出される（ステップＳ１）。
前述のとおり顔全体が動くことによる影響を排除するために校正加速度センサ２２を用いて、水平加速度センサ２０及び垂直加速度センサ２１の相対加速度変化を演算する（ステップＳ２）。
水平加速度センサ２０及び垂直加速度センサ２１の相対的な加速度変化によって、母音識別部６に格納される表１に示される母音判別テーブルによって母音を判別し（ステップＳ３）、それによって先に説明したとおり２進コードを生成する（ステップＳ４）。
【実施例１】
【００３１】
次に、母音センサ４として筋肉の伸縮を検知して電気信号を出力するものを採用した場合について、母音識別部６で母音を判別して母音コードを生成するまでの工程について説明する。（特に、請求項３に対応）
母音センサ４の装着場所は、加速度センサと同様に図４（ａ），（ｂ）に示されるとおりである。筋肉の伸縮を感知する母音センサ４では、母音の発声動作時に口廻りの筋肉がどのように伸縮するかによって、母音を判別する。水平伸縮センサ２４は患者の口の下側へ装着されており、垂直伸縮センサ２３は口の横側に装着されている。また、咬合伸縮センサ２５は患者の顔の顎のいわゆる「えら」の部分に装着されている。
このように装着されたセンサにおいても図６に示されるｘ，ｙ，ｚの軸方向は共通である。筋肉の伸縮を感知する母音センサ４では、表２に示されるような母音判別テーブルによって母音が判別される。
【００３２】
表２は、母音の発声動作と水平伸縮センサ２４及び垂直伸縮センサ２３によって検出される筋肉の各軸方向成分の伸縮状態を示す母音判別テーブルである。
表２において、例えば「あ」であれば、口廻りの筋肉がｘ軸方向及びｙ軸方向に伸びるので水平伸縮センサ２４及び垂直伸縮センサ２３は伸びを示し、咬合伸縮センサ２５は縮みを示す。このような伸びと縮みをそれぞれ１と０とすれば、加速度センサによる場合と同様に母音の２進コードが生成可能である。
【００３３】
【表２】
2006220880.tif 000004
【００３４】
図８を参照しながら、加速度センサの場合と同様に母音コードの生成までのステップについて説明する。図８は伸縮センサを母音センサとした場合の母音識別部における信号処理の工程を示す工程図である。
図８において、図４に示される水平伸縮センサ２４、垂直伸縮センサ２３及び咬合伸縮センサ２５から構成される母音センサ４で発生する筋肉の伸縮の電気信号は母音識別部６によって読み出される（ステップＳ１）。
母音識別部６では、各センサにおける伸縮変化を演算し（ステップＳ２）、３つのセンサによる伸縮変化によって、母音識別部６に格納される表２に示される母音判別テーブルによって母音を判別し（ステップＳ３）、それによって先に説明したとおり母音の２進コードを生成するのである（ステップＳ４）。
【実施例２】
【００３５】
さらに、母音センサ４として唇の上下間及び左右間の距離及び顎関節の変位を検知して電気信号を出力するものを採用した場合について、母音識別部６で母音を判別して母音コードを生成するまでの工程について説明する。（特に、請求項４に対応）
母音センサ４の装着は、加速度センサあるいは筋肉伸縮センサとは異なり、図９に示すように、口廻りにおいて水平距離センサ２７ａ，２７ｂを唇の左右２箇所に装着され、垂直距離センサ２６ａ，２６ｂは上下２箇所に装着される。さらに、図１０に示されるように咬合位置変位センサ３１は患者の顔の顎の「えら」部分に装着されている。
垂直距離センサ２６ａ，２６ｂ及び水平距離センサ２７ａ，２７ｂは、それぞれセンサ間距離を検知し、母音を判別するものである。
【００３６】
図１１は、垂直距離センサ２６及び水平距離センサ２７の構造を簡単に示す概念図である。図１１（ａ）に示されるセンサは、例えば垂直距離センサ２６ａであり、円形パッチ状に形成されており、その裏側中央に磁石２８を備えられており粘着材２９を塗布することで、口廻りに貼付することができる。
一方、図１１（ｂ）に示されるセンサは、例えば垂直距離センサ２６ｂであり、その裏側にはリードスイッチ３０が備えられており、このリードスイッチ３０は磁石が一定距離内に接近すると反応するようになっているため、唇の動きによって唇の上下・左右の両端が接近したり離隔したりすることでスイッチがＯＮとなったりＯＦＦとなったりするものである。裏面には同様に粘着材２９が塗布されているため容易に貼着することができる。なお、リードスイッチ３０に代えて磁石２８の磁気を感知することができる磁気センサを用いて、唇の上下左右の両端の距離の大小や接近・離隔を検知可能なものでもよい。
図１１（ａ），（ｂ）に示されるセンサを唇の上下に貼るのが垂直距離センサ２６であり、左右に貼るのが水平距離センサ２７である。
この種の母音センサ４は、母音の発声動作時に口廻りの形状、特に唇の上下左右の距離がどのように変化するかによって母音を判別する。
