JP5308706B2

JP5308706B2 - 視覚情報と融合した嗅覚情報提示装置

Info

Publication number: JP5308706B2
Application number: JP2008116545A
Authority: JP
Inventors: 実坂入; 彩子西村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-04-28
Also published as: JP2009265453A

Description

本発明は、視覚情報に合わせて、複数種類の香りを長時間安定して、しかもその香り強度、発生量を任意に変化させることを特徴とする嗅覚情報提示装置に関する。

従来、香りを発生させる技術に関しては、液体を気化させる方法、液滴を生成させそれを気化させる方法など、種々の方法が提案されている。一方、香り源を取り扱いやすくするために、特許文献１、特許文献２に記載されているような固体の香り源、すなわち、多孔質材料とこの多孔質材料の表面に付着した液体香り成分からなる香り源、また特許文献３に記載されている固体またはゲル状の香料、あるいは固形物に液体の香料を含浸させたものから成る香り源を用いた例がある。一方、特許文献４には、複数の香り物質を簡単に交換できるカートリッジの方法が記載されている。

特開２００３−３１０７４０特開２００３−３４３８７０特開２００４−１２１５９４特開２００５−３０４６０９

液体の香り源に比較して、固体の香り源を用いることにより、搬送などの際に液漏れがないなど、その取り扱いは非常に楽になる。しかし、特許文献１、２、３、４に記載されている方法では、固体の香り源から一定強度の香りしか発生させることができず、
香り強度を任意に変化させることができなかった。従って、視覚情報、聴覚情報に嗅覚情報を融合させる際に、画像情報にあわせて香り強度を変化させることができず、臨場感あふれる情報伝達という観点からは、嗅覚情報の提示に大きな欠点があった。

固体香り源を用いた方法において、画像情報に合わせて、香りを発生させるためのバルブの駆動条件、固体香り源の温度制御、バルブの駆動シーケンスにより、固体香り源からの香りの強度、発生量を任意に変化させる。

視覚情報に合わせて、固体香り源からの香りの強度、発生量を任意に変化させることにより、嗅覚情報の提示においてより臨場感のある情報を伝達することができる。

図１、図２に、本発明における映像に合わせた香り強度変化の説明図を示した。図１は、映像のカット変わり（シーン変化点）をシステムが検出し、当該カット変わりをトリガーとして、システムが香り発生装置を制御して香り強度を変化させる場合である。すなわち、ディスプレイ４５において、映像開始後Ｔ１時間後に、画像情報に組み込まれたシーン変化点をＰＣ３６内部の画像処理部により検出し、あらかじめＰＣ３６内もしくは外部の記憶装置において記憶された情報に基づいて、香り発生装置１の香りの種類と強度を決定し、香りを発生させるというものである。図１では、カップにペパーミント茶を注ぐ場合の映像（弱い香りに対応）から、飲むにあたってカップを近づけた場合の映像（強い香りに対応）に切り替える場合の例を示している。一方、図２は、システム(例えばPC３６内の画像処理部等の制御部)が映像時間をカウントしておき、あらかじめシステム内（例えばPC３６内もしくは外部の記憶装置等）に記憶された時間に到達したときに、香り発生装置を制御して香りの種類と香り強度を変化させる場合である。すなわち、画像処理部等の映像を制御する手段により、映像開始後Ｔ１時間の間は、ＰＣにあらかじめ記憶された情報に基づいて、カップにペパーミント茶を注ぐ場合の映像（弱い香りに対応）を示しておき、Ｔ１時間後は、飲むにあたってカップを近づけた場合の映像（強い香りに対応）に切り替えるというものである。画像情報としては、静止画でも動画でも良いことは言うまでもない。

上記を実現するためには、香り強度を変化させうる香り発生装置が必要となる。図３に、香り発生装置１を示した。この香り発生装置１は香り発生部２を内蔵しており、この香り発生部２は、シリンダー制御回路３、シリンダー制御回路用ケーブル４、バルブ５、香りカプセル６、香りカプセルカートリッジ７、ヒータ８、香りカプセルカートリッジ支え９より構成される。香りカプセルカートリッジ７で発生した香り成分は、送風ファン１０により、送風ガイド１１を通して、送風出口１２より装置外に送られる。また、香りカプセルカートリッジ７は、香りカプセルカートリッジ支え９によって、香り発生装置１の筐体内に固定されている。さらに、送風出口１２の水平面に対する角度は、香り発生装置支え１３を通して、香り発生装置用台１５上に設けられた角度可変用レバー１４により可変にできる。これは、香り発生装置１からの香りを嗅ぐ人の位置によって、送風出口１２の位置を変えるためである。

図４は、香り発生装置１を正面からみた図であるが、バルブ５やヒータ８の制御は、シリンダー制御回路用ケーブル４を介して、香り発生装置制御部１６によって行う。このとき、後述するように、バルブに用い通電する人工筋肉を冷却するためのバルブ部冷却用ファン１７を設けている。このバルブ部冷却用ファン１７により発生した空気流は、図５に示すように、ファンと対向する多孔板１８の穴から逃げるようになっている。

図６に、香り発生部２の詳細を示している。この例では、線材自体に通電すると緊張収縮し、非通電で弛緩伸長する性質を持つ金属系人工筋肉によるバルブを用いている。このバルブのバルブ先端２９が上昇すると、香りカプセル保持穴３３内に封じこまれていた香りカプセル６から気化した香り成分が外に出て、図４に矢印で示された、送風用ファン１０からの空気流によって香り発生装置外に送り出されることになる。ここでは、香り成分を送り出すのにＤＣファンを用いているが、ダイアフラムポンプのようなポンプを用いることもできる。

