詫間電波工業高等専門学校研究紀要 第 33 号 (2005)

意思伝達支援のためのモールス符号を用いたマウスによる文字入力装置
一色弘三∗

孝太†

佐藤金澤啓三¶小野垂水安季良‡良浩k村上三崎幸典§

浩k

A device for sending short text messages using Morse codewith a computer mouse as communication aid
Hiromi Isshiki

Kota Sato

Keizo Kanazawa

Akira Ono

Yoshihiro Tarumi

Yukinori Misaki
Hiroshi Murakami

Synopsis
Trivial communications should improve the quality of life for people with physical disabilities.
For such communications, large high-tech systems are not necessarily effective. A device using aPIC microcontroller was thus developed to send text messages as communication aid. This low
price and simple structure device can input a letter using the international Morse code with acomputer mouse. The Morse code is keyed by clicking two buttons on the mouse. The result ofexperiments with a healthy subject showed that the device was able to input a letter with the1.7 times speed compared with the eye gaze.

1

ンピュータに対して拒否感や苦手意識を有する中高

まえがき

年の重度の肢体不自由者やその介護者の中にはパー

肢体不自由者に対する意思伝達支援のための入力装置には，身体的特性に応じて様々なものが開発・市販されている。例えば，視線，音声，呼気，筋電1)∼ 4)

ソナルコンピュータを含む大がかりでハイテクな入力装置を望まないという意見も存在する。
さて，人間のコミュニケーションにおいて，音声。入力方式と非音声の比率はおよそ 3 対 7 であるといわれても，走査選択入力，直接入力，符号化入力などいくいる 6) 。重要な点は互いに相手の意をくみ取ることつかのものが存在する 5) 。このような入力装置はであり，コミュニケーションは必ずしも言葉である

一般に，パーソナルコンピュータとの組み合わせで必要はない。表情，ジェスチャー，サインなどでも構成されている。このため，これを通して，情報機成立する。肢体不自由者にとっては，時として，さ器の操作や電子メール，インターネットへのアクセさいな会話が生活の質を大きく向上させることがあス，更にはマルチメディア社会への積極的な参加もる。そのようなコミュニケーションの実現のために可能となる。しかしながら，一方で，パーソナルコは，ハイテクな手段のみが有効であるとは必ずしも位変化などを利用したものがあるいえない。ハイテクおよびローテクな手段の柔軟な∗ 詫間電波工業高等専門学校 電子制御工学科† 詫間電波工業高等専門学校 専攻科‡ 詫間電波工業高等専門学校 情報通信工学科

組み合わせが必要である。
本研究では，重度の肢体不自由者を対象に欧文§ 詫間電波工業高等専門学校 電子工学科

モールス符号を用いてコンピュータマウスから文¶ 詫間電波工業高等専門学校 情報工学科

字入力する装置の試作を行う 7) 。これまでにモーk 詫間電波工業高等専門学校 学生課実習係

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ルス符号を用いた文字入力装置の研究が見られるが 5), 8) ，それらはパーソナルコンピュータなどの表 1 略符号の例
Table 1 Examples of Q signal/CW abbreviations.

情報機器に対する入力支援装置といった意味合い

Exampleが強い。これに対して，本研究における装置での思QRZ

想は，そのような情報機器のための入力支援にあるGMのではなく，むしろ日常のささいな会話の実現を目指すことにある。そのために，モールス符号通信に見られる Q 符号/略符号通信に着目したい。上肢TU
WX HR FINEの可動範囲や手指の巧緻の低下が進行する場合は，

Meaning
Who is calling?
（誰かこちらを呼びましたか）Good morning（おはよう）

Thank you（ありがとう）

Weather here is fine
（こちらの天気は晴れです）

その都度，装置に修正を加えていかなければならない。そのためにも，単純な構成の装置は有効であり，このことは，効率が良く正確な操作を得るためにも重要である。また，廉価に提供できることも必要である。これらの点を考慮して，本装置では，ワンチップ・マイクロコントローラ PIC (peripheralinterface controller) で回路を構成した。
以下，本論文では，2. でモールス符号を用いた文字入力装置の構成について説明し，3. でこの装置について透明文字表による視線入力との比較実験を健常者で行った結果を示す。そして，4. でまとめる。

