JP4779102B2

JP4779102B2 - 匂い提示装置および匂い提示方法

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Publication number: JP4779102B2
Application number: JP2006036838A
Authority: JP
Inventors: 文孝中泉; 陽祐太田; 康幸柳田; 春生野間; 憲一保坂
Original assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Current assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: JP2006255402A

Description

この発明は匂い提示装置および匂い提示方法に関し、特にたとえば、人間のような生体の臭覚器に匂いを提示するような匂い場を生成する、匂い提示装置および匂い提示方法に関する。

背景技術の一例が特許文献１に開示される。この特許文献１の匂い提示装置によれば、空気砲を用いて、たとえば人間の鼻めがけて所望の匂いが提示される。
特開２００４−８１８５１号

しかし、特許文献１に開示される背景技術では、空気砲から放出された匂い粒子を含む空気（渦輪）を人間の鼻または顔に当てて、渦輪を崩壊させるようにしてあるため、人間の顔の向いている方向からしか渦輪を当てることができない。これは、空気砲から放出（射出）された渦輪はほぼ直線状に飛行（進行）し、また、決められた位置で停止することができないためである。このため、人間（鼻）の真横や後ろから空気砲を撃つことにより、匂いを提示することができないという制約があった。

また、匂い粒子を含む渦輪を顔に当てるようにしてあるため、匂いを提示される人間は匂いのみならず風を感じてしまう。つまり、匂いのみを提示することができなかった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、匂い提示装置および匂い提示方法を提供することである。

また、この発明の他の目的は、所望の場所に局所的に匂い場を生成できる、匂い提示装置および匂い提示方法を提供することである。

請求項１の発明は、匂いを提示すべき目標位置を算出する目標位置算出手段、匂い粒子を含む渦輪を目標位置算出手段によって算出された目標位置に向けて放出する空気砲を備える匂い提示装置において、空気砲は、第１匂い粒子を含む渦輪を第１速度で目標位置に向けて放出し、続いて、第１匂い粒子または第１匂い粒子とは異なる第２匂い粒子を含む渦輪或いは渦輪を第１速度よりも速い第２速度で放出して、渦輪を目標位置で強制的に崩壊させることを特徴とすることを特徴とする、匂い提示装置である。

請求項１の発明では、匂い提示装置は、目標位置算出手段および空気砲を備える。目標位置算出手段は、たとえば３次元空間に存在する生体（人間）の臭覚器（鼻）のような目標位置（３次元位置）を算出する。ただし、厳密には、匂いを提示すべき目標位置は、鼻の位置の少し前である。空気砲は、目標位置に向けて匂い粒子を含む（匂い粒子の混入された）渦輪を放出する。この空気砲は、第１匂い粒子を含む渦輪を第１速度で目標位置に向けて放出し、続いて、第１匂い粒子または第１匂い粒子とは異なる第２匂い粒子を含む渦輪或いは渦輪を第１速度よりも速い第２速度で放出して、渦輪を目標位置で強制的に崩壊させる。つまり、匂い粒子が拡散される。

請求項１の発明によれば、目標位置で匂い粒子を含む渦輪を崩壊し、匂い粒子を拡散させるので、所望の位置に局所的に匂い場を生成することができる。

請求項２の発明は、匂いを提示すべき目標位置を算出する目標位置算出手段、および匂い粒子を含む渦輪を目標位置算出手段によって算出された目標位置に向けて放出する空気砲を備える匂い提示装置において、空気砲から放出された匂い粒子を含む渦輪を目標位置で強制的に崩壊させる別の空気砲、一方の空気砲を、当該空気砲から一度に押し出す空気量または当該空気砲から押し出す空気の速度についての第１パラメータに従って駆動し、他方の空気砲を、第１パラメータと同じ値または異なる値の第２パラメータに従って駆動する駆動手段、一方の空気砲から放出される第１渦輪の第１到達時間を当該一方の空気砲から目標位置までの距離に応じて算出するとともに、他方の空気砲から放出される第２渦輪の第２到着時間を当該他方の空気砲から目標位置までの距離に応じて算出する時間算出手段、および時間算出手段によって算出された第１到達時間と第２到達時間とを比較し、その差を無くすように、第１渦輪または第２渦輪の放出時間を調整する調整手段を備え、駆動手段は、調整手段によって調整された放出時間に従って、一方の空気砲を第１パラメータに従って駆動し、他方の空気砲を第２パラメータに従って駆動することにより、当該一方の空気砲から第１匂い粒子を含む第１渦輪を目標位置に向けて放出し、当該他方の空気砲から第１匂い粒子または第１匂い粒子とは異なる第２匂い粒子を含む第２渦輪或いは第２渦輪を目標位置に向けて放出することを特徴とする、匂い提示装置である。

請求項２の発明では、匂い提示装置は、目標位置算出手段、および空気砲を備える。目標位置算出手段は、たとえば３次元空間に存在する生体（人間）の臭覚器（鼻）のような目標位置（３次元位置）を算出する。ただし、厳密には、匂いを提示すべき目標位置は、鼻の位置の少し前である。空気砲は、目標位置に向けて匂い粒子を含む（匂い粒子の混入された）渦輪を放出する。
別の空気砲は、上記の空気砲から放出された匂い粒子を含む渦輪を目標位置で強制的に崩壊させる。駆動手段は、一方の空気砲を、当該空気砲から一度に押し出す空気量または当該空気砲から押し出す空気の速度についての第１パラメータに従って駆動し、他方の空気砲を、第１パラメータと同じ値または異なる値の第２パラメータに従って駆動する。時間算出手段は、一方の空気砲から放出される第１渦輪の第１到達時間を当該一方の空気砲から目標位置までの距離に応じて算出するとともに、他方の空気砲から放出される第２渦輪の第２到着時間を当該他方の空気砲から目標位置までの距離に応じて算出する。そして、調整手段は、時間算出手段によって算出された第１到達時間と第２到達時間とを比較し、その差を無くすように、第１渦輪または第２渦輪の放出時間を調整する。
したがって、駆動手段は、調整手段によって調整された放出時間に従って、一方の空気砲を第１パラメータに従って駆動し、他方の空気砲を第２パラメータに従って駆動することにより、当該一方の空気砲から第１匂い粒子を含む第１渦輪を目標位置に向けて放出し、当該他方の空気砲から第１匂い粒子または第１匂い粒子とは異なる第２匂い粒子を含む第２渦輪或いは第２渦輪を目標位置に向けて放出する。このため、一方の空気砲から放出された第１渦輪と、他方の空気砲から放出された第２渦輪とが目標位置で衝突し、渦輪が崩壊して、匂い粒子が拡散される。

