ニオイ測定装置
【課題】測定対象のガスのニオイを人の感覚で表現可能なニオイ測定装置を提供する。
【解決手段】ニオイ測定装置は、ＲＯＭに、快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義されたニオイ感応マップに、半導体ガスセンサの出力電圧から算出された２７個の特徴値による自己組織化マップを分割して非線形投影したニオイ感応投影マップが格納されている。半導体ガスセンサの出力から特徴値を算出してニオイ感応投影マップに入力し、ニオイ感応マップの２次元座標上の原点からの位置ベクトルを算出する。位置ベクトルの２次元座標上の方向及び大きさが、ニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度に対応する。
【解決手段】ニオイ測定装置は、ＲＯＭに、快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義されたニオイ感応マップに、半導体ガスセンサの出力電圧から算出された２７個の特徴値による自己組織化マップを分割して非線形投影したニオイ感応投影マップが格納されている。半導体ガスセンサの出力から特徴値を算出してニオイ感応投影マップに入力し、ニオイ感応マップの２次元座標上の原点からの位置ベクトルを算出する。位置ベクトルの２次元座標上の方向及び大きさが、ニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度に対応する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はニオイ測定装置に係り、特に、測定対象のガスのニオイを人の感覚で表現可能なニオイ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
我国の悪臭防止法で規定されている嗅覚測定法は、臭気判定士により管理され、一定の嗅覚試験に合格したパネルにより実際の官能試験が行われる。しかしながら、１検体あたりの測定時間は２０〜４０分程度必要であり、嗅覚疲労等のパネルの疲労を考えると、１日に測定できる検体数は１０試料に満たない。従って、安定してニオイを測定可能なニオイ測定装置で予備的にニオイを測定して、問題のあるニオイについて、パネルによる官能試験を行う方が効率的である。
【０００３】
このため、従来、半導体ガスセンサによりニオイ（臭気）ガスの濃度に応じた抵抗値変化と、パネラによるニオイガスの示す臭気強度との対応関係を表した検量線を作成し、この検量線に基づいて測定した検体のニオイ強度を算出する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、半導体ガスセンサとニオイ強度との関係を、人の感覚強度に合わせて予め設定しておき、半導体ガスセンサからの出力をニオイ強度に変換することで、ニオイ強度の診断を行う方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。更に、小型化を図るために、一つの半導体ガスセンサを用いて複数のニオイ物質を検出する場合に、半導体ガスセンサからの出力が同一となるように調整する技術も開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
なお、本発明に関連する技術として、人の快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義される２次元座標上の快適度ベクトルモデルが開示されている（例えば、非特許文献１参照）。また、コホーネン（Kohonen）によって開発された自己組織化マップが知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−１８８０２７号公報
【特許文献２】特開平０８−３２０３１６号公報
【特許文献３】特開２００４−２３３３２６号公報
【非特許文献１】「快適度の客観的評価と脳波計測」ＪＡＳＥ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ Ｎｏ．０６−０４，１３−２２ ２００４ 吉田 倫幸
【非特許文献２】「自己組織化マップ（Self-OrganizingMap）の基礎」ＩＳＤＬ Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．２００５０８２２００７ ２００６年１月８日 伊藤 冬子、廣安 知之、三木 光範
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１〜３の技術では、半導体ガスセンサの出力を人のニオイ感覚に合うようにニオイ強度を調整する一次元的な処理を行い、悪臭に対するニオイ測定を主題としているため、人のニオイ感覚を総合的に測定し、その感覚を表現することは難しい。つまり、従来技術では、例えば、快適なニオイや、わくわくするニオイに対して、人の感覚と同じように測定することは難しかった。
【０００７】