る。現在，モールス符号は通信分野ではほとんど用いられることはないが，欧文モールス符号が国際標準であるという有用性は否定されないと考える。また，欧文符号は，和文（イロハ）符号 48 文字に対して 26 文字である。
モールス符号による通信は伝送効率が悪い。このため，Q 符号や略符号が用いられる。これを用いると，例えば，表 1 に示すように通信の確度や効率を上げることが可能となる。このように送り手および受け手で略符号の共通認識を持つことにより，2モールス符号を用いたマウスによる文字入力装置コミュニケーションの質に変化を与えることができる。本研究ではモールス符号による文字入力でコミュニケーションを図ることから，略符号を取り入2.1開発理念れることを提案したい。

肢体不自由者の障害のレベルは，人によりさまざまである。このため，その状況・身体的特性に応じ2.3装置の構成て多くの入力装置が開発されている。最近では，そ障害のレベルに応じて，入力装置の仕様を考えるのような入力装置とパーソナルコンピュータを用必要がある。本研究では，ALS 患者のような肢体いることで，文書作成，電子メール，インターネッ

不自由者の中でも，手指の可動範囲は狭いが精密なトアクセスなどが行え，人とのコミュニケーション動きが可能な患者を想定した。の幅が広がっている。このことは，重度の障害をも本入力装置は，入力部，制御部，通信部，表示部

つ人たちの生活の質を大きく向上させたといってよから構成される。入力部にはコンピュータマウスをい。本研究で試作する入力装置は，このような広く用い，左右ボタンの 2 スイッチによるモールス符多くの人々とのコミュニケーションを対象にするの号入力とした。すなわち，コンピュータマウスの左ではなく，身近な人々とのささいな会話といったコ右のボタンを短点および長点に対応づけ，左右のクミュニケーションの支援をコンパクトな構成で安価リックにより欧文で文字入力を行うことにした。に提供することを理念とする。

2.2

モールス符号 9)

安価で単純な構成の回路とするため，制御部にはPIC を用いた。PIC ではモールス符号の認識と出力を行う。外部機器への接続も考慮し，RS232C にモールス符号は，短点（・：ドット）と長点（−：よるシリアル通信を行うことが可能である。表示部

ダッシュ）の組み合わせで文字を表現する。例えを LCD あるいは LED マトリックスとした 2 種

ば，欧文（アルファベット）では ・− が ‘A’ とな類の入力装置を試作した。それぞれを図 1 および266

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トで表示させた。

33.1

実験結果および考察

モールス符号入力

試作した入力装置を用いて，いくつかの語を略語による文章に見立てた文字入力の実験を行った。実験は，送り手が 5 文字を 1 語とし，4 語受け手に伝えるというものである。実験前に，被験者が実験手順や装置の操作に慣れるよう，20 文字を連続的
図 1 出力先が LCD の文字入力装置
Fig. 1 Input device using Morse code withLCD.に入力する予備実験を 10 回行った。被験者は送り手，受け手側ともに健常者とした。
伝える 4 語は予めカードに書き出されており，送り手はそのカードを見ながら文字入力した。語間は約 2 秒空けた。実験に用いた 4 語の例を図 3 に示す。なお，送り手の被験者は，過去にモールス通信の教育を受けた経験がある。

1: KQOFD WXHIG PRNDT GMLVE
2: KQSDP HNXOG IQUHB ANLUW
3: KEPRI KDTVK NXRZF CJWYO

図 2 出力先が LED マトリックスの文字入力

図 3 実験で用いた 4 語の例
Fig. 3 Some examples of four words used inthe experiment.