請求項２の発明においても、請求項１の発明と同様に、所望の場所に局所的に匂い場を生成することができる。

請求項３の発明は、匂いを提示すべき目標位置を算出する目標位置算出手段、および匂い粒子を含む渦輪を目標位置算出手段によって算出された目標位置に向けて放出する空気砲を備える匂い提示装置の匂い提示方法において、空気砲は、第１匂い粒子を含む渦輪を第１速度で目標位置に向けて放出し、続いて、第１匂い粒子または第１匂い粒子とは異なる第２匂い粒子を含む渦輪或いは渦輪を第１速度よりも速い第２速度で放出して、渦輪を目標位置で強制的に崩壊させることを特徴とする、匂い提示方法である。

請求項３の発明においても、請求項１の発明と同様に、所望の場所に局所的に匂い場を生成することができる。

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。

＜第１実施例＞
図１を参照して、この第１実施例の匂い提示装置１０は、汎用のＰＣ或いはワークステーションのようなコンピュータ１２を含む。コンピュータ１２はＣＰＵ１４を含み、ＣＰＵ１４にはメモリ１６および入出力インターフェイス（以下、入出力Ｉ／Ｆ）という。）１８が接続される。メモリ１６は、ハードディスク、ＲＡＭのような書き換え可能な記憶媒体およびＲＯＭのような書き換え不能な記憶媒体を含む。入出力Ｉ／Ｆ１８は、図示は省略するが、Ａ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器を含み、カメラ２０，２２、モータドライバ２４，２６およびバルブコントローラ３２，３４が接続される。

２８および３０は空気砲であり、モータドライバ２４，２６およびバルブコントローラ３２，３４によって、その動作が制御されるが、その詳細は後述する。

カメラ２０および２２は、たとえばステレオカメラを構成し、このステレオカメラによって撮影された画像（撮影画像）は、入出力Ｉ／Ｆ１８（Ａ／Ｄ変換器）でディジタルデータ（撮影画像データ）に変換された後、ＣＰＵ１４に与えられる。ＣＰＵ１４は撮影画像データをメモリ１６に記憶し、画像解析処理などを施して、たとえば生体（人間）の臭覚器（鼻）の位置（３次元位置）を特定（計算）する。３次元位置の特定については後述するため、ここではその詳細な説明は省略することにする。

モータドライバ２４は、ＣＰＵ１４から出力され入出力Ｉ／Ｆ１８を介して与えられる駆動パルスに従って、各種モータを駆動するための駆動パルスを出力する。図示は省略するが、モータドライバ２４は、空気砲２８に連結される俯仰モータおよび旋回モータの少なくとも一方を駆動する駆動パルスを出力したり、空気砲２８に設けられるシャッタを開閉するためのモータ（シャッタモータ）やクランク機構のモータ（クランクモータ）を駆動するための駆動パルスを出力したりする。モータドライバ２６もまた、図示は省略するが、モータドライバ２４と同様に、ＣＰＵ１４から出力され入出力Ｉ／Ｆ１８を介して与えられる駆動パルスに従って、空気砲３０に連結される俯仰モータおよび旋回モータの少なくとも一方を駆動する駆動パルスを出力したり、空気砲３０に設けられるシャッタモータやクランクモータを駆動するための駆動パルスを出力したりする。

なお、各種モータとしては、ステッピングモータのようなパルスモータを用いることができる。

バルブコントローラ３２は、図示は省略するが、空気砲２８に設けられるバルブの電磁弁の駆動を制御する。また、バルブコントローラ３４は、図示は省略するが、空気砲３０に設けられるバルブの電磁弁の駆動を制御する。

図２は空気砲２８（空気砲３０も同じ。）の機械的な構成の一例を示す図解図である。この図２を参照して、空気砲２８は、筐体４０および小筒４２を含み、筐体４０は脚４４によってターンテーブル４６に支持される。図示は省略するが、筐体４０と脚４４との連結部、およびターンテーブル４６には、それぞれ、駆動部を介してモータ（俯仰モータおよび旋回モータ）が設けられる。したがって、空気砲２８の旋回（パン）および俯仰（チルト）が制御され、小筒４２の放出口４２ａを所望の方向に向けることができる。

また、図示は省略するが、小筒４２の放出口４２ａおよび筐体４０と小筒４２との連結部には、それぞれ、シャッタが設けられる。詳細な説明は省略するが、シャッタの構造およびその開閉方法としては、本件出願人が先に出願し、既に出願公開された特開２００４−８１８５１号公報に開示された構造および開閉方法を採用することができる。

さらに、筐体４０には、蛇腹状の胴体４０ａが設けられ、この胴体４０ａは、クランク機構４８によって急速に縮められ、小筒４２側に空気を放出させる。ただし、図２では、クランク機構４８が収納される直方体の筐体のみを示してある。なお、胴体４０ａとクランク機構４８とによってポンプが構成（形成）される。図３は第１実施例のクランク機構４８の一部を示す図解図である。この図３を参照して、クランク機構４８では、胴体４０ａの一方端面（小筒４２とは反対側の面）に連結され、当該胴体４０ａを伸縮させる円盤状の板４８ａが設けられる。この板４８ａには、その面の中心から垂直に伸びるピストン軸４８ｂが固定される。このピストン軸４８ｂには、クランクシャフト４８ｃにその軸が固定的に設けられるカム４８ｄを案内するためのガイド４８ｅが固定される。図示は省略するが、クランクシャフト４８ｃには、ステッピングモータのようなモータの回転軸が連結されている。したがって、モータの回転軸の回転に従ってクランクシャフト４８ｃが回転すると、カム４８ｄがガイド４８ｅ内を左右に移動し、このとき、ピストン軸４８ｂがピストン運動（図３の上下方向に移動）する。つまり、板４８ａが胴体４０ａ側に移動されたり、胴体４０ａとは反対側に移動されたりする。このため、胴体４０ａの容積が変化される。