本発明は上記事案に鑑み、測定対象のガスのニオイを人の感覚で表現可能なニオイ測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、測定対象のニオイガスをチャンバ内に導入するガス導入手段と、前記チャンバ内に配置され異なるガス感応性を有する複数の半導体ガスセンサと、前記ガス導入手段で前記チャンバ内にニオイガスが導入された状態で前記半導体ガスセンサの出力を測定する測定手段と、前記測定手段で測定された半導体ガスセンサの出力から予め定められた複数の特徴値を算出する特徴値算出手段と、種々のニオイガスに対し前記特徴値算出手段で算出された複数の特徴値に基づいて予め構築された自己組織化マップを複数に分割し、該分割した自己組織化マップをそれぞれ、前記種々のニオイガスに対する人の脳波データを快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義される２次元座標で表したニオイ感応マップに投影したニオイ感応投影マップを予め記憶した記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたニオイ感応投影マップに前記特徴値算出手段で算出された複数の特徴値を入力して、前記ニオイ感応マップの２次元座標上の原点からの位置ベクトルであって、その方向及び大きさが前記測定対象のニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度に対応する位置ベクトルを算出するニオイ算出手段と、を備える。
【０００９】
本発明のニオイ測定装置は、チャンバ内に配置され異なるガス感応性を有する複数の半導体ガスセンサを備えており、ガス導入手段により測定対象のニオイガスがチャンバ内に導入され、チャンバ内にニオイガスが導入された状態で測定手段により半導体ガスセンサの出力が測定される。特徴値算出手段により測定手段で測定された半導体ガスセンサの出力から予め定められた複数の特徴値が算出される。記憶手段には、種々のニオイガスに対し特徴値算出手段で算出された複数の特徴値に基づいて予め構築された自己組織化マップを複数に分割し、該分割した自己組織化マップをそれぞれ、種々のニオイガスに対する人の脳波データを快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義される２次元座標で表したニオイ感応マップに投影したニオイ感応投影マップが予め記憶されている。ニオイ算出手段により、記憶手段に記憶されたニオイ感応投影マップに特徴値算出手段で算出された複数の特徴値を入力して、ニオイ感応マップの２次元座標上の原点からの位置ベクトルであって、その方向及び大きさが測定対象のニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度に対応する位置ベクトルが算出される。
【００１０】
本発明において、ニオイ算出手段で算出された位置ベクトルをニオイ感応マップの２次元座標上に表示する表示手段を更に備えていれば、オペレータが表示手段を参照することによりニオイを視覚的に把握することができる。自己組織化マップは、該自己組織化マップを構成する各ノードにランダムな初期値を与え、各ノード間距離が最適になるようにノード結合重みが算出されていることが好ましい。また、ニオイ感応投影マップは、複数に分割された自己組織化マップが平行移動、回転、及び変形されることによりニオイ感応マップに非線形投影されていることが望ましい。更に、特徴値は、半導体ガスセンサの出力電圧の最大値、該最大値をとる時間、半導体ガスセンサの出力電圧の時間による微分最大値、該微分最大値をとる時間、及び、半導体ガスセンサのうち少なくとも１の半導体ガスセンサのヒータ電圧に動的非線形信号を印加し、該少なくとも１つの半導体センサの出力電圧を高速フーリエ変換したときの主成分を含むようにしてもよい。また、ニオイ算出手段で算出された位置ベクトルが、２次元座標上の快−興奮象限、快−沈静象限、不快−興奮象限、不快−沈静象限に位置するときに、測定対象のニオイガスを人が嗅いだとき、それぞれ、わくわく、かいてき、たいくつ、いらいらするニオイと翻訳する翻訳手段を更に備えるようにしてもよい。このとき、翻訳手段は、位置ベクトルの大きさを数値化し、該数値を含む述語を組み合わせた文章によって、ニオイガスを人が嗅いだときの感覚として翻訳すれば、装置に不慣れなオペレータでも測定対象のニオイガスのニオイを把握することができる。このとき、翻訳手段で組み合わされた文章を表示手段で表示することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ニオイ算出手段により、方向及び大きさがニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度として対応する、ニオイ感応マップの２次元座標上の位置ベクトルが算出されるので、測定対象のガスのニオイを人の感覚で表現可能なニオイ測定装置を実現することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係るニオイ測定装置の最良の実施の形態について説明する。
【００１３】
（構成）
図１に示すように、本実施形態のニオイ測定装置１は、正面にフロントパネル３と、他の５面を覆い後述するように機構部、制御部及び電源部を内蔵した箱状の筺体２を有している。フロントパネル３の上部には、情報を表示すると共に、オペレータから操作命令を受けるためのタッチパネル７が配置されている。