装置

Fig. 2 Input device using Morse code withLED matrix.

図 2 に示す。使用した PIC デバイスは，前者がPIC16F84A，後者が PIC16F873 である。

3.2

視線入力

ローテクではあるが有効なコミュニケーション手それぞれの回路で，並立した 2 個の LED は左右段として文字表がある。これは，透明なフィルムののボタンの押下状態を示す。モールス符号の入力は上に書かれた文字表に対する肢体不自由者の視線か一定の速度で行い，符号間の時間間隔を大きく空けら，介護者が文字を読み取るというものである。本ることで，文字確定が行える。モールス符号の入力入力装置との比較を行うために，この文字表を用いの速度は，PIC プログラムを書き換えることで使た視線による文字入力について実験を行った。

用者に応じたものに変更できる。LCD を表示部に実験に用いた文字表を 図 4 に示す。文字表にはもつ回路では，入力したモールス符号とそれに対応アルファベット 26 文字だけを配置した。文字表のするアルファベットが表示される。左右ボタンのク

1 つのセルは 8 cm 四方であり，この中に 250 pt

リックの状況が，その都度，‘・’，‘−’ で表示される相当の大きさでアルファベットを書き込んだ。

ので，入力した符号を視覚的に確認できる。一方，

この文字表を用いて，3.1 と同様，予備実験後にLED マトリックスではアルファベット 1 文字だけ4 語を伝える実験を行った。伝える文字は送り手がの表示となるが，LCD より大きい文字サイズとな任意に選択した。そして，語間は文字表から約 2 sることが利点である。LED マトリックス（秋月通視線をそらすことで表現した。受け手は，送り手の商，10x10 ドットマトリックス LED）は 8x8 ドッ

視線を読み取り，発音しながら文字を確認した。

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装置では，送り手がモールス符号を覚えていることが前提となる。そこで，実験ではモールス符号に経験のある被験者を選んだ。一方，視線入力の実験については，送り手，受け手とも視線入力に経験のない被験者であった。このことが，入力速度の違いとなって現れたと考える。

3.4

考察

まず，文字入力装置について考察する。本研究では，表示部に LCD と LED マトリックスを用いた
図 4 透明文字表
Fig. 4 Low-tech eye gaze board.

2 種類の装置を試作した。どちらも左右のマウスボタンのクリックに応じて点灯する 2 つの LED があり，これによりモールス符号入力を視覚的に確認で3.3

きる。LCD を用いた装置は，LCD 上に短点，長点実験結果

モールス符号入力および視線入力の実験をそれぞれ 10 回ずつ行った。10 回の実験は，実験間に約 2分間の休憩を入れながら進めた。また，モールス符号入力および視線入力の実験は，同日に行わず日を変えて行った。結果から，4 語（20 文字）を伝えるのに要した時間（tw ），1 文字を伝えるのに要した時間（tc ），送り/受け取りミスの文字数（ne ）を求めた。tc は tw /20 で計算した。結果を表 2 に平均値± 標準偏差で示す。
実験結果からわかるように，本装置によるモールス符号での文字入力は，視線による文字入力の約1.7 倍の速さとなった。また，4 語入力に要した時
間 tw の変動係数（標準偏差/平均値 ×100%）が，モールス符号入力は 6.7 %，視線入力は 15.9 % であることから，モールス符号入力の方がばらつきが小さく安定して文字入力を行えたことがわかる。本
表 2 実験結果（平均値 ± 標準偏差）．tw ：4 語
入力に要した時間；tc ：1 文字入力に要しのマークが表示されるため，モールス符号の練習に向いているといえる。本装置はシリアル出力も有しており，他の機器への接続が可能である。図 1 は出力先として PDA に接続している。現プログラムでは，モールス符号に対応するアルファベットのみ表示する。LCD を用いた装置は，表 3 のように使用している PIC16F84A の入出力端子と LED，マウスなどの入出力素子が接続されている。表示部としてシリアルポートを有する他の機器を使用するのであれば，LCD や LED を取り除き回路を更に簡素化できる。こうすることで，マウス内に回路基板を収納することが可能となる。文字入力は 1 文字あたり約 3 s かかった。文字入力速度は PIC プログ
ラムにより変更することが可能であるが，一定の速度でマウスボタンをクリックしなければならない。
符号間隔の判断をより柔軟に行えるよう，アルゴリズムに修正を加える必要がある。
次に，実験結果について考察する。図 5 は，10 回の実験における 1 文字当たりの入力時間 tc と誤入た時間；ne ：入力ミス．

