JP3894691B2 - 口蓋プレートを用いたデータ入力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は口蓋プレートを用いたデータ入力装置に関し、特にたとえば四肢の代わりに舌を使用して外部機器を制御するため等に利用できる、データ入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の口蓋プレートを用いたデータ入力装置として、口蓋面に設けられた電極によって、舌が口蓋に接触する位置を検出する電気的パラトグラフが実用化されている。これによって、舌が口蓋に接触する態様が観察され、音声科学の研究および構音障害者のリハビリなどに適用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術では、舌が口蓋に接触する態様を観測するだけのものであり、それによって外部機器を制御しようとする考え方は存在しなかった。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、口蓋プレートへの舌の接触態様によって外部機器を制御できる、新規な口蓋プレートを用いたデータ入力装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、樹脂成形された口蓋プレート、口蓋プレート上に設けられて少なくとも舌が接触したかどうかを検知できるセンサ、およびアンテナを通して無線でセンサ信号を外部に送信するデータ送信装置を備える、口蓋プレートを用いたデータ入力装置において、データ送信装置は、センサからの入力を収集する収集手段、メモリを内蔵し収集手段によって収集されたセンサからの入力に基づいてデータを生成するＣＰＵ、およびアンテナに接続されるかつＣＰＵによって生成されたデータを外部に送信する送信手段を含み、アンテナおよびデータ送信装置をともに口蓋プレートの樹脂中に密封するようにしたことを特徴とする、口蓋プレートを用いたデータ入力装置である。
【０００６】
【作用】
この口蓋プレートを用いたデータ入力装置では、口蓋プレート上にセンサが設けられる。センサは舌が接触したかどうかを検出する。データ送信装置は、センサの出力、つまり舌がセンサに接触している態様（接触態様）に応じたセンサ信号（データ）を無線で外部機器に送信する。外部機器では、送信されたセンサ信号に従って処理または動作を制御する。
【０００７】
たとえば、複数のオン／オフセンサを用いれば、オン／オフで表される接触態様のセンサ信号が外部機器に送信される。
【０００８】
また、圧力センサを用いれば、接触しているセンサに加えて、舌がそのセンサに接触している圧力（接触圧力）を検出することができるので、外部機器はセンサ信号に従って連続的（アナログ的）に変化する処理または動作を制御することができる。
【０００９】
さらに、データ送信装置は口蓋プレート以外の他の部位に設けてもよいが、口蓋プレート内に設けた場合には、装置本体を小さくすることができる。
【００１０】
【発明の効果】
この発明によれば、舌の接触態様に対応するセンサ信号を外部機器に送信するので、これに応じて外部機器が処理または動作を実行することができる。つまり、舌の接触態様によって外部機器を制御することができる。
【００１１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１２】
【実施例】
図１を参照して、この実施例の口蓋プレートを用いたデータ入力装置（以下、単に「データ入力装置」という。）１０は、樹脂で成形された口蓋プレート１２を含む。口蓋プレート１２は、図１では平面状に示してあるが、実際には、ユーザの口蓋１４に密着するように、ほぼすり鉢状に形成される。口蓋プレート１２には、ＩＣ１６，アンテナ１８および複数の（この実施例では８つの）センサ２０ａ〜２０ｈが設けられる。アンテナ１８および各センサ２０ａ〜２０ｈはＩＣ１６に接続される。各センサ２０ａ〜２０ｈは、たとえば図１に示すように配置されるが、その配置や個数は実施例に限定されるものではない。また、ＩＣ１６およびアンテナ１８は、図２に示すように、口蓋プレート１２を形成する樹脂中に密封される。
【００１３】