【００１４】
フロントパネル３の下部からは、ニオイ測定対象の検体周囲のガス（以下、ニオイガスという。）を後述するチャンバ内に導くためのサンプル管５が導出されている。サンプル管５には、外径４ｍｍ、内径３ｍｍで、比較的ガス成分の吸着が少ないポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製チューブが用いられている。サンプル管５の一端側（先端側）には、ニオイガス測定の際にオペレータが検体に向けて把持するためのグリップ６が固着されている。オペレータが外径４ｍｍのサンプル管５を安定して把持することは難しいため、グリップ６には、最大直径φ２５ｍｍ、長さ１５０ｍｍの樹脂製のものが用いられている。なお、グリップ６は、ニオイガス測定時以外は、フロントパネル３の上部側面に配置されたグリップホルダ４内に収容される（図１に示す状態）。
【００１５】
グリップ６内にはサンプル管５が埋設されており、フロントパネル３からのグリップ６の端部までのサンプル管５の長さは９０ｃｍに設定されている。すなわち、サンプル管５の長さは、オペレータが検体にグリップ６を向けると共に、タッチパネル７にタッチし易い長さとされている。
【００１６】
図２に示すように、ニオイ測定装置１の機構部は、３つの電磁３方弁（以下、電磁弁という。）１８、１９、２０、複数の半導体ガスセンサ等を内蔵したチャンバ１０、チャンバ１０の下流側に配置されチャンバ１０内に流れる気体流量を一定量に制御するマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣという。）１５、ＭＦＣ１５の下流側に配置されチャンバ１０内に流れる気体を吸引するポンプ１６、キャリアガス（清浄された空気）を発生させる図示を省略したキャリアガス発生ユニット、及び、これらを接続する外径３ｍｍ、内径２ｍｍのＰＴＦＥ製チューブで構成されている。
【００１７】
サンプル管５の他端側は電磁弁１８のＣＯＭポートに接続されており、電磁弁１８のＮＯポートはチューブ１７で電磁弁１９のＮＣポートに接続されている。電磁弁１９のＮＯポートはチューブ９でキャリアガス発生ユニットに接続されており、電磁弁１９のＣＯＭポートはチューブでチャンバ１０の一側に接続されている。チャンバ１０の他側はチューブでＭＦＣ１５の一側に接続されており、ＭＦＣ１５の他側はチューブでポンプ１６の一側（吸引側）に接続されている。ポンプ１６の他側（排出側）はチューブで電磁弁２０のＣＯＭポートに接続されており、電磁弁２０のＮＯポートはチューブで筺体２に形成された排気口（不図示）まで導出されている。また、電磁弁１８及び電磁弁２０のＮＣポート同士は、チューブ１４で接続されている。なお、チャンバ１０やＭＦＣ１５の接続では、気密性を確保するために、フェラルを有するコネクタジョイントが用いられている。
【００１８】
キャリアガス発生ユニットは、筒状のカラム内に活性炭とシリカゲルとが充填されており、その両端面にはチューブ９内への異物の侵入を防止するためのメッシュが配設されている。キャリアガス発生ユニットの一端面側は、筺体２から若干外側に突出（露出）しており、他端面側の外周には雄ねじが螺設されている。電磁弁１９のＮＯポートから導出されたチューブ９は筺体２に固定された円盤状の装着フランジの中央部に接続されている。装着フランジは側周面を有した断面コ字状の形状を有しており、側周面には雌ねじが螺設されている。このため、装着フランジの側周面に螺設された雌ねじにキャリアガス発生ユニットの雄ねじを羅合させることで、筺体２の外部からキャリアガス発生ユニットの装着ないし交換が可能である。キャリアガス発生ユニットが装着フランジに装着された状態でポンプ１６の吸引力で吸引されると、キャリアガス発生ユニットの一端面側から外気が取り込まれ、取り込まれた外気が活性炭とシリカゲルとで清浄され、キャリアガスを他端面側から排出する。
【００１９】
本実施形態では、ポンプ１６に、ＫＮＦ社製の型式番号８３０ＫＮＤＣを使用した。このポンプの概略仕様は、定格電圧１２Ｖ、流量（気体吸引量）３．１リットル／分、サイズ７７×３０．７×５３．５ｍｍである。ＭＦＣ１５には、ＥＳＴＥＣ社製の型式番号Ｅ４０を使用した。このＭＦＣの概略仕様は、定格電圧±１５Ｖ、流量レンジ０〜４００ミリリットル／分、流量精度±１％である。また、電磁弁１８、１９、２０には、ＣＫＤ社製の型式番号ＡＧ３１−０１−２を使用した。この電磁弁の応答速度は数十ミリ秒であり、内部はＰＴＦＥ加工が施されている。
【００２０】
図３に示すように、チャンバ１０は、ステンレス製で箱形のチャンバ下蓋２１、チャンバ上蓋２２、枠状のゴムパッキン２３及びステンレス製ボルト（不図示）で構成されており、基板２５にマウントされた複数の半導体ガスセンサ３０をチャンバ内に密閉した構造が採られている。すなわち、半導体ガスセンサ３０がマウントされた基板２５を、ゴムパッキン２３を介して上下両側から挟み、気密性を保持するために、チャンバ上蓋２２側及びチャンバ下蓋２１側の両側から、それぞれチャンバ下蓋２１及びチャンバ上蓋２２に達する長さのステンレス製ボルトで締め付けられている。なお、チャンバ下蓋２１及びチャンバ上蓋２２は、半導体ガスセンサ３０等に対しチャンバ１０の外部で発生するノイズを遮断するために、筺体２に電気的に接続されたシールド構造を有している。