バルブ部に使用している人工筋肉は、通電を継続すると素材を傷めることになるので、通電のオンオフ制御が必要になるが、通電のオンオフ制御によりバルブ先端をほぼ定位置に保持することが可能であること、バルブの開閉が静かであること、オンオフ制御により消費電力量を小さくできる、高い微小運動も可能であるなどの特徴を有し、今回のようなバルブには好適であると考えられる。香り発生部支柱１９と香り発生部ブロック２０に支えられた人工筋肉ガイド２１により、人工筋肉２４がシリンダー２７の内部に設けられた人工筋肉支え２８を通して、シリンダー２７とバルブ先端２９を支えるようになっている。このような構造にすることによって、人工筋肉２４に通電すると人工筋肉２４が緊張収縮してバルブ先端２９がバルブガイド２２から上がり、香りカプセルカートリッジ７の香りカプセル保持穴３３に存在する香りカプセル６の上の空間が開き、香りカプセル６からの香り成分が外に漏れ出すことになる。このとき、香りカプセル６は、外にころがり出ないように、メッシュのような構造を持つ香りカプセル押さえ３０によって固定されていることがのぞましい。また、人工筋肉２４には通電するので、この材料が接する部分は絶縁材であることが必要である。従って、図６に示した、人工筋肉ガイド２１、シリンダー２７、人工筋肉支え２８、バルブ先端２９は、べスペル材、ＰＥＥＫ材などのような絶縁材を用いている。

一方、人工筋肉２４に通電をやめると、弛緩伸長して人工筋肉２４の長さは元に戻るので、バルブ先端２９はバルブガイド２２におさまる。バルブが閉じる際の時定数を短くするために、人工筋肉ガイド１８とばね押さえ２６の間に、バルブ用ばね２５を設けて開いた状態のバルブを押しもどすようにしておくことは重要である。この例では、バルブ先端２９において５ｍｍの駆動距離を確保するのに、人工筋肉２４の伸縮距離が５％程度であることを考慮して、人工筋肉２４全長を１００ｍｍ程度としている。なお、図６に示すように、香りカプセルカートリッジ７は、香り発生部支え板２３上の、バルブガイド２２と香りカプセルカートリッジ用板ばね３２ａ、３２ｂ、香りカプセルカートリッジ支え９の間に滑り込ませることによって簡単に装着できるようにすることは、香り成分が使用する環境にあまり拡散しないように短時間で作業するために非常に重要である。

図６における香りカプセルカートリッジ７では、直径が５ｍｍ、深さ５ｍｍの円柱状の９個の縦穴に、直径が５ｍｍ程度の香りカプセル６を配置する。香りカプセルカートリッジ７をカートリッジヒータのようなヒータ８によりヒータケーブル３１を介して室温から１００℃程度まで温度制御できるようにしてある。香りカプセルカートリッジ７とバルブガイド２２の面の接触性をよくするために、香りカプセルカートリッジ用板ばね３２ａ、３２ｂにより、バルブガイド２２の面に対して香りカプセルカートリッジ７の面を押し付ける構造とし、隙間から香りが逃げないようにすることは重要である。

香りカプセル６は、天然あるいは合成の香料を用いて、多糖類で食物繊維のひとつであるアルギン酸により直径が５ｍｍ程度のカプセルとして作製し、その作製は液中硬化被膜法で行っている。具体的には、アルギン酸ナトリウム水溶液が塩化カリウム溶液の中に入るとゲルになってゼリー状に固まることを利用しており、二重ノズルの内側に香り成分を、外側にアルギン酸ナトリウム水溶液を流して、塩化カリウム溶液の中に滴下することによって、香りカプセルが生成される。図７（ａ）に示すように、外観上は球形をしており、その色は内包する香料の元の色を反映し、黄色やオレンジ色などのカプセルになっている。香りカプセル６に用いる高分子膜の材料は、人に対する安全性を考える必要があり、上記のように、多糖類で食物繊維のひとつであるアルギン酸のような安全な材料を用いることが必要となる。また、カプセルを切断すると、図７（ｂ）のように、香料の核３４がひとつ存在する単核構造や、複数存在する多核構造になっている。その上で、香りカプセル６を使用する際には、図７に示すように、内部に存在する核の香り成分が気化しやすいように、通気孔を設ける。香りカプセル６の通気孔は、表面から中心に向かって開ける場合、表面から中心を通って貫通する場合、それらを複数設ける場合、表面から多数の通気孔を放射状に開ける場合、またそれらを組み合わせることで、香りカプセル内部の香り成分の気化を促進させるが、図７（ｃ）では、香りカプセル６にひとつの通気孔３５を設けた場合の香りカプセル６の外観図を示している。

図８に、香り発生装置の制御部の例を示した。ＰＣにより、インターフェイス３７を介して、バルブ駆動用リレー３８とバルブ駆動用電源３９、香りカプセルカートリッジ温度制御装置４０、送風ファン制御部４１、冷却ファン制御部４２により、それぞれバルブ５の開閉、香りカプセルカートリッジ７の温度、送風ファン１０の風量、冷却ファン１７の風量が制御されるようになっている。