なお、図示は省略するが、ピストン軸４８ｂは軸方向（長手方向）にピストン運動する際に、その中心（軸心）がぶれないように、軸受によって支持されている。

図２に戻って、筐体４０の上部には、匂い源５０が備えられる。この第１実施例では、４種類の匂い粒子が用意されている。ただし、図２においては、簡単のため、各匂い粒子を収容した容器は省略してある。各容器には図示しないバルブが接続され、各バルブにはチューブ５０ａの一方端が接続され、チューブ５０ａの他方端は小筒４２に接続される。したがって、上述した２つのシャッタが閉じられた状態で、つまり小筒４２が密閉された状態で、バルブが開放されると、匂い粒子が小筒４２の内部に充填される。なお、匂い源５０には、図示しないコンプレッサが接続されており、当該コンプレッサから空気を供給することにより、匂い粒子が小筒４２の内部に充填される。続いて、シャッタが開放され、胴体４０ａから空気が押し出されると、匂い粒子の混入した空気が放出口４２ａから放出（射出）される。

なお、この図２、図３に示す構成のみならず、上述した特開２００４−８１８５１号公報に開示される、匂いの選択方法も採用することができる。ただし、本件でいうバルブがその公報におけるヘッド（第１ヘッド、第２ヘッド、第３ヘッド）に相当する。

ここで、胴体４０ａから押し出される（排出される）空気の量（体積）は、小筒４２の体積以上であり、小筒４２に充填された匂い粒子はすべて排出される。したがって、或る匂い粒子の混入した空気（渦輪）を放出した直後に、異なる種類の匂い粒子を小筒４２に充填した場合であっても、前回の匂い粒子と今回の匂い粒子とが混ざってしまうことがない。つまり、意図しない匂いが提示されることはない。また、一度に２種類以上の匂い粒子を小筒４２に充填するようにすれば、それらが混合された匂いを提示することができる。

このような構成の匂い提示装置１０は、たとえば、匂いを提示する（匂い場を生成する）部屋のような３次元空間（自由空間）に設定される。図４は匂い提示装置１０を３次元空間に設置し、その状態を３次元空間の上方（真上）から見た図解図である。この図４に示すように、匂いを提示する３次元空間内に、カメラ２０，２２および空気砲２８，３０が配置される。

なお、図４では、簡単のため、コンピュータ１２、モータドライバ２４，２６およびバルブコントローラ３２，３４は省略してある。

このような３次元空間内に存在する人間は、カメラ２０および２２によって撮影され、撮影画像に基づいて、コンピュータ１２で認識される。図示等は省略するが、カメラ２０および２２はパンおよびチルト可能であり、カメラ２０および２２の位置情報（３次元位置）、パンおよびチルトのための機構の制御情報（角度）および撮影画像に基づいて、人間を認識し、さらには、人間の特定部位（この第１実施例では、鼻）の３次元位置を決定（算出）することができる。

具体的に説明すると、まず、カメラ２０および２２の撮影画像から背景差分法によって人間の全身画像を抽出し、抽出した全身画像から顔領域を認識する。顔領域は、全身画像の輪郭線抽出処理、輪郭線からの特徴点検出処理を経て認識される。続いて、顔領域から肌色領域を抽出し、肌色領域の中心（重心）を臭覚器（鼻）として特定する。また、コンピュータ１２は、その内部のメモリ１６に、カメラ２０および２２の設置位置（３次元位置）を記憶しており、カメラ２０および２２を結ぶ線（基線）も予め記憶している。カメラ２０および２２が撮影したときの方向に基づいて、特定した鼻の位置が基線に対してなす角度を求めることにより、カメラ２０および２２のそれぞれと鼻との距離および方向（角度）を算出することができる。したがって、世界座標（３次元座標）における鼻の３次元位置が検出（特定）される。ただし、人間（顔）の後方から、匂い粒子の混入された空気を放出する場合があり、また、顔（鼻）に空気（渦輪）が当たらないようにするため、厳密には、鼻の少し前の位置を、匂いを提示すべき目標位置として算出するようにしてある。

さらに、空気砲２８および３０のそれぞれの３次元位置も予め記憶しておくことができるため、人間の鼻の３次元位置が特定されると、空気砲２８および３０と鼻との距離（または、渦輪の到達時間）が決定されるとともに、鼻に対する空気砲２８の向きおよび同じく鼻に対する空気砲３０の向きが決定される。また、空気砲２８および３０の各々について、撃つタイミング（放出時間）または渦輪の飛行速度が決定される。たとえば、空気砲２８と３０とは同じ構成であるため、渦輪の飛行（進行）速度を同じ速度にする場合には、空気砲２８から鼻までの第１距離と空気砲３０から鼻までの第２距離との違いによって、異なるタイミングが決定される。一方、空気砲２８および３０を同じタイミングで撃つ場合には、第１距離と第２距離との違いによって、異なる速度で渦輪が飛行するように、渦輪の飛行速度が決定される。

渦輪の飛行速度は、主として、一度に空気砲２８（３０）から放出される（排出される）空気の量（空気の体積およびその体積速度）に応じて決定され、空気の量が多い程もしくは空気の体積速度が速い程、渦輪の飛行速度が速くなる。ここで、一度に放出される空気の量とは、図３に示す板４８ａ（ピストン軸４８ｂ）の移動（ストローク）により、胴体４０ａから一度に押し出される空気の量である。したがって、板４８ａ（ピストン軸４８ｂ）が胴体４０ａを一度に押し込む量（後述する「ストローク量」）が大きい程または押し込みの速度（後述する「ストローク速度」）が速い程、渦輪の飛行速度が速くなるとも言える。このことは、発明者等の実験により得られた結果であり、その内容については、電子情報通信学会の論文誌「プロジェクトション型香りディスプレイにおける渦輪速度制御の実験的考察」において、詳細に述べられている。この具体的な実験内容および実験結果については、後で詳細に説明する。