【００３７】
表３は、母音の発声動作と水平距離センサ２７ａ，２７ｂ及び垂直距離センサ２６ａ，２６ｂによって検出される唇の上下左右の開き具合と、咬合位置変位センサ３１によって検出される歯を噛んでいるか否かを示して、母音を判別するための母音判別テーブルである。
【００３８】
表３において、例えば「あ」であれば、唇の横の開き具合が大きく、唇の縦の開き具合も大きく、歯を噛んでいる（顎を閉じている）かということに対しては、噛んでいないという状況を示している。これを例えば、開き具合が大きいものを０、小さいものを１とし、さらに歯を噛んでいる場合を１とし、噛んでいない場合を０とすることで母音の２進コードの生成が可能となる。
【００３９】
【表３】
2006220880.tif 000005
【００４０】
表４は、このようにして生成された母音の２進コードを例示するものである。「あ」では、横と縦の唇の開き具合が大きいので０，０となり、さらに歯を噛んでいないので０となる。従って３桁の２進数は、いずれも０となる。
【００４１】
表３の母音判別テーブルに沿えば、表４の母音はそれぞれ示されるような２進コードとなる。
【００４２】
【表４】
2006220880.tif 000006
【００４３】
図１２を参照しながら、加速度センサや筋肉の伸縮センサの場合と同様に母音コードの生成までのステップについて説明する。図１２は距離センサを母音センサとした場合の母音識別部における信号処理の工程を示す工程図である。
図１２において、図９，１０に示される垂直距離センサ２６、水平距離センサ２７及び咬合位置変位センサ３１から構成される母音センサ４で発生する唇の距離の電気信号及び位置変位の電気信号は母音識別部６によって読み出される（ステップＳ１）。
母音識別部６では、垂直距離センサ２６及び水平距離センサ２７については距離変化を演算し（ステップＳ２）、咬合位置変位センサ３１については位置の変位を加速度の変化や筋肉の伸縮変化によって演算し（ステップＳ２）、これらによって、母音識別部６に格納される表３に示される母音判別テーブルによって母音を判別し（ステップＳ３）、それによって母音の２進コードを生成するのである（ステップＳ４）。
【００４４】
以上、本実施の形態に係る発声補助装置における母音コードの生成までについて説明した。次に、図１に示される子音信号発生部５及び子音識別部７を用いた子音の判別方法について説明する。
子音は、主として発声動作に伴う唇の動きによって識別可能な母音とは異なり、息の吐き方、舌の動かし方によって決定されるものであるので、口や唇から認識することは困難である。また、高齢の患者などは体力が衰えていることが多く、息の吐き方も弱い場合が多いので、特に子音について判別することは困難が伴うものである。
そこで、子音信号発生部５は、発生動作とは無関係に子音成分に係る電気信号を発生させることとした。
【００４５】
例えば、本実施の形態においては、図１３に示すような装置を用いることによって電気信号を発生させる。図１３は、本実施の形態に係る子音信号発生部の構造を示す外形図である。図１３において、子音信号発生部は、ゴムサック３２と、このゴムサック３２の指の付け根の上側にスイッチ３５を備え、このスイッチ３５から延設されたピアノ線３３をガイド３４に通しながら、指の先端側に設けられた留具４１に固定するものである。
【００４６】
図１４は、スイッチ３５の構造を模式的に示す概念図である。図１４において、スイッチ３５の内部には、圧子３６が内蔵されており、ピアノ線３３はこの圧子３６から延設されている。圧子３６は、ピアノ線３３の緊張状態によって同じくスイッチ３５に内部に設けられたバネ３８によって反発力を受けるが、ピアノ線３３によって強く引っ張られればスイッチ素子３７から離れ、ピアノ線３３の緊張が弱まればバネ３８の反発力によって付勢され、スイッチ素子３７に触れてＯＮの状態になる。
このようなスイッチ３５によって、圧子３６がスイッチ素子３７に接触した場合に電気信号を発生させることによれば、ゴムサック３２を指に嵌めて、指を曲げたり伸ばしたりすることで、スイッチ３５をＯＮ−ＯＦＦして電気信号を発生させることができる。
【００４７】
子音は、基本となるものでＫ，Ｓ，Ｔ，Ｎ，Ｈ，Ｍ，Ｙ，Ｒ，Ｗの９通りあり、先に説明したとおり、「あ」行も含めて１０通りあるため、これを両手の指１０本に対応させるべく、１０個の子音信号発生部５を両手の各指に対応させて装着することによれば、各子音成分を発生させることができる。濁音や撥音は、これらの１０本の中で複数のスイッチを入れることで対応が可能である。
これを具体的に表現したものを表５及び表６に示す。
【００４８】