Table 2 Experimental results of Morse codeand eye gaze input. All data isrepresented by mean±SD(n = 10).
tw :total input time for four words;
tc :input time per letter; ne :numberof input errors.
Assessment
parameter
tw [s]
tc [s]
ne468

Morse mouse

Eye gaze

55.34±3.73
2.77±0.19
0.6±0.8

94.90±15.05
4.75±0.75
4.9±3.1

表 3 PIC16F84A と入出力素子の接続
Table 3 PIC16F84A connections to input /output elements.
PIC pin nameRA2-3RA4RB0RB1
RB2RB3RA0-1, RB4-7

input/output lelements
RS232C driver ( MAX233 )speed selection
left mouse button
right mouse button
LED for left mouse button
LED for right mouse button
LCDtc [s]necode length詫間電波工業高等専門学校研究紀要 第 33 号 (2005)

5.0

習で装置の操作に慣れたといえる。本装置のような4.5

符号入力式は，符号を暗記しなければならない点が4.0
15
10
50
6.0

短所となるが，一度，暗記すると効率的な入力が期待できる。
視線入力の結果を見ると，実験回数の増加に伴って，誤入力が増え文字入力速度が低下していること5.0がわかる。送り手および受け手側双方の被験者から4.0

は，文字表を注視することに疲れる，一度誤入力す3.0

ると失敗感から文字確定までの時間がかかったり2.0誤入力が続いたりする，という評価があった。この1.00.00

ことから，初めて視線入力を経験する被験者にとっ12345678910

experiment numberては，休憩を挟むものの約 30 分間連続の実験は長く，心理的な負担があったといえる。従って，今回

図 5 入力方式の比較．●：モールス符号入力方の実験での誤入力および入力速度低下の原因は，技式；▲：視線入力方式；○：平均符号長．

術的な問題のみならず心理的な問題もあったと考え

Fig. 5 Comparison between different input
methods. solid circle: Morse mouse;solid triangle: eye gaze board; open
circle: average code length.

られる。
文字表による視線入力では，受け手は視線検出および文字認識という作業を要する。一方，本装置では，受け手は文字認識だけでよい。このことは，受力の回数 ne の変化を示したものである。●はモールス符号入力，▲は視線入力である。また，同図には入力したモールス符号 20 文字の平均の符号長∗も○で示している。
平均の符号長は，10 回の実験で 4.51 ± 0.23（平均値 ± 標準偏差）であり，実験間に大きな偏りはないと考える。結果から，モールス符号入力の tc はけ手のみならず送り手である肢体不自由者にとっても大きな意味をもつ。すなわち，肢体不自由者が装置と一体となり，自主的に他者へ働きかける新たな能力を備えることとなる。
今回は，試作した文字入力装置を用いて健常者による基礎実験を行った。肢体不自由者による臨床実験に向けて，次のような課題が挙げられる。

ne とよく対応していることがわかる。すなわち，文字入力は反射的で一定の速度で行われており，誤入力が入力速度を下げる原因となっている。誤入力は，単なる誤字とマウスクリックのタイミングを誤って生じた場合があった。被験者からは，モール• 臨床においては，LCD や LED マトリックスよりも大きな出力表示画面が好ましい。

