(57)【要約】【課題】低消費電力化と高分解能を同時に実現する人工内耳を提供する。【解決手段】フィッシュボーンセンサ２１は、互いに異なる周波数の音声に共振する複数の共振子を備え、各共振子の振動を、それぞれの振動レベルに応じた信号に変換する。増幅回路２２は、フィッシュボーンセンサ２１が変換した信号を所定の増幅率で増幅し、外部スイッチ回路２３に供給する。外部スイッチ回路２３は、信号の供給経路を切り替え、供給される信号を外部アンテナ２４を介して順に送信する。内部スイッチ回路３２は、信号の供給経路を切り替え、内部アンテナ３１を介して送信された信号を複数の電極４ａに順に供給し、蝸牛内の神経に刺激を与える。【選択図】　図１
2004081295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数の音声を電気信号に変換して送信する送信ユニットと、送信される電気信号を受信して蝸牛内の所定の神経に印加する受信ユニットと、から構成され、
前記送信ユニットは、
互いに異なる共振周波数を有し、該共振周波数と同一周波数の音声により振動する複数の共振子と、
前記複数の共振子のそれぞれの振動を、それぞれの振動レベルに応じた信号に変換する変換手段と、
前記変換手段が変換した信号の内、所定の信号を前記受信ユニットに送信する送信手段と、を備え、
前記受信ユニットは、
前記蝸牛内に存在する互いに異なる周波数に対応した神経に接続される複数の電極と、
前記送信手段から供給される信号を、前記複数の電極の内、所定の電極に供給することによって所定周波数に対応した神経を刺激する供給手段と、を備える、
ことを特徴とする人工内耳。
【請求項２】
前記送信ユニットは、前記変換手段が変換した信号を、前記複数の共振子が有する共振周波数毎に異なる増幅率で増幅する増幅手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載の人工内耳。
【請求項３】
前記送信手段は、前記増幅手段が増幅した信号の中から前記受信ユニットに送信する対象の信号を選択する第１選択手段を備える、ことを特徴とする請求項２に記載の人工内耳。
【請求項４】
前記供給手段は、前記送信手段からの信号を供給する対象の電極を選択する第２選択手段を備える、ことを特徴とする請求項３に記載の人工内耳。
【請求項５】
前記送信手段は、前記第１選択手段及び前記第２選択手段の選択動作を互いに同期させるための、該第１選択手段の動作開始を示す開始信号と、該第１選択手段の動作終了を示す終了信号と、を前記受信ユニットに送信し、
前記第２選択手段は、前記開始信号に応答して動作を開始し、前記終了信号に応答して動作を終了する、
ことを特徴とする請求項４に記載の人工内耳。
【請求項６】
前記送信ユニットは、前記複数の共振子が有する共振周波数毎の増幅率を記憶する記憶手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載の人工内耳。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工内耳に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人間は、内耳の一部である蝸牛内の神経が刺激されることにより音声を認識することができる。
【０００３】
難聴者などの聴覚を補助する従来の人工内耳は、蝸牛内の神経に接続された複数の電極を有し、周囲で発生した音声の周波数に対応する神経を電気で直接刺激するものである。
【０００４】
周囲で発生した音声は、マイクにより集音され、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）の信号処理によって各周波数に分離される。そして、各周波数の音声は、各周波数に対応する神経に接続された電極に、電気信号として送出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＤＳＰにより音声をリアルタイムに処理するためには、低消費電力化と高分解能を同時に実現することができないという問題がある。
【０００６】
例えば、低消費電力で音声をリアルタイムに処理するためには、処理する周波数の数、即ち、神経を刺激する電極の数を少なくしなければならない。しかし、このようにすると、高分解能を実現することができず、認識される音声が不鮮明となる。
【０００７】
また、認識される音声を鮮明にリアルタイムで処理するためには、処理する周波数の数、即ち、神経を刺激する電極の数を多くしなければならない。しかし、このようにすると、ＤＳＰの処理が莫大となり、低消費電力を実現することができない。