図２を参照して、口蓋プレート１２にはまた、口蓋１４側の一面に広がって薄膜状に形成された口蓋側電極２２が設けられる。なお、口蓋側電極２２は、口蓋１４側の全面に形成される必要はなく、一部に設けるようにしてもよい。口蓋側電極２２は、口蓋プレート１２によって各センサ２０ａ〜２０ｈの舌側電極２４ａ〜２４ｈとは互いに絶縁されている。各舌側電極２４ａ〜２４ｈもまた、互いに絶縁されている。このように、図１に示す各センサ２０ａ〜２０ｈは、口蓋側電極２２と舌側電極２４ａ〜２４ｈとで構成され、したがって、各電極２２および２４ａ〜２４ｈは、図２では図示していないが、それぞれ口蓋プレート１２に密封されたＩＣ１６に接続される。
【００１４】
なお、舌側電極２４ａ〜２４ｈもまた、口蓋側電極２２と同様に薄膜状に形成されるものであるが、図２においては、分かり易くするために、口蓋プレート１２，口蓋１４および口蓋側電極２２を単純な平面で示し、実際には薄膜状に形成されているものを厚みをつけて示してある。さらに、ＩＣ１６と口蓋側電極２２および舌側電極２４ａ〜２４ｈとを接続する接続線およびアンテナ１８は省略してある。
【００１５】
図２に示す舌側電極２４ａ〜２４ｈの１つに舌（図示せず）が接触すると、口蓋１４と舌とが同じ人体の一部であるため、その舌側電極２４ａ〜２４ｈと口蓋側電極２２との間に電気回路が形成される。したがって、その電気回路の電気抵抗を検出することによって、舌が舌側電極２４ａ〜２４ｈのいずれに接触しているかを検出することができる。図３に示す例では、舌側電極２４ａ〜２４ｈと口蓋側電極２２との間の電気抵抗を電圧として検出することによって、そのとき舌が接触している舌側電極２４ａ〜２４ｈを認識するようにしている。
【００１６】
そのために、図３に示すように、舌側電極２４ａ〜２４ｈは、信号線を介してそれぞれデータ収集回路３０に含まれるマルチプレクサ（ＭＰＸ）３２に接続される。したがって、ＭＰＸ３２には、舌側電極２４ａ〜２４ｈ毎に口蓋側電極２２との間の電気抵抗に応じた電圧が入力される。このＭＰＸ３２は、後述のＣＰＵ３８によって切り換え制御され、ＣＰＵ３８の指定した入力（すなわち舌側電極２４ａ〜２４ｈからの電圧）を順次出力する。
【００１７】
ＭＰＸ３２から順次出力された各舌側電極２４ａ〜２４ｈと口蓋側電極２２との間の電圧がサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路３４を通して、Ａ／Ｄ変換器３６に入力される。Ａ／Ｄ変換器３６は、１ビットのＡ／Ｄ変換器であり、各舌側電極２４ａ〜２４ｈからの電圧を閾値判別し、電圧が所定の閾値以上のとき「１」を、以下のとき「０」を出力する。このようにして、データ収集回路３０からは、各舌側電極２４ａ〜２４ｈ毎のオン／オフを示すデータ「１」または「０」が出力される。
【００１８】
舌側電極２４ａ〜２４ｈのオン／オフ信号は、ＣＰＵ３８に与えられる。ＣＰＵ３８はＣＰＵコア３８ａとメモリ３８ｂとを含み、ＣＰＵコア３８ａがメモリ３８ｂの所定領域に形成されている入力レジスタ（図示せず）に上述のオン／オフデータ「１」または「０」を各舌側電極２４ａ〜２４ｈすなわちセンサ２０ａ〜２０ｈ毎に一時的に記憶させる。つまり、ＣＰＵコア３８ａがＭＰＸ３２からの電圧信号を選択し、そのときＡ／Ｄ変換器３６から「１」が出力されるか「０」が出力されるかによって指定した舌側電極２４ａ〜２４ｈ毎に「１」または「０」を入力レジスタに設定することができる。
【００１９】
このようにして、ＣＰＵ３８は、舌が接触している舌側電極２４ａ〜２４ｈ、すなわちオンしているセンサ２０ａ〜２０ｈ（図１）を検出することができる。したがって、たとえば、センサ２０ａ，２０ｂおよび２０ｃのみがオンとなっていて、他のセンサ２０ｄ〜２０ｈがオフとなっているとき、「１１１０００００」のようなデータを送受信回路４０に入力する。
【００２０】
送受信回路４０は、図示しないがキャリア発生回路を有し、そのキャリア発生回路で発生されたキャリア（搬送波）を上述のようなデータで変調する。この変調信号（データ）がアンテナ１８を通して外部機器５０、すなわちち外部機器アンテナ５４に向けて放射される。一方、外部機器５０から送信された外部機器５０に関する情報のデータ、つまり被制御機器（外部機器５０）がたとえば電気車椅子である場合には電気車椅子であるというデータがアンテナ１８で受信され、送受信回路４０を介してＣＰＵ３８に与えられる。したがって、ＣＰＵコア３８ａは、外部機器５０に関する情報のデータ（被制御機器が電気車椅子であるというデータ）に基づいてメモリ３８ｂの使用するメモリ領域（使用領域）を決定する。つまり、被制御機器の種類に応じて、メモリ３８ｂの使用領域を決定することができる。
【００２１】