• 文字入力時のフィードバックや結果出力を充実させるため，音声出力などを用いる。

ス符号を一定スピードで入力しなければならないと• 入力部，表示部など装置の各部を肢体不自由者

いう心的負担や速度に対するストレスがあったとのにとって操作しやすい機能的な配置にする。

感想が得られた。
被験者はモールス符号をすでに身に付けており，装置の操作だけが問題であった。しかし，結果から，文字入力の速度はばらつきが小さく，また，誤入力の回数も少ないことから，被験者はわずかな練∗ここでは，1 短点長のマークにデリミタとしての 1 短点長のスペースを加えた長さを 1 符号長としている。従って，短点は 1 符号長である。1 長点は 3 短点長であり，これにデリミタの 1 短点長が加わるため，長点は 2 符号長となる。

• モールス符号に対するトレーニングやガイドなどの支援機能を加える。

• 誤入力時の効果的な訂正手法を導入する。
これらについて，今後，肢体不自由者，専門医，技術者の三者間で議論を重ねる必要がある。

4

むすび

本研究では，肢体不自由者の意思伝達を支援するため，コンピュータマウスを用いたモールス符号に695

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よる文字入力装置を試作した。この装置は，モールス符号の短点，長点を左右のマウスボタンにそれぞれ対応づけており，符号間隔を大きく開けることで文字確定できる。マウスからの文字入力，LCD や

LED マトリックス，シリアル通信への出力の制御は PIC を用いて行った。このことは，安価で単純に装置を構成するという点で有益である。装置を評価するため透明文字表との比較を行った。健常者による 5 文字を 1 語として 4 語入力する実験の結果，1 文字の入力にかかる時間は，本装置では 2.77 s，透明文字表では 4.75 s となった。今後，装置の改善を含め意思伝達の方法について議論を進める必要がある。
謝辞

本研究は平成 14 ∼ 16 年度 詫間電波工業

高等専門学校教育研究活性化経費の支援を受けて行われた。記して感謝する。

文献1) 伊藤和幸，数藤康雄，伊福部達，“重度肢体不自由者向けの視線入力式コミュニケーション装置，” 電子情報通信学会論文誌 D-I，vol.J83-D-I，no.5，pp.495503，2000．

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2) 井上真由美，江頭広幸，岡崎泰久，渡辺健次，近藤弘
樹，“発話障害をもつ肢体不自由者のための音声による入力支援システム，” 電子情報通信学会技術研究報
告，ET2002-89，pp.29-34，2003．
3) 宮崎信次，“手足を使わないパソコン高速入力イン
ターフェイス，” バイオメカニズム 17，pp.227-234，
2004．
4) 福田修，藤田真治，辻敏夫，“EMG 信号を利用した代用発声システム，” 電子情報通信学会論文誌 D-II，vol.J88-D-II，no.1，pp.105-112，2005．
5) 伊藤和幸，数藤康雄，内山幹雄，“直接選択方式・符号入力方式によるキーボード・エミュレータ，” 電子情報通信学会技術研究報告，WIT2001-1，pp.1-6，
2001．
6) 畠山卓朗，“コミュニケーションとは自分の意思で“ 生きる” ことの証，” Home Care Medicine，Medical Tribune，vol.3，no.2，pp.41-43，2002．
7) 三崎幸典，小野安季良，金澤啓三，一色弘三，垂水良浩，尾田浩，“モールス符号を用いた新しい文字入力システムの開発，” 詫間電波工業高等専門学校 2002年度プロジェクト研究報告会講演論文集，p.1，2003．
8) 田中久美子，伊藤和幸，“重度身障者のための 1 ボタ
ン自然言語入力システムに向けて，” 電子情報通信学
会技術研究報告，WIT2004-2，pp.43-47，2004．
9) CQ Ham Radio 編集部（編），モールス通信 – 通信の原点 = CW その魅力 / 運用法 / 歴史，CQ 出版，
1998．