JP3882720B2

JP3882720B2 - におい測定装置

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Publication number: JP3882720B2
Application number: JP2002254975A
Authority: JP
Inventors: 純一喜多; 久光赤丸; 佳弘青山; 博和谷口; 好陽岩崎
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: EP1336844A2; US6834530B2; EP1336844B1; US20030172717A1; CN1242266C; KR20030069120A; EP1336844A3; CN1439876A; JP2003315298A; KR100570105B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未知のにおい（香気、臭気など全て含む）がどのような種類のにおいであるのか、及びどの程度の強さのにおいであるのかを測定するにおい測定装置に関する。なお、本発明に係るにおい測定装置は、悪臭測定装置、食品や薬品などの品質検査や品質評価を行う装置など、幅広い分野に適用することが可能である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、においの識別や評価は、実際に人間の嗅覚を用いて行われるのが一般的であった。しかしながら、実際に臭いを嗅ぐ人（パネル）の個人差やその日の体調によって嗅覚が変動することを想定する必要があるため、客観的な結果を精度良く得るためには、パネルを一定人数以上確保し、試験場所の環境等にも十分な配慮を必要とする。そのため、手間と時間が膨大なものとなる。また、このような配慮を行っても、人間の嗅覚はにおいに順応するという特性を有しているため、常に一定基準で確定的な判断を下すことは困難であった。
【０００３】
これに対し、近年、においセンサを利用したにおい識別装置が特開平１１−３５２０８８号公報などに開示されるとともに商品化されている（例えば島津製作所製ＦＦ−１など）。このようなにおい識別装置では、複数のにおいセンサにより取得された検出信号を基に、クラスタ分析、主成分分析等の各種多変量解析処理、或いはニューラルネットワークを用いた非線形解析処理などを行って、複数の試料のにおいの離間距離（近い範疇のにおいであるかどうか）を求めることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のにおい識別装置は、例えば食品の品質検査などを目的とした、比較的狭い範疇に属する複数のにおいの類似性を相対的に判断するには適していたが、例えば悪臭測定といった広範囲の種類のにおいの類似性を客観的（絶対値的）に判断するのは難しかった。また、においセンサの応答感度と人間の鼻の感度とは必ずしも一致しないため、場合によっては、嗅覚を利用した官能試験と差異が生じることもあった。また、従来のにおい識別装置では、複数の標準においとの類似性を視覚的に理解することが難しかった。更にまた、従来のにおい識別装置では、においの強さが異なっているのか、それともにおいの質が異なっているのかを明確に分離することが難しかった。
【０００５】
本発明はこうした課題を解決するために成されたものであり、その主たる目的とするところは、様々な種類のにおいに対して、既知の標準においとの類似性を絶対値として表現することができるにおい測定装置を提供することにある。また、本発明の他の目的とするところは、人間の嗅覚に近い識別を行うことができるにおい測定装置を提供することにある。
【０００６】
上記課題を解決するために成された第１発明に係るにおい測定装置は、
a)異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のにおいセンサと、
b)前記ｍ個のにおいセンサによる測定結果で形成されるｍ次元空間において、既知の標準においの測定結果により表される標準においベクトルと、未知試料の測定結果により表されるにおいベクトルとが成す角度を求める角度算出手段と、
c)該角度に基づいて、前記標準においに対する前記未知試料のにおいの類似性を判断する指標値を算出する指標値算出手段と、
d)前記標準においベクトルに対する未知試料のにおいベクトルの正射影をとり、該正射影ベクトルの長さから前記未知試料の標準においベクトル成分のにおい濃度を求め、該濃度からにおいの強さに関する指標値を算出する強度算出手段と
を備えることを特徴としている。
【０００７】
１個の標準においをｍ個のにおいセンサで測定すると、各においセンサからその強度信号が出力されるため、ｍ個のデータが生成される。これらは数学的には、ｍ次元空間（におい空間）における１つの点で表される。この標準においの濃度が相違した複数の標準試料をそれぞれ測定すると、その濃度変化に伴ってにおい空間での点が或る方向に移動するから、その点を繋ぐ１本のベクトルを考えることができる。このにおいベクトルは、そのにおいの種類に特有な向きを有する。従って、未知のにおいを含む未知試料を同様に測定した結果として、におい空間内に引かれるにおいベクトルの向きが、上記標準においベクトルと近い方向である場合には、両者は近い種類のにおいであると判断することができ、方向が大きく異なる場合には、逆に両者は遠い種類のにおいであると判断することができる。
【０００８】
そこで、第１発明に係るにおい測定装置では、角度算出手段が、ｍ次元のにおい空間において、標準においベクトルと未知試料のにおいベクトルとの向きの近さ又は遠さとして、両ベクトルの成す角度を求める。そして、指標値算出手段は、求められたその角度に基づいて、標準においに対する未知試料のにおいの類似性を判断する指標値を算出する。例えば、角度が０°である場合に標準においと未知試料とは同一種類のにおいであると判断できるから、上記指標値としての類似率を１００％と定める一方、角度が或る所定値以上であるときには標準においと未知試料とは全く異なる種類のにおいであると判断して類似率を０％と定め、０〜１００％の範囲で適宜に類似率を設定するようにするとよい。
