(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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)基準となる基準におい及び測定対象である被測定においをそれぞれ前記ｍ個のにおいセンサにより測定した測定結果に基づいて両においの質の差異に対応する第１指標値を算出するものであって、異なる濃度の基準においの測定結果に基づいて、前記ｍ個のにおいセンサでそれぞれ得られる検出信号により各軸が形成されるｍ次元空間内に検量線を作成するとともに、被測定においの測定結果で表される測定点を同空間内に位置付け、前記測定点から前記検量線に対する正射影又はそれに相当する投影を行って該検量線上の射影点を求め、その射影点と測定点との間の離間の程度、又は離間の程度を射影点若しくは測定点から原点までの距離で規格化したものに基づいて第１指標値を算出する第１指標値算出手段と、
c)前記射影点と原点との間の離間の程度、及び前記検量線上の所定の基準点と原点との間の離間の程度とに基づいて前記両においの強度の差異に対応する第２指標値を算出する第２指標値算出手段と、
d)基準においに対する被測定においの差異の程度を、前記第１及び第２指標値又はそれらから換算した別の指標値を用い、においの質と強度とに区分して表すにおい差表現手段と、
を備えることを特徴とするにおい識別装置。
【請求項２】
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)基準となる基準におい及び測定対象である被測定においをそれぞれ前記ｍ個のにおいセンサにより測定した測定結果に基づいて、両においの質の差異に対応する第１指標値を算出するものであって、前記ｍ個のにおいセンサでそれぞれ得られる検出信号により各軸が形成されるｍ次元空間内に、基準においの測定結果で表される基準点と被測定においの測定結果で表される測定点とをそれぞれ位置付け、原点を始点として基準点を終点とする基準においベクトルと原点を始点として測定点を終点とする被測定においベクトルとを求め、前記基準においベクトルと被測定においベクトルとのなす角度に基づいて第１指標値を算出する第１指標値算出手段と、
c)前記基準においベクトルと被測定においベクトルとのそれぞれの長さに基づいて前記両においの強度の差異に対応する第２指標値を算出する第２指標値算出手段と、
d)基準においに対する被測定においの差異の程度を、前記第１及び第２指標値又はそれらから換算した別の指標値を用い、においの質と強度とに区分して表すにおい差表現手段と、
を備えることを特徴とするにおい識別装置。
【請求項３】
前記におい差表現手段は、前記第１指標値又はその換算値を第１軸に、前記第２指標値又はその換算値を第２軸にとったグラフを作成することを特徴とする請求項１又は２に記載のにおい識別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のにおい（香気、臭気など全て含む）の類似性や相違性を識別するにおい識別装置に関し、特に、飲食品類、化粧品類、薬品類など、特有のにおいを有する商品におけるにおいの検査や評価などに好適なにおい識別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、においに関する機器分析では、ガスクロマトグラフ装置やガスクロマトグラフ質量分析計などを用いた成分分析が主流である。しかしながら、こうした成分分析では、測定時間が掛かる、測定に熟練を要する、試料に対して得られる信号の種類が非常に多くその解析や解釈が困難である、更には、人間の嗅覚による官能値との相関がない、などの様々な問題がある。
【０００３】
これに対し、近年、におい物質に対して応答するにおいセンサを利用したにおい測定装置が開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２、及び非特許文献１など参照）。このようなにおい測定装置では、複数のにおいセンサにより取得された検出信号を基に、クラスター分析、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】
【特許文献１】
特開平１１−３５２０８８号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２６９２号公報
【非特許文献１】
喜多純一、青山佳弘、ほか７名著、「におい識別装置の開発」、島津評論、Vol. 59 No.1・2  2002年11月、p.77-p.85、株式会社島津製作所
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば主成分分析では、複数の主成分軸から成る空間内に多数の試料を測定した結果をそれぞれの測定点として位置付けたグラフが作成され、その測定点同士の位置関係により、においの類似性や相違性を判断することができる。しかしながら、主成分分析では本質的にセンサ出力の相対的な比較しか行うことができず、例えば、同時に測定する多数の試料の選び方によっては、比較的類似性の高いにおい同士であってもグラフ上では非常に離れた位置に表示されたり、逆に、類似性の乏しいにおいであるにも拘わらずグラフ上では近くに表示されたりすることがある。そのため、こうした測定結果は測定者に誤解を与える場合も多く、また、測定対象もかなり限定されてしまうという問題がある。