図４、図５に示したように、人工筋肉２４が存在する部分はバルブ部冷却用ファン１７によって冷却されるようになっており、弛緩伸長する時間、すなわちバルブを閉状態にする時間を短縮するのに有効となる。図９に、その効果を計測した結果を示した。これは、温度５０℃に加熱したペパーミントを内包した香りカプセルを用いて、バルブを１分間開状態にした際の結果である。図９からわかるように、同じ時間にバルブを開閉したのにも関わらず、バルブ部冷却ファン１７による人工筋肉２４の冷却を行った場合には、約７０秒のところで開始されるピークの立下りが冷却しない場合よりも早くなっている。これは、人工筋肉２４が弛緩伸長してバルブが閉状態になる速度が速くなっていることを示しており、異なる香りを継続して発生させる場合に重要な特性となる。実際に、この特性をもとに、９種類の異なる成分（マンダリン、グレープフルーツ、ベルガモット、ユーカリ、セージ、パイン、ペパーミント、プチグレイン、タイム）のカプセルを香り発生装置にセットして、バルブを順番に開閉した際に得られる香りプロファイルを図８に示した。このとき、香りカプセルの温度は７０℃とし、バルブはそれぞれ１０秒間開状態（通電０．５秒間、非通電０．５秒間の１０回繰り返し）にした後、閉状態にすることを繰り返している。９成分の香り強度が異なるのは、検出に使用している半導体センサーの感度特性やセンサーに対する香りカプセルの位置による差が出ているためと考えられる。しかし、それぞれのピークの立ち上がりと立ち下がりに代表されるピーク形状はほぼ一致しており、人工筋肉２４の冷却機構を含めた、本方式によるバルブ駆動の再現性が非常に高いことを示している。

香り発生装置において、香りの発生量、強度を任意に変えられるようにすることは非常に重要であり、これらのパラメータは簡単に以下のように考えることができる。

香りカプセルカートリッジにおいて、ある時間だけバルブを開けた際の香り成分の発生量Ｗ（ｔ、Ｔ）は、香りカプセルからの香り成分が気体の拡散に従うこと、香りカプセルからの香り成分の発生量が香り成分の液体状態で近似できると仮定すると、香り成分の発生量を表す関数ｆ_１（ｔ）と、香り成分の温度変化を表す関数ｆ_２（Ｔ）を用いて、以下のように表すことができる。
Ｗ（ｔ、Ｔ）＝ｆ_１（ｔ）・ｆ_２（Ｔ）・・・（１）
ここで、ｔは時間、Ｔは温度を表す。まず、香り成分の発生量を表す関数ｆ_１（ｔ）について考察する。香りカプセルからの香りの発生は、バルブが開状態になって香りの拡散が開始され、バルブが閉状態になって香りの拡散が停止するという過程を経る。このとき、バルブが開状態になっている時間が十分に長ければ、香りの発生源が存在する条件下では、香りの強さがほぼ一定になる時間ｔ（ｔ_１＜ｔ＜t_２）が存在すると考えられる。また、単純な気体の拡散は時間と拡散の方向を関数とする指数関数で表現され、テーラー展開により、例えば６次の多項式で近似することができると考えられる。そこで、本香り発生装置の出口において香りの発生強度の時間変化を測定する場合を想定すると、バルブを開閉した直後での気体の拡散を考慮して、ｆ_１（ｔ）は以下のように場合分けをすることができると考えられる。
ｔ≦t_１のとき
ｆ_１（ｔ）＝∫（Ａ_１・ｔ^６＋Ａ_２・ｔ^５＋Ａ_３・ｔ^４＋Ａ_４・ｔ^３＋Ａ_５・ｔ^２＋Ａ_６・ｔ＋Ａ_７）ｄｔ・・・（２）
ｔ_１＜ｔ＜t_２のとき
ｆ_１（ｔ）＝∫Ａ₀ｄｔ・・・（３）
ｔ≧ｔ_２のとき
ｆ_１（ｔ）＝∫（Ａ_８・ｔ^６＋Ａ_９・ｔ^５＋Ａ_１０・ｔ^４＋Ａ_１１・ｔ^３＋Ａ_１２・ｔ^２＋Ａ_１３・ｔ＋Ａ_１４）ｄｔ・・・（４）
このとき、Ａ_０、Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７、Ａ_８、Ａ_９、Ａ_１０、Ａ_１１、Ａ_１２、Ａ_１３、Ａ_１４は定数である。ただし、バルブの開状態が短く、香りの発生が一定になる時間がない場合には、（３）の状態が省略される。
一方、香りの発生量と同様に制御すべきパラメータは、ある時間における香り強度Ｉ（ｔ、Ｔ）であり、以下の式で表される。
Ｉ（ｔ、Ｔ）＝ｄＷ（ｔ、Ｔ）／ｄｔ・・・（４）
本香り発生装置においては、香り強度を変化させうるパラメータとして、バルブに用いている人工筋肉の駆動電圧、香りカプセル温度、バルブ開閉の切り替えの３つが存在する。以下、３パラメータの結果について述べる。