【０００９】
このように、第１発明に係るにおい測定装置によれば、或る未知のにおいの標準においに対する類似性を、絶対的な数値として表現することができる。従って、においの識別が従来よりもより客観的に行え、複数の未知のにおいの比較や類似性の判断も行い易くなる。また、標準においを複数種類適切に選ぶことによって、その複数の標準においに対するそれぞれの類似性を得ることができるので、幅広い種類のにおいの識別を十分な精度で行うことができるようになり、におい測定装置としての汎用性が高まり、様々な分野での応用が可能となる。
【００１０】
また、第１発明に係るにおい測定装置では、前記標準においベクトルに対する前記未知試料のにおいベクトルの正射影をとり、該正射影ベクトルの長さから前記未知試料の標準においベクトル成分のにおい濃度を求め、該濃度からにおいの強さに関する指標値を算出する強度算出手段を更に備える構成となっている。この構成によれば、未知試料のにおいと標準においとの類似性のみならず、においの強さとして例えば臭気指数や臭気強度などを提示することができる。
【００１１】
また、好ましくは、前記指標値算出手段は、においセンサと人間の嗅覚との感度の相違を考慮した補正を行う補正手段を含み、該補正の施された指標値を算出する構成とするとよい。この構成によれば、においセンサと人間の嗅覚の相違の影響が結果に現れないので、人間の感覚上での不自然さが解消され、人間による官能試験の代替として利用し易くなる。
【００１２】
更にまた、第１発明に係るにおい測定装置では、ｎ（ｎは１以上の整数）個の標準においのそれぞれに関しての前記においセンサによる測定結果、又は該測定結果により表される標準においベクトルを予め記憶しておく記憶手段を更に備える構成とすることができる。
【００１３】
この構成によれば、予め複数種類の標準においを測定して、その測定結果を記憶手段に格納しておきさえすれば、後は１個の未知試料を測定するだけで、その未知試料のにおいの識別や評価を客観的に行うことができる。具体的には、未知試料が有するにおいを複数の類似性の指標値として適切に提示することが可能となる。なお、こうした複数の類似性の指標値を視覚的に表示する表示手段を設ければ、測定者がにおいの測定結果を直感的に理解し易くなり、においの解析に不慣れな者でも非常に使い易くなる。
【００１４】
上記課題を解決するために成された第２発明に係るにおい測定装置は、
a)異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のにおいセンサと、
b)前記ｍ個のにおいセンサによる測定結果で形成されるｍ次元空間において、既知の標準においの測定結果により表される標準におい曲線に対し、未知試料の測定結果である１つの測定点から所定規則に則って対応付けた該標準におい曲線上の濃度仮指示点を求め、該濃度仮指示点の空間内位置を算出する濃度情報取得手段と、
c)前記濃度仮指示点の空間内位置、及び、該濃度仮指示点と前記測定点との空間内での近さの度合いを表す値に基づいて、前記標準においに対する前記未知試料のにおいの類似性を判断する指標値を算出する指標値算出手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１５】
上述したように、同一の標準においで濃度が相違するような複数の標準試料をそれぞれ測定したとき、ｍ次元におい空間内でそれら測定点は濃度に依ってずれた位置に存在するから、その標準においに対する１本の線（通常は曲線であるが直線となる場合もあり得る）を描くことができる。従って、この標準におい曲線上の各点の空間内位置はその標準においの濃度に対応している。
【００１６】
第２発明に係るにおい測定装置において、濃度情報取得手段が、未知試料の測定結果である１つの測定点から所定規則に則ることによってその標準におい曲線上に濃度仮指示点を定めると、該濃度仮指示点はその未知試料の未知においが標準においのみから成ると仮定したときのにおいの濃度であると看做すことができる。但し、未知試料による測定点がその標準におい曲線上に位置していない場合には、その測定点と濃度仮指示点との空間内での近さの度合いによって、未知においに対するその標準においの寄与の度合いが相違するものとみることができるから、指標値算出手段は、濃度仮指示点の空間内位置からにおい濃度を、上記近さの度合いからその標準においの寄与の度合いを推定し、その標準においに対する未知においの類似性を判断する指標値を算出する。
【００１７】
このように、第２発明に係るにおい測定装置によっても、或る未知のにおいの標準においに対する類似性を、絶対的な数値として表現することができる。従って、においの識別が従来よりもより客観的に行え、複数の未知のにおいの比較や類似性の判断も行い易くなる。また、標準においを複数種類適切に選ぶことによって、その複数の標準においに対するそれぞれの類似性を得ることができるので、幅広い種類のにおいの識別を十分な精度で行うことができるようになり、におい測定装置としての汎用性が高まり、様々な分野での応用が可能となる。
【００１８】
一実施態様として、前記濃度情報取得手段は、前記測定点と前記標準におい曲線との距離が最短となるような該標準におい曲線上の濃度仮指示点を求め、指標値算出手段は、前記濃度仮指示点の空間内位置から求まる濃度を、該濃度仮指示点と前記測定点との距離、又は、標準においと未知においとが濃度に対して直線であると看做したときの両者の成す角度、に応じて減衰させ、その減衰された濃度を未知試料のにおいに対する当該標準においの寄与であると看做して指標値を算出する構成とすることができる。
【００１９】