次に、空気砲２８および３０の各々は、算出されたタイミング（放出時間）または渦輪の飛行速度になる空気の押し出し量で、たとえば同じ種類の匂い粒子を含む空気を放出する。空気砲２８および３０から匂い粒子を含む空気が放出されると、当該空気は渦輪を形成し、それぞれ、人間の鼻（以下、「目標位置」という。）めがけて飛行（進行）する。そして、２つの渦輪は匂いを提示すべき目標位置で衝突し、その結果、２つの渦輪は崩壊し、匂い粒子が目標位置およびその近傍に拡散される。つまり、局所的に匂い場が生成され、人間に所望の匂いが提示される。

なお、所望の匂いは、上述の公開公報に開示された技術に従って、選択的に生成することができる。

また、この第１実施例では、空気砲２８および３０から同じ種類の匂い粒子を含む空気（渦輪）を放出するようにしてあるが、異なる種類の匂い粒子を含む渦輪を放出するようにしてもよい。かかる場合には、２つの渦輪の衝突により、２種類の匂い粒子が拡散し、目標位置で匂いが混合される。

さらには、１種類の匂い粒子による匂いまたは既に２種類以上の匂い粒子を混合した匂いを提示する場合には、一方の空気砲２８（または３０）からそのような匂い粒子を含む空気を放出し、他方の空気砲３０（または２８）から空気のみを放出するようにしてもよい。かかる場合にも、２つの渦輪の衝突により、一方の渦輪に含まれる匂い粒子が拡散し、目標位置で匂いが提示される。

このように、空気砲２８および３０（異なる放出場所）から放出された２つの渦輪を衝突させることにより、目標位置で匂いを提示するようにしてあるため、２つの渦輪を衝突させることができる範囲（空気砲の配置位置や大きさ（一度に放出する空気の量）などで決定される範囲）であれば、人間の顔（鼻）の位置や方向に拘わらず、所望の匂いを提示することができる。

これ以降では、上述した実験内容および実験結果について具体的に説明することにする。ただし、空気砲２８および３０は同じ構成であるため、以下においては、空気砲２８と３０とを区別する必要がない場合には、空気砲２８についてのみ説明し、空気砲３０については説明を省略することにする。

実験においては、クランクモータとして、ステッピングモータを用い、また、空気砲２８の開口径すなわち放出口４２ａの直径は３ｃｍとした。ステッピングモータは、１０００パルスで１回転し、５００パルスを与えると、ピストン軸４８ｂのストロークが最大になる。ただし、この実施例の空気砲２８では、最大のストロークは２．０ｃｍである。ステッピングモータに与える、回転パルス量と１秒あたりに発生するパルス数とを変化させることにより、ピストン軸４８ｂの移動量（ストローク量）と、ピストン軸４８ｂの移動速度（ストローク速度）を制御することができる。

なお、図示は省略するが、空気砲２８から放出される空気の塊（渦輪等）を可視化するために、空気砲２８に煙を詰め（封入し）、また、株式会社ナックイメージテクノロジー社製のハイスピードビデオカメラ（商品名：MEMRECAMfx 6000）を用いて撮影することにより、経過時間に対する渦輪の位置（飛行距離）を計測した。

ストローク量は、ステッピングモータのパルス数で表わすと、１５０，２００，３００，４００の４通りであり、それぞれのストローク量は、０．４１ｃｍ，０．６９ｃｍ，１．３１ｃｍ，１．８１ｃｍである。また、パルス速度は、秒間１００００，２００００，３００００，４００００，５００００，６００００の６通りであり、このパルス速度とストローク量との組み合わせで、表１に示すように、平均のストローク速度が決定される。

なお、詳細な説明は省略するが、パルス速度とストローク量との組み合わせによっては、渦輪が生成されない場合がある。また、ストローク量を大きくしたり、ストローク速度を大きくしたり、或いはその両方を採用したりしても、渦輪が早く遠くまで飛ぶ（飛行する）とは限らない。また、後述するように、計測した渦輪は、それぞれ、典型的な渦輪が生成（観測）された場合のものであり、計測したデータは各放出パラメータ（ストローク量とストローク速度）で渦輪を飛ばした際の一例である。

また、放出パラメータは、空気砲２８が物理的に変化されない場合には、その性能（放出口４２ａの大きさ（開口）、ストローク速度やストローク量）で決定されるため、空気砲２８固有のパラメータであると言える。

図５（Ａ），図５（Ｂ），図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、渦輪が空気砲２８から放出されてからの時間経過に対する飛行距離（渦輪飛行距離）について、ストローク量一定の試行毎に並べたグラフを示す。具体的には、図５（Ａ）はストローク量が０．４１ｃｍである場合のグラフであり、図５（Ｂ）はストローク量が０．６９ｃｍである場合のグラフであり、図６（Ａ）はストローク量が１．３１ｃｍの場合であるグラフであり、図６（Ｂ）はストローク量が１．８１ｃｍである場合のグラフである。

また、図７（Ａ），図７（Ｂ），図８（Ａ），図８（Ｂ），図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、渦輪が空気砲２８から放出されてからの時間経過に対する渦輪飛行距離について、パルス速度一定の試行毎に並べたグラフを示す。具体的には、図７（Ａ）はパルス速度が１００００ｐｕｌｓｅｓ／ｓである場合のグラフであり、図７（Ｂ）はパルス速度が２００００ｐｕｌｓｅｓ／ｓである場合のグラフであり、図８（Ａ）はパルス速度が３００００ｐｕｌｓｅｓ／ｓである場合のグラフであり、図８（Ｂ）はパルス速度が４００００ｐｕｌｓｅｓ／ｓである場合のグラフであり、図９（Ａ）はパルス速度が５００００ｐｕｌｓｅｓ／ｓである場合のグラフであり、そして、図９（Ｂ）はパルス速度が６００００ｐｕｌｓｅｓ／ｓである場合のグラフである。