まず、バルブに用いている人工筋肉の駆動電圧である。図１１に、長さ１００ｍｍの人工筋肉に印加した電圧による香りプロファイルの変化を示した。このとき、試料には５０℃に加熱したペパーミントを内包した香りカプセルを用いており、送風出口付近に設けた半導体のにおいセンサーで検出している。この結果から、バルブを開状態にする電圧には閾値があり５Ｖであること、バルブの駆動電圧と香りの強度（それぞれの香りプロファイルにおける３５−３９秒での強度の平均値）は５〜１５Ｖの範囲で比例していることがわかる。この性能をうまく活用すると、閾値付近の電圧も考慮して、バルブの駆動電圧の変化により、４倍程度香りの強度を変化させられることがわかる。また、香りプロファイルの電圧依存性を詳細にみていくと、電圧が１５Ｖの範囲では、香り強度が上昇する傾向にあった。また、駆動電圧が高いほどピークの立ち上がりが鋭く、バルブの開くスピードが早くなっていることが示唆される。

次に、香りカプセルの温度である。香り成分の温度変化を表すｆ_２（Ｔ）に関しては、以下のように考えることができる。温度の関数である香りカプセルからの香り成分の発生量は、液体状態の香り成分で近似できると仮定すると、以下のように考えることができる。一般に、純成分の飽和蒸気圧Ｐは、Ａｎｔｏｉｎｅの式により、温度Ｔ（Ｋ）を用いて以下のように表される。
Ｐ＝ｅｘｐ（Ａ−Ｂ／（Ｔ＋Ｃ））・・・（５）
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは成分特有の定数である。従って、ある温度における香りカプセルからの香りの発生量は飽和蒸気圧に比例し、せまい温度範囲（３０〜７０℃）では２次の多項式で近似できると仮定すると、ｆ_２（Ｔ）は以下のように簡単に表すことができる。
ｆ_２（Ｔ）＝Ｂ_１・Ｔ^２＋Ｂ_２・Ｔ＋Ｂ_３・・・（６）
このとき、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３は定数である。図１２に、ペパーミント香りカプセルを例に、香り発生量の温度変化を測定し、香りプロファイルと、香り強度（４１〜４５秒の平均値）と温度の関係をそれぞれ図１０（ａ）、（ｂ）に示した。これから、ｆ_２（Ｔ）は
ｆ_２（Ｔ）＝０．５９Ｔ^２＋２７Ｔ＋３４０・・・（７）
と近似でき、しかもそのときの相関係数は０．９９と非常に高い値であり、３０から７０℃というせまい温度範囲では、ｆ_２（Ｔ）における上記の近似の妥当性が確認される。この温度変化を３０〜７０℃の範囲で活用すると、約１０倍の香りの強度差をつけることができることになる。
最後に、バルブのシーケンスである。まず、香り強度が一定となる時間が存在しない香りプロファイルを生成する条件を求める。例えば、そのひとつは、香りカプセル温度が７０℃のときに、バルブを３秒間開状態にして、その後閉状態にした場合の香りプロファイルである。その香りプロファイルを図１３に示した。これを、ピークの最大値を示す時間（ｔ＝１３秒）の前後で切り分け、式（２）（４）に示すように、それぞれを６次の多項式で近似すると、このときのＩ_Ｂ（ｔ、Ｔ）は以下のように記述することができる（図１３参照）。
・ｔ＜１３秒のとき、
Ｉ_Ｂ（ｔ、Ｔ）＝６×１０^-5ｔ^６−０．００１７ｔ^５＋０．０１１ｔ^４＋０．０８７ｔ^３−０．９４ｔ^２＋２．４ｔ
−１．６・・・（８）
（相関係数０．９９）
・ｔ≧１３秒のとき
Ｉ_Ｂ（ｔ、Ｔ）＝５×１０^-１１ｔ^６−２×１０^-８ｔ^５＋５×１０^-６ｔ^４＋０．０００５ｔ^３−０．０２８ｔ^２
-０．９３ｔ＋１７・・・（９）
（相関係数０．９９）
これを基本香りプロファイルとして、バルブを３秒間開状態にした後のバルブの閉状態の時間を変化させることによって、中間的強度を出すことが可能となる。例えば、図１４に示すようなバルブシーケンスに基づいて、バルブ閉状態の時間１、２、３、６、９秒としたときの香りのプロファイルの計算曲線と実測曲線を比較した結果を図１５に示した。これは、３秒間開状態、Ｎ秒間閉状態（Ｎ＝１、２、３、６、９）を８回繰り返した場合の結果であり、計算曲線は基本香りプロファイルの単純な足し合わせとして計算している。すなわち、
計算曲線＝Σ（Ｉ_Ｂ（ｔ、Ｔ）＋Ｉ_Ｂ（ｔ＋Ｎ、Ｔ）＋Ｉ_Ｂ（ｔ＋２Ｎ、Ｔ）・・・・＋Ｉ_Ｂ（ｔ＋８Ｎ、Ｔ））
・・・（１０）
である。図１５の結果からもわかるように、閉状態の時間を伸長させることによって、完全に開状態のときの香りの中間的強度を発生させていることがわかる。このとき、例えば、３１〜４０秒における強度の平均値Ｉ_ＡとＮの関係をプロットすると、図１４のような関係にある。これは、近似的にＩ_Ａ＝１．１６Ｎ^２−１９．４Ｎ＋９９．２（相関係数０．９９）と表されることを示しており、香りの強度に変化を設ける際のひとつの指標になる。以上のように、バルブシーケンスの工夫によって、約４倍の香りの強度差を設けることができることが確認された。なお、Ｎ＝１秒のときに、計算曲線と実測曲線の差が大きくなっているのは、人工筋肉を用いたバルブでは開閉にはタイムラグがあり、Ｎ＝１秒のように閉状態時間を短くすると、実際のバルブの開閉が追随できなくなっているためである。