なお、距離を用いて減衰度合を決める場合には、同種類のにおいであってもその強度に応じて該距離は差が生じるので、そのにおいの強度を考慮して距離を補正する等、におい強度の影響を軽減する処理を行うことが好ましい。
【００２０】
更にまた、前記指標値算出手段は、前記標準においに対する人間の嗅覚閾値を利用して、においセンサと人間の嗅覚との感度の相違を考慮した補正を行う補正手段を含む構成とするとよい。この構成によれば、人間の嗅覚との整合性がとれたにおいの測定や識別が可能となる。
【００２１】
また、第１発明と同様にこの第２発明においても、ｎ（ｎは２以上の整数）個の標準においのそれぞれに関しての前記においセンサによる測定結果、又は該測定結果により表される標準におい曲線を予め記憶しておく記憶手段を更に備える構成とすることが好ましく、上記のような効果を奏する。
【００２２】
また、その場合、標準におい曲線を前記記憶手段に記憶する際にその標準においの測定日に関する情報を関連付けて記憶し、前記濃度情報取得手段は、該測定日を基に最新の標準におい曲線を利用して該標準におい曲線上の濃度仮指示点を求める構成とすれば更に好ましい。この構成によれば、他種類の標準においを使用する場合に、その標準においの測定が同日、或いは連続的でなくとも、常に最新の標準においの測定結果を未知試料の測定に反映させることができるので、より正確なにおい測定が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
まず、第１発明の一実施例である第１実施例によるにおい測定装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は第１実施例によるにおい測定装置のブロック構成図である。
【００２４】
第１実施例のにおい測定装置は、試料を吸引するための吸入口１、吸引した試料に前処理を施す前処理部２、未知試料又は標準におい成分を含む標準試料を測定するための、応答特性が異なる複数（この例では６個）のにおいセンサ３１〜３６を備えたセンサセル３、未知試料又は標準試料をセンサセル３に引き込むためのポンプ４、においセンサ３１〜３６による検出信号を解析処理する信号処理部５、解析処理の出力をディスプレイ画面上に表示する表示部６、本装置全体の動作を制御する制御部７、等から構成される。
【００２５】
前処理部２では、試料に含まれる水分の除去、試料の濃縮／希釈、妨害ガスの除去等が行われる。但し、この前処理は場合によっては省略してもよい。においセンサ３１〜３６は、例えばにおい成分に応じて抵抗値が変化する酸化物半導体センサであるが、導電性高分子センサや、水晶振動子やＳＡＷデバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサなど、他の検出手法によるセンサでもよい。信号処理部５（及び制御部７）はパーソナルコンピュータを中心に構成され、該コンピュータ上で所定のプログラムを実行することにより、ベクトル演算部５１、標準ベクトル記憶部５２、識別処理部５３等として機能する。
【００２６】
上記構成を有するにおい測定装置による測定原理を説明する。本におい測定装置では、予め複数種類のにおい成分を含む標準試料を測定する。標準試料は、例えばボンベ（気体）、液体、固体から発生する原料ガスを混合・希釈することにより調製される。原料ガスは、常温でガスのものについてはガスボンベに封入しておき、一定量を取り出して使用すればよい。液体の場合はガラス容器等に入れ、所定温度に保ったり窒素ガスをバブリングしたりすることによりにおいを発生させればよい。また、固体のものは、所定温度に保つことによりにおいを発生させればよい。
【００２７】
上述のようにして調製した標準試料を吸入口１に供給し、ポンプ４を作動させることにより該標準試料をセンサセル３に引き込む。センサセル３に導入された標準試料がにおいセンサ３１〜３６に接触すると、各においセンサ３１〜３６からそれぞれ異なる検出信号が並列に出力される。従って、信号処理部５では、１個の標準試料に対して全部で６個の測定データＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３，ＤＳ４，ＤＳ５，ＤＳ６が得られる。６個のにおいセンサ３１〜３６の検出出力をそれぞれ異なる方向の軸として形成される６次元空間（これを「におい空間」と呼ぶ）を考えると、上記６個の測定データはにおい空間内の或る１点（ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３，ＤＳ４，ＤＳ５，ＤＳ６）で表すことができる。
【００２８】
６次元空間を図示するのは難しいので、ここでは理解を容易にするために、図２に示すような、第１、第２なる２個のにおいセンサの検出信号ＤＳ１，ＤＳ２により形成される２次元のにおい空間で考えることとする。この２次元空間内において、或る１個の標準試料に対する第１、第２においセンサによる２個の測定データは、或る１点（ＤＳ１，ＤＳ２）で表される。
【００２９】
いま、同一の標準においの濃度を変化させてそれぞれ測定を行うと、上記６次元におい空間内では、におい成分の種類に応じて特有の方向に点（ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３，ＤＳ４，ＤＳ５，ＤＳ６）がずれてゆき、これを同空間内での１本のベクトルとして捉えることができる。従って、図２に示す２次元空間においても同様に、１本のベクトル（以下「においベクトル」と呼ぶ）Ｓ１を引くことができる。においベクトルの方向はにおい成分の種類に依存しており、上記標準試料の標準においとは異なる種類の標準においについて同様の測定を行うと、図２の２次元空間において、においベクトルＳ１とは異なる方向を向く別のベクトルを引くことができる。
【００３０】