【００２１】
図４に示すように、チャンバ１０内には、７個の半導体ガスセンサ３０、１個の湿度センサ３１、１個の温度センサ（サーミスタ）３２の合計９個のセンサが収容されている。一般に、チャンバ１０の内容積はセンサの応答性を高めるために、小さい方が好ましい。本実施形態では、９個のセンサを基板２５上に密集配置することで、チャンバ下蓋２１と基板２５（基板２５上にマウントされたセンサ等の部品を除く。）とが画定する内容積を約３５ミリリットルとした（図３も参照）。なお、チャンバ上蓋２２と基板２５とが画定する空間は、センサから導出されたピンや基板２５の裏面側（図３の上側）にマウントされた回路素子を収容するために形成されたものである。
【００２２】
本実施形態では、半導体ガスセンサ３０として、メタンに感応するＴＧＳ２６１１、アミン系ガスに感応するＴＧＳ８２６、エタノールに感応するＴＧＳ８２２、主に調理臭や空気の汚れに感応するＴＧＳ２６００、有機ハロゲンに感応するＴＧＳ８３２、メタノールに感応するＴＧＳ２６２０、イオウ系ガスに感応するＴＧＳ２６０２（いずれも、フィガロ技研（株）の型式番号）を使用した。
【００２３】
図５に示すように、半導体ガスセンサ３０は、例えば、アルミナセラミックチューブの周部に酸化スズ（ＳｎＯ２）の微粒子を焼結した円筒状のｎ型酸化物半導体３０Ａを有している。アルミナセラミックチューブは中空とされており、アルミナセラミックチューブ内にヒータコイル３０Ｂが挿入されている。ｎ型酸化物半導体３０Ａの両端にはそれぞれ２個の電極がプリントされており、これらの電極にリードの一端が接合されている。リードの他端及びヒータコイル３０Ｂのリードの両端は円柱状の樹脂成形ベースの上面周縁部にプリントされたパッドにワイヤボンディングされている。樹脂成形ベースの上部には樹脂成形ベースと同外径で円筒状の樹脂成形筒が樹脂成形ベースに接着されており、ｎ型酸化物半導体３０Ａは樹脂成形ベースの上面に接触しないように樹脂成形筒の中央部に配置されている。樹脂成形ベース及び樹脂成形筒の外周部には筒状の樹脂カバーの内周が接着されており、樹脂カバーの上部には図示しないステンレス製のメッシュがはめ込まれた開口が形成されている。また、樹脂成形ベースの各パッドからはピンが立設されている。
【００２４】
ｎ型酸化物半導体３０Ａはヒータコイル３０Ｂにより感応気体に応じて２００°Ｃ〜４００°Ｃに加熱され還元性ガスを検出する。大気中で酸素はｎ型酸化物半導体３０Ａの表面に負イオン吸着しており、還元性ガスが存在するとｎ型酸化物半導体３０Ａ表面で還元性ガスによる酸化反応が起こる。このとき、吸着酸素に捕捉されていた電子が半導体へ移行しｎ型酸化物半導体３０Ａに導電率の変化が生じ、この導電率の変化を検出することにより還元性ガスの存在や濃度を検出することができる。
【００２５】
各半導体ガスセンサ３０は、ｎ型酸化物半導体３０Ａに、半導体ガスセンサ３０からの出力電圧Ｖｏｕｔを取り出すための検出抵抗ＲＬを直列に挿入し作動電圧Ｖｃが印加されると共に、ヒータ３０Ｂにヒータ電圧が印加される。出力電圧Ｖｏｕｔは検出抵抗ＲＬの両端電圧とされている。なお、作動電圧Ｖｃ及び出力電圧Ｖｏｕｔの低電位側はグランドとされている。
【００２６】
本実施形態のニオイ測定装置１では、半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔをサンプリングレート１００Ｈｚで取得する。ｎ型酸化物半導体３０Ａの抵抗値をＲ０（Ω）、検出抵抗ＲＬの抵抗値をＲＬ（Ω）、作動電圧Ｖｃの電圧値をＶｃ（Ｖ）、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値をＶｏｕｔ（Ｖ）とすると、抵抗値Ｒ０は、Ｒ０＝｛（Ｖｃ−Ｖｏｕｔ）／Ｖｏｕｔ｝×ＲＬで与えられる。従って、ｎ型酸化物半導体３０Ａの初期値に対する比抵抗値をＲｉとすると、比抵抗値Ｒｉは、Ｒｉ＝（Ｒ０／Ｒｓ）−１で与えられる。
【００２７】
図４に示すように、基板２５の一側には、（湿度センサ３１や温度センサ３２を含む）全てのセンサへの作動電圧を供給するための作動電圧コネクタ２７及び各半導体ガスセンサ３０のヒータ３０Ｂへのヒータ電圧を供給するためのヒータ電圧コネクタ２８がマウントされており、他側には、各検出抵抗ＲＬ両端の出力電圧Ｖｏｕｔを出力するための出力電圧コネクタ２６がマウントされている。なお、チャンバ１０の外側で、かつ、出力電圧コネクタ２６側の基板２５の領域には、検出抵抗ＲＬがマウントされている（図４では不図示）。
【００２８】
図６に示すように、ニオイ測定装置１の制御部は、ニオイ測定装置１全体を制御するコンピュータ４２を有している。コンピュータ４２は、中央演算装置として機能するＣＰＵ、コンピュータ４２の基本動作プログラム及びニオイ解析エンジン（後述するニオイ感応投影マップ）やプログラムデータを格納したＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして機能するＲＡＭ及びインターフェース等を含んで構成されている。
