JP3901137B2 - におい識別装置 - Google Patents
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Description
【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
Claims (3)
- 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (3)
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