一方、測定対象である未知試料についても同様の測定を行うと、図２に示す２次元空間内で１本のにおいベクトルＳｘを描くことができる。このときのにおいベクトルＳｘが標準においベクトルＳ１と近い方向を向いていれば、未知試料のにおいはその標準においと近い種類のにおいであると考えることができ、逆にベクトルの向きが大きく異なっていれば、遠い種類のにおいであると考えることができる。そこで、Ｓ１及びＳｘなる２本のベクトルの向きの近似性を判断する指標として、標準においベクトルＳ１と未知試料によるにおいベクトルＳｘとが成す角度θを用い、この角度θに基づいて類似率を定める。すなわち、未知試料ベクトルＳｘと標準においベクトルＳ１とが重なる（同じ向きである）とき、両者は同一種類のにおいであるとし、このとき類似率を１００％と定める。また、全く類似性が無いと看做せる場合に類似率を０％と定める。これにより、標準においに対する未知試料のにおいの近さ又は遠さの度合いを０〜１００％の類似率で表す。
【００３１】
ここで、角度θから類似率を定める際に、においセンサの応答感度と人間の鼻（嗅覚）の感度との相違を補正するような処理を行う。その補正方法としては、基本的に、各標準においに対し、人の鼻の閾値感度が低いものほど類似性を強調するものとする。
【００３２】
例えば図４に示すように、或る未知のにおいによるベクトルＳｘが第１の標準においベクトルＳ１及び第２の標準においのベクトルＳ２の２本に対して全く同一の角度θ１であったとする。この場合、においセンサによる測定としては、上記未知のにおいは第１及び第２の標準においに対して同等の類似性を持っていると判断したことになる。一方、人間の鼻による官能試験の結果では、第１の標準においの閾値濃度は第２の標準においの閾値濃度の１／２であったとする。これは、第１の標準においに対する人間の鼻の感度が第２の標準においに対する感度に比べて２倍高いことを意味している。そこで、においセンサの感度と人間の鼻の感度との相違を補正するには、図４に示すような結果である場合に、第１の標準においに対する類似率を第２の標準においに対する類似率の２倍となるように設定する。こうした補正処理を行うことによって、最終的に、においの種類に依らず、人の鼻の感度に近いような識別結果を得ることができる。
【００３３】
なお、においセンサの感度と人間の鼻の感度との相違の程度は、においの範疇などに大きく依存するから、選定される標準においの種類などに応じて上記補正の程度は予め適宜決められるものとする。
【００３４】
また、未知試料のにおいの強度については次のように定める。図２に示すように、未知試料によるにおいベクトルＳｘから標準においベクトルＳ１に対する正射影をとり、その正射影ベクトルＴ１の長さに相当する標準においの濃度を、その未知試料における標準におい成分の濃度として定義する。標準におい成分の濃度と臭気指数や臭気強度との関係は予めわかっているから、濃度のみならず、その濃度を臭気指数や臭気強度に換算することができる。なお、未知試料のにおいの総合臭気の強度として最大値モデルを用いる場合には、各標準におい成分のうちの最大のものを選択すればよく、一方、総加モデルを用いる場合には、各標準におい成分の臭気指数を一旦臭気濃度に換算し、それら全てを加え合わせた後に臭気指数を算出するようにすればよい。
【００３５】
ところで、各においセンサ３１〜３６において、におい成分の濃度とその検出出力との関係が線形である場合には、においベクトルは図２に示したように直線形状を呈する。これに対し、におい成分の濃度と検出出力との関係が線形にならないような場合には、標準においを含む標準試料によるにおいベクトルや未知試料によるにおいベクトルは６次元（又は２次元）におい空間内で直線にはならずに曲線形状を呈する。その場合でも、上記測定原理の趣旨に基づき、次のようにして類似率を求めることができる。
【００３６】
図３に示すように、或る濃度の未知のにおいの測定結果による測定点Ｐ（ＤＳ１，ＤＳ２）が、標準においベクトルＳ１が湾曲しているような２次元空間内に位置付けられた場合を考える。このとき、未知においの測定点Ｐから標準におい曲線Ｓ１までの最短距離ｄminと該最短距離ｄminを与える標準におい曲線Ｓ１上の点Ｑの位置（座標）とを求める。その場合、標準においに対する上記未知のにおいの類似率αは、原点から点Ｑまでの曲線の長さＬと、最短距離ｄminとから次のように定めることとする。
α＝ｔａｎ（ｄmin／Ｌ）
【００３７】
次に、図１に示す構成において、上記測定原理を利用したにおい測定動作を具体的に説明する。
【００３８】
上述したように、予め複数種類の標準においを測定することによって、未知試料の類似性を判断するための標準においベクトルを作成して保持しておく。例えば互いに異なる８種の標準においを、それぞれ濃度を変えながら順次発生させてセンサセル３に導入し、６個のにおいセンサ３１〜３６を用いて測定する。この測定結果により、ベクトル演算部５１では各標準におい毎に異なるにおいベクトルが求まるから、全部で８本の、それぞれ異なる向きを有する標準においベクトルＳ１〜Ｓ８が得られる。この８本の標準においベクトルＳ１〜Ｓ８を構成するデータは、予め標準ベクトル記憶部５２に格納される。
【００３９】
上記標準においとしては、測定対象のにおいに応じて適宜のものを選ぶことができる。例えば汎用性の高い悪臭測定用の装置では、良性の標準においとして、芳香族系（トルエンなど）、アルコール系（ｎ−ブタノールなど）、炭化水素系（ヘプタンなど）、エステル系（酢酸エチルなど）を用い、悪性の標準においとして、アミン系（トリメチルアミンなど）、アルデヒド系（ブチルアルデヒドなど）、硫黄系（メチルメルカプタンなど）、有機酸系（酪酸など）を採用することができる。
【００４０】
測定対象である未知試料を測定する際には、吸入口１に該未知試料を供給し、ポンプ４を作動させて未知試料をセンサセル３に引き込む。このとき６個のにおいセンサ３１〜３６による検出信号は信号処理部５に送られ、ベクトル演算部５１で、６次元におい空間における１本のにおいベクトルＳｘが算出され、そのベクトルを構成するデータが識別処理部５３へと送られる。
