JPS626242B2

JPS626242B2 -

Info

Publication number: JPS626242B2
Application number: JP54167405A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Ueda; Akihisa Takano; Takaharu Suzuki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1987-02-09
Also published as: EP0031142B1; AU529727B2; AU6559280A; JPS5688506A; DE3071576D1; US4472617A; CA1148220A; EP0031142A1; US4340799A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電気オーブンや電子レンジ等の加熱装
置において、この装置の使用者（話者）が発する
音声コマンドを認識し、これを所定の制御信号に
変換する音声認識回路を塔載し、この音声認識回
路により加熱室の開口に開閉自在に装着した扉体
を、ある特定の音声指令により開扉できるよう構
成したものである。

加熱装置本体は被加熱物を加熱するヒータある
いはマグネトロン等の加熱源と、被加熱物を載置
する加熱室と、この加熱室の開口に開閉自在に装
着した扉体と、この扉体を閉扉位置に係止する扉
体係合手段（例えばドアキーとドアフツク）と、
この係止を解除して扉体を開扉する開扉手段（例
えば駆動源としてのソレノイドと開扉レバー）と
より成る。

一方、制御系は音声コマンドを入力するための
マイクロフオン等より成る音声入力部と、この音
声入力部より入力された音声をバンドパスフイル
タによる周波数分析等の手法を用いて特徴抽出
し、これをサンプリングしてかつデジタル量に変
換するアナログ−デジタル変換手段を備えた特徴
抽出部と、この特徴抽出部を経た音声入力を時系
列パターンとして記録する入力パターンメモリ
と、あらかじめ特徴抽出された音声を時系列パタ
ーンとして登録した標準パターンメモリと、この
入力パターンメモリに記録された音声入力と標準
パターンメモリに記憶された標準パターンとの類
似度を判定する認識処理部と、この認識処理部に
より音声入力部から入力された音声がある標準パ
ターンと極めて高い類似度を示したとき、かかる
音声入力を該当の音声指令であると特定し、所定
の制御信号を出力する出力制御部とより成る。

さてかかる構成において、標準パターンメモリ
内に開扉動作を指令する音声コマンドの特徴抽出
パターンを登録するアドレスを設ける。そして音
声入力部よりこの開扉指令が音声入力され、認識
処理部がこれを開扉指令であると特定した際に
は、出力制御部より開扉手段に対してこれを動作
させる制御信号を出力し、扉体係合手段の係止を
解除して開扉動作を実行する。

なお音声入力部としてのマイクロフオンは、指
向性の強い接話型のものを用いて、これを機体の
操作パネルの端部に配する。と共にそのマイク溝
（音穴）を側方へ向けて開口する。かかる構成に
より話者は操作パネルの正面もしくは若干側方に
立ち、しかもマイクに近接して音声を発しない限
り、有効なコマンドとして制御系に認識されな
い。それ故、話者が扉体の開扉軌跡上に立つて、
開扉指令を発しても受け付けられず、話者が開扉
動作中の扉体と衝突することを防止できる。

本発明は音声コマンドにより加熱装置の使用者
が何ら自らの手足を使わずとも、扉体を開くこと
ができるシステムを実現するものである。

加熱装置においては、加熱に先立つて被加熱物
を加熱室内へ載置する場合、使用者の手は被加熱
物を持つことによりふさがつてしまう。特にそれ
が大きな被加熱物であれば、ふさがつた両手をあ
けるため、いつたんその被加熱物を加熱装置の近
くのテーブル等に載置し、扉体を開いた後に再び
被加熱物を持ち直し、加熱室内へ搬入しなければ
ならない。それ故、使用者の手足を使うことなく
扉体を開きたいという要求が強かつた。

一方、加熱の途中で扉体を再び開き、被加熱物
の加熱具合を検査する場合、オーブンにあつては
扉体の温度は相当に高くなり、誤まつて触れれば
火傷を負う危険が生じる。電子レンジにあつて
は、扉体の開閉に伴ない動作する扉体スイツチに
より、マイクロ波は遮断されるとはいえ、扉体の
開扉動作と扉体スイツチの動作とのわずかな時間
のずれの間にマイクロ波の漏洩が最大となること
は避けられない。そこで加熱の途中で扉体を開く
場合には、扉体から離れてリモートコントロール
で開扉動作が行えば有用である。

さて一方ではシステムへの入出力手段として、
音声や文字、画像など機械と人との自然なコミユ
ニケーシヨン手段を持ち込む研究が盛んである。
とりわけ音声は最も自然なコミユニケーシヨン手
段として脚光を浴びつつある。集積度の向上によ
るメモリ素子の大容量化、マイクロコンピユータ
の出現などの半導体技術のインパクトがこの音声
技術の実現を可能ならしめようとしている。

本発明はかかる加熱装置としての要求を音声認
識技術を採用することにより満たそうとするもの
である。と共に開扉動作中の扉体に使用者が衝突
することのないよう、安全な構成をはかつてい
る。

さらに音声入力部としてのマイクロフオンには
指向性の強い接話型のものを用いて、装置の側方
に話者が立たないと音声コマンドが入力できない
ような位置にこのマイクロフオンを配し、開扉動
作中の扉体に話者がぶつかることのないよう構成
する。

まず加熱装置の本体の構成、特に扉体の係合手
段について説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す加熱装置の本
体斜視図である。加熱室１の開口に開閉自在に装
着された扉体２は、その左端に設けたヒンジ３に
より水平面に沿つて矢印方向に開閉する。ドアキ
ー４はキー溝５に嵌入し、第２図ａに示すように
ドアフツク６と係合する。第２図は扉体近傍の要
部断面図であり、図ａが閉扉状態を、図ｂが開扉
動作をそれぞれ示している。

さて第２図ａの閉扉状態にある加熱装置に、被
加熱物を搬入して加熱を開始する手順を説明す
る。まず操作者はマイク溝７に向つて開扉コマン
ドを発する。例えば「オープン・ドア」と命じる
わけである。すると後ほど詳述する音声認識回路
によりこの開扉コマンドは解読され、開扉制御信
号が制御系より出力される。この開閉制御信号に
よりソレノイド８が矢印方向に吸引され、ピン９
を支点に開扉レバー１０がシーソー状に回転し、
ドアキー４の先端を押し上げる。ドアキー４は扉
体２の内部でピン１１により回動自在に軸支さ
れ、バネ１２により下方へ付勢されており、閉扉
時にはドアフツクにその鉤型の先端が食い込むよ
うに係合し、扉体２を閉扉位置に係止している。
そこで開扉レバー１０より押し上げられたドアキ
ー４は、ドアフツク６を乗り越えてその傾斜部を
滑り落ち、反動で扉体２を前方へ押し出す。

さてかくして扉体２を開いた後、加熱室１内へ
被加熱物を載置し、扉体２を手で閉じると加熱準
備は整う。続いて加熱パターンを選択し、例えば
「加熱２」と同じく音声でコマンドすると、ある
加熱シーケンスが制御系内にプリセツトされる。
この加熱シーケンスは加熱源の出力や加熱温度、
加熱時間などの組合せがあらかじめ制御系のメモ
リ内にストアされ、被加熱物に応じて適当なもの
を選ぶ。湿度センサーやガスセンサーなど、被加
熱物の加熱状況を見て加熱源への給電を制御する
自動化タイプの加熱装置との組合せも、認識すべ
き音声コマンド数を減らす上で有効である。認識
された加熱パターンは操作バネル１３上で、所定
の表示灯１４を点灯させることにより報告され
る。

続いて「加熱開始」の音声コマンドにより、加
熱装置は加熱を開始する。これらの音声認識に
は、開扉コマンドを認識した音声認識回路がその
まま利用され、入力された音声コマンドと比較さ
れるべく「加熱２」や「加熱開始」などが標準パ
ターンとして、「オープン・ドア」と共にあらか
じめメモリ内に登録されている。

さて音声認識回路の誤認識により、誤まつて扉
体２が開く可能性がある。このとき操作者が扉体
２の前に立つていると、扉体２と衝突して危険で
ある。これを防止すべく制御系内に後ほど詳述す
る音声合成部を設ける。そして音声認識部が開扉
コマンドを認識すると、まずこの音声合成部によ
り「ドア・オープン」と音声報知する。１５はこ
のためのスピーカの音溝である。かかる報知の後
に扉体２を開けば、扉体２に操作者が衝突する危
険も、ために被加熱物やその容器を落して損ねる
ことも防ぎうる。

さらにこの音声合成部を用して、「ドア・オー
プン？」と話者に問い返させ、話者から「イエ
ス」の肯定があれば開扉動作を実行し、「ノー」
の否定もしくは返答がある一定期間なければ、開
扉コマンドを認識したこと自体をクリアし、再び
新たな音声コマンドを待つように構成すれば、人
と機械の対話が可能となり、音声認識回路そのも
のに誤認識の危険性が存在しても加熱装置として
の誤動作の確率は極めて小さく抑えることができ
る。つまり「ドア・オープン」「イエス」の音声
コマンドシーケンスが入力された時のみ、開扉動
作が実行されるわけで、誤まつてかかる組合せボ
イスが入力されることは皆無に近いと言えよう。

なお１６は開扉レバー１０により動作するスイ
ツチで、電子レンジにあつてはマイクロ波をオー
ブンにあつてはヒータへの通電を制御するドアス
イツチとなる。かかるスイツチにより、開扉前に
確実にマイクロ波やヒータへの通電が遮断でき、
安全である。

第３図は本体の上面図である。マイク溝７は操
作パネル１３の右端に突出して設けられ、マイク
ロフオン３８はパネル１３に対し右傾して取付け
られる。そのマイクロフオン３８の周波数特性は
第４図の如きものを使用する。さてかかるマイク
構成により加熱装置に対して音声コマンドを有効
に入力するには、操作パネルの前面もしくは若干
右側面に話者は立ち（α＝０゜に近い方向）、し
かもマイクに近づいて話さねばならない。ために
扉体２の開閉軌跡上に話者が立つていれば（α＝
90゜近傍）、開扉コマンドはSN比がとれないので
入力できない。このようにマイクの指向性とその
取付位置とにより、開扉動作時に話者が扉体２と
衝突する危険を防止できる。なおこのように入力
音声の指向性を高めることで指向性範囲外からの
音を除去でき、話者の音声コマンド以外の音響ノ
イズを軽減できる。

さて次に本発明を実現する回路構成について説
明する。第５図は一実施例を示す回路のブロツク
図である。

まずマイクロフオン１７に向つて「オープン・
ドア」と命じたとする。この音声コマンドはマイ
クロフオン１７により電気信号に変換され、マイ
クアンプ１８により適宜増幅される。かかる音声
入力部により空気振動たる音声波形は、電気的な
アナログ信号を変換される。

次いでこの音声アナログ信号はｎ個のバンドパ
スフイルタ１９とローパスフイルタ２０とより成
るフイルタ・バンクへ入力される。第６図はかか
るフイルタ・バンクの具体回路構成を示し、マル
チプル・フイードバツク型バンドパスフイルタ
F₁〜Ｆ_oと、マルチプル・フイードバツク型ロー
パスフイルタL₁〜Ｌ_oより成る。各々のバンドパ
スフイルタは第７図に示すような周波数特性を有
し、本例では100〜10KHzまでの周波数帯を10段
のバンドパスフイルタによりカバーし、各々が中
心周波数ｆ_oと帯域幅Ｂ_oを図の如く備えるよう設
計されている。

一方、ローパスフイルタ２０は第８図に示すよ
うな遮断周波数特性を有す。本例では各段とも50
Hzの遮断周波数を有するマルチプル・フイードバ
ツク型ローパスフイルタを接続している。

さてかかるフイルタバンクにより音声波形Vin
は、10個の周波数帯データに分析される。第９図
ａが音声入力部より入力される音声波形Vinであ
り、ｂがあるバンドパスフイルタの出力Ｖ_BPEを
示す。これには図示したような原音のピツチ（声
帯振動数）が現れるので、ローパスフイルタ２０
によりこのピツチを取り除き、それぞれの出力振
幅の包絡線（エンベローブ）特性を求める。これ
がフイルタ・バンクの出力Ｖ_Fである。

なおフイルタ数ｎは大きいほどよりよく特徴抽
出が可能であり、当然認識率を高めることができ
るが、システムの規模も大きくなる。そこで民生
用機器にあつては実用上差しつかえのない認識率
と、これを制御する制御部の処理速度とのソフト
とハードの両面から検討を加える必要がある。本
例のように制御部として８ビツトのマイクロプロ
セツサ（後述）を用いる場合には、10段前後の構
成が経験上効率的であつた。

さてフイルタ・バンクの各出力は、次にアナロ
グマルチプレクサ２１に入力され、順次アナログ
−デジタル変換器（以下「Ａ／Ｄコンバータ」と
呼ぶ）に、一出力ずつ伝送される。アナログマル
チプレクサ２１は第１０図に示すような10段のア
ナログスイツチ２２により構成される。これは例
えばモトローラ社のＣ−MOS、MC14016B（４回
路アナログスイツチ）を３個使用して実現でき
る。チヤンネルの切換は主制御部たるCPUより
発せられるチヤンネル選択信号により行われる。
デコーダ２３はこの４ビツトの２進チヤンネル選
択信号コードを10ビツトのチヤンネル選択信号に
解読する。これはモトローラ社のMC14028B
（BCD−to−Decimal Decoder）により実現でき
る。例えば２進チヤンネル選択信号コードとして
「0001」が出力されれば、デコーダ２３はチヤン
ネル１を出力する。従つてアナログマルチプレク
サ２１の出力端にはＶ_F2が現れる。同様にしてチ
ヤンネル選択信号を切換えていけば10個のフイル
タ・バンク出力が次々とアナログマルチプレクサ
２１の出力端に現れる。

次にこれらフイルタ・バンク出力はＡ／Ｄコン
バータ２４に入力され、８ビツトデジタル信号に
変換される。MM5357はNS社のモノシリツク
Ａ／Ｄコンバータである。負荷抵抗Ｒ_L1とＲ_L2に
よりアナログ入力は±5V以内になるよう調整さ
れる。SCは“START CONVERSION”信号で
あり、変換の開始を指令する。従つてこのSC信
号によりフイルタ・バンク出力はサンプリングさ
れる。このサンプリング周期は音声波形をフイル
タごとの包絡線特性信号として扱う場合には１〜
10ｍsec程度で十分特徴を把渥できる。EOCは
“END OF CONVERSION”信号、すなわち変換
の終了を示す信号である。またOEは“OUTPUT
ENABLE”信号、すなわち８ビツトデジタル出
力の有効タイミングを示す。そこでCPU２５は
チヤンネル選択信号を掃引しながら、SC信号に
より各フイルタ・バンク出力を次々とサンプリン
グし、８ビツトデジタルデータに変換しながら、
OE信号をモニタしてこれらを有効に処理してい
く。

第１１図はかかるCPU２５のシステムブロツ
ク図である。CPU２５には８ビツトのマイクロ
プロセツサ・インテル8080を使用している。共通
のＩ／Ｏポート２６を介して、音声データ（８ビ
ツト・デジタル信号）は入力パターンメモリ２７
に書き込まれる。つまり第１１図においてＡ／Ｄ
コンバータ２４から出力された８ビツトの音声デ
ータは、マルチプレクサ２８の制御を受けてデー
タ読み出しモードになると、双方向データバス上
に出力される。この音声データはCPU２５より
の制御信号により、いつたん入力パターンメモリ
２７へ書き込まれる。かかる手順により入力パタ
ーンメモリ２７内に、ある音声入力が周波数帯ご
とに分析され、かつサンプリングされて記憶され
る。

続いて音声入力の終端を検出すると、CPU２
５はこの入力パターンの発声時間長（第９図ｃの
“Ｔ”）を把渥する。そして発声の都度バラつきの
大きいこの発声時間長Ｔを、ダイナミツク・プロ
グラミング法（DP法）を用いて正規化する。DP
法により入力パターンは標準パターンメモリ２９
に登録された標準パターンと比較され、両者が最
もよく適合するまで部分的な伸縮が加えられ、最
も類似度の高い標準パターンが特定される。

かかる認識処理により音声入力はある登録パタ
ーンと一致したとして特定され、所定の出力信号
が出力制御部３０へ出力される。そこで開扉信号
や音声合成のためのメツセージを選択するボイス
セレクト信号、および既述のチヤンネル選択信号
やサンプリング信号（SC）などが所定のタイミ
ングで出力される。

メモリ３１はCPU２５の制御プログラムが記
憶されているROMである。なお本実施例はあら
かじめROM２９内に標準登録パターンを記憶し
ておく不特定話者の認識例について述べたが、こ
のメモリをRAM構成とし、認識に先立つて特定
話者の音声コマンドを入力し、これをこのRAM
２９内に登録しておく特定話者もしくは限定話者
認識ももちろん可能である。この場合は両者を単
一のメモリで構成してよい。

さて以上の構成により、音声コマンド「オープ
ン・ドア」が認識された。するとCPU２５から
は音声データが記憶されているメモリROM３２
の、「ドア・オープン？」メツセツージがストア
されているアドレスがボイスセレクト信号により
出力される。そしてROM３２より読み出された
音声データは、シンセサイザー３２により音声信
号に合成され、スピーカ３４より「ドア・オープ
ン？」という音声として出力される。かかる音声
合成部としてはPARCOR合成法を採用した１チ
ツプシンセサイザーがすでに商品化されている。

制御系はここで再度音声認識モードとなり、話
者の「イエス」あるいは「ノー」のコマンドを待
つ。このコマンドは「オープン・ドア」と同様の
手順を経て認識され、「イエス」であればソレノ
イド８のドライバ３５へソレノイドのオン信号が
出力され、第２図の如くソレノイド８が動作して
扉体２が開かれる。また「ノー」もしくは一定期
間音声コマンドが無ければ、誤認識あるいは誤操
作として、前に認識した「オープン・ドア」コマ
ンドを取り消す。

なお「オープン・ドア」を一語として認識せ
ず、「オープン」と「ドア」という二語に分けて
認識するよう構成すれば、つまりROM２９内へ
二語に分けて登録し、音声コマンドを「オープ
ン」「（若干の休止）」「ドア」というように入力す
るようシステムを構成すれば、開扉コマンドその
ものの誤認識が低減できる。これはコマンドの認
識率が回路的に高められるのではないが、加熱装
置という完成したシステムの誤認識がソフト的に
低減できる。

３６はヒータあるいはマグネトロンなどの加熱
源負荷、３７はそのスイツチング素子である。

CPU２５の制御を受け、所定の加熱パターン
を実行する。

さて以上説明したように本発明によれば、加熱
装置の使用者は、手を使わずに自らの音声によつ
て扉体を開くことができ、手が被加熱物でふさが
つている場合に、はなはだ便利である。またリモ
ートで開扉操作ができるので、電子レンジにあつ
ては開扉の瞬間に過大なマイクロ波の漏洩があつ
ても使用者の安全は保たれる。オーブンにあつて
は高温になつた扉体に手を触れて火傷を負う危険
からも使用者は解放される。さらに本発明によれ
ば、開扉動作を音声で指令するとき、扉体の開扉
軌跡を外して指向性マイクロフオンの感度の高い
位置に立つ必要があり、よつて扉体に話者が衝突
することを構成上避けられ、安全である。また本
発明の音声認識システムにより、マイコンで制御
しうる民生レベルの音声認識を、加熱装置の制御
部に実用化することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における加熱装置の
本体斜視図、第２図ａ，ｂは同扉体開閉機構の詳
細図、第３図はマイクロフオンの取付位置を示す
加熱装置の上面図、第４図は同マイクロフオンの
周波数特性図、第５図は回路構成の一例を示すブ
ロツク図、第６図はフイルタ・バンクの具体回路
構成図、第７図は同フイルタ・バンクのバンドパ
スフイルタの周波数特性図、第８図は同フイル
タ・バンクのローパスフイルタの周波数特性図、
第９図ａ，ｂ，ｃはフイルタ・バンクの各部信号
波形図、第１０図はアナログマルチプレクサと
Ａ／Ｄコンバータ、第１１図はCPUのシステム
ブロツク図である。１……加熱室、２……扉体、４……ドアキー、
５……キー溝、６……ドアフツク、７……マイク
溝、８……ソレノイド、１０……開扉レバー、１
７……マイクロフオン、１８……マイクアンプ、
１９……バンドパスフイルター、２０……ローパ
スフイルター、２１……アナログマルチプレク
サ、２３……デコーダ。

Claims

【特許請求の範囲】

１被加熱物を加熱する加熱源と、この被加熱物
を載置する加熱室と、この加熱室の開口に開閉自
在に装着した扉体と、この扉体を閉扉位置に係止
する扉体係合手段と、この扉体の係止を解除する
開扉手段と、人間の声を識別する音声認識部と、
前記加熱源および前記開扉手段を制御する出力制
御部とより成り、前記音声認識部は、指向性の強
いマイクロフオンを備え、これを機体内に内蔵す
ると共に、その指向感度が最大となる方向を扉体
の開扉軌跡から外して固定し、前記音声認識部は
さらに前記マイクロフオンより入力された音声を
特徴抽出し、これを記録する入力パターンメモリ
と、あらかじめ特徴抽出された音声を記憶させた
登録パターンメモリと、この入力パターンメモリ
に記録された音声入力と登録パターンに記憶され
た登録パターンとの類似度を判定する認識処理部
とを備え、この認識処理部により音声入力部から
入力された音声がある登録パターンと一致したと
判定するに足る高い類似度を示したとき、かかる
音声入力を該当の音声指令であると特定し、所定
の制御信号を前記出力制御部より出力するよう構
成し、前記出力制御部が前記音声認識部により開
扉を指令する音声を識別したとき、前記開扉手段
を動作させ、扉体係合手段の係止を解除して開扉
するよう構成した加熱装置。