【００２９】
コンピュータ４２の外部バスには、タッチパネル７の表示や操作命令を制御するタッチパネル制御部４１及び検体に対するニオイ測定結果等を記憶するハードディスク（ＨＤ）４３が接続されている。なお、タッチパネル制御部４１は、タッチパネル７に接続されている。また、コンピュータ４２には、インターフェースを介してプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）４４に接続されている。
【００３０】
ＰＬＣ４４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭの他に、Ｄ／Ａコンバータ、Ａ／Ｄコンバータ及びＩ／Ｏを有して構成されている。本実施形態では、ＰＬＣ４４に、ＫＥＹＥＮＣＥ社製の型式番号ＫＶ−７００を使用した。ＰＬＣ４４は、電磁弁１８〜２０、ＭＦＣ１５、ポンプ１６等のアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部４５、各半導体ガスセンサ３０に応じて作動電圧Ｖｃを供給し、上述したように１００Ｈｚで各検出抵抗ＲＬの出力電圧Ｖｏｕｔのサンプリングを行うセンサ制御部４６、及び、各半導体ガスセンサ３０に応じて独立してヒータ電圧を供給するヒータ制御部４７に接続されている。なお、ＰＬＣ４４は、センサ制御部４６から出力（サンプリング）された各出力電圧Ｖｏｕｔのアナログ電圧をＡ／Ｄコンバータによりデジタル電圧に変換した後、イーサネット（Ethernet）（登録商標）を介してコンピュータ４２に送出する。従って、ＰＬＣ４４は、コンピュータ４２からの命令によりアクチュエータ制御部４５、センサ制御部４６、ヒータ制御部４７を制御すると共に、コンピュータ４２に出力電圧Ｖｏｕｔを送出するスレーブコンピュータとして機能する。
【００３１】
ニオイ測定装置１の電源部（不図示）は、１００Ｖ、４００Ｗ商用交流電源から２４Ｖ直流電源に変換する第１電源ユニット、２４Ｖ直流電源から１２Ｖ直流電源に降圧する第２電源ユニット、レギュレータを備え商用交流電源から定格±１５Ｖの電源に変換する第３電源ユニット、３端子レギュレータを備え１２Ｖ直流電源から５Ｖ直流電源に降圧する第４電源ユニットを有している。なお、本実施形態のニオイ測定装置１は、ＰＬＣ４４、タッチパネル７が第１電源ユニットから供給される電圧、コンピュータ４２、ポンプ１６、電磁弁１８〜２０が第２電源ユニットから供給される電圧、ＭＦＣ１５が第３電源ユニットから供給される電圧、各センサが第４電源ユニットから供給される電圧でそれぞれ作動する。
【００３２】
また、ニオイ測定装置１は、ＭＦＣ１５、ポンプ１６、制御部４０等の発熱部を有しているため、これらを冷却するための図示しない複数のファンユニットを備えている。これらのファンユニットは、筺体２の裏面側（フロントパネルの反対側）近傍に配置されており、筺体２の裏面には排気用の開口が形成されている。
【００３３】
次に、ＲＯＭに格納されたニオイ解析エンジン（ニオイ感応投影マップ）の作成手順について説明する。
【００３４】
＜ニオイ感応マップの作成＞
（１）被検者３０人に静寂な室温（２５°Ｃ）環境下で特定のニオイガスを嗅がせ、脳波データを測定した。このとき、脳波データから基礎律動波を取り出すためのフィルタに通した。脳波データの取得には、頭皮上に配設した２つの電極間の電位差を増幅して取り出す双極導出法を用い、頭皮上の電極配置部位は国際式１０−２０法を用いた。
【００３５】
（２）フィルタ出力に定電位クロス法を適用して変動する波の周期を捉えた。このとき、クロス電位（閾値電位幅）の設定はフィルタ波の振幅をモニタしながら調整した。フィルタ波の電位が設定した片側閾値電位（＋）以上の波を閾値電位を越えた時点をチェックし、個々のチェック間隔（周期に対応した時間幅を持つ）を瞬間の周波数に変換した。
【００３６】
（３）瞬時周波数の時系列データに高速フーリエ変換法を適用し、スペクトルを抽出した。１つのスペクトルを算出する時間は２５．６ｓで、サンプル点数５１２点を計算に用いた（５０ｍｓ刻みのタイムテーブルを作り、算出した周期を５０ｍｓ（２０Ｈｚ）毎に再サンプリングした周波数データを使用した。）。スペクトル表示上の最低周波数は１／２５．６ｓ、最高周波数は１０Ｈｚとなる。計４単位時間（１０２．４ｓ）の平均スペクトルを求め、これをゆらぎスペクトルとした。
【００３７】
（４）次に、横軸にゆらぎスペクトルの周波数、縦軸に各ゆらぎスペクトルの周波数に対応したスペクトル密度をとって、ゆらぎ特性を両軸常用対数グラフ上に表示した。スペクトルの傾斜度を数値化するために、変曲点を検出して低周波数領域と高周波数領域とに二分し、各領域でゆらぎ周波数の対数変換値を独立変数、スペクトル密度の対数変換値を従属変数にとって直線回帰式を算出し、その傾き係数で傾斜度を代表させた。
【００３８】
（５）公知のヘラー（Ｈｅｌｌｅｒ，ｗ）の２次元モデル、又は、上述した非特許文献１の快適度ベクトルモデルと同様、図７に示すように、興奮、沈静の程度を表す座横軸標系と、快、不快の程度を表す縦軸座標系とで定義される２次元座標系を準備し、被検者の脳波データについて当該２次元座標の原点Ｏからの位置ベクトルを算出した。すなわち、左前頭部の周波数ゆらぎの傾斜度をFp1slope、右前頭部の周波数ゆらぎの傾斜度をFp2slopeとすると、位置ベクトルの角度及び大きさは次式（１）で与えられる。なお、角度は原点Ｏと興奮座標系とを結ぶ方向を０°とした。