これらのグラフ（図５−図９）から分かるように、渦輪は、放出（射出）直後では、急激に移動するが、時間が経つに連れて速度を急激に落とす。図示は省略するが、その後、渦輪は、暫く或る位置で留まるか、その形状を崩す。また、すべての試行において、渦輪は放出された後の１秒間で、それぞれの全到達距離のほぼ半分まで到達し、以後、速度を落として行くことが分かる。

また、いずれの試行においても、パルス速度が５００００ｐｕｌｓｅｓ／ｓである場合よりも、パルス速度が６００００ｐｕｌｓｅｓ／ｓである場合の方が、渦輪の飛行速度が小さかった。このことから、ストローク速度をただ大きくするだけでは、渦輪の飛行速度が大きくならないと言える。さらには、図５（Ａ）−図６（Ｂ）のストローク量一定の場合における、パルス速度の変化に対する飛行距離の変化と、図７（Ａ）−図９（Ｂ）のストローク速度一定の場合におけるストローク量の変化に対する飛行距離の変化とを比較すると、ストローク速度よりもストローク量の方が、渦輪の飛行速度に対する影響が大きい可能性があることを示唆していると考えられる。そこで、以下に説明するような解析を行った。

この実施例では、ストローク量およびストローク速度の２つの放出パラメータが飛行速度にどれだけ寄与するかを調べるために、各時間における渦輪の位置に関する回帰分析を行った。

この解析では、各放出パラメータの相対的な寄与が算出される。このため、まず、各経過時間において、各飛行距離を全条件の飛行距離の平均値で割り、無次元化する。また、ストローク量およびストローク速度の各放出パラメータも、飛行距離と同様に、それぞれの平均値で割って無次元化する。これにより、条件による飛行距離の相対的な倍率を保持しつつ、それぞれの条件が飛行距離に影響する感度係数（寄与率）の大きさが比較可能になる。寄与率は、数１に従って算出される。

ここで、Ｐ_ｓ，ｖ（ｔ）は時刻ｔにおける渦輪の飛行距離であり、ｓはストローク量であり、ｖはストローク速度，Ｅ［・］は期待値（平均値）を示す。また、係数α，β，γは、未知のパラメータである。

ただし、数１に従って算出される寄与率は、渦輪が放出されてから各経過時間までの総計の飛行距離に関する回帰分析の結果である。この結果は、図１０（Ａ）に示される。また、区間毎の飛行距離について同様の回帰分析を行った結果が図１０（Ｂ）に示される。つまり、図１０（Ａ）は、経過時間毎の渦輪飛行距離に対するストローク量およびストローク速度の寄与率を示し、図１０（Ｂ）は、経過時間毎の渦輪飛行速度に対するストローク量およびストローク速度の寄与率を示す。

図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）から分かるように、渦輪の放出された直後では、ストローク量およびストローク速度は、共に渦輪速度のへの影響が大きく、時間の経過に従って影響が少なくなる。また、図１０（Ａ）から分かるように、一貫して、ストローク量の寄与率が、ストローク速度の寄与率よりも大きい。しかし、図１０（Ｂ）から分かるように、経過時間が０．８秒以降では、ストローク量の寄与率とストローク速度の寄与率とが入れ替わり、交差を繰り返している。

そこで、この実施例では、図１０（Ｂ）に示す２つの曲線について、（１）全体として、（２）渦輪の飛行速度が速い間、（３）渦輪の飛行速度が落ちてからの各々の場合で、ストローク速度の寄与とストローク量の寄与とに差異があるか否かを、ウィルコクソンの符号順位検定を用いて検定した。

なお、ウィルコクソンの符号順位検定は、「“自然科学の統計学”東京大学教養学部統計学教室（編），東京大学出版会，pp.219-222.March.1996.」に紹介されている。

ここで、対応のある２変数の組について、母代表値に差があるか否かを検定する「符号検定」であり、２対の変数が、どの程度優れているか、または、どの程度劣っているかを量的に定義できるときに、ウィルコクソンの符号順位検定を用いることができる。

この符号検定の結果は、（１）に対しては“差がある”であり、（２）に対しても“差がある”であったが、（３）に対しては“差がない”であった。しかし、図１０（Ｂ）において、経過時間が１秒以降では、寄与率のばらつきが大きいため、その符号検定の結果についての信憑性に欠ける点も否めない。

以上より、渦輪が空気砲２８から放出された後、暫くの間はストローク量の大きさが速度に大きな影響を与え、その結果として、ストローク量が全体の飛行距離に大きく影響していると言える。

したがって、空気砲２８および３０を使用する場合には、各々の放出パラメータ（ストローク量およびストローク速度）を同じ値に設定にすると、図１１（Ａ）に示すような曲線で、空気砲２８，３０から放出される渦輪の飛行距離の時間変化が表わされる。ここで、たとえば、空気砲２８から目標位置までの距離をｄ_Ａとし、空気砲３０から目標位置までの距離をｄ_Ｂとすると（図１１（Ｂ）においても同じ。）、空気砲２８から放出される渦輪は時間ｔ_Ａで目標位置に到達し、空気砲３０から放出される渦輪は時間ｔ_Ｂで目標位置に到達する。つまり、渦輪の到達時間の差はｔ_Ａ−ｔ_Ｂであり、この時間差ｔ_Ａ−ｔ_Ｂだけ遅れて、空気砲３０を駆動させる必要がある。つまり、渦輪の放出時間が調整される。

また、放出パラメータを異なる値に設定すると、図１１（Ｂ）に示すように、放出パラメータ（パラメータＡおよびパラメータＢ）に応じて、空気砲２８から放出される渦輪の飛行距離の時間変化を示す曲線と、空気砲３０から放出される渦輪の飛行距離の時間変化を示す曲線とが異なる。したがって、空気砲２８では、パラメータＡが設定されたときの曲線に応じて、目標位置までの距離ｄ_Ａに対する時間ｔ_Ａが算出される。一方、空気砲３０では、パラメータＢが設定されたときの曲線に応じて、目標位置までの距離ｄ_Ｂに対する時間ｔ_Ｂが算出される。かかる場合にも、渦輪の到達時間の差を算出し、時間差ｔ_Ａ−ｔ_Ｂだけ遅れて、空気砲３０を駆動させる必要がある。