【００４１】
識別処理部５３では、標準ベクトル記憶部５２から複数の標準においベクトルを構成するデータを読み出し、各標準においベクトルＳ１〜Ｓ８と未知試料によるにおいベクトルＳｘとが成す角度θ１〜θ８をそれぞれ算出し、それら角度から各標準においに対する類似率α１〜α８を算出する。また、未知試料によるにおいベクトルＳｘの標準においベクトルＳ１〜Ｓ８への正射影ベクトルＴ１〜Ｔ８を求め、その正射影ベクトルＴ１〜Ｔ８の長さから臭気指数や臭気強度を計算する。従って、８種類の標準においがある場合には、その８種類の標準においに対する類似率、臭気指数及び臭気強度がそれぞれ求まる。
【００４２】
信号処理部５は更に、こうして算出した類似率等の値を利用者に分かりやすい形で出力し、表示部６の画面上に表示させる。具体的には、ウェブ（くもの巣）グラフ等、種々の形式で出力することができるが、具体例については後述する。こうした視覚的な出力により、利用者は未知試料のにおいがどのような標準においに近いのか、或いは、どのような標準においで構成されているのかを容易に知ることができる。
【００４３】
更にまた、或る未知試料の測定結果である類似率を記憶させておき、次に別の未知試料を測定した際に、その未知試料の測定結果である類似率と先に記憶されている未知試料の類似率とを比較することによって、両者が同様の結果であれば、両者が同種のにおいであると判断することができる。このように未知試料同士のにおいの類似性の判断も下すことができる。
【００４４】
次に、図１に示した第１実施例によるにおい測定装置を用いた測定の具体例を説明する。
【００４５】
［第１実施例の具体的測定例１］
本例は、上記第１実施例によるにおい測定装置を悪臭測定装置に適用した例である。幅広い悪臭を測定するために好適な標準においの組み合わせの一例は、上述したように、良性の標準においとして、芳香族系（トルエン）、アルコール系（ｎ−ブタノール）、炭化水素系（ヘプタン）、エステル系（酢酸エチル）の４種を用い、悪性の標準においとして、アミン系（トリメチルアミン）、アルデヒド系（ブチルアルデヒド）、硫黄系（メチルメルカプタン）、有機酸系（酪酸）の４種を用いるものである。
【００４６】
上記８種の標準においの測定結果と或る未知試料の測定結果とは、６次元におい空間内で図５に示すように表される。そして、上述したように、においベクトルを利用した識別処理の結果、各標準においに対する類似率、臭気指数及び臭気強度は図６に示すようになる。こうした表を表示部６の画面上に表示することによっても、その類似率の高さからこの未知試料のにおいはアミン系に近いことがわかる。更にまた、直感的理解を容易にするために、図７に示すようなウェブグラフが作成され、表示部６の画面上に表示される。これにより、本未知試料のにおいはアミン系に近いことが一目でわかる。更に、アミン系以外に、どのようなにおいに近いのかも直感的に理解できる。
【００４７】
［第１実施例の具体的測定例２］
本例は、上記第１実施例によるにおい測定装置を食品（ここではコーヒー）の香り検査装置に適用した例である。この場合、標準においとしては、キリマンジャロ、モカ、ブルーマウンテン、ドミニカ、ガテマラの５種類のコーヒーを用いる。もちろん、他の種類のコーヒを用いてもよい。上記５種類の標準においの測定結果と或る未知試料の測定結果とは、６次元におい空間内で図８に示すように表される。そして、上述したように、においベクトルを利用した識別処理の結果、各標準においに対する類似率が求まる。
【００４８】
一方、コーヒーのような食品の香り測定の場合、上記具体例１とは異なり、標準においであっても、その成分濃度と臭気指数、臭気強度との関係が明確ではない。そのため、正射影ベクトルの長さから濃度が求まっても、その濃度から直接的に臭気指数や臭気強度を出すことは難しい。そこで、所定の換算式を用いて、０〜５の６段階のにおい強度のいずれに相当するのかを定める。ここで、
強度０：無臭
強度１：識別不可能な程度のにおい有り
強度２：種類の識別が可能な程度のにおい有り
強度３：普通程度のにおい有り
強度４：強いにおい有り
強度５：激しいにおい有り
である。上記換算式の作成方法としては各種の方法が考えられるが、例えば、具体例１に示したような、成分濃度と臭気指数、臭気強度との関係が既知である標準においの中で、測定対象の範疇のにおい（この例ではコーヒーの香り）に最も近い種類のにおいを見つけ、そのにおいにおける成分濃度と臭気指数、臭気強度との関係を利用し、又はその関係を適宜に変形して換算式を作成することができる。
【００４９】
上記においベクトルから算出した類似率及びにおい強度は図９に示すようになる。また、類似率のウェブグラフは図１０に示すようになる。この結果から、未知試料の香りはブルーマウンテンに近いことがわかり、また、その香りの強さは約２．７であることがわかる。
【００５０】
このように、本実施例のにおい測定装置では、測定対象であるにおいの範疇に応じて適宜に複数の標準においを選ぶことによって、どのような範疇のにおいに対しても客観性の高い識別を行うことができる。
【００５１】
［第２実施例］
次に、第２発明の一実施例である第２実施例によるにおい測定装置について、図面を参照しつつ説明する。
【００５２】
図１１は第２実施例によるにおい測定装置のブロック構成図である。上記第１実施例に対して信号処理部８以外の構成は同一であるので、同一符号を付して説明を省略する。信号処理部８はパーソナルコンピュータ等を中心に具現化され、ピーク抽出部８１、標準におい係数演算部８２、標準におい係数記憶部８３、指標値演算部８４及び嗅覚閾値記憶部８５を機能ブロックとして有している。
【００５３】
この第２実施例によるにおい測定装置の測定原理を説明する。第１実施例での説明と同様に、ここでも理解を容易にするために、図１２に示すような、第１、第２なる２個のにおいセンサの検出信号ＤＳ１、ＤＳ２により形成される２次元のにおい空間で考える。