以上をまとめると、バルブの駆動電圧を変化させるモード（バルブ駆動電圧モード）で約４倍、香りカプセル温度を変化させるモード（温度変化モード）で約１０倍、バルブシーケンスを変化させるモード（バルブシーケンスモード）で約４倍の香りの強度差を設けることができることになる。これは、合計で約１６０倍に相当する。この結果に基づき、香りの強度差を設ける際の考え方を図１７に示した。１０倍以内香りの強度差を設ける場合には、バルブ駆動電圧モード、あるいはバルブシーケンスモード、あるいはその併用により行うことが有効である。一方、１０倍以上の大きな強度差を設ける場合には、温度変化モードを基本に、バルブ駆動電圧モードとバルブシーケンスモードを併用することが有効である。

さて、温度変化モードであるが、バルブ駆動電圧モード、バルブシーケンスモードと異なり、香りカプセル温度を変化させるには１０〜３０分程度の時間を要する。従って、操作の途中で温度を変化させるのではなく、あらかじめ香りカプセルカートリッジ上に、いくつかの温度の香りカプセル保持穴３３を準備しておくのが有効である。その例を図１８、図１９に示した。図１８では、香りカプセルカートリッジを異なる温度領域に分割して、それぞれを個別ヒータ４３ａ、４３ｂ、４３ｃにより個別に温度制御している。このとき、熱絶縁材４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄを用いて、異なる温度領域を分割しておくことは有効である。その一例を図２０に示した。これは、香りカプセルカートリッジを３領域に分け、それぞれの温度を３０℃、６０℃、６５℃に設定した場合の結果で、香りカプセルの温度特性に即した香り強度が観測されている。この方法により、バルブの開閉だけで温度変化モードを実施することができ、時間は要しない。図１９に示したのは、温度制御の簡易版であり、香りカプセルカートリッジ７を、ペルチェ素子のようなふたつの個別ヒータ４３ｃ、４３ｄではさみ、片や７０℃、片や３０℃というようにして、温度分布を直接つけてしまうという方法である。先の方法よりは温度制御の精度が悪くなるが、簡便にできる。さて、このように、香りカプセルカートリッジにあらかじめ異なる温度領域を設けておくためには、香りカプセル保持穴３３を多数有する香りカプセルカートリッジ７を準備する必要があるが、本方式では１チャンネルあたりの香りカプセルが小さいので、まさに本方式の利点を生かすことができる。

以上のような本香り発生装置の特性を生かして、視覚情報、聴覚情報と嗅覚情報の融合を実施した。実際には、図２１に示すように、被験者に、ディスプレイからの視覚情報、スピーカからの聴覚情報に加え、今回開発した香り発生装置からの嗅覚情報を提供するようにした。図２２に示す例では、視覚情報、聴覚情報として、カップに入れたペパーミント茶にお湯を注ぐ際の映像と音、カップを近づけて飲む際の映像と音を作製し、そのタイミングに併せて、強弱をつけたペパーミントの香りを放出するようにしている。すなわち、ポットにお湯を入れる際の映像（０−２０秒）には全く香りを発生させずに、カップにペパーミント茶を注いでいる際の映像（２０−４０秒）には弱い香りを、そして飲むときの映像（４０−６０秒）強い香りを発生させるようにする。このとき、システムに映像時間をカウントさせておき、映像開始後２０秒、４０秒後に、それぞれ、弱い香りを発生させるバルブシーケンス（香りシーケンス１）、強い香りを発生させるバルブシーケンス（香りシーケンス２）に切り替えている。得られた香りプロファイルを同じ図２２に示した。このふたつのシーケンスを具体的に表現すると、香りシーケンス１（香りカプセル温度７０℃、３秒間バルブ開状態と９秒間バルブ閉状態の８回繰り返し）、香りシーケンス２（香りカプセル温度７０℃、３秒間バルブ開状態と１秒間バルブ閉状態の８回繰り返し）となる。香りの提示において、香りの強度が均一ではなく、画像や音に合わせて強弱をつけることによって、より臨場感の増した情報を伝達することができる。

５０℃に加熱したペパーミント香りカプセルを用いて、バルブを１５、３０、６０、１２０秒間開状態にした際の香り強度の時間変化（以下、香りプロファイルと呼ぶことにする）を測定し、結果を図２３に示した。この結果からわかるように、バルブが開状態になって香りの放出が開始されてその信号強度が上昇し、バルブが閉状態になって香り強度が減少していく。このとき、バルブが開状態になっている時間が長くなると、香りの強度がほぼ一定になる時間が表れる。今回の条件では、それが３０秒以上であった。これらの結果は、（２）（３）（４）に示す仮定が妥当であることを示しており、バルブの開状態によって、香りの発生量は、（２）（３）（４）、あるいは（２）（４）の組み合わせで表現できると考えられる。