なお、図３に示すＩＣ１６には、電源回路４２が内蔵されていて、この電源回路４２は外部機器５０に設けられた送受信回路５２からアンテナ５４および１８を介して送信されるキャリア（搬送波）を整流する整流回路（図示せず）を有する。外部機器５０から送信されたキャリアを整流して得られた直流電圧によって、図示しない電池が充電され、この電池から上記各回路３０、３８および４０などに電源が供給される。ただし、電源回路４２のこのような構成は単なる一例であり、電池（１次、２次）だけを用いる電源回路４２であってもよい。
【００２２】
一方、外部機器５０は、データ入力装置１０、すなわちＩＣ１６から送信されるデータに応じて制御される機器であり、その制御のためのＣＰＵ５０ａを含む。外部機器５０は、そのＣＰＵ５０ａによって制御される被制御回路（図示せず）を含むとともに、送受信回路５２を含む。送受信回路５２は、ＩＣ１６から送られる変調信号を復調し、かつデータを復元するための復調回路や、ＩＣ１６にデータを送るための変調回路などを含む。送受信回路５２にはアンテナ５４が接続される。外部機器５０のＣＰＵ５０ａは、ＩＣ１６から送られる各センサ毎のオン／オフの状態に応じてそのＣＰＵ５０ａのメモリ（図示せず）に予め設定されている制御プログラムに従って被制御回路を制御する。
【００２３】
通常このような制御は、どのセンサがオンしているかによって一義的に決まったディジタル的な制御であるが、センサ２０ａ〜２０ｈのうちの２以上のセンサがオンしている場合には、その組み合わせや舌の接触面積の大小に応じてアナログ的な制御をすることができる。
【００２４】
なお、外部機器５０の送受信回路５４は、ＩＣ１６に上述のように電源のためのキャリアを送る場合の他、外部機器５０すなわちＣＰＵ５０ａがＩＣ１６すなわちＣＰＵ３８のＣＰＵコア３８ａやメモリ３８ｂにアクセスするときにも用いられる。この場合、上述のキャリアをアクセスデータで変調することによって、アクセスデータがＩＣ１６の送受信回路４０によって復調されてＣＰＵ３８に与えられることになる。
【００２５】
ＩＣ１６からのデータ送信および外部機器５０からのデータ送信では、同じ周波数のキャリアを用いて変調方式を異ならせるようにしてもよく、変調方式は同じでキャリア周波数を異ならせるようにしてもよく、あるいは両方とも同じにして送信時間を区分するようにしてもよい。
【００２６】
このように、センサ２０ａ〜２０ｈはオン／オフを検出できるセンサを用いているが、圧力センサを用いることにより、いずれのセンサ２０ａ〜２０ｈが接触しているかに加えて、舌が接触している圧力（接触圧力）を検出することもできる。この場合には、圧力センサとしてはたとえばストレンゲージ式のものが利用可能であるし、本件出願人等が国際特許出願したＰＣＴ／ＪＰ９８／０３６６９号に記載されたものが利用されてもよい。接触圧力の変化に応じて、接触しているいずれかの個別電極２４ａ〜２４ｈと口蓋側電極２２との間の電気抵抗が変化される。この電気抵抗に応じた電圧がＭＰＸ３２に入力される。したがって、電気抵抗に応じた電圧がＳ／Ｈ回路３４を通してＡ／Ｄ変換器３６に与えられ、Ａ／Ｄ変換器３６からたとえば３ビットの圧力データがＣＰＵ３８に入力される。つまり、接触圧力に対応する電圧値がたとえば「０００」〜「１１１」の圧力データに変換され、上述した入力レジスタに記憶される。なお、この場合には、たとえば４ビットや８ビットなどの複数ビットのＡ／Ｄ変換器３６が用いられる。ただし、圧力データのビット数は任意であるが、ビット数を増加させると、分解能が向上することは言うまでもない。
【００２７】
このような各舌側電極２４ａ〜２４ｈ毎の圧力データが外部機器５０に送信され、したがって、ＣＰＵ５０ａは舌が接触しているセンサと接触圧力の大小や変化とに応じて外部機器５０の被制御回路を制御することができる。
【００２８】
たとえば、データ入力装置１０は、電気喉頭、電動車椅子および計算機などのデータ入力装置に適用できる。まず、このデータ入力装置１０を電気喉頭の制御に用いる場合には、発音（発声）するときのセンサ２０ａ〜２０ｈのオン／オフに対応するデータが送信され、これに応じて電気喉頭の振動が制御される。つまり、無声子音（ｐ，ｋ，ｔを含む声帯の振動を伴わない音声）の発音（発声）が可能になる。また、圧力センサを用いた場合には、接触圧力も検出できるので、有声／無声の自然な切り換えが可能である。
【００２９】