ただし、図１１（Ｂ）に示す例では、空気砲２８と３０との放出パラメータは異なるため、パラメータＡまたはパラメータＢ或いはその両方を変化させることにより、渦輪を放出するタイミング（または、渦輪が目的位置に到達する時間）を同じにすることもできる。

また、上述したように、この第１実施例では、２台の空気砲２８および３０を用いて、匂い（香り）場を生成し、匂いを提示するようにしてある。これは、匂いを渦輪に乗せて人間の鼻先に届け、かつ、渦輪を直接人間に当てないようにするためである。つまり、渦輪は、空気の粘性によって自然に崩壊するが、自然に崩壊する直前では、その軌道は極めて不安定であり、安定して鼻先へ匂いを提示する（届ける）のは困難だからである。

したがって、渦輪同士を衝突させることによって、渦輪全体が持つ速度を低下させると同時に、渦輪を形成しているトーラス状の高速な空気流を崩壊させ、匂い成分を拡散させる。２つの渦輪の衝突角等によって、渦輪の持つ運動量が残る場合でも、渦輪を形成する空気流は崩壊しているため、あたかも匂いが自然に流れてくる状況となるのである。人間の顔前にこの匂い場を生成すれば、人間が匂いを感じる状況として、より自然である。以下、匂い場の生成実験の内容およびその結果について説明する。

実験においては、渦輪が飛行する様子（軌道）や渦輪が崩壊する様子を観測するために、上述したように、空気砲２８に煙を詰め、放出された渦輪をハイスピードカメラで撮影するようにしてある。ただし、予め渦輪が衝突可能な範囲（匂い場の生成可能領域）を設定（知る）ために、まず、渦輪の飛行距離（移動距離）を測定した。移動距離の測定では、空気砲２８から水平方向に直線的に渦輪を放出し、その様子をハイスピードカメラで横から撮影した。撮影回数（渦輪の放出回数）は８回であり、１００ｍｍ間隔で１５００ｍｍまでの到達時間を測定した。ただし、最大移動距離を１５００ｍｍに設定したのは、煙の濃度低下により、渦輪ないし空気流を観測することが困難になるためである。この測定結果が図１２に示される。

図１２は、渦輪の射出後の経過時間（ｍｓ）に対する渦輪の飛行距離すなわち移動距離（ｍｍ）を示すグラフである。この図１２を参照すると、渦輪は１１００ｍｍ付近までは安定して飛行していることが分かる。また、図示は省略するが、ハイスピードカメラの映像を見ると、１１００ｍｍ付近を超えると、渦輪の移動方向（飛行方向）が上下にぶれることが確認された。したがって、実験環境においては、空気砲２８および３０の安定飛行距離は１１００ｍｍ付近であり、観測可能であった１５００ｍｍ程度では渦輪の軌道が不安定である。ただし、安定性を無視すれば、渦輪は１５００ｍｍより数メートル先まで到達する。

また、２台の空気砲２８，３０を用いて、衝突によって２つの渦輪の速度を効率よく低減させるには、当該２つの渦輪を正面衝突させるのが最適である。ただし、上述したように、この実施例では、任意の場所に匂い場を生成するようにしてあるため、常に２つの渦輪を正面衝突させるには、空気砲２８および３０自体を移動させる必要がある。これは、匂い提示装置１０としては、現実的ではない。そこで、空気砲２８および３０の配置位置は固定し、その可動範囲、射程内の衝突可能範囲において、匂い場の生成可能領域を設定してある。

上述したように、渦輪を観測可能な距離は１５００ｍｍ程度であるため、図１３（Ａ）に示すように、空気砲２８と３０との距離（水平距離）を１５００ｍｍに設定する。なお、図１３（Ａ）は実験環境（３次元空間）を上から見た状態を示す。空気砲２８および３０はＸ軸方向に直線的に配置され、その基準方向（正面）が当該Ｘ軸となす角度が±４５°に傾けられる。また、上述したように、空気砲２８，３０は、水平方向（左右方向）に回動可能であり、その角度は正面を基準にして±４５°である。したがって、空気砲２８から放出される渦輪と空気砲３０から放出される渦輪とが衝突する水平方向の範囲（水平衝突範囲）は、図１３（Ａ）の斜線部で示す範囲となる。

また、上述したように、空気砲２８，３０は、垂直方向（上下方向）に回動可能であり、その角度は正面を基準（０°）として、±３０°である。したがって、空気砲２８から放出される渦輪と空気砲３０から放出される渦輪とが衝突する垂直方向の範囲（垂直衝突範囲）は、図１３（Ｂ）の斜線部で示す範囲となる。ただし、図１３（Ｂ）に示す垂直衝突範囲は、空気砲２８と３０との配置位置の中間地点上（図１３（Ａ）に示す一点鎖線Ｐ上）の垂直衝突範囲である。

なお、Ｘ軸方向において衝突位置を空気砲２８または３０に近づけると、垂直衝突範囲のうち、空気砲２８または３０の近傍（図１３（Ｂ）の右側）では、その縦方向の範囲が狭くなる。これは、ターンテーブル４６の回転により、水平方向における放出口４２ａの向きが変化されるが、垂直方向では、脚４４の連結部で筐体４０を回動させることによって、放出口４２ａの向きを変化させるようにしているためである。また、Ｘ軸方向において衝突位置を空気砲２８または３０に近づけると、図１３（Ａ）からも分かるように、垂直衝突範囲のうち、Ｙ軸方向の範囲（図１３（Ｂ）に示す左側の範囲）も狭くなる。これは、空気砲２８，３０から放出される渦輪の最大飛行距離に起因する。

また、図１４に示すように、匂い場生成可能領域の設定範囲（厳密には、ＸＹ平面上の水平衝突範囲（Ｚ軸方向は一定））に複数の（ここでは、４つの）目標位置を設定し、各々の位置で匂い場が生成されるか否かを観測した。ただし、上述した場合と同様に、空気砲２８，３０には、煙を詰めて渦輪を目標位置に向けて放出し、その様子をハイスピードカメラで撮影し、撮影した映像を目視することにより、渦輪が衝突したか否かを確認した。そして、渦輪が衝突したことによって、匂い場が生成されたと判断した。