図２３で示したように、バルブの開状態が十分に長いと、その香りプロファイルはほぼ台形として捉えることができるので、香りの発生が安定している場合、式（３）から、香りの発生量は香りが発生している時間に比例関係にあると考えられる。そこで、Ｗ（ｔ、Ｔ）とバルブの開状態の時間ｔ_ｏｐｅｎとの関係を検討し、結果を図２４に示した。Ｗ（ｔ、Ｔ）はそれぞれの香りプロファイルの面積としている。このとき、両者の関係は、Ｗ（ｔ、Ｔ）＝１８．３ｔ_ｏｐｅｎ＋３５８（相関係数０．９９）と単純な一次関数で表現されることがわかった。すなわち、一定の温度条件下では、ひとつの香りカプセルからの香りの発生量Ｗ（ｔ、Ｔ）は、簡単にバルブの開状態の時間で推定できることが確認された。これは、香りカプセルの寿命を推定するのに有効である。例えば、図２４に示す実験では、香りカプセルを５０℃に保持しており、バルブを１時間開状態にした際の重量減少は約２ｍｇであり、現在の香りカプセルの製法では３０ｍｇの香りカプセル（直径５ｍｍ程度のカプセル）中には１５ｍｇ程度香り成分が内包されていると推定されるので、ひとつの香りカプセルの連続使用時間は、香りカプセルの温度が５０℃のとき、約７時間と推定される。実際に、香りカプセルから香りがほとんど発生しなくなる時間がバルブ開状態の総時間６時間であり、良い一致を示した。

さて、香りカプセルに内包される香りの量はその大きさに依存している。従って、香りカプセルの寿命を延ばすために、その大きさを大きくしたい場合が出てくる。この場合、気体の拡散から考えてバルブの大きさを大きくする必要はないので、図２５に示すように、バルブガイド２２の穴系より香りカプセルカートリッジ７の穴系を大きくして、より大きな香りカプセル６を用いるようにすることは、香りカプセルの寿命を延ばす観点から有効である。また、図２５に示す例では、ひとつの穴に２個づつ香りカプセルを入れているが、香りの強度を強くした上に、寿命も延伸できることになる。

嗅覚情報提示に関しては、これまでの手法ではPCにより指定した香りを一定強度で提示するものが多い。嗅覚提示の理想は、香りスキャナーにより香り発生源の物質の特定（定性分析）、香りの強度と時間変化（定量分析）を高速に行い、その情報を香り発生装置に伝達して、同じ香りとその変化を情報の受け手に速やかに提示するというものである。以下のような手法はそのひとつである。

リアルタイム質量分析技術を用いた香りスキャナーにより、香り発生源における香り成分の定性、定量分析を行う。この過程で得られるパラメータは、基本的に質量スペクトルの時系列データであり、これらの質量スペクトルの解析から、香り成分の同定と香り強度の時間的変化の解析を行う。次に、香りカプセルの選択と香り発生装置における香り発生条件の設定を行う。先の過程で得られた結果をもとに、発生すべき香りカプセルの選択を行う。その上で、融合すべき視覚、聴覚情報にあわせて、香り強度の時間変化を示す香りプロファイルを決定する。最後に、上記設定条件に基づいた香りの提示、すなわち香りを発生させる。

上記のプロセスにおいて、水晶振動子、あるいは半導体センサーのようなにおいセンサーは小型で簡便に使用できるという大きなメリットがあるが、気体分子に対する選択性が高くないため、実際の利用シーンで夾雑成分が多数存在する中で、目的の香り成分がどのように時間的変化をしているかをリアルタイムに計測することは困難である。また，検出感度もそれほど高くない。

そこで、リアルタイム質量分析技術を用いて、目的の香り成分の時間変化をリアルタイムで高感度に計測することは有効である。リアルタイム質量分析技術を用いた香りスキャナーの構成図を図２６に示した。

この装置では，外気をダイアフラムポンプ４９により、吸気口４７より連続吸引し（流量０〜１．５L/min）、香り成分に由来する気体分子をコロナ放電を用いた逆流型大気圧化学イオン源４８によりイオン化し、生成したイオンを真空ポンプ５１で真空に引かれたイオントラップ型質量分析部５０に導入し、検出器５２、データ処理装置５３により質量スペクトルを測定する。

イオントラップ型質量分析計は高周波電界を用いて質量分析を行う装置であり、得られる質量スペクトルは、横軸が観測されるイオンの質量数／電荷（m/z）、縦軸がイオンの強度を表す。香り成分に由来する分子のイオンは、観測されたイオンのm/ｚから容易に同定することができるので、そのイオンの時間変化を解析することによって、ある利用シーンにおける香りプロファイルを測定できることになる。

試料にペパーミント茶を用いた際のイオントラップ型質量分析計により得られる質量スペクトルの例を図２（ａ）に示した。天然のペパーミントは１０００種類もの成分から構成されていると言われるが、その主成分はメントン（分子量１５４）、リモネン（分子量１３６）などである。ここで使用している逆流型大気圧化学イオン源では、正イオンの測定モードの場合、気体分子Ｍにプロトンが付加した正イオン（Ｍ＋Ｈ）^＋が生成する。従って、ｍ／ｚ＝１５５に観測されるメントン、シオネール由来の正イオン、ｍ／ｚ＝１５３に観測されるピペリトン、プレゴン由来の正イオン、ｍ／ｚ＝１３７に観測されるリモネン由来の正イオンなど、ペパーミントに特徴的な質量スペクトルが得られる．また、観測されるm/z＝１５５のイオン強度は、図２（ｂ）に示すように、吸気口４７からの吸気量が１．５Ｌ／ｍｉｎ程度の場合、外気を連続吸引する吸気口からの距離に強く依存し、５ｃｍ程度ではほぼセロとなる。この距離依存性は、図２７（ｂ）の点線で示すように、ほぼ指数関数で近似できる。一般に、人の呼吸は一回で数百ｍｌ程度なので、無風状態では鼻を対象物にかなり近づけないと香りを嗅ぐことはできないが、この結果は実態を反映している。外部環境の風などを考慮する場合には、その状況にあわせた距離依存性のデータを取得すれば、実態を反映させることができる。