【００５４】
いま、標準においとして２種類を用意し、各標準においの濃度がそれぞれＣ１[ppm]、Ｃ２[ppm]、及びＣ３[ppm]（但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は正の実数でＣ１＜Ｃ２＜Ｃ３）であるような標準試料を調製する。従って、全部で６種類の標準試料が用意されることになる。この６種類の標準試料をそれぞれ２個のにおいセンサで測定し検出信号を取得する。既に述べたように、或る１つの標準試料に対する２個のにおいセンサの検出信号は、図１２に示すような２次元におい空間内では或る１つの点（測定点）に位置付けられる。
【００５５】
ここで、第１の標準においの濃度がＣ１、Ｃ２及びＣ３であるような標準試料に対する２次元におい空間内での測定点をａ１、ａ２及びａ３とし、第２の標準においの濃度がＣ１、Ｃ２及びＣ３であるような標準試料に対する２次元におい空間内での測定点をｂ１、ｂ２及びｂ３とする。においの濃度が相違する３つの測定点ａ１、ａ２、ａ３、及びｂ１、ｂ２、ｂ３は２次元におい空間内での位置が徐々にずれるから、それぞれ３つの測定点が属する又はごく近接するような標準におい曲線Ｈ１、Ｈ２を描くことができる。なお、この標準におい曲線は第１実施例における標準においベクトルと実質的には同じものであるが、ここでは方向性を考慮しないので、ベクトルと呼ばずに単に曲線と呼ぶ。但し、においセンサの出力とにおいの濃度とが線形の関係となる場合に、におい曲線は実質的に直線となるのも既に述べた通りである。
【００５６】
本におい測定装置では、標準試料を測定することによって得られた測定点から標準におい曲線を算出し、その曲線を表現するデータを予め記憶しておく。具体的な例として、標準におい曲線を濃度を独立変数とした関数で表すものと仮定し、上記のような複数の測定点に基づいた直線回帰又は多重回帰式によりその関数の係数を算出する。そうすれば、その関数の係数が標準におい曲線を反映したデータとなる。もちろん、他の表現形式により標準におい曲線を表現するデータを保持するようにしてもよい。
【００５７】
測定対象である未知試料についても同様の測定を行うと、図１２に示すように２本の標準におい曲線Ｈ１、Ｈ２が描かれた２次元におい空間において、１つの測定点Ｐが位置付けられる。ここで、未知試料に含まれる未知のにおいは第１、第２なる２種類の標準においの合成によって表せるものと考え、未知においに対する各標準においの寄与の度合いを類似性として定義する。その際に、各標準においの臭さの度合い（臭気指数など）を考慮する。
【００５８】
具体的には、未知試料の測定点Ｐから２本の標準におい曲線Ｈ１、Ｈ２までの距離がそれぞれ最短となる直線を引き、その直線と標準におい曲線Ｈ１、Ｈ２とが交差する点Ｑ１、Ｑ２を求める。標準におい曲線Ｈ１、Ｈ２上での各点の位置はそれぞれの標準においの濃度に対応付けられるから、点Ｑ１、Ｑ２の位置（座標）はそれぞれの標準においの或る濃度に対応している筈である。この点Ｑ１、Ｑ２の位置は、その未知においが第１又は第２の標準においのみで構成されている場合の濃度ＣH１、ＣH２を示していると看做す。しかしながら、実際には、測定点Ｐは標準におい曲線Ｈ１、Ｈ２から離れているため、未知においに対して寄与する各標準においの濃度は、点Ｑ１、Ｑ２が示す濃度ＣH１、ＣH２よりも低くなっており、その減衰の程度は測定点Ｐからの距離に応じて決まる。その意味において、点Ｑ１、Ｑ２を濃度仮指示点と呼ぶ。
【００５９】
例えばいま、測定点Ｐ（ＤＳ１，ＤＳ２）から標準におい曲線Ｈ１、Ｈ２までの最短距離をそれぞれｄmin１、ｄmin２であるとする。このとき、未知においに対する検出信号の大きさＬＳを、
ＬＳ＝√（ＤＳ１²+ＤＳ２²） …（１）
と定義する。そして、第１及び第２の標準においに対する指標値ＩＳｉ（ｉ＝１又は２）を次のように定義する。
ＩＳｉ＝ｔａｎ^-1（ｄmin ｉ／ＬＳ） …（２）
最短距離ｄmin ｉを検出信号の大きさＬＳで除しているのは、同種類のにおいであってもにおいの強度によって標準におい曲線までの距離に差が生じるからであって、大きさＬＳで除することにより、最短距離をにおい強度で規格化することができる。
【００６０】
（２）式の結果としてＩＳ１＝０であれば、未知においは全て第１の標準においであって、その濃度は濃度仮指示点Ｑ１で示される濃度ＣH１[ppm]とすることができ、一方、第２の標準においの濃度は０[ppm]である。これに対し、ＩＳ１＝０でない場合には、未知においには第１、第２の標準においのいずれもが含まれていることになり、第１の標準におい曲線Ｈ１及び第２の標準におい曲線Ｈ２を直線と看做し両者の成す角度をΘとすると、第１標準におい曲線Ｈ１を基準軸とした測定点Ｐの角度位置が０°である場合に未知においは全て第１標準においであり、その角度位置がΘである場合に未知においは全て第２標準においとなる。
【００６１】
すなわち、基準軸（例えば第１標準におい曲線Ｈ１）に対する角度が大きくなるほど、未知試料においてその標準においの実際の含有量が少なくなると看做せるので、一例として次のような一次元的な減衰率βを想定する。
β＝（−１／Θ）・ＩＳｉ＋１ …（３）
但し、ｉ＝１又は２
これにより、未知においに寄与する第１、第２標準においの濃度は次の（４）式で求まる。
標準においの濃度：ＣHi’＝ＣHi×β …（４）
【００６２】
また、同じ濃度であっても人間が感じる臭さの度合いは物質によって必ずしも同一とはならない。すなわち、これがにおいセンサの感度と人間の嗅覚感度との相違である。そこで、人間の嗅覚の特性を考慮した補正を行って、未知においの標準においに対する類似度γｉを算出する。そのために、各標準においをそれぞれ鼻で感知できる最小濃度を示す嗅覚閾値Ｅｉ（ｉ＝１又は２）を利用する。
γｉ＝１０×Ｌｏｇ（ＣHｉ’／Ｅｉ） …（５）
【００６３】
また、未知におい全体としてのにおい強度の指標値δを、次の（６）式で求める。