表５は、両手の各指と図１４に示す子音信号発生部の対応を示す表であり、表６は、濁音及び撥音を含め、指を曲げた状態すなわちスイッチ３５がＯＦＦの状態を０とし、指を伸ばした状態すなわちスイッチ３５がＯＮとなっている状態を１として２進コードに表現してまとめた表である。
【００４９】
【表５】
2006220880.tif 000007
【００５０】
【表６】
2006220880.tif 000008
【００５１】
図１５を参照しながら、母音センサ４及び母音識別部６の場合と同様に子音コードの生成までのステップについて説明する。図１５は図１３，１４に示される子音信号発生部５を両手の各指に装着した場合の子音識別部７における信号処理の工程を示す工程図である。
図１５において、図１３，１４に示される子音信号発生部５のスイッチ素子３７で発生する電気信号は子音識別部７によって読み出される（ステップＳ１）。このステップＳ１では、指毎に電気信号の有無を確認するためにすべての指について信号がある場合には読み出す。図１のステップＳ１の「右親」とは、右手の親指に装着されている子音信号発生部５であるスイッチ３５を意味しており、「左子」とは、左手小指に装着されているスイッチ３５を意味している。その間には、右手の人差し指、中指、薬指、小指、左手親指、人差し指、中指、薬指のそれぞれに装着されたスイッチ３５が省略されている。
子音識別部７では、各スイッチ３５によって出力された電気信号によって、子音識別部７に格納される表６に示される子音判別テーブルによって子音を判別し（ステップＳ２）、それによって子音の２進コードを生成するのである（ステップＳ３）。
【実施例３】
【００５２】
次に、子音信号発生部５として複数の鍵盤キーを備えた装置を用いる場合について説明する。（特に請求項５に対応）
図１６に示される子音信号発生装置３９は、「あ行」をも含む各子音の「行」を濁音や撥音を含めて配列した鍵盤キー４０ａ〜４０ｃを備えるものである。これらの鍵盤キーを押すと、これらの鍵盤キー上に表示された濁音、撥音を含む５０音の子音成分に関する電気信号を出力することができる。
本実施例３によれば、先の両手の各指に装着されるスイッチ３５を備えた子音信号発生部５のように、すべてのスイッチ３５からの信号を組合わせて子音成分のコードを生成するのではなく、押された１つの鍵盤キーによって子音成分のコードを生成することができるので子音の判別は容易となる。
なお、子音信号発生部５の複数の鍵盤キーの代わりに、子音成分に関する電気信号を発し得る指示部としては、鍵盤キーのように押さずとも反応する複数のタッチセンサを用いて、各子音の「行」を濁音や撥音も含めてそれらの表面に表示しておけば、触れるだけで子音成分に関する電気信号を発することが可能である。さらに、例えば、視線の位置を特定し得る視線センサを用いることによれば、その視線センサを顔に装着し、各子音の「行」が示される表示部を患者が目で追うことで、視線センサがいずれの子音成分かを判断し、電気信号として送信することも可能である。
【００５３】
図１７を参照しながら、同様に子音コードの生成までのステップについて説明する。図１７は鍵盤キーを備える子音信号発生部を採用した場合の子音識別部における信号処理の工程を示す工程図である。
図１７において、図１６に示される鍵盤キーよって出力される電気信号は子音識別部７によって読み出される（ステップＳ１）。
子音識別部７では、いずれの鍵盤キーによって出力された電気信号であるかを検知して子音を判別する（ステップＳ２）。従って、子音識別部７には表や図に示さないものの、それぞれの鍵盤キーと子音の成分、すなわち、濁音や撥音も含んだ各行の子音成分が対応するような子音判別テーブルが格納されている。もちろん、前述のとおり「あ行」も含まれている。
このような子音判別テーブルによって子音の２進コードを生成するのである（ステップＳ３）。
【００５４】
母音識別部６及び子音識別部７で独立に生成された母音コード及び子音コードは、制御部８によって読み出される。制御部８は、発声データベース９にアクセスして、これらの母音２進コード１７，１９や、子音２進コード１６を検索のキーとして図２（ｂ）に示されるような音声データ１４あるいは文字データ１５から該当する音声や文字を抽出する。抽出された音声データ１４や文字データ１５は、出力部１０を介して音声や文字として出力されたり、あるいは他の外部装置に対してはインターフェースとして出力される。
なお、制御部８による母音コードと子音コードの読み出しであるが、制御部８は最初に子音コードを読み出し、その後母音コードを読み出すようにして、音声データや文字データを検索するようにするとよい。母音と子音のコードが連続する場合に、例えば母音コードが子音コードに挟まれるような順序の場合に、前後いずれの子音コードに関係するものであるかの判断が困難となる可能性があるためである。但し、母音コードの後に子音コードを読みだして文字データや音声データを検索するようにしてもよい。