また、このデータ入力装置１０を電気車椅子の制御に用いる場合には、たとえばセンサ２０ａ〜２０ｈにそれぞれ方向を割り当てることにより、舌を使って運転することができる。たとえば、センサ２０ａが右前方であり、２０ｂが直進であり、２０ｃが左前方である。また、センサ２０ｄが右後方であり、２０ｅが後退であり、２０ｆが左後方である。さらに、センサ２０ｇが右旋回であり、２０ｆが左旋回である。したがって、舌が接触したいずれかのセンサ２０ａ〜２０ｆに応じて電動車椅子を操作することができる。この場合には、安全のため、前方に進む速度および後方に進む速度が各々一定の値に設定され、センサ２０ａ〜２０ｈをオン／オフすることによって、方向のみが制御される。また、舌がセンサ２０ａ〜２０ｈのいずれにも触れていない場合には、電動車椅子が停止される。したがって、電動車椅子が動いている時に舌がセンサ２０ａ〜２０ｈから離れると、制動動作に移行される。
【００３０】
また、圧力センサを用いた場合には、接触圧力も検出できるので、電動車椅子の速度および左右への曲がり角度の大きさを接触圧力（圧力データ）に応じて連続的（アナログ的）に変化させることができる。つまり、自動車のハンドルおよびアクセルのような操作が可能である。また、接触圧力の変化に応じて急制動などの減速度の制御もすることができる。
【００３１】
さらに、このデータ入力装置１０を計算機、つまりウェアラブルコンピュータなどに用いる場合には、データ入力装置１０はコンピュータマウスのように使用することができる。つまり、電動車椅子の場合と同様に、センサ２０ａ〜２０ｆに方向が割り当てられる。具体的には、センサ２０ａが右上方であり、２０ｂが上方であり、２０ｃが左上方である。また、センサ２０ｄが右下方であり、２０ｅが下方であり、２０ｆが左下方である。さらに、センサ２０ｇが右方であり、２０ｈが左方である。したがって、舌がセンサ２０ａ〜２０ｈに接触されると、これに応じてたとえば計算機に接続されたモニタ上のマウスポインタが移動される。このため、モニタ上に表示された所望の数字や文字にマウスポインタを移動することができる。また、センサ２０ａ〜２０ｈの他に２つのセンサを設け、各センサに対応して“ＯＫ”，“ＣＬＥＡＲ”を割り当てておけば、入力した数字や文字を確定または訂正することができる。なお、センサの数をさらに増加させることにより、いわゆるタッチパネルと同様の操作方法で、舌の接触態様によってマウスポインタを移動させるようにしてもよい。
【００３２】
この実施例によれば、舌の接触態様に対応するデータを外部機器に送信するので、これに応じて外部機器が処理または動作を実行することができる。つまり、舌の接触態様に応じて外部機器を制御することができる。
【００３３】
なお、この実施例で示したＩＣ１６としては、ローム株式会社製の多Ｉ／ＯタイプＣＭＯＳゲートアレイのＩＣ“ＢＵ１２３６０６Ｌ”、また同社製の高速タイプＣＭＯＳゲートアレイのＩＣ“ＢＵ２５３０６”、さらに同社製のＣＭＯＳセルベースＩＣファミリのＩＣ“ＢＵ３５Ｓ”，“ＢＵ２５３Ｓ”，“ＢＵ１６３Ｓ”などを利用することができる。
【００３４】
また、上述の実施例では、口蓋側電極２２を口蓋プレート１２の口蓋側（裏面）に形成した。しかしながら、口蓋側電極２２は口蓋内の任意の位置に設けてもよく、さらには口蓋以外のたとえば歯茎などに設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。
【図２】図１実施例に口蓋プレートを示す図解図である。
【図３】図１実施例に示すＩＣを示す図解図である。
【符号の説明】
１０ …口蓋プレートを用いたデータ入力装置
１２ …口蓋プレート
１６ …ＩＣ
３０ …データ収集装置
３２ …ＭＰＸ
３８ …制御回路

Claims (3)

1. 樹脂成形された口蓋プレート、
   前記口蓋プレート上に設けられて少なくとも舌が接触したかどうかを検知できるセンサ、および
   アンテナを通して無線でセンサ信号を外部に送信するデータ送信装置を備える、口蓋プレートを用いたデータ入力装置において、
   前記データ送信装置は、前記センサからの入力を収集する収集手段、メモリを内蔵し前記収集手段によって収集された前記センサからの入力に基づいてデータを生成するＣＰＵ、および前記アンテナに接続されるかつ前記ＣＰＵによって生成されたデータを外部に送信する送信手段を含み、
   前記アンテナおよび前記データ送信装置をともに前記口蓋プレートの樹脂中に密封するようにしたことを特徴とする、口蓋プレートを用いたデータ入力装置。
2. 前記センサは複数のオン／オフセンサを含む、請求項１記載の口蓋プレートを用いたデータ入力装置。
3. 前記センサは圧力センサを含む、請求項１記載の口蓋プレートを用いたデータ入力装置。

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