【０００８】
以上の理由から、従来の人工内耳では、電極の数が１０〜２５個程度にとどまっている。
【０００９】
従って、本発明は、低消費電力化と高分解能の両方を同時に実現する人工内耳を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の人工内耳は、所定周波数の音声を電気信号に変換して送信する送信ユニットと、送信される電気信号を受信して蝸牛内の所定の神経に印加する受信ユニットと、から構成され、前記送信ユニットは、互いに異なる共振周波数を有し、該共振周波数と同一周波数の音声により振動する複数の共振子と、前記複数の共振子のそれぞれの振動を、それぞれの振動レベルに応じた信号に変換する変換手段と、前記変換手段が変換した信号の内、所定の信号を前記受信ユニットに送信する送信手段と、を備え、前記受信ユニットは、前記蝸牛内に存在する互いに異なる周波数に対応した神経に接続される複数の電極と、前記送信手段から供給される信号を、前記複数の電極の内、所定の電極に供給することによって所定周波数に対応した神経を刺激する供給手段と、を備える、ことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、低消費電力化と高分解能の両方を同時に実現することができる。
【００１２】
前記送信ユニットは、前記変換手段が変換した信号を、前記複数の共振子が有する共振周波数毎に異なる増幅率で増幅する増幅手段をさらに備えてもよい。
【００１３】
前記送信手段は、前記増幅手段が増幅した信号の中から前記受信ユニットに送信する対象の信号を選択する第１選択手段を備えてもよい。
【００１４】
前記供給手段は、前記送信手段からの信号を供給する対象の電極を選択する第２選択手段を備えてもよい。
【００１５】
前記送信手段は、前記第１選択手段及び前記第２選択手段の選択動作を互いに同期させるための、該第１選択手段の動作開始を示す開始信号と、該第１選択手段の動作終了を示す終了信号と、を前記受信ユニットに送信し、前記第２選択手段は、前記開始信号に応答して動作を開始し、前記終了信号に応答して動作を終了してもよい。
【００１６】
前記送信ユニットは、前記複数の共振子が有する共振周波数毎の増幅率を記憶する記憶手段をさらに備えてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態にかかる人工内耳について図面を参照して説明する。
本発明の実施の形態にかかる人工内耳は、図１に示すように、電源ユニット１と、音声処理ユニット２と、受信ユニット３と、電極部４と、から構成される。
【００１８】
電源ユニット１は、図１に示すように、乾電池、蓄電池、太陽電池、燃料電池、及び、熱発電機などの内の少なくとも１つを備え、音声処理ユニット２に電力を供給する。
【００１９】
音声処理ユニット２は、例えばイヤホンのように耳介部分や耳の穴の部分に引っかけることにより、外耳近傍に設置される。音声処理ユニット２は、電源ユニット１から供給される電力により動作し、周囲で発生する音声の内、所定周波数の音声を電気信号に変換する。また、音声処理ユニット２は、変換した電気信号を受信ユニット３に電波で送信する。なお、音声処理ユニット２の詳しい構成については後述する。
【００２０】
受信ユニット３は、例えば外耳付近の頭皮の下に埋め込まれ、音声処理ユニット２からの電波を受信する。そして、受信ユニット３は、電波で供給された電気信号を電極部４に供給する。なお、受信ユニット３の詳しい構成については後述する。
【００２１】
電極部４は、蝸牛内の神経に接続された複数の電極４ａを有し、受信ユニット３から供給される電気信号を蝸牛内の神経に印加して刺激する。なお、複数の電極４ａは、音声処理ユニット２が検知する音声の周波数に対応した神経にそれぞれ接続される。
【００２２】
次に、音声処理ユニット２の詳しい構成について説明する。
音声処理ユニット２は、図１に示すように、フィッシュボーンセンサ２１と、増幅回路２２と、外部スイッチ回路２３と、外部アンテナ２４と、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）２５と、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）回路２６と、から構成される。
【００２３】