図１４を参照して分かるように、目標位置はＡ，Ｂ，ＣおよびＤであり、これらの目標位置Ａ，Ｂ，ＣおよびＤの各々について渦輪の衝突率を計測した。ただし、目標位置Ａ，ＢおよびＣは、空気砲２８および３０からの距離が、それぞれ、１０００ｍｍ，１５００ｍｍ，２０００ｍｍであり、目標位置Ｄは、空気砲２８からの距離が１５００ｍｍであり、空気砲３０からの距離が１０００ｍｍである。

なお、上述したように最大移動距離が１５００ｍｍであるが、目標位置Ｃを設定したのは、想定範囲外（射程外）の状況を確認するためである。

また、空気砲２８および３０は、上述のようにして測定した移動距離（飛行距離）と経過時間（到達時間）との関係から、目標位置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）までの距離における到達予想時間を算出し、その差分だけ時差をつけて放出するようにした（この実施例の時差放出アルゴリズム）。ただし、上述したように、目標位置Ａ，Ｂ，Ｃでは、空気砲２８および３０からの距離は同じであるため、時差を設ける必要はない。

測定回数（試行回数）は、目標位置Ａ，Ｂ，Ｃについては２０回とし、目標位置Ｄについては１５回とした。また、図示は省略するが、ハイスピードカメラで撮影した映像から、トーラス状の渦輪が崩壊し、渦輪を形成する空気流が消失することが観測された。

衝突率に関する評価実験の結果が表２に示される。表２では、衝突点（目標位置）に対応して、渦輪崩壊回数、接触後崩壊なし回数、接触せず回数および渦輪崩壊率が記述される。各回数は分数で表わされ、その分母が試行回数である。

この表２から分かるように、空気砲２８，３０からの距離が１０００ｍｍである目標位置Ａについては、渦輪崩壊率が１００％である。また、空気砲２８，３０からの距離が１５００ｍｍである目標位置Ｂについては、渦輪が衝突しない事象と、渦輪同士が接触するが崩壊せず併走したり、反発したりする事象とが確認された。さらに、空気砲２８，３０からの距離が２０００ｍｍである目標位置Ｃについては、渦輪崩壊率は低下し、衝突ないし接触によって渦輪が崩壊し難くなる。

したがって、渦輪が安定して飛行する範囲内（圏内）においては、ほぼ確実に目標位置で匂い場が生成されていると言える。また、渦輪同士が接触しても崩壊しない事象は、渦輪の持つ運動エネルギが低下し、接触時に崩壊を起こすことができなきなかったことが原因で発生したと考えられる。さらに、最大飛行距離を越える射程外において、渦輪崩壊率が低下するのは、渦輪の速度低下により、周りの気流の影響を受けやすい状況になり、渦輪の飛行が不安定になり、渦輪同士が衝突ないし接触しないからであると推測される。

また、空気砲２８からの距離が１５００ｍｍであり、空気砲３０からの距離が１０００ｍｍである目標位置Ｄについては、つまり放出時間に時差がある場合については、崩壊率が１００％であり、上述した時差放出アルゴリズムが正しく機能していることが推測される。

以上より、この実施例における匂い提示装置１０を用いれば、空気砲２８，３０の可動範囲、射程範囲では、ほぼ確実に匂い場を生成することができると言える。

第１実施例によれば、２台の空気砲から放出される渦輪を目標位置で衝突させるので、目標位置に匂い場を生成することができる。つまり、局所的に所望の匂いを提示することができる。

なお、第１実施例では、同じ構成の空気砲を２台用いるようにしたが、機能（放出口の大きさ、ストローク量、ストローク速度）の異なる空気砲を用いるようにしてもよい。ただし、かかる場合には、パラメータの設定および渦輪の放出時間の調整を個々にする必要がある。また、場合によっては、渦輪の大きさに差があり過ぎると、渦輪同士が衝突したとしても、大きい方の渦輪が崩壊しないこともあり、所望の位置に匂い場を生成できない不都合も生じる。
＜第２実施例＞
第２実施例の匂い提示装置１００は、１台の空気砲（たとえば、空気砲２８）を用いて匂いを提示するようにした以外は、第１実施例の匂い提示装置１０と同じであるため、重複した説明は省略することにことにする。具体的には、図１５に示すように、第２実施例の匂い提示装置１００は、第１実施例の匂い提示装置１０からモータドライバ２６、空気砲３０およびバルブコントローラ３４を削除したものである。

なお、図１５に示す匂い提示装置１００では、第１実施例の匂い提示装置１０に含まれる装置（機器）と同じ装置については、同じ参照番号を付してある。

上述したように、第２実施例の匂い提示装置１００では、１台の空気砲２８から飛行速度の異なる２つの渦輪を連続的に放出し、当該２つの渦輪を目標位置で衝突させるようにしてある。たとえば、１番目の渦輪（説明の便宜上、「第１渦輪」という。）を目標位置に向けて第１速度で放出した後、２番目の渦輪（説明の便宜上、「第２渦輪」という。）を目標位置に向けて第１速度よりも速い第２速度で放出する。ここで、第２速度は、第１渦輪が目標位置に到達する時間よりも、タイミング（放出時間）の差に相当する時間だけ速く（時間が短く）第２渦輪が目標位置に到達するように設定される。

なお、第１実施例で述べたように、渦輪の速度は、一度に空気砲２８から放出される空気の量（空気の体積またはその体積速度）に応じて変化させることができる。

また、第１渦輪および第２渦輪の両方に、同じ種類または異なる種類の匂い粒子を混入してもよく、第１渦輪および第２渦輪の一方に匂い粒子を混入し、他方に匂い粒子を混入しないようにしてもよい。このことは、第１実施例と同様である。