なお、実際の利用シーンでは，目的の成分以外に多数の夾雑成分が存在することになるので、今回のように、単純な質量スペクトルを測定するだけでは観測されるイオンのm/ｚの値が重なる場合があるために、香り成分の定性、定量ができない場合がでてくると考えられる。この場合は、イオントラップ型質量分析計で中性分子との衝突による衝突解離の特性を生かして、夾雑成分を排除する質量分析／質量分析測定モードを用いることは有効である。

実施例１で用いた図２２を用いて、香りスキャナーの利用の仕方を説明する。

香りスキャナーによって、ペパーミント茶にお湯を注いでいる状況に相当する場合のペパーミント由来のイオン（m/z＝１５５）を検出し、その強度を測定した。次に、ペパーミント茶を飲んでいる状況に相当する場合のペパーミント由来のイオン（m/z＝１５５）を検出しその強度を測定した。実際には、鼻とカップの相対的な位置を踏まえて、図２２（ａ）に相当するポットにお湯を注いでいる場合に対応して、香りスキャナーの吸気口をカップ上からの距離約１５ｃｍ程度に設置し、ペパーミント茶がカップに入り香りを楽しんでいる場合に対応して、香りスキャナーの吸気口をカップ上のからの距離約２ｃｍ程度に設置した。一方、ペパーミント茶を飲んでいる場合に対応して、香りスキャナーの吸気口をカップ上からの距離約０．５ｃｍ程度に設置した。このような条件下で測定したとき、ペパーミント由来のイオンは距離０．５ｃｍ程度のときのほうが２ｃｍのときに比較して、約５倍強度が強いことが香りスキャナーの測定結果により確認された。

上記検出結果を踏まえて、実施例１で述べたような香りシーケンスを設定して、ペパーミント茶の香りを楽しむ映像に対しては、弱い香りを発生させるバルブシーケンス（香りシーケンス１）を、飲むときにカップを近づける際の映像には、最初から強い香りを提示するバルブシーケンス（香りシーケンス２）を選択することになる。これにより、香りスキャナーで計測した結果にあわせて、香りの強度をつけることが可能となる。

また、本実施例における利用者とディスプレイの相対的な位置関係と、香り強度の関係を装置の記憶手段に記憶しておき、当該関係を用いて、実施例１に記載したように制御部により装置各部を制御することによって、利用者の位置関係と映像シーンに併せた香りを発生させることが出来、より臨場感のある空間提供が可能となる。

また、上記各実施例で示した嗅覚情報提示装置において、ディスプレイ上部もしく下部、側面もしくはその近傍に利用者との相対的な位置関係を計測する位置センサ、例えば光学式位置センサ等を設けることで、利用者の位置を測定し、当該計測結果と上記記憶手段に記憶される香り強度との関係から、映像シーンと連動した最適な香り強度で香りを提供することが可能となる。
こうすることで、利用者の利用形態に応じた最適な香りの提供が可能となる。

本発明による香り発生装置は、香り付きディスプレイ、商品案内ディスプレイなどの情報分野、快適ドライブ空間実現に向けた自動車分野、仕事効率化に向けたオフィス分野、臨場感あふれるゲーム実現に向けたゲーム分野、快適空間創造のためのホーム分野など、多岐にわたる応用が見込める。

本発明の映像に合わせた香り強度変化の説明図。本発明の映像に合わせた香り強度変化の説明図。本発明の香り発生装置の断面図。本発明の香り発生装置の外観図。本発明の香り発生装置の外観図。本発明の香り発生部。本発明の香りカプセルの外観図と断面図。本発明の制御部。本発明の人工筋肉部の冷却効果。本発明の異なる香り成分の発生。本発明のバルブ駆動電圧変化。本発明の香りカプセルの温度変化。本発明の基本香りプロファイル。本発明のバルブシーケンス。本発明のバルブシーケンスモードにおける実測と計算の比較。本発明のバルブシーケンスモードによる香り強度変化例。本発明の香り強度変化のスキーム。本発明の個別温度制御の香りカプセルカートリッジ例。本発明の個別温度制御の香りカプセルカートリッジ例。本発明の個別温度制御例。本発明の応用例。本発明の応用例。本発明のバルブ開状態時間変化による香り発生量の変化。本発明の香り発生量のバルブ開状態時間変化。本発明の香り発生部。本発明の香りスキャナーの構成。本発明の香りスキャナーによる計測結果の例。