フィッシュボーンセンサ２１は、図２に示すように、支持軸２１ａと、複数の片持ち梁（共振子）２１ｂと、を有する。複数の片持ち梁２１ｂは、支持軸２１ａの両側に形成され、その一端が支持軸２１ａに固定されている。
【００２４】
複数の片持ち梁２１ｂは、それぞれ異なる共振周波数を有する。また、各片持ち梁２１ｂの材質及び形状は、これらの共振周波数が人間の可聴周波数帯で均等に配分されるように設定されている。また、片持ち梁２１ｂは、周囲で発生した音声を人間が鮮明に認識できる周波数の数（例えば２５４本）だけ形成される。
【００２５】
周囲で発生した音声が支持軸２１ａを伝搬すると、伝搬した音声に含まれる周波数に対応する片持ち梁２１ｂが対応する周波数の音声の強さに応じた強さで振動する。
【００２６】
また、フィッシュボーンセンサ２１は、各片持ち梁２１ｂの振動を電気信号に変換する検出回路（図示せず）を備え、各片持ち梁２１ｂの振動は、この検出回路により検出され、その振動の強さに応じたレベルの信号に変換される。
【００２７】
なお、検出回路は、例えば、片持ち梁２１ｂを一方の電極とするコンデンサであり、片持ち梁２１ｂの振動は、コンデンサの容量変化として検出することができる。
【００２８】
また、マイクにて集音した後、出力をフィッシュボーンセンサ２１に設けた圧電素子に接続してもよい。この場合は、外耳部周辺のユニットの大きさを小さくできる。
【００２９】
フィッシュボーンセンサ２１は、以上のようにして生じた各片持ち梁２１ｂの振動レベルに応じたレベルの信号を増幅回路２２に出力する。
増幅回路２２は、外部スイッチ回路２３の制御に従って、外部スイッチ回路２３との間の信号供給経路を接続し、フィッシュボーンセンサ２１から供給される信号を所定の増幅率で増幅して外部スイッチ回路２３に出力する。
【００３０】
なお、増幅回路２２は、後述するＥＥＰＲＯＭ２５に格納されている増幅率を蓄えるキャッシュメモリ２２ａを有し、キャッシュメモリ２２ａに蓄えられている増幅率で、フィッシュボーンセンサ２１からの信号を増幅する。
【００３１】
また、増幅回路２２は、信号供給経路が接続されている時間を計測するためのタイマ（図示せず）を備えている。タイマは、増幅回路２２と外部スイッチ回路２３との間の信号供給経路が接続されると、予め設定された接続時間の計測を開始する。そして、所定の接続時間が経過すると、増幅回路２２は、外部スイッチ回路２３との間の信号供給経路を切断する。
【００３２】
外部スイッチ回路２３は、増幅回路２２を制御して、増幅回路２２との間の信号供給経路を所定のタイミングで順に切り替える。言い換えると、外部スイッチ回路２３は、増幅回路２２が増幅した信号の中から、送信対象の信号を所定のタイミングで１つずつ順に選択し、外部アンテナ２４を介して受信ユニット３に送信する。
【００３３】
ＥＥＰＲＯＭ２５は、増幅回路２２が信号を増幅する際の各周波数毎の増幅率を記憶する。蝸牛内の神経を刺激する電気信号の強さは、各個人及び各周波数によって異なる。このため、増幅回路２２の増幅率は、人工内耳の利用者に合わせて、各周波数毎に設定される。
Ｉ／Ｏ回路２６は、ＥＥＰＲＯＭ２５が記憶している増幅率を書き換えるために用いられる。
【００３４】
次に、受信ユニット３の詳しい構成について説明する。
受信ユニット３は、図１に示すように、内部アンテナ３１と、内部スイッチ回路３２と、から構成される。
内部アンテナ３１は、外部アンテナ２４から電波で送信される信号を頭皮を介して受信し、内部スイッチ回路３２に供給する。
【００３５】
内部スイッチ回路３２は、電磁波によって内部アンテナ３１を介して供給される電力により動作し、内部アンテナ３１と複数の電極４ａとの間の信号の供給経路を所定のタイミングで順に切り替える。言い換えると、内部スイッチ回路３２は、信号の供給対象となる電極４ａを所定のタイミングで１つずつ順に選択し、内部アンテナ３１から供給される信号を複数の電極４ａに振り分ける。
【００３６】
なお、外部スイッチ回路２３及び内部スイッチ回路３２のそれぞれは、信号の供給経路を切り替えるタイミングが互いに同期するように予め設計されている。また、増幅回路２２のタイマが計測する接続時間は、外部スイッチ回路２３及び内部スイッチ回路３２が信号の供給経路を切り替える間隔に一致するように予め設定されている。
【００３７】
次に、本発明の実施の形態にかかる人工内耳の動作について説明する。
音声処理ユニット２に電源が投入されると、外部スイッチ回路２３は、図３に示す信号送信処理を開始する。
【００３８】