したがって、空気砲２８から放出される渦輪の到達可能な範囲において、目標位置に匂い場を生成することができ、匂いを提示することができる。

具体的には、図１６に示すように、空気砲２８から第１渦輪を放出するときと、第２渦輪を放出するときとで、放出パラメータ（たとえば、パラメータ１およびパラメータ２）を変化させて、第１渦輪の第１速度と、第２渦輪の第２速度とを設定する必要がある。ただし、空気砲２８は１台であり、目標位置までの距離が一定であるため、渦輪の速度を変化させるのみならず、放出時間（タイミング）を調整する必要もある。したがって、たとえば、ｔ_１秒後に目標位置に匂い場を生成する場合には、第１パラメータに従って空気砲２８を駆動して第１渦輪を放出し、前回空気砲２８を駆動してから時間差ｔ_１−ｔ_２に相当する時間が経過したときに、第２パラメータに従って空気砲２８を駆動して第２渦輪を放出する。

ただし、放出パラメータ（パラメータ１およびパラメータ２）は、時間差ｔ_１−ｔ_２が空気砲２８を連射するために必要な最小の時間Δｔよりも長くなるように、設定する必要がある。

第２実施例によれば、第１実施例と同様に、目標位置に匂い場を生成して、局所的に所望の匂いを提示することができる。

なお、これらの実施例では、３次元空間において、目標位置が固定的に決定される場合について説明したが、人間が当該３次元空間において移動する場合には、人間の鼻の現在位置から移動後における人間の鼻の位置（目標位置）を予測（算出）して、当該目標位置に匂い場を生成することもできる。

図１はこの発明の第１実施例の匂い提示装置の電気的な構成を示すブロック図である。図２は図１に示す空気砲の機械的な構成を示す斜視図である。図３は図１に示す空気砲のクランク機構を示す図解図である。図４は図１に示す匂い提示装置を設置した３次元空間において匂いを提示する様子を説明するための図解図である。図５は渦輪の飛行距離の時間変化の一例を示すグラフである。図６は渦輪の飛行距離の時間変化の他の例を示すグラフである。図７は渦輪の飛行距離の時間変化のその他の例を示すグラフである。図８は渦輪の飛行距離の時間変化のさらに他の例を示すグラフである。図９は渦輪の飛行距離の時間変化の他の例を示すグラフである。図１０は経過時間毎の渦輪飛行距離に対するストローク量およびストローク速度の寄与率と、経過時間毎の渦輪飛行速度に対するストローク量およびストローク速度の寄与率とを示すグラフである。図１１は放出パラメータが一定の場合における渦輪の飛行距離の時間変化と、放出パラメータが異なる場合における渦輪の飛行距離の時間変化とを示すグラフである。図１２は渦輪の飛行距離の時間変化の他の例を示すグラフである。図１３は実験環境における匂い場の生成可能範囲を示す図解である。図１４は実験において匂い場を生成する２次元位置を示す図解図である。図１５はこの発明の他の匂い提示装置の電気的な構成を示すブロック図である。図１６は放出パラメータを切り換える場合における渦輪の飛行距離の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１０，１００ …匂い提示装置
１２ …コンピュータ
１４ …ＣＰＵ
２０，２２ …カメラ
２８，３０ …空気砲
３２，３４ …バルブコントローラ
４０ …筐体
４０ａ …ポンプ
４２ …小筒
４２ａ …放出口
４４ …脚
４６ …ターンテーブル
４８ …クランク機構
４８ａ …板
４８ｂ …ピストン軸
４８ｃ …クランクシャフト
４８ｄ …カム
４８ｅ …ガイド

Claims

匂いを提示すべき目標位置を算出する目標位置算出手段、および
匂い粒子を含む渦輪を前記目標位置算出手段によって算出された目標位置に向けて放出する空気砲を備える匂い提示装置において、
前記空気砲は、第１匂い粒子を含む渦輪を第１速度で前記目標位置に向けて放出し、続いて、前記第１匂い粒子または前記第１匂い粒子とは異なる第２匂い粒子を含む渦輪或いは渦輪を前記第１速度よりも速い第２速度で放出して、前記渦輪を前記目標位置で強制的に崩壊させることを特徴とする、匂い提示装置。
匂いを提示すべき目標位置を算出する目標位置算出手段、および
匂い粒子を含む渦輪を前記目標位置算出手段によって算出された目標位置に向けて放出する空気砲を備える匂い提示装置において、
前記空気砲から放出された前記匂い粒子を含む渦輪を前記目標位置で強制的に崩壊させる別の空気砲、
一方の前記空気砲を、当該空気砲から一度に押し出す空気量または当該空気砲から押し出す空気の速度についての第１パラメータに従って駆動し、他方の前記空気砲を、前記第１パラメータと同じ値または異なる値の第２パラメータに従って駆動する駆動手段、
前記一方の空気砲から放出される第１渦輪の第１到達時間を当該一方の空気砲から前記目標位置までの距離に応じて算出するとともに、前記他方の空気砲から放出される第２渦輪の第２到着時間を当該他方の空気砲から前記目標位置までの距離に応じて算出する時間算出手段、および
前記時間算出手段によって算出された第１到達時間と第２到達時間とを比較し、その差を無くすように、前記第１渦輪または前記第２渦輪の放出時間を調整する調整手段を備え、
前記駆動手段は、前記調整手段によって調整された放出時間に従って、前記一方の空気砲を前記第１パラメータに従って駆動し、前記他方の空気砲を前記第２パラメータに従って駆動することにより、当該一方の空気砲から第１匂い粒子を含む前記第１渦輪を前記目標位置に向けて放出し、当該他方の空気砲から前記第１匂い粒子または前記第１匂い粒子とは異なる第２匂い粒子を含む前記第２渦輪或いは前記第２渦輪を前記目標位置に向けて放出することを特徴とする、匂い提示装置。
匂いを提示すべき目標位置を算出する目標位置算出手段、および
匂い粒子を含む渦輪を前記目標位置算出手段によって算出された目標位置に向けて放出する空気砲を備える匂い提示装置の匂い提示方法において、
前記空気砲は、第１匂い粒子を含む渦輪を第１速度で前記目標位置に向けて放出し、続いて、前記第１匂い粒子または前記第１匂い粒子とは異なる第２匂い粒子を含む渦輪或いは渦輪を前記第１速度よりも速い第２速度で放出して、前記渦輪を前記目標位置で強制的に崩壊させることを特徴とする、匂い提示方法。