【００５５】
外部装置としては、例えば電話が考えられる。電話のマイク端子に出力部１０を接続することで、電話による会話を楽しむことも可能である。
また、制御部８において、先の母音コードと子音コードを合成するような機能を持たせることで、発声コードとして合成し、図２（ａ）に示されるような発声データベース９ａに対してアクセスし、発声コードの２進コード１１をキーとして音声データ１２や文字データ１３を検索してもよい。
なお、音声データ１２，１４には、予め患者自身の声を採取しておくことによれば、例えば声帯を削除するような手術後において発声の練習を行なう際には、自己の声への愛着もあり、練習や補助への高い動機付けを得ることができる。
【００５６】
以上説明したとおり、本実施の形態に係る発声補助装置によれば、発声動作によって、口あるいは唇の動きやその変化によって判別可能な母音については、口の周囲や顎まで含めた顔面上にセンサを装着することによって判別し、発声動作に沿って母音を発声させて、発声の体感を高めることが可能である。また、息を吐くことで明確に判別される子音に対しては、体力の衰えた高齢の患者であっても利用できるように指を用いて子音の成分を発生させる子音信号発生部を採用することで、発声の練習や補助に対して体力の消耗を抑えることが可能であり、気構えが不要で、気楽、気長に発声訓練を実施することが可能である。また、子音が指の操作で選択されることから精度も向上する。
なお、本実施の形態においては日本語を想定して行なったが、英語や韓国語、中国語や仏語、独語、スペイン語などあらゆる言語にも対応が可能である。但し、母音判別テーブルや子音判別テーブルの内容はそれらの言語に対応させて適宜修正する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上説明したように、本発明の発声補助装置においては、例えば病院などの医療機関で、声帯を摘出した患者の発声のためにリハビリテーションに利用することができる。また、一般家庭においても、手術や心因性の失語症などの家庭内治療にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施の形態に係る発声補助装置の構成図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）のいずれも発声データベースに格納されるデータ構造を模式的に示す概念図である。
【図３】患者の横顔に対して装着される母音センサを模式的に表す概念図であり、（ａ）は正面から、（ｂ）は側面から見た場合の概念図である。
【図４】患者の横顔に対して装着される母音センサを模式的に表す概念図であり、（ａ）は正面から、（ｂ）は側面から見た場合の概念図である。
【図５】（ａ）は母音（あ）を、（ｂ）は母音（い）を、（ｃ）は母音（う）を、（ｄ）は母音（え）を、（ｅ）は母音（お）を発声する際の口の形状を模式的に示す概念図である。
【図６】加速度の発生する方向について便宜上定めた方向を示す概念図であり、（ａ）はｘ、ｙ軸方向として定めた方向、（ｂ）はｚ軸方向として定めた方向を示す概念図である。
【図７】加速度センサを母音センサとした場合の母音識別部における信号処理の工程を示す工程図である。
【図８】伸縮センサを母音センサとした場合の母音識別部における信号処理の工程を示す工程図である。
【図９】垂直距離センサ及び水平距離センサの装着状態を模式的に表す概念図である。
【図１０】咬合伸縮センサの装着状態を模式的に表す概念図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）のいずれも垂直距離センサ及び水平距離センサの構造を簡単に示す概念図である。
【図１２】距離センサを母音センサとした場合の母音識別部における信号処理の工程を示す工程図である。
【図１３】本実施の形態に係る子音信号発生部の構造を示す外形図である。
【図１４】スイッチの構造を模式的に示す概念図である。
【図１５】図１３，１４に示される子音信号発生部を両手の各指に装着した場合の子音識別部における信号処理の工程を示す工程図である。
【図１６】複数の鍵盤キーを備えた子音信号発生装置の概念図である。