【００３９】
【数１】
【００４０】
図７は、上記（１）〜（５）に従って、被検者３０人に５種類のニオイ（植物精油臭、アミン臭、アルデヒド臭、芳香成分混合臭Ａ、芳香成分混合臭Ｂ）を嗅がせたときの位置ベクトルをマップ化したニオイ感応マップを表している。図７において、各四角形の中心（対角線交点）は被検者集団の平均値を表し、各四角形の中心から各四角形の頂点までの距離が標準偏差に比例している。本実施形態では、ニオイ感応マップの全方向が埋まるように、被検者３０人に数十種のニオイを嗅がせたときの位置ベクトルを表したニオイ感応マップを用いた。
【００４１】
＜自己組織化マップの構築＞
（６）上述した数十種のニオイガスについて、室温環境下で、ニオイ測定装置１の機構部（図２参照）を清浄した後、ポンプ１５及びＭＦＣ１５を作動させ、各ニオイガスをチャンバ１０内に導入し、１分間、各半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔをサンプリングレート１００Ｈｚで取得して、時系に従ってメモリに記憶した。このとき、ＴＧＳ２６０２を除く、ＴＧＳ２６１１、ＴＧＳ８２６、ＴＧＳ８２２、ＴＧＳ２６００、ＴＧＳ８３２、ＴＧＳ２６２０の６個の半導体ガスセンサのヒータコイル３０Ｂには５Ｖの定電圧を印加し、ＴＧＳ２６０２のヒータコイル３０Ｂには１．５Ｖから５．２Ｖまでの余弦波を２０秒周期（動的非線形信号）で印加した。図８は、７個の半導体ガスセンサ３０の出力電圧を模式的に示したものである。
【００４２】
（７）メモリに時系に従って記憶した各半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔのうち、ＴＧＳ２６０２を除く６個の半導体ガスセンサの出力電圧の最大値、その最大値をとるときの時刻、１０ｍｓを単位時間としたとき（サンプリングレート１００Ｈｚ）の時間による微分最大値、その微分最大値をとるときの時刻を、当該検体のガスに対する特徴値として算出した。各特徴値は半導体ガスセンサについて４個取得されるため、半導体ガスセンサ６個分では２４個取得される。また、ＴＧＳ２６０２の出力電圧を高速フーリエ変換して得られた第１成分、第２成分、第３成分の値も特徴値とした。このため、本実施形態では、各半導体ガスセンサの出力電圧Ｖｏｕｔから２７次元の特徴値を得ることができる。なお、温度センサ３２及び湿度センサ３１は、各半導体ガスセンサ３０のガス感応性が温度及び湿度に依存することから、測定した温度及び湿度により予め設定された温度−湿度補正テーブルで各半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔを補正した。
【００４３】
（８）次に、１００×１００のノードからなる自己組織化マップ（Self-Organizing Map、以下、ＳＯＭと略称する。）を作成し、各ノードに適当（ランダム）な初期値を与え、各ノード間距離が最適となるように、コホーネン学習則に従い、各ノードの結合重みを計算した。
【００４４】
ここで、ＳＯＭ及びコホーネン学習則について簡単に説明する。なお、両者は上述した非特許文献２の通り公知であり、例えば、インターネット等により更なる詳細事項を把握することができる。
【００４５】
ＳＯＭは、コホーネン（Kohonen）によって開発された２層型ニューラルネットワークの一種である。一般に、ニューロンの基本的なモデルは、ｍｉ（ｔ＋１）＝ｍｉ（ｔ）＋ｈｃｉ（ｔ）｛ｘ（ｔ）−ｍｉ（ｔ）｝で表され、多数の入力ｘｉの線形加重和Σｘｉｗｉがある閾値より大きい場合に「１」、そうでない場合に「０」を出力する。図９に示すように、ＳＯＭの第１層はｎ次元の入力層ｘ（ｔ）であり、第２層は競合層と呼ばれ一般に２次元配列となっている。競合層のベクトルは、参照ベクトルｍｉ（ｔ）で表され、入力層のｎ次元と同様にｎ個の要素を持つ。
【００４６】
コホーネン学習則では、以下の手順により、ＳＯＭに対して教師なしの競合学習が行われる。（Ａ）すべての参照ベクトルｍｉの要素をランダムに決定する。（Ｂ）入力ベクトルＸ（ｔ）を与える。このとき、ｘ（ｔ）とのユークリッド距離（ｘ−ｍｉの絶対値）が最小となるニューロンｉを探す。このニューロンをｃとすると、ａｂｓ（ｘ−ｍｃ）＝ｍｉｎ｛ａｂｓ（ｘ−ｍｉ）｝と表すことができる。（Ｃ）参照ベクトルｍｃを持つニューロンを勝者ユニットとする。（Ｄ）勝者ユニット及びその周辺の近傍Ｎｃ内のユニットは次式に従って入力ベクトルを学習する：ｍｉ（ｔ＋１）＝ｍｉ（ｔ）＋ｈｃｉ（ｔ）｛ｘ（ｔ）−ｍｉ（ｔ）｝。ただし、ｈｃｉは近傍関数であり、ｉ∈Ｎｃならｈｃｉ＝α（ｔ）、そうでないならｈｃｉ＝０と定義する（α（ｔ）は学習率係数）。（Ｅ）上記（Ｂ）〜（Ｄ）をＴ回繰り返し、学習を行う。近傍サイズはＮｃ＝Ｎｃ（ｔ）という時間の関数で表され、学習とともにそのサイズを小さくしていく。（Ｆ）すべての入力ベクトルに対して、上記（Ｂ）〜（Ｅ）を繰り返し行うことにより、各入力ベクトルに類似したユニットが集まるようになる。