符号の説明

１・・・香り発生装置、２・・・香り発生部、３・・・シリンダー制御回路、４・・・シリンダー制御回路用ケーブル、５・・・バルブ、６・・・香りカプセル、７・・・香りカプセルカートリッジ、８・・・ヒータ、９・・・香りカプセルカートリッジ支え、１０・・・送風用ファン、１１・・・送風ガイド、１２・・・送風出口、１３・・・香り発生装置支え、１４・・・角度可変用レバー、１５・・・香り発生装置用台、１６・・・香り発生装置制御部、１７・・・バルブ部冷却用ファン、１８・・・多孔板、１９・・・香り発生部支柱、２０・・・香り発生部ブロック、２１・・・人工筋肉ガイド、２２・・・バルブガイド、２３・・・香り発生部支え板、２４・・・人工筋肉、２５・・・バルブ用ばね、２６・・・ばね押さえ、２７・・・シリンダー、２８・・・人工筋肉支え、２９・・・バルブ先端、３０・・・香りカプセル押さえ、３１・・・ヒータケーブル、３２ａ、３２ｂ・・・香りカプセル保持部用板ばね、３３・・・香りカプセル保持穴、３４・・・香り成分の核、３５・・・香りカプセル通気孔、３６・・・ＰＣ、３７・・・インターフェイス、３８・・・バルブ駆動用リレー、３９・・・バルブ駆動用電源、４０・・・香りカプセルカートリッジ温度制御装置、４１・・・送風ファン制御部、４２・・・冷却ファン制御部、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４４ｅ・・・個別ヒータ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ・・・熱絶縁材、４５・・・ディスプレイ、４６・・・スピーカ、４７・・・吸気口、４８・・・逆流型大気圧化学イオン源、４９・・・ダイアフラムポンプ、５０・・・イオントラップ型質量分析部、５１・・・真空ポンプ、５２・・・検出器、５３・・・データ処理装置

Claims

高分子の膜で覆われ、該膜の表面あるいは内部に液状の香り成分を有する香り源と、
前記香り源から放出された香り成分を外部に放出する放出口と、
前記香り源から放出される前記香りの流路を開閉させるように制御するバルブと、
前記香り源を加熱する加熱手段と、
前記香り成分を外部に送り出すための送風機構と、
前記バルブの開閉を少なくとも制御する制御部と、
該香り源を複数保持し、該香り源を各々取り出しできるカートリッジと、
所定の画像情報を記憶する記憶手段と
当該画像情報を表示可能な表示部と、
当該画像情報を当該表示部に映像として表示させる画像処理部とを備え、
前記記憶手段は、当該映像の表示時間におけるシーン変化点の時間情報を少なくとも記憶し、
前記制御部は、前記時間情報に応じて前記香り成分が前記放出口から放出される香り成分の放出量を制御し、
前記香り源は、前記高分子の膜中に前記液状の香り成分を封入し、且つ、内部に封入された香り成分の気化を促進するために、香り成分の通気孔を単一、あるいは複数設けた香りカプセルであることを特徴とする嗅覚情報提示装置。
高分子の膜で覆われ、該膜の表面あるいは内部に液状の香り成分を有する香り源と、
前記香り源から放出された香り成分を外部に放出する放出口と、
前記香り源から放出される前記香りの流路を開閉させるように制御するバルブと、
前記香り源を加熱する加熱手段と、
前記香り成分を外部に送り出すための送風機構と、
前記バルブの開閉を少なくとも制御する制御部と、
該香り源を複数保持し、該香り源を各々取り出しできるカートリッジと、
所定の画像情報を記憶する記憶手段と
当該画像情報を表示可能な表示部と、
当該画像情報を当該表示部に映像として表示させる画像処理部とを備え、
前記画像処理部は、当該映像のシーン変化点を検出し、当該シーン変化点における時間情報を前記記憶手段に少なくとも記憶させ、
前記制御部は、前記時間情報に応じて前記香り成分が前記放出口から放出される香り成分の放出量を制御し、
前記香り源は、前記高分子の膜中に前記液状の香り成分を封入し、且つ、内部に封入された香り成分の気化を促進するために、香り成分の通気孔を単一、あるいは複数設けた香りカプセルであることを特徴とする嗅覚情報提示装置。
請求項１に記載の嗅覚情報提示装置において、
前記制御部は、前記時間情報に応じて前記香り成分の放出量を制御するときに、前記バルブの開閉動作、加熱手段の少なくともいずれかを制御することを特徴とする
嗅覚情報提示装置。
請求項１に記載の嗅覚情報提示装置において、
前記制御部は、前記バルブの駆動スピード、前記香り源の温度、前記バルブのシーケンス制御のいずれかにより、香りの強度、あるいは香り発生量を、前記画像情報に同期して変化させることを特徴とする嗅覚情報提示装置。
請求項１に記載の嗅覚情報提示装置において、
前記香り源は香り成分を覆う高分子の膜を有し、前記高分子がアルギン酸から生成されていることを特徴とする嗅覚情報提示装置。
請求項１に記載の嗅覚情報提示装置において、
前記香り源からの香り成分の出口の角度が可変であることを特徴とする嗅覚情報提示装置。
請求項１に記載の嗅覚情報提示装置において、
前記香り源を複数保持する香りカプセルカートリッジにより、前記香り源の取り出しを行うことを特徴とする嗅覚情報提示装置。
請求項７に記載の嗅覚情報提示装置において、
前記加熱手段は、前記香りカプセルカートリッジに複数保持された前記香り源の各々の温度を独立して制御する加熱素子を有することを特徴とする嗅覚情報提示装置。
請求項１に記載の嗅覚情報提示装置において、
前記表示部に対向する利用者との相対的な距離を計測する手段と、
当該計測した結果を基に、
前記制御部は前記香り成分の放出量を制御することを特徴とする嗅覚情報提示装置。