【図１７】鍵盤キーを備える子音信号発生装置を採用した場合の子音識別部における信号処理の工程を示す工程図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…口  ２…手  ３…本体  ４…母音センサ  ５…子音信号発生部  ６…母音識別部  ７…子音識別部  ８…制御部  ９，９ａ，９ｂ…発声データベース  １０…出力部  １１…２進コード  １２…音声データ  １３…文字データ  １４…音声データ  １５…文字データ  １６…子音２進コード  １７…母音２進コード  １８…子音２進コード  １９…母音２進コード  ２０…水平加速度センサ  ２１…垂直加速度センサ  ２２…校正加速度センサ  ２３…垂直伸縮センサ  ２４…水平伸縮センサ  ２５…咬合伸縮センサ  ２６ａ，２６ｂ…垂直距離センサ  ２７…水平距離センサ  ２８…磁石  ２９…粘着材  ３０…リードスイッチ  ３１…咬合位置変位センサ  ３２…ゴムサック  ３３…ピアノ線  ３４…ガイド  ３５…スイッチ  ３６…圧子  ３７…スイッチ素子  ３８…バネ  ３９…子音信号発生装置  ４０ａ〜４０ｃ…鍵盤キー  ４１…留具
【図１】
2006220880.tif 000009
【図２】
2006220880.tif 000010
【図３】
2006220880.tif 000011
【図４】
2006220880.tif 000012
【図５】
2006220880.tif 000013
【図６】
2006220880.tif 000014
【図７】
2006220880.tif 000015
【図８】
2006220880.tif 000016
【図９】
2006220880.tif 000017
【図１０】
2006220880.tif 000018
【図１１】
2006220880.tif 000019
【図１２】
2006220880.tif 000020
【図１３】
2006220880.tif 000021
【図１４】
2006220880.tif 000022
【図１５】
2006220880.tif 000023
【図１６】
2006220880.tif 000024
【図１７】
2006220880.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月5日(2005.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顔面上に装着され発声動作に基づく位置変化を検知して電気信号を出力する母音センサと、複数の指示部を備え、これらの指示部に予め子音成分を１ずつ対応させておくことで、発声の子音成分を選択可能に電気信号として出力する子音信号発生部と、前記母音センサによって出力された位置変化に伴う電気信号に基づいて母音を判別しこの母音に該当する母音コードを生成する母音識別部と、前記子音信号発生部によって出力された子音成分に関する電気信号を判別しこの子音に該当する子音コードを生成する子音識別部と、前記母音コードと子音コードをキーとして音声データ及び／又は文字データを読み出し可能に格納する発声データベースと、前記生成された母音コードと子音コードを用いて前記発声データベースから前記音声データ及び／又は文字データを読み出す制御部と、前記読み出された音声データ及び／又は文字データを出力する出力部とを有することを特徴とする発声補助装置。
【請求項２】
前記制御部は前記母音コードと子音コードを合成して発声コードを生成する機能を備え、前記発声データベースは、母音コードと子音コードをキーとして音声データ及び／文字データを読み出し可能に格納することに代えて、前記発声コードをキーとして音声データ及び／又は文字データを読み出し可能に格納することを特徴とする請求項１記載の発声補助装置。
【請求項３】
前記母音センサは、位置変化を検知して電気信号を出力することに代えて、筋肉の伸縮を検知して電気信号を出力するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発声補助装置。
【請求項４】
前記母音センサは、位置変化を検知して電気信号を出力することに代えて、唇の上下間及び左右間の距離及び顎関節の変位を検知して電気信号を出力するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発声補助装置。
【請求項５】
前記子音信号発生部は、前記複数の指示部に代えて、手の各指に装着可能でＯＮ−ＯＦＦ信号を出力可能な複数のスイッチを備え、これらのスイッチから出力されるＯＮ−ＯＦＦ信号の組合せに予め前記子音成分を１つずつ対応させておくことで、該当する子音成分に係る電気信号を出力するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発声補助装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明である発声補助装置は、顔面上に装着され発声動作に基づく位置変化を検知して電気信号を出力する母音センサと、複数の指示部を備え、これらの指示部に予め子音成分を