初めに、外部スイッチ回路２３は、ＥＥＰＲＯＭ２５から各周波数毎の増幅率を読み出し、増幅回路２２が有するキャッシュメモリ２２ａに書き込む（ステップＳ１０１）。これにより、増幅回路２２は、フィッシュボーンセンサ２１から供給される各周波数に対応した信号を所定の増幅率で増幅することができる。
【００３９】
周囲で音声が発生すると、発生した音声は、フィッシュボーンセンサ２１の支持軸２１ａを伝搬する。これにより、伝搬した音声に含まれる周波数に対応する片持ち梁２１ｂが、対応する周波数の音声の強さに応じた強さで振動する。
各片持ち梁２１ｂの振動は、図示せぬ検出回路により、その振動の強さに応じたレベルの信号に変換され、増幅回路２２に供給されて増幅される。
【００４０】
外部スイッチ回路２３は、各周波数毎の増幅率をキャッシュメモリ２２ａに書き込んだ後、信号供給経路を切り替える動作の開始を示す開始信号を増幅回路２２に出力すると共に、外部アンテナ２４を介して受信ユニット３に送信する（ステップＳ１０２）。
【００４１】
この開始信号により、外部スイッチ回路２３が切替動作を開始するタイミングと内部スイッチ回路３２が切替動作を開始するタイミングとを確実に同期させることができる。
【００４２】
増幅回路２２は、外部スイッチ回路２３からの開始信号に応答して、タイマをリセットする。
外部スイッチ回路２３は、開始信号の出力に続いて増幅回路２２を制御し、信号の供給経路を切り替えて、処理対象の片持ち梁２１ｂからの信号の供給経路を外部アンテナ２４に接続する（ステップＳ１０３）。
【００４３】
具体的には、外部スイッチ回路２３は、信号供給経路の切り替えを指示する切替信号を増幅回路２２に出力する。増幅回路２２は、外部スイッチ回路２３からの切替信号に応答して、処理対処の片持ち梁２１ｂからの信号の供給経路を外部スイッチ回路２３に接続する。これにより、処理対象の片持ち梁２１ｂと外部アンテナ２４とが接続される。
【００４４】
なお、信号送信処理の開始時には、予め設定された周波数（例えば一番高い周波数）に対応した片持ち梁２１ｂが、処理対象の片持ち梁２１ｂとして選択される。
【００４５】
処理対象の片持ち梁２１ｂからの信号は、増幅回路２２によって、キャッシュメモリ２２ａに格納されている所定の増幅率で増幅され、外部スイッチ回路２３に供給される。
【００４６】
外部スイッチ回路２３は、増幅回路２２から供給される処理対象の片持ち梁２１ｂからの信号を、外部アンテナ２４を介して受信ユニット３に送信する（ステップＳ１０４）。
【００４７】
上記したように、増幅回路２２が有するタイマは、信号供給経路が接続されるのに応答して、予め設定された接続時間の計測を開始する。そして、所定の接続時間が経過すると、増幅回路２２は、外部スイッチ回路２３との間の信号供給経路を自動的に切断する。
【００４８】
信号供給経路が切断されると、外部スイッチ回路２３は、全ての片持ち梁２１ｂ（又は全ての周波数）について上記処理を行ったか否かを判別する（ステップＳ１０５）。
【００４９】
全ての片持ち梁２１ｂ（又は全ての周波数）について処理を行っていないと判別した場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）、外部スイッチ回路２３は、上記ステップＳ１０３にリターンし、次の片持ち梁２１ｂ（又は周波数）について上記処理を行う。
【００５０】
一方、全ての片持ち梁２１ｂ（又は全ての周波数）について処理を行ったと判別した場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、外部スイッチ回路２３は、信号供給経路を切り替える動作の終了を示す終了信号を増幅回路２２に出力すると共に、外部アンテナ２４を介して受信ユニット３に送信する（ステップＳ１０６）。
【００５１】
この終了信号により、外部スイッチ回路２３が切替動作を終了するタイミングと内部スイッチ回路３２が切替動作を終了するタイミングとを確実に同期させることができる。
【００５２】
以上で、ある瞬間に発生した音声に対する処理が終了する。音声処理ユニット２では、電源が投入されている間、上記したステップＳ１０２からＳ１０６までの処理が繰り返され、次々に発生する音声が処理されて受信ユニット３に送信される。
【００５３】
一方、受信ユニット３の内部スイッチ回路３２は、内部アンテナ３１を介して音声処理ユニット２から供給される開始信号に応答して動作を開始し、図４に示す信号受信処理を開始する。
【００５４】
初めに、内部スイッチ回路３２は、音声処理ユニット２と同期するように時分割で信号の供給経路を切り替え、処理対象である片持ち梁２１ｂの周波数に対応した神経に接続されている電極４ａを内部アンテナ３１に接続する（ステップＳ２０１）。これにより、内部スイッチ回路３２は、処理対象である片持ち梁２１ｂの周波数に対応した神経に接続されている電極４ａを信号の供給対象として選択する。