【０００６】
また別の方法として、基準においの測定結果と被測定においの測定結果とのユークリッド距離を計算し、その距離から両においの類似性や相違性を判断する手法もある。しかしながら、この場合、両においの絶対的な差異を求めることはできるものの、その差異がにおいの強度の差であるのか、或いはにおいの質の差であるのかは全く識別することができない。そのため、例えば飲食品類、化粧品類、薬品類等のにおいの評価を行う際に、本来のにおいとは異なる他のにおいが混入しているのか、それとも、本来の量よりも多量の香料を添加してしまったのかの区別を行うことができず、必ずしも充分な評価や検査が行えないとい問題がある。
【０００７】
本発明はこうした点に鑑みて成されたものであり、その主たる目的は、においの質及び強さを区別しつつ複数のにおいの類似性又は相違性を判定することができるにおい識別装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、こうしたにおいの識別結果を視覚的に理解容易で且つ測定者が誤った判断をしにくいように表現するにおい識別装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された第１発明に係るにおい識別装置は、
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)基準となる基準におい及び測定対象である被測定においをそれぞれ前記ｍ個のにおいセンサにより測定した測定結果に基づいて両においの質の差異に対応する第１指標値を算出するものであって、異なる濃度の基準においの測定結果に基づいて、前記ｍ個のにおいセンサでそれぞれ得られる検出信号により各軸が形成されるｍ次元空間内に検量線を作成するとともに、被測定においの測定結果で表される測定点を同空間内に位置付け、前記測定点から前記検量線に対する正射影又はそれに相当する投影を行って該検量線上の射影点を求め、その射影点と測定点との間の離間の程度、又は離間の程度を射影点若しくは測定点から原点までの距離で規格化したものに基づいて第１指標値を算出する第１指標値算出手段と、
c)前記射影点と原点との間の離間の程度、及び前記検量線上の所定の基準点と原点との間の離間の程度とに基づいて前記両においの強度の差異に対応する第２指標値を算出する第２指標値算出手段と、
d)基準においに対する被測定においの差異の程度を、前記第１及び第２指標値又はそれらから換算した別の指標値を用い、においの質と強度とに区分して表すにおい差表現手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態、及び効果】
すなわち、１種類のにおいを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れぞれ検出信号が得られるため、ｍ個のデータが生成されることになる。これらは数学的には、ｍ次元空間における１つの点で表される。例えば濃度のみが相違する同一の基準においをそれぞれ測定すると、上記ｍ次元空間内では濃度変化に伴って点が或る方向に移動するから、その点を繋ぐ１本の線（直線又は曲線）或いはベクトルを考えることができる。この線をいま検量線と看做す。一方、被測定においの測定結果も同様に上記ｍ次元空間内の１個の測定点として位置付けられる。そこで、この測定点と上記検量線との関係に基づいて、第１指標値及び第２指標値を算出することができる。
【００１０】
第１発明に係るにおい識別装置において、第１指標値算出手段は、その測定点から検量線に対する正射影又はそれに相当する投影を行って該検量線上の射影点を求め、その射影点と測定点との間の離間の程度、又はその離間の程度を射影点若しくは測定点から原点までの距離で規格化したものに基づいて第１指標値を算出し、一方、第２指標値算出手段は、射影点と原点（零点）との間の離間の程度、及び検量線上の所定の基準点と原点との間の離間の程度とに基づいて第２指標値を算出することができる。
【００１１】
また、第２発明に係るにおい識別装置では、上記ｍ次元空間内に、基準においの測定結果で表される基準点と被測定においの測定結果で表される測定点とをそれぞれ位置付け、原点を始点として基準点を終点とする基準においベクトルと原点を始点として測定点を終点とする被測定においベクトルとを求める。そして、第１指標値算出手段は、基準においベクトルと被測定においベクトルとのなす角度に基づいて第１指標値を算出し、一方、第２指標値算出手段は、基準においベクトルと被測定においベクトルとのそれぞれの長さに基づいて第２指標値を算出する。
【００１２】
第１及び第２発明に係るにおい識別装置によれば、基準においに対する被測定においの類似性や相違性を、においの質と強度とに区別してそれぞれ絶対的な値として表現することができる。したがって、においの品質評価や品質検査を客観的に且つ緻密に行うことができる。
【００１３】
なお、におい差表現手段による表現形態（具体的には表示画面上への表示形態や紙などへ出力する際の出力形態）は各種の形態とすることができるが、例えば、第１指標値又はその換算値を第１軸に、第２指標値又はその換算値を第２軸にとったグラフを作成するものとすることができる。
【００１４】
これにより、基準においに対する被測定においの類似又は相違の程度が、においの質及びにおいの強度毎に明確に表現されるので、測定者が理解し易く、測定に不慣れな者であっても誤った理解や判断をすることを防止できる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の一実施例であるにおい識別装置について図１〜図４を参照して説明する。図１は本実施例のにおい識別装置のブロック構成図である。
【００１６】
本におい識別装置は、試料ガス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、各種のにおい成分を含む試料ガスを測定するための、応答特性が互いに異なる複数（この例では３個）のにおいセンサ３１〜３３を内部に備えたセンサセル３、試料ガスをセンサセル３に引き込むためのポンプ４、においセンサ３１〜３３による検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部５、デジタル化された検出データを解析処理するデータ処理部６、解析処理の結果を画面上に表示する表示部７、本装置全体の動作を制御する制御部８、などから構成される。
【００１７】
前処理部２では、試料ガスに含まれる水分の除去、試料ガス中の目的成分の濃縮／希釈、妨害成分の除去等が行われる。においセンサ３１〜３３は、におい成分に応じて抵抗値が変化する金属酸化物半導体センサが一般的であるが、それ以外に、導電性高分子センサや、水晶振動子又はＳＡＷデバイスの表面にガス吸着膜を形成したセンサなど、他の検出メカニズムによるセンサでもよい。データ処理部６及び制御部８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後述のような機能が達成される。
【００１８】
次に、上記制御部８の制御の下に本におい識別装置において行われるにおい識別処理動作について、図３のフローチャートに従って説明する。
【００１９】
本におい識別装置では、まず後述する被測定においの評価基準となる基準においガスを測定する（ステップＳ１）。すなわち、例えば基準においガスを封入したバッグを吸入口１にセットし、ポンプ４を作動させることにより基準においガスを前処理部２を介してセンサセル３に引き込む。センサセル３に導入された基準においガス中の成分がにおいセンサ３１〜３３に接触すると、各においセンサ３１〜３３からそれぞれ異なる検出信号が並列に出力される。この検出信号はＡ／Ｄ変換部５によりサンプリングされた後にデジタル化され、それによってデータ処理部６には３個の検出データDS1,DS2,DS3が入力される。
【００２０】
いま、図２に示すように３つのにおいセンサ３１〜３３からそれぞれ得られる検出出力をそれぞれ異なる方向の軸として形成される３次元空間（以下、これを「におい空間」と呼ぶ）を考えると（図２では各軸をCH1,CH2,CH3として記述している）、上記３個の検出データはこの３次元におい空間内の或る１個の点(DS1,DS2,DS3)で表される。
【００２１】
前処理部２で基準においガスを順次濃縮又は希釈することにより濃度の相違する基準においガスを作成し、においセンサ３１〜３３ではその濃度の相違する基準においガスに対する検出信号をそれぞれ取得する（ステップＳ２）。したがって、それぞれの濃度の基準においガスに対して検出データの組(DS1,DS2,DS3)が順番に得られることになる。これを上記３次元におい空間内に位置付けると、通常、におい成分の種類に応じて特有の方向に点(DS1,DS2,DS3）はズレてゆく。３次元におい空間内では、その各点を内挿及び外挿した曲線（直線となる場合もある）を描くことができるから、その曲線をここでの検量線として定める。データ処理部６は順次入力された検出データに基づき、こうして検量線を作成したならば、その検量線を表現するデータを検量線記憶部６１に保存する（ステップＳ３）。
【００２２】
なお、通常、検量線は曲線となるため、検出データから検量線を作成する際には２次、３次等の回帰曲線近似を行うか、或いは、予め作成しておいた近似モデル式に測定点を代入して、その近似モデル式に含まれる定数を決定して近似式を完成させるようにすればよい。もちろん、それ以外の方法でもよいことは言うまでもない。
【００２３】
次に、においの評価対象である被測定においガスを測定する（ステップＳ４）。すなわち、先の基準においガスに代えて被測定においガスを封入したバッグを吸入口１にセットし、ポンプ４を作動させることにより被測定においガスを前処理部２を介してセンサセル３に引き込む。センサセル３に導入された被測定においガス中の成分がにおいセンサ３１〜３３に接触すると、各においセンサ３１〜３３からそれぞれ異なる検出信号が並列に出力される（ステップＳ５）。このときに、データ処理部６に入力される３個の検出データDS1,DS2,DS3も、上述した３次元におい空間内に或る１個の点として位置付けられる。図２ではこの１点を測定点U0で示す（ステップＳ６）。
【００２４】
データ処理部６では、この測定点U0の位置と上記検量線の位置との関係が、両においの類似性又は相違性を判断するために利用される。その手順として、図２に示すように、まず測定点U0から検量線に対して垂線を引き、その垂線と検量線との交点をM0とする。検量線が曲線である場合には、交点M0における検量線の接線を推定し、その接線に対して垂線を引くようにする。その後、その垂線の長さ、つまり測定点U0と交点M0との間の距離Ｌを算出するとともに、交点M0と原点０との間の距離Ｌ(M0)を算出する（ステップＳ７）。そして、両においの質の差異を表すにおい質差指標値を後で算出するための指標値として、次式によりθを定義する（ステップＳ８）。
tan θ＝Ｌ／Ｌ(M0)
【００２５】
次に、検量線上に基準位置である基準点K0を定め、その基準点K0と原点０との間の距離Ｌ(K0)を算出し、そして、今度は両においの強度の差異を表すにおい強度差指標値を後で算出するための指標値として、次式によりInを定義する（ステップＳ９）。
In＝Ｌ(M0)／Ｌ(K0)
なお、基準点KOの位置は適宜に定めることができる。
【００２６】
そして、上記のようにして求めたθ及びInのそれぞれに対し所定の定義で以て換算を行い、におい質差指標値及びにおい強度差指標値を計算する。例えば換算の定義として、Inにおいて基準においに対する10％の増加をにおい強度差指標値では＋１の増加（におい強度の類似性の劣化）と定め、θにおいて基準においに対する２゜の増加をにおい質差指標値では＋１の増加（においの質の類似性の劣化）と定める。このようにして換算したにおい質差指標値を横軸に、におい強度差指標値を縦軸にとって、図４に示すようなにおい類似度評価グラフを作成し、これを表示部７の画面上に表示する（ステップＳ１０）。
【００２７】
いま、例えばθ＝7.43°、In＝1.3と求まったとすると、上記のような換算によってにおい質差指標値は約3.7、におい強度差指標値は３となり、この両指標値による点P1はにおい類似度評価グラフ上で図４に示すように位置付けられる。このにおい類似度評価グラフでは原点０に近いほど基準においに対する類似性が高いことを示すから、例えば半径４の半円内が基準においに対する類似許容範囲であるとすると、点P1は許容範囲内に含まれず不合格であると言える。一方、例えばその点がP0に示す位置にあれば類似許容範囲内であるから、合格であると看做せる。このとき、測定者は被測定においが単に不合格であることが容易に理解できるのみならず、その点P1の位置から、においの質及びにおい強度においてどのように許容範囲を外れているのかを視覚的に容易に理解することができる。もちろん、上記記載した指標値の換算方法は一例であり、適宜に変えることができる。
【００２８】
以上のようにして、本実施例によるにおい識別装置によれば、基準においに対する被測定においの類似性をにおいの質及びにおい強度のそれぞれに分けて視覚的且つ定量的に表示することができ、この表示を見て測定者が誤解のない正確な評価や判断を下すことができる。
【００２９】
なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加等を行えることは明らかである。例えば、使用するにおいセンサの個数は上記記載に限定されるものではなく、２個以上であればよい。一般に、実用的な点からみると６〜20個程度は必要である。
【００３０】
また、基準においと被測定においとの測定結果に基づいて、におい質差指標値とにおい強度差指標値とを算出する方法についても上記記載のものに限らない。図５を参照して、上記図２及び図３で説明した方法に代わる、指標値の算出方法について説明する。図５における３次元（ｍ次元に拡張可能である）におい空間の定義は上記実施例と同じである。
【００３１】
この３次元におい空間内に、既知濃度の基準においガスを測定することによって得られた検出データによる基準点K0と、被測定においガスを測定することによって得られた検出データによる測定点U0とを位置付ける。そして、原点０を始点として基準点K0及び測定点U0を終点とする２本のベクトル、つまり被測定においベクトルS0、基準においベクトルS1を作成する。
【００３２】
この２本のにおいベクトルS0、S1の成す角度を上記指標値θとして定義する。また、被測定においベクトルS0の長さＬ(S0)、基準においベクトルS1の長さＬ(S1)をそれぞれ計算し、上記指標値Inを次式で定義する。
In＝Ｌ(S0)／Ｌ(S1)
このようにして求めたθ及びInの値を用いて、上記実施例と同様ににおい質差指標値及びにおい強度差指標値を求め、におい類似度評価グラフを作成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態によるにおい識別装置のブロック構成図。
【図２】  本におい識別装置のにおい識別処理動作の説明図。
【図３】  本におい識別装置の測定手順を示すフローチャート。
【図４】  本におい識別装置で作成されるにおい類似度評価グラフの一例を示す図。
【図５】  他の実施例によるにおい識別処理動作の説明図。
【符号の説明】
１…吸入口
２…前処理部
３…センサセル
３１〜３３…においセンサ
４…ポンプ
５…Ａ／Ｄ変換部
６…データ処理部
６１…検量線記憶部
７…表示部
８…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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