１ずつ対応させておくことで、発声の子音成分を選択可能に電気信号として出力する子音信号発生部と、母音センサによって出力された位置変化に伴う電気信号に基づいて母音を判別しこの母音に該当する母音コードを生成する母音識別部と、子音信号発生部によって出力された子音成分に関する電気信号を判別しこの子音に該当する子音コードを生成する子音識別部と、母音コードと子音コードをキーとして音声データ及び／又は文字データを読み出し可能に格納する発声データベースと、生成された母音コードと子音コードを用いて発声データベースから音声データ及び／又は文字データを読み出す制御部と、読み出された音声データ及び／又は文字データを出力する出力部とを有するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、請求項２に記載の発明である発声補助装置は、請求項１に記載の発声補助装置において、制御部は母音コードと子音コードを合成して発声コードを生成する機能を備え、発声データベースは、母音コードと子音コードをキーとして音声データ及び／文字データを読み出し可能に格納することに代えて、発声コードをキーとして音声データ及び／又は文字データを読み出し可能に格納するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項５に記載の発明である発声補助装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発声補助装置において、子音信号発生部は、複数の指示部に代えて、手の各指に装着可能でＯＮ−ＯＦＦ信号を出力可能な複数のスイッチを備え、これらのスイッチから出力されるＯＮ−ＯＦＦ信号の組合せに予め子音成分を１つずつ対応させておくことで、該当する子音成分に係る電気信号を出力するものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
以下、本発明に係る発声補助装置の実施の形態を図１乃至８に基づいて説明する。(特に、請求項１、２及び５に対応)。
図１は、本実施の形態に係る発声補助装置の構成図である。図１において、発声補助装置は大きくは本体３と出力部１０に分けられる。本体３には、患者の口１の周辺に装着される母音センサ４と、手２に備えられる子音信号発生部５が含まれている。
患者が発声行動を取ることによって、口１が動くと同時に口１の周囲に装着された母音センサ４が動くため、その動きによって検知される位置の変化を母音センサ４は電気信号に変えて出力するのである。位置の変化を感知するセンサというのは、例えば、その母音センサ４が動いた際に生じる加速度を積分して速度、さらに積分して距離を演算するようにして得られる位置変化を電気信号に変換するものが考えられる。従って、この場合には位置変化は加速度変化ということも可能である。本実施の形態は、位置変化を感知する母音センサ４として、加速度の変化を感知するセンサを採用して説明するものである。
母音センサ４によって出力された電気信号は本体３の母音識別部６へ送信され、母音識別部６は出力された母音の電気信号を判別し、その母音に該当する母音コードを生成する。母音コードは、「あ」、「い」、「う」、「え」、「お」を識別するためのコードである。この母音の電気信号の判別方法については後で詳述する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
次に、子音信号発生部５として複数の鍵盤キーを備えた装置を用いる場合について説明する。
図１６に示される子音信号発生装置３９は、「あ行」をも含む各子音の「行」を濁音や撥音を含めて配列した鍵盤キー４０ａ〜４０ｃを備えるものである。これらの鍵盤キーを押すと、これらの鍵盤キー上に表示された濁音、撥音を含む５０音の子音成分に関する電気信号を出力することができる。
本実施例３によれば、先の両手の各指に装着されるスイッチ３５を備えた子音信号発生部５のように、すべてのスイッチ３５からの信号を組合わせて子音成分のコードを生成するのではなく、押された１つの鍵盤キーによって子音成分のコードを生成することができるので子音の判別は容易となる。
なお、子音信号発生部５の複数の鍵盤キーの代わりに、子音成分に関する電気信号を発し得る指示部としては、鍵盤キーのように押さずとも反応する複数のタッチセンサを用いて、各子音の「行」を濁音や撥音も含めてそれらの表面に表示しておけば、触れるだけで子音成分に関する電気信号を発することが可能である。さらに、例えば、視線の位置を特定し得る視線センサを用いることによれば、その視線センサを顔に装着し、各子音の「行」が示される表示部を患者が目で追うことで、視線センサがいずれの子音成分かを判断し、電気信号として送信することも可能である。