【００４７】
図１０は、上記手順により、上述した５種類のニオイガスの特徴値に基づいて構築したＳＯＭを模式的に表したものである。ノードに配置された△、○、□、×、◇の各点には２７次元特徴値が対応しており（図９参照）、各点の数がニオイガスに対して半導体ガスセンサ３０で測定したおおよその回数を示している（同一ノードに配置され場合の測定回数は現れていない）。
【００４８】
＜ニオイ感応投影マップの構築＞
（９）構築したＳＯＭを分割し、それぞれの分割平面をニオイ感応マップに非線形投影を行った。この非線形投影は、以下の変換行列で表される平行移動、回転、拡大・縮小によって行ったが、更に変形するようにしてもよい。
【００４９】
【数２】
【００５０】
図１１は、分割平面をニオイ感応マップに平行移動したときの概念を表している。本実施形態では、ノードに配置された各点がニオイ感応マップの四角形内にほぼ入るように平行移動、回転、拡大・縮小を行った。図１２は、以上の手順で構築したニオイ感応投影マップの模式図である。このように、ＲＯＭに格納されたニオイ感応投影マップは、ニオイ感応マップにＳＯＭの分割平面が非線形投影されたものであるが、本実施形態では、ニオイ感応投影マップの全方向でニオイ感応マップとＳＯＭとが対応するように、上述した数十種のニオイガスについてニオイ感応投影マップが作成されている。
【００５１】
（動作）
次に、本実施形態のニオイ測定装置１の動作について、コンピュータ４２のＣＰＵ（以下、ＣＰＵと略称する。）を主体として説明する。
【００５２】
ニオイ測定装置１に電源が投入されると、ＲＯＭに格納された基本動作プログラムやニオイ解析エンジンがＲＡＭに展開され、タッチパネル制御部４１を介してタッチパネル７にニオイ測定の準備中である旨の初期画面を表示させる初期設定処理を実行する。次いで、ＣＰＵは、ＰＬＣ４４からＰＬＣ４４の初期設定処理終了のステータスを受信すると、検体に対するニオイの測定を行うためのニオイ測定ルーチンを実行する。
【００５３】
ニオイ測定ルーチンでは、まず、ＰＬＣ４４、アクチュエータ制御部４５を介して電磁弁１８〜２０をオフ状態（非通電状態）とさせると共に、ＰＬＣ４４、センサ制御部４６、ヒータ制御部４７を介して、全センサに作動電圧を印加させ半導体ガスセンサ３０にヒータ電圧を印加させる（上述したようにＴＧＳ２６０２のヒータコイル３０Ｂには１．５〜５．２Ｖの余弦波電圧を２０秒周期で印加し、それ以外の６個の半導体ガスセンサには５．０Ｖの定電圧を印加させる。）。次いで、ＭＦＣ１５は安定作動のために電源投入後５分間の暖気と０点補正とが必要なため、ニオイ測定ルーチンの開始からＭＦＣ１５の安定動作が確保される５分が経過するまで待機する。
【００５４】
ニオイ測定ルーチンの開始から５分が経過すると、ＣＰＵは、アクチュエータ制御部４５にポンプ１６を作動させチャンバ１０内を清浄するチャンバ清浄処理を実行させる。ＭＦＣ１５により、チャンバ１０やチューブ内を流れるキャリアガスの流量は４００ミリリットルの一定量に制御されている。キャリアガスは、キャリアガス発生ユニット（→チューブ９）→電磁弁１９→チャンバ１０→ＭＦＣ１５→ポンプ１６→電磁弁２０の順に流れ、筺体２の外部へ排出される。これにより、チャンバ１０内及び電磁弁１９とチャンバ１０とを接続するチューブ内がキャリアガスで清浄されると共に、チャンバ１０内に内蔵された各半導体ガスセンサ３０が一定温度に維持（冷却）される。ポンプ１６を作動させてから更に５分が経過すると、ＣＰＵは、タッチパネル７にニオイ測定が可能である旨を表示させ、タッチパネル７に表示されたニオイ測定開始ボタンがタッチされるまで待機する。
【００５５】
ニオイ測定開始ボタンがタッチ（押下）されると、ＣＰＵは、ＰＬＣ４４に、電磁弁１９をオン状態（通電状態）とさせ、検体からのニオイガスを８個の半導体ガスセンサ３０で１分間測定したときの出力電圧Ｖｏｕｔをデジタル電圧としてＣＰＵに出力させるニオイ測定処理を実行する。このとき、ＣＰＵは、出力電圧Ｖｏｕｔを上述した温度−湿度補正テーブルで補正し補正後の出力電圧をハードディスク４３内に時系列的に格納する。検体からのニオイガスは、サンプル管５→電磁弁１８（→チューブ１７）→電磁弁１９→チャンバ１０→ＭＦＣ１５→ポンプ１６→電磁弁２０の順に流れ、筺体２の外部へ排出される。ＣＰＵは、１分が経過すると、ＰＬＣ４４に後述する清浄処理を実行させると共に、ニオイ測定が終了した旨をタッチパネル７に表示させる。
【００５６】
ＣＰＵは、ニオイガスの吸引が終了した時点で、ＰＬＣ４４に機構部の清浄処理を実行させる。ＰＬＣ４４は、ＣＰＵから清浄処理の実行命令を受けると、電磁弁１９をオフ状態とさせ、５分間、チャンバ１０内及び電磁弁１９とチャンバ１０とを接続するチューブ内を清浄する。
【００５７】
続いて、ＰＬＣ４４は、電磁弁１９をオン状態とさせ、３０秒間、外気でチューブ１７内を清浄する。サンプル管５には外気が流入し、外気は、サンプル管５→電磁弁１８→チューブ１７→電磁弁１９→チャンバ１０→ＭＦＣ１５→ポンプ１６→電磁弁２０の順に流れ、筺体２の外部に排出される。
【００５８】