【００５５】
なお、信号受信処理の開始時には、内部スイッチ回路３２は、予め設定された周波数（例えば一番高い周波数）に対応した神経に接続されている電極４ａを信号の供給対象として選択する。
【００５６】
そして、内部スイッチ回路３２は、内部アンテナ３１を介して供給される信号を、選択した供給対象の電極４ａに供給する（ステップＳ２０２）。
供給対象の電極４ａが接続されている神経は、供給された信号により刺激される。これにより、人工内耳の利用者は、刺激された神経が対応している周波数の音声を認識することができる。
【００５７】
内部スイッチ回路３２は、信号を供給した後、音声処理ユニット２から終了信号を供給されたか否かを判別する（ステップＳ２０３）。
終了信号を供給されていないと判別した場合（ステップＳ２０３；ＮＯ）、内部スイッチ回路３２は、上記ステップＳ２０１にリターンし、次の電極４ａに対して上記処理を行う。
【００５８】
一方、終了信号を供給されたと判別した場合（ステップＳ２０３；ＹＥＳ）、内部スイッチ回路３２は、信号送信処理を終了して動作を停止する。
以上のようにして、ある瞬間に発生した音声が処理され、利用者の神経に伝達される。
【００５９】
以上のように、様々な周波数に共振する片持ち梁２１ｂを有するフィッシュボーンセンサ２１を用いることにより、従来のＤＳＰが行っていたような複雑な信号処理を行う必要がない。このため、消費電力の増加を抑えながら、処理する周波数の数を従来よりも大幅に増やすことができる。その結果、低い消費電力で、従来よりも鮮明できれいな音声を認識できるようになる。
【００６０】
また、上記したように、内部スイッチ回路３２は、音声処理ユニット２から供給される開始信号により動作を開始し、終了信号により動作を停止する。これにより、外部スイッチ回路２３及び内部スイッチ回路３２が行う供給経路の切り替え動作をより確実に同期させることができる。
【００６１】
なお、上記した人工内耳は、内部スイッチ回路３２から電極４ａに時分割で供給されるパルス信号を平滑化するために、図５に示すように、内部スイッチ回路３２と電極４ａとの間にコンデンサ５を設けてもよい。
【００６２】
また、会話音声をより明瞭にするために、人間の発声周波数帯における片持ち梁２１ｂの本数密度を他の周波数帯における本数密度よりも高くしてもよい。
【００６３】
また、フィッシュボーンセンサ２１、増幅回路２２、外部スイッチ回路２３、ＥＥＰＲＯＭ２５、及び、Ｉ／Ｏ回路２６は、マイクロマシン技術及び半導体製造技術等により、１チップ上に形成されてもよい。これにより、小型の音声処理ユニット２を実現することができる。
【００６４】
また、人間の可聴周波数帯から外れた周波数の音に共振する片持ち梁２１ｂを設け、可聴周波数帯以外の音を電気信号で蝸牛内の神経に伝えてもよい。このようにすれば、通常の人間や犬などよりも広帯域の音を認識できるようになり、軍事などの特殊用途にも適用することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によって、人工内耳の低消費電力化と高分解能の両方を同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる人工内耳の構成図である。
【図２】図１の人工内耳を構成する音声処理ユニットが有するフィッシュボーンセンサの構成図である。
【図３】図１の人工内耳を構成する音声処理ユニットの外部スイッチ回路が行う信号送信処理を示すフローチャートである。
【図４】図１の人工内耳を構成する受信ユニットの内部スイッチ回路が行う信号受信処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態にかかる人工内耳の他の構成図である。
【符号の説明】
１　　電源ユニット
２　　音声処理ユニット
３　　受信ユニット
４　　電極部
５　　コンデンサ
２１　フィッシュボーンセンサ
２２　増幅回路
２３　外部スイッチ回路
２４　外部アンテナ
２５　ＥＥＰＲＯＭ
２６　Ｉ／Ｏ回路
３１　内部アンテナ
３２　内部スイッチ回路
【図１】
2004081295.tif 000003
【図２】
2004081295.tif 000004
【図３】
2004081295.tif 000005
【図４】
2004081295.tif 000006
【図５】
2004081295.tif 000007