δ＝１０×Ｌｏｇ［（ＣH１’/Ｅ１）＋（ＣH２’/Ｅ２）］ …（６）
【００６４】
上記例は標準においが２種類の場合であるが、一般的に、標準においがｊ種類である場合、上記Θはそれら標準におい相互の角度の平均値などを用いることとすればよい。その場合、ｊ番目の標準においに対する指標値である類似度γｊは、
γｊ＝１０×Ｌｏｇ（ＣHｊ’／Ｅｊ）
であり、全体のにおい強度を表す指標値δは、
δ＝１０×Ｌｏｇ［Σ（ＣHｊ’／Ｅｊ）］
となる。
【００６５】
図１１に示す構成において、上記測定原理を利用したにおい測定動作を具体的に説明する。
【００６６】
上述したように、予め複数種類の標準においを測定することによって、未知試料の類似性を判断するための標準におい曲線を作成して保持しておく。例えば互いに異なる４種の標準においを、それぞれ濃度を変えながら順次発生させてセンサセル３に導入し、６個のにおいセンサ３１〜３６を用いて測定する。或る１つの標準試料がセンサセル３に導入されるとき、その導入の前後を含めた時間経過に伴い各においセンサ３１〜３６のセンサ出力は変動するが、ピーク抽出部８１はその出力変動の中で極大（ピーク）を示す位置を見つけ、そのときの出力を検出信号とする。もちろん、においセンサの検出信号としては、ピークの面積を利用する等、他の方法によって信号を得るようにしてもよい。
【００６７】
標準におい係数演算部８２はピーク抽出部８１より６個のにおいセンサ３１か〜３６による検出信号を受けると、上述したように濃度がそれぞれ相違する同一種類の標準においに対する検出信号を用いてその標準におい曲線を表現する関数の係数を算出し、それを標準におい係数記憶部８３に記憶させる。上記標準においとしては、測定対象のにおいに応じて適宜のものを選ぶことができることは第１実施例と同じである。
【００６８】
測定対象である未知試料を測定する際には、吸入口１に該未知試料を供給し、ポンプ４を作動させて未知試料をセンサセル３に引き込む。このとき６個のにおいセンサ３１〜３６による出力は信号処理部８に送られ、ピーク抽出部８１を経て指標値演算部８４へと送られる。
【００６９】
指標値演算部８４では、標準におい係数記憶部８３から複数の標準におい曲線クを表現するデータを読み出し、各標準におい曲線が形成された６次元におい空間において、未知試料に対する測定点Ｐを位置付け、各標準におい曲線に対して最短距離を与える曲線上の位置とその距離とを計算する。そして、上述したような計算を行うことにより、各標準においに対する類似度と、全体的なにおい強度とを算出する。なお、各標準においに対する嗅覚閾値は予め測定されて、嗅覚閾値記憶部８５に記憶しておくものとする。
【００７０】
信号処理部８は更に、こうして算出した類似度及びにおい強度を利用者に分かりやすい形で出力し、表示部６の画面上に表示させる。上記説明のようにして求められた類似度では、濃度が濃い場合に薄い場合よりも大きな値となるため、同じ種類のにおいであっても濃度が相違すると異なる類似度となる。そこで、例えば、複数の標準においの中で類似度が最大になるものの類似度を１００として他の全ての標準においに対する類似度を規格化する。そして、この類似度ではにおいの性質のみを表現し、においの強度に関しては別途示すようにすることが考えられる。
【００７１】
具体例として、標準においが４種類である場合に、類似度は図１３に示すようなレーダチャートで表し、その横の適宜の部位ににおいの強度（図１３は強度５０と表記）を数値で記載する方法をとることができる。もちろん、表示方法はこれに限るものではない。こうした視覚的な出力により、利用者は未知試料のにおいがどのような標準においに近く、それはどの程度の近さ又は遠さなのか、或いは、においの強度はどの程度であるのかを容易に知ることができる。
【００７２】
このように第２実施例のにおい測定装置によれば、複数種類の標準においに対してそれぞれ類似度が求まり、それを基ににおい強度を求めることができるので、未知のにおいを性質（類似度）と強度とで表現することができ、定性的及び定量的ににおいを表すことができる。
【００７３】
［第２実施例の具体的測定例］
第２実施例のにおい測定装置による実際の測定例を図１４〜図１６に示す。ここでは、良性の標準においとして、芳香族系（トルエンなど）、アルコール系（ｎ−ブタノールなど）を用い、悪性の標準においとして、硫黄系（メチルメルカプタンなど）、有機酸系（酪酸など）を採用した。
【００７４】
図１４は排水口の臭気を測定した例であり、レーダチャートより硫化水素のにおいが支配的であることが判る。また、図１５及び図１６はそれぞれ塗装工場の中心部及び周辺部の臭気を測定した例であり、有機溶媒系や芳香族系のにおいが支配的であることが判る。また、レーダチャートでは図１５と図１６とに殆ど差はなく、においの性質はほぼ同じであることが判るが、におい強度は周辺部で２０であるの対し中心部では６０であり、これから中央部では周辺部よりもかなりにおいが強いことが判る。
【００７５】
このように第２実施例のにおい測定装置では、においの類似性とにおいの強度とを定量的に表現することができ、測定者に対して非常に有用で判りやすい情報を提供することができる。
【００７６】
また、上記第１実施例又は第２実施例のにおい測定装置において、標準においに対する標準においベクトル又は標準におい曲線を記憶する際に、その標準においを測定した測定日に関連したデータを同時に記憶させておくと便利である。上述したように、このにおい測定装置を用いたにおい測定を実際に行う場合には、多数種類の標準試料を予め測定することが必要になる。精度の高い測定を行うには、未知試料の測定の直前に標準試料の測定を実行して最新の標準においベクトル又は曲線を求めることが最も望ましいが、こうした測定は煩雑であって時間も掛かるため、一度に全ての標準においの測定を行うことは実質的に不可能に近い。そのため、基準となる標準においベクトル又は標準におい曲線の取得作業は、標準におい毎に何日かに分けて行われたり、測定者や装置の空いているときに適宜に行われたりすることがある。そうした場合でも、標準においベクトル又は標準におい曲線に対応してその測定日が保存されていれば、未知試料の測定を行う際に、各標準においベクトル又は標準におい曲線について最新のものを読み出してきて、それを利用してにおいに関する各種指標値を算出することができる。