次いで、ＰＬＣ４４は、電磁弁１８をオン状態、電磁弁１９をオフ状態、電磁弁２０をオン状態とさせ、３０秒間、サンプル管５内を清浄する。この状態では、キャリアガスが、チューブ９→電磁弁１９→チャンバ１０→ＭＦＣ１５→ポンプ１６→電磁弁２０→チューブ１４→電磁弁１８→サンプル管５の順に流れ、サンプル管５の一端側（先端側）から外気に排出される。
【００５９】
次に、ＰＬＣ４４は、電磁弁１８をオフ状態、電磁弁１９をオフ状態、電磁弁２０をオフ状態とさせ、５分間、チャンバ１０に内蔵された各半導体ガスセンサ３０が安定状態となるまで待機する。以上の清浄処理には、合計１１分を要するため、この１１分の間、タッチパネル７には、清浄中である旨が表示される。ＰＬＣ４４は、清浄処理が終了すると、ＣＰＵに清浄処理の終了を報知する。この報知を受けたＣＰＵは、タッチパネル７に機構部の清浄が完了した旨を表示させる。これにより、ニオイ測定装置１は、再度、上述したニオイ測定処理が可能な状態となる。
【００６０】
また、ＣＰＵは、ＰＬＣ４４による機構部の清浄処理に並行して、ハードディスク４３内に格納した７個の半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔから、上述した２７個の特徴値を算出してニオイ感応投影マップに入力し（ＳＯＭ上の位置を求め）、ＳＯＭが非線形投影されたニオイ感応マップの２次元座標上の座標値、すなわち、原点からの位置ベクトルを得る。次いで、ＣＰＵは、ニオイ感応マップ及び得られた位置ベクトルを、タッチパネル制御部４１を介してタッチパネル７に表示させる（図７参照）。上述したように、この位置ベクトルの方向及び大きさが、人が測定対象のニオイガスを嗅いだときのニオイ及びその程度に対応するため（上記（５）参照）、オペレータはディスプレイ７を参照することで、ニオイガスのニオイ及びその程度を把握することができる。
【００６１】
次に、ＣＰＵは、２次元座標上の原点からの位置ベクトルを、オペレータが分かる言葉に翻訳する。図７に示すように、本実施形態では、２次元座標上の快−興奮象限、快−沈静象限、不快−興奮象限、不快−沈静象限に位置ベクトルがそれぞれ位置するときに、「わくわくするニオイ」、「かいてきなニオイ」、「たいくつなニオイ」、「いらいらするニオイ」に対応させ、その程度を表す位置ベクトルの大きさ（絶対値）を算出する。上述した式（１）から、位置ベクトルの大きさはパーセントで表される。従って、ＣＰＵは、位置ベクトルから、上述した述語と数値とにより、例えば、「いらいらするニオイ７０％」等の人が分かる言葉に対応させ（翻訳し）、タッチパネル制御部４１を介してタッチパネル７に、ニオイ感応マップに検体のニオイを表すベクトル及び対応させた言葉を表示する。
【００６２】
次いで、ＣＰＵは、検体に対するニオイ測定が終了した旨をタッチパネル７に表示させると共に、ハードディスク４３内に測定結果を格納させてニオイ測定ルーチンを終了する。このとき、測定を行った日付や検体名、検体の位置等の検体の属性情報を併せて記憶させることが好ましい。なお、インターフェースを介して接続されたパーソナルコンピュータを操作することで、プリンタからニオイ測定結果を出力するようにしてもよい。
【００６３】
（作用等）
次に、本実施形態のニオイ測定装置１の作用等について説明する。
【００６４】
本実施形態のニオイ測定装置１は電磁弁１８、２０をオフ状態、電磁弁１９をオン状態に制御することでニオイガスをチャンバ１０内に導入（採取）し、半導体ガスセンサ３０でニオイガスの測定を行うことができる。また、電磁弁１８〜２０を制御することにより、チャンバ１０内、電磁弁１９とチャンバ１０とを接続するチューブ内、チューブ１７内、及び、サンプル管５内を清浄することができる。従って、シーケンス制御によりサンプル管５内に残留したニオイガスを含めニオイガスの流路の清浄を行うことができるので、複数の検体に対して精度良くかつ安定してニオイ測定を行うことができる。更に、ポンプ１６及びＭＦＣ１５によりチャンバ１０内の気体を一定量（４００ミリリットル／分）で吸引するため、ニオイ測定処理で、ニオイガスは吸引されチャンバ１０に充たされるので、安定定常状態で半導体ガスセンサ３０によりニオイガスを測定することができると共に、装置内にバッファや装置外に呼気だめを設ける必要がない。従って、ニオイ測定装置１のダウンサイジングを図ることができると共に、筺体２外の構成部材を極力小さくすることができる。
【００６５】
また、本実施形態のニオイ測定装置１では、ＲＯＭに、図１２に示したように、快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義されたニオイ感応マップに、半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔから算出された２７個の特徴値によるＳＯＭを分割し非線形投影したニオイ感応投影マップが格納されている。ニオイ測定装置１は、半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔからニオイガスの特徴値を算出して、ニオイ感応投影マップに算出された特徴値を入力して、ニオイ感応マップの２次元座標上の原点からの位置ベクトルを算出し、ディスプレイ７上にニオイ感応マップと位置ベクトルとを表示する。この位置ベクