JPS6051721B2 - 加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気オープンや電子レンジ等の加熱装置にお
いて、の装置の使用者（話者）が発する音声を認識し、
これを所定の制御信号に変換する音・声認識回路を搭載
し、この音声認識回路により加熱シーケンスのプリセッ
トや加熱の開始および停止等の操作を、音声によつて指
令できるよう構成し、さらに入力された音声を登録パタ
ーンと比較する検索の際に、登録パターンに優先順序を
付しノておき、少なくとも加熱停止指令が最優先で検索
され、加熱開始指令が最後に検索を受けるよう配し、か
つ少なくとも加熱停止指令は手動操作で操作パネル上の
キーを押すことによつても入力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、操作パ
ネル上に配したストップキーとより成る。

一方、制御系は音声を入力するためのマイクロフォン等
に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ィ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例パ
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
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メモリに記録された登録
パターンとの類似度を判定する認識処理部と、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から成る。

さてかかる構成において、登録パターンメモリ内に音声
指令を登録する際、認識処理時の検索に一定の順序を付
け、最も早く検索を受けるアドレスに加熱停止指令を配
する。

また検索の最後になるアドレスには加熱開始指令を配す
る。これにより加熱停止指令は最優先で認識処理され、
加熱開始指令は他の登録パターンがすべて検索された後
に認識処理される。つまり加熱装置の誤動作とし．て最
も恐しい異常加熱開始動作は、加熱開始指令の認識優先
度が最も低いため、マイクロフォンより話者の指令以外
の音響ノイズが飛び込んでも、誤認識される確率は小さ
い。一方、加熱装置の誤動作として次に危険なの；は、
加熱途中で加熱を中断させようと加熱停止指令を発した
にもかかわらず、これが他の指令と誤認識されて加熱停
止が実行されない場合である。

この誤動作は加熱停止指令を最優先認識することで防止
できる。さらに本発明では操作パネル上に・かかる音声
による加熱停止指令と同等の機能を有し、しかも如何な
る音声認識モードにも優先するストップキーを設けるこ
とで、加熱実行中に音声認識回路がこわれたり、あるい
は加熱装置周辺の音響ノイズが急増して音声指令の入力
が不能となつた折にも、加熱動作の停止はこのキーによ
り可能となる。加熱装置においては、加熱を開始する指
令を入力していないのにもかかわらず、誤つて加熱が開
始される異常加熱開始動作が最も危険である。

機体や扉体の温度が異常に上昇し、誤まつてこれらに触
れれば火傷を負う危険が生じる。さらに機体そのものか
らの発火や回りのカーテンなどへの類ノ焼も考えられる
。電子レンジにあつては無負荷加熱であれば扉体からの
マイクロ波の漏洩量も増大するし、著しくマグネトロン
等の部品の寿命を損ねる。それ故、かかる異常加熱開始
動作が発生しにくいよう、制御系の設計には十分な配慮
が要求・される。さらに加熱装置の誤動作として次に危
険なのは、加熱途中で加熱を中断させるため加熱停止指
令を入力したにもかかわらず、これが受け付けられなか
つた場合である。

加熱途中で加熱を中断し”たいケースとしては次の二通
りが考えられる。まず加熱の進行具合を認識するために
加熱途中で扉体を開く場合である。加熱源へ給電したま
までは危険であるし、かといつてタイマーをその都度リ
セットするのは再起動がわずられしい。そこで加熱を一
時中断するストップ機能が有用となる。第二のケースは
加熱室内で被加熱物が発火したり、前述の異常加熱開始
動作が発生した場合である。特に加熱室内火災の場合に
は、例えば電子レンジのように扉体スイッチを有するも
のにあつても、扉体を開くことは危険である。これは発
火源に新しい酸素を供給する自殺行為となり、かえつて
炎を燃えあがらせるからである。この場合には扉体を閉
じたまま加熱源への給電を即断するストップ機能が一層
有用である。それ故かかるストップ機能を入力したにも
かかわらず、これが受け付けられずに加熱動作が続行さ
れることが危険である。特に使用者があわてて次の有効
な処置（例えばプラグをコンセントから引き抜く）がと
れない状態に陥ると危険極まりない。このように加熱装
置の制御系を設計するに当つては、異常加熱開始動作と
加熱停止機能の入力不能とを如何に防止するかが要点と
なる。

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、画像など人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ュニケーション手段とし
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、マイクロコンピュ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。本発明はかかる音声技術のうち、音声
認識技術を加熱装置に搭載し、加熱シーケンスのプリセ
ットや加熱の開始および停止等の操作を音声によつて指
令できるよう構成するものである。

しかしながら音声認識技術の現状の水準では、認識率に
若干の難点が残り、誤認識の可能性を完全には払拭でき
ない。また認識率をハードウェア面のみで高めれば高め
るほど制御系の規模が大きくなり、加熱装置のよるな民
生機器には搭載しきれなくなる。そこで本発明は誤認識
のうちでも最も危険度の高い加熱の開始と停止とに係る
誤認識を、ソフトウェアとハードウェアの両面から防止
もしくはフェイル・セーフできるよう構成したものであ
る。本発明は加熱装置に音声認識回路を搭載し、加熱シ
ーケンスのプリセットや加熱の開始および停止などの操
作を音声によつて指令できるよう構成するものである。

かかる音声指令のうち加熱の開始を命じるものは、他の
指令と誤認識されることのないよう認識のための登録音
声との比較検索処理を最後に受けるようメモリ上のアド
レスを構成する。

また加熱の停止を命じるものは、他の指令に誤認識され
て実行不能となることのないよう最初に検索処理を受け
るよう構成する。さらに加熱の停止については、操作パ
ネル上に従来通りキーを残し、かかるストップキーは如
何なる音声認識モードにも優先して処理され、加熱を停
止できるよう構成する。以上の構成により音声認識回路
に誤認識が仮に発生したとしても、加熱の開始と誤認さ
れる確率は低く、また加熱動作中に加熱停止を命じても
、認識不能となつてこれを受け付けられなくなるケース
を解消できる。また何らかの音響ノイズにより誤認識が
発生する場合にも、検索の最初が加熱の停止であり、ま
た加熱の開始は検索の最後なので、確率的に見てフェイ
ル・セーフ側へと誤認識の多くを導くことができる。ま
ず加熱装置の本体の構成について説明する。

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に嵌入する。
６はかかる扉体２の開閉操作を司るハンドルである。

次に操作パネル７の説明をする。

第２図は操作パネルの詳細図である。８は音声を入力す
る機体マイク、９は同じく音声を入力する接話型の手元
マイク（第１図）である。

このように機体マイク８以外に手元マイク９も使用可能
にしておくことで、音響ノイズのレベルが大きな喧喋な
環境下でも安定した動作が保証される。９″はこの手元
マイク９のためのマイクロフォン・ジャックであり、不
要な時は手元マイク９を引き抜いておける。

１０は表示部で、加熱時間や加熱温度を表示するための
４桁の数字表示部１１と、４段の加熱源の出力を表示す
る出力インジケータ１２とより成る。

１３が本発明の重要な一構成要素たるストップキーで、
加熱動作の停止を最優先で制御系に指令できる。

１４は加熱時間や出力、加熱温度等の加熱シーケンスを
被加熱物ごとに表示した加熱早見表である。

第３図は加熱室の断面図である。

加熱室１内には被加熱物１５が載置され、加熱源１６（
本例ではマグネトロン）より熱が供給される（本例では
マイクロ波が照射される）。１７は被加熱物の載置皿、
１８はこれを回転させ焼ムラの改善をはか”るための駆
動源たるモータである。

続いて制御系の構成について説明する。

第４図は制御系のブロック図である。音声認識は原理的
には次の手順により行われる。まず操作パネル上のマイ
クロフォンから入力された音声が、音声入・力部を経て
特徴抽出部に入力される。ここで周波数分析され各周波
数帯ごとにサンプリングされて、入力パターンメモリへ
記録される。登録パターンメモリには同様の手順を経て
あらかじめ登録パターンが記憶されている。主制御部は
これらのｌ各ブロックを監視し、制御する。合わせて入
力パターンの記録が済むと、これと登録パターンとの比
較をして、どの音声指令が入力されたのかを特定すべく
認識処理が行われる。そしてある指令が特定されると、
該当する制御信号が入出力制御部に出力され、表示部と
加熱源への給電とが制御を受ける。この入力パターンメ
モリおよび登録パターンメモリ、入出力制御部と主制御
部とが認識処理部を構成する。一方、操作パネル上のス
トップキーの打鍵は、割込処理部を経て割込要求として
主制御部に入力され、音声認識処理に優先して処理され
る。

制御系の具体的な構成について、次に述べていく。第５
図は音声入力部である。機体マイク８あるいは手元マイ
ク９は切換スイッチ１９によりいずれかが選択されて、
マイクアンプ２０に入力される。切換スイッチ１９はマ
イクジャック９″の後方に設けられ手元マイク９のプル
ーフ挿入により手元マイク９側に切り換えられる。第６
図はフィルタ・バンクと呼ばれる特徴抽出部である。

ｎ個のバンドパスフィルタ２０とローパスフィルタ２１
より成り、マルチブル・フィードバック型バンドパスフ
ィルタＦ１〜Ｆｎと、マルチブル●フィードバック型ロ
ーパスフィルタＬ１〜Ｌｎより成る。各々のバンドパス
フィルタは第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
ドパスフィルタによリカバーし、各々が中心周波数Ｆｎ
と帯域幅Ｂｎを図の如く備えるよう設計されている。一
方、ローパスフィルタ２１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５０Ｈｚの遮断周波
数を有するマルチブル・フィードバック型ローパスフィ
ルタを接続している。さてかかるフィルタバックにより
音声波形Ｖｉｎは、ｗ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■Ｉｎで
あり、ｂがあるバンドパスフィルタの出力■ＢＰＦを示
す。これには図示したような原音のピッチ（声帯振動数
）が現れるので、ローパスフィルタ２１によりこのピッ
チを取り除き、それぞれの出力振幅の包絡線（エンベロ
ープ）特性を求める。これがフィルタ・バンクの出力■
。である。なおフィルタ数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がえのない認
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ビットのマイクロプロセッサ（後述）
を用いる場合には、１鍛前後の構成が経験的に効率的で
あつた。さてフィルタ●バンクの各出力は、次に第１０
図に示すようにアナログマルチプレクサ２２に入力され
、順次アナログ−デジタル変換器（以下ＲＡ／Ｄコンバ
ータョと呼ぶ）に、一出力ずつ伝送される。

アナログマルチプレクサ２２は１鍛のアナログスイッチ
２３により構成される。これは例えばモトローラ社のＣ
−ＭＯＳ．．ＭＣｌ４Ｏｌ６Ｂ（４回路アナログスイッ
チ）を３個使用して実現できる。チャンネルの切換は主
制御部たるＣＰＵより発せられるチャンネル選択信号に
より行われる。デコーダ２４はこの４ビットの２進チャ
ンネル選択信号コードを１０ビットのチャンネル選択信
号に解読する。これはモトローラ社のＭＣｌ４Ｏ２８Ｂ
（ＢＣＤ−ｂ−ＤｅｃｉｍａｌＤｅｃＯｄｅｒ）により
実現できる。例えば２進チャンネル選択信号コードとし
て１０００Ｌが出力されれば、デコーダ２４はチャンネ
ル１を出力する。従つてアナログマルチプレクサ２２の
出力端には■Ｆ２が現れる。同様にしてチャンネル選択
信号を切換えていけば、ｗ個のフィルタ・バンク出力が
次々とアナログマルチプレクサ２２の出力端に現われる
。次にこれらフィルタ・バンク出力はＡ／Ｄコンバータ
２５に入力され、８ビッ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ＲＬｌとＲＬ２によりアナログ入力は
±５■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信号によりフィルタ・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
形をフィ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握できる。ＥＯＣ
は６′ＥＮＤＯＦＣＯＮＶＥ−ＲＳＩＯＮ′２信号、す
なわち変換の終了を示す信号である。また０Ｅは″０Ｕ
ＴＰＵＴＥＮＡＢＬＥ″信号、すなわち８ビットデジタ
ル出力の有効タイミングを示す。

そこでＣＰＵ２６はチャンネル選択信号を掃引しながら
、ＳＣ信号により各フィルタ・バック出力を次々とサン
プリングし、８ビットデジタルデータに変換しながら、
０Ｅ信号をモニタして（本例では０Ｅ信号で割込をかけ
る）、これらを有効に処理していく。以上第６図〜第１
０図が特徴抽出部である。第１１図は認識処理部たるＣ
ＰＵシステムブロック図である。

ＣＰＵ２６には８ビットのマイクロプロセッサ・インテ
ル８０８０を使用している。共通の入出力制御部、すな
わちデータバス２７を介して、音声データ（８ビット・
デジタル信号）は入力パターンメモリ２８に書き込まれ
る。つまり第１１図においてＡ／Ｄコンバータ２５から
出力された８ビットの音声データは、マルチプレクサ２
９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２７上に出力される。この音声データはＣ
ＰＵ２６よりの制御信号により、いつたん入力パターン
メモリ２８へ書き込まれる。かかる手順により入力パタ
ーンメモリ２８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、ＣＰＵ２６はこの入力パタ
ーンの発声時間長（第９図ｃの゜“丁゛）を把握する。

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
、ダイナミック・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３０に登録された登録パターンと比較され、両者
が最もよく適合するまて部分的な伸縮が加えられ、最も
類似度の高い登録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部制御マルチプレクサ
３１へ出力される。そこで加熱開始信号ＯＮや表示部１
０への表示データ、および既述のチャンネル選択信号や
サンプリング信号（ＳＣ）などが出力ボートデコーダ３
２て規定される所定のタイミングで出力される。第１２
図はかかる出力ブロックの詳細てある。各ブロックはＳ
ＰＬ，ＧＡＴＥ，ＤＩＧ４〜ＤＩＧＯの７つのタイミン
グでゲートを制御され、データバスより各々のデータを
貰う。０Ｎ信号は従つてパルスとして出力されるが、コ
ンデンサ３３によつて平滑され、トランジスタ３４を導
通させてリレー３５を閉路する。

そして加熱時間のカウントアップあるいはストップキー
の打鍵により、この０Ｎ信号はＬレベルに転じ、リレー
３５を開路して加熱源１６への給電を停止する。表示部
１０はＤＩＧ４〜ＤＩＧＯ信号により掃引され、ダイナ
ミック点灯する。

ＣＨ３〜ＣＨＯはすでに第１０図で説明したチャンネル
選択信号であり、アナログマルチプレクサ２２を制御す
る。ＳＣはＤ／Ａコンバータ２５のサンプリングパルス
である。次にメモリの構成を説明する。

第１３図はメモリマップである。メモリ３６（第１１図
）にはＣＰＵの制御プログラムが記憶され、アドレス０
０００゛〜Ｘ′ＥＦＦＦ゛番地が割り当てられる。この
範囲内で必要なだけメモリが実装される。メモリ３６は
読み書き可能なコアメモリやＩＣメモリが利用されるが
、制御プログラム本体を読み出し専用のＲＯＭで、デー
タエリアを読み書き可能なＲＡＭで構成するのがメモリ
システムとしては安価でコンパクトにまとめられる。入
力パターンメモリ２８と登録パターンメモリ３０にはア
ドレスＸ′ＦＯＯＯ′〜Ｘ′ＦＦＦＦｌ番地が割り当て
られる。

入力パターンメモリ２８は読み書き可能なＲＡＭで構成
される。一方、登録パターンメモリ３０は本実施例のよ
うにあらかじめ特定の話者の音声を標準パターンとして
登録しておく限定話者認識では、必然的にＲＡＭて構成
される。

しかし本発明は不特定話者認識にも応用可能なことは言
うまでもなく、この場合はＲＯＭとなる。以上記述した
ように加熱装置は構成される。

最後にかかる制御系を如何に制御するか、主制御部のソ
フトウェア面を説明する。これはメモリ３６・に記憶さ
れる制御プログラムに関する。第１４図はかかる制御プ
ログラムの音声認識処理についてのフローチャートであ
る。入力パターンメモリ内に音声入力が記憶されると、
登録パターンとの比較処理が始まる。かかる検索はます
最初にストツ・プ指令から行われ、最後にスタート指令
となる。つまりマイクロフォンから話者の指令以外の音
響ノイズが飛び込んだ時、最も危険な誤認識となるスタ
ート指令は、検索の最後に配されるため誤認の確率が他
の指令に比し小さい。一方、話者がマノイクロフオンに
向つてストップ指令を発したにも拘らず、これが他の指
令と誤認識されて、ストップ機能が動作しない確率は、
ストップ指令の検索が最初であるため極めて小さい。さ
らにストップキーによる優先処理で、安全は確実に保証
できる。本実施例ではストップキーをＣＰＵに対する割
込要求として処理しているが、これを単なるスイッチと
し、第１２図の０Ｎ信号によりドライブされるトランジ
スタ３４のいずれかを開路し、リレー３５をハード的に
開路する構成、さらには主回路にリレー３５と直列にス
トップスイッチを挿入する構成等も考えられる。

【図面の簡単な説明】

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
、第２図は同操作パネル詳細図、第３図は加熱室断面、
第４図は制御系のブロック図、第５図は音声入力部、第
６図は特徴抽出部のうちのフィルタ・バンク、第７図は
同フィルタ・バンクのバンドパスフィルタ周波数特性図
、第８図は同フイツタ◆バンクのローパスフィルタの周
波数特性図、第９図はフィルタ・バンクの各部信号波形
図、第１０図は特徴抽出部のうちのアナログマルチプレ
クサとＡ／Ｄコンバータ、第１１図は認識処理部たるＣ
ＰＵのシステムブロック図、第１２図は出力制御部のブ
ロック図、第１３図はメモリマップ、第１４図は音声認
識に関するフローチャートである。 １・・・・・・加熱室、２・・・・・扉体、７・・・・
・・操作パネル、８・・・・・・機体マイク、９・・・
・・・手元マイク、１０・・・・表示部、１２・・・・
・・出力インジケータ、１３・・・・・ストップキー、
１４・・・・・・加熱早見表、１６・・・加熱源、２０
・・・・・・バンドパスフィルタ、２１・・・ローパス
フィルタ、２２・・・・マルチプレクサ、２３・・・・
・アナログスイッチ、２４・・・・・・デコーダ、２５
・・・・・Ａ／Ｄコンバータ、２７・・・・・・データ
バス。

Claims (1)

1. 【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、人間の声を識別する音声認識部とより成り、前
   記音声認識部は少なくとも加熱動作の開始と停止を指令
   する音声を識別し、かつ加熱動作の停止指令が加熱動作
   の開始指令よりも先に認識のための検索を受けるよう構
   成した加熱装置。 ２ 音声認識部はマイクロフォ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
   ンメモリに記録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、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
   るに定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、所定の制御信号を出力す
   る出力制御部とより成る特許請求の範囲第１項記載の加
   熱装置。 ３ 登録パターンメモリ内に少なくとも加熱動作の停止
   を指令する音声の特徴抽出パターンを登録するアドレス
   と、加熱動作の開始を指令する音声の特徴抽出パターン
   を登録するアドレスとを設け、加熱動作の停止指令アド
   レスが加熱動作の開止指令アドレスよりも先に認識のた
   めの検索を受けるよう構成した特許請求の範囲第２項記
   載の加熱装置。 ４ 加熱動作の停止を入力するキーを操作パネル上に配
   し、これによる指令を他の音声指令に優先して処理する
   構成とした特許請求の範囲第１項記載の加熱装置。