【００７７】
なお、上記実施例はいずれも本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を加えることができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１発明の一実施例（第１実施例）によるにおい測定装置のブロック構成図。
【図２】第１実施例のにおい測定装置の測定原理の説明図。
【図３】第１実施例のにおい測定装置の測定原理の説明図。
【図４】第１実施例のにおい測定装置の測定原理の説明図。
【図５】第１実施例のにおい測定装置における、６次元におい空間内でのにおいベクトルの配置例を示す概念図。
【図６】第１実施例のにおい測定装置による測定結果の表の一例を示す図。
【図７】第１実施例のにおい測定装置による測定結果のグラフの一例を示す図。
【図８】第１実施例のにおい測定装置における、６次元におい空間内でのにおいベクトルの配置例を示す概念図。
【図９】第１実施例のにおい測定装置による測定結果の表の一例を示す図。
【図１０】第１実施例のにおい測定装置による測定結果のグラフの一例を示す図。
【図１１】第２発明の一実施例（第２実施例）によるにおい測定装置のブロック構成図。
【図１２】第２実施例のにおい測定装置の測定原理の説明図。
【図１３】第２実施例のにおい測定装置の測定原理の説明図。
【図１４】第２実施例のにおい測定装置による測定結果の一例を示す図。
【図１５】第２実施例のにおい測定装置による測定結果の一例を示す図。
【図１６】第２実施例のにおい測定装置による測定結果の一例を示す図。
【符号の説明】
１…吸入口
２…前処理部
３…センサセル
３１〜３６…においセンサ
４…ポンプ
５…信号処理部
５１…ベクトル演算部
５２…標準ベクトル記憶部
５３…識別処理部
６…表示部
７…制御部
８…信号処理部
８１…ピーク抽出部
８２…係数演算部
８３…係数記憶部
８４…指標値演算部
８５…嗅覚閾値記憶部

Claims

a)異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のにおいセンサと、
b)前記ｍ個のにおいセンサによる測定結果で形成されるｍ次元空間において、既知の標準においの測定結果により表される標準においベクトルと、未知試料の測定結果により表されるにおいベクトルとが成す角度を求める角度算出手段と、
c)該角度に基づいて前記標準においに対する前記未知試料のにおいの類似性を判断する指標値を算出する指標値算出手段と、
d)前記標準においベクトルに対する未知試料のにおいベクトルの正射影をとり、該正射影ベクトルの長さから前記未知試料の標準においベクトル成分のにおい濃度を求め、該濃度からにおいの強さに関する指標値を算出する強度算出手段と
を備えることを特徴とするにおい測定装置。
前記指標値算出手段は、においセンサと人間の嗅覚との感度の相違を考慮した補正を行う補正手段を含み、該補正の施された指標値を算出することを特徴とする請求項１に記載のにおい測定装置。
ｎ（ｎは１以上の整数）個の標準においのそれぞれに関しての前記においセンサによる測定結果、又は該測定結果により表される標準においベクトルを予め記憶しておく記憶手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のにおい測定装置。
a)異なる応答特性を有するｍ（ｍは２以上の整数）個のにおいセンサと、
b)前記ｍ個のにおいセンサによる測定結果で形成されるｍ次元空間において、既知の標準においの測定結果により表される標準におい曲線に対し、未知試料の測定結果である１つの測定点から所定規則に則って対応付けた該標準におい曲線上の濃度仮指示点を求め、該濃度仮指示点の空間内位置を算出する濃度情報取得手段と、
c)前記濃度仮指示点の空間内位置、及び、該濃度仮指示点と前記測定点との空間内での近さの度合いを表す値に基づいて、前記標準においに対する前記未知試料のにおいの類似性を判断する指標値を算出する指標値算出手段と、
を備えることを特徴とするにおい測定装置。
前記濃度情報取得手段は、前記測定点と前記標準におい曲線との距離が最短となるような該標準におい曲線上の濃度仮指示点を求め、指標値算出手段は、前記濃度仮指示点の空間内位置から求まる濃度を、該濃度仮指示点と前記測定点との距離、又は、標準においと未知においとが濃度に対して直線であると看做したときの両者の成す角度、に応じて減衰させ、その減衰された濃度を未知試料のにおいに対する当該標準においの寄与であると看做して指標値を算出することを特徴とする請求項４に記載のにおい測定装置。
前記指標値算出手段は、前記標準においに対する人間の嗅覚閾値を利用して、においセンサと人間の嗅覚との感度の相違を考慮した補正を行う補正手段を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載のにおい測定装置。
ｎ（ｎは２以上の整数）個の標準においのそれぞれに関しての前記においセンサによる測定結果、又は該測定結果により表される標準におい曲線を予め記憶しておく記憶手段を更に備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のにおい測定装置。
標準におい曲線を前記記憶手段に記憶する際にその標準においの測定日に関する情報を関連付けて記憶し、前記濃度情報取得手段は、該測定日を基に最新の標準におい曲線を利用して該標準におい曲線上の濃度仮指示点を求めることを特徴とする請求項７に記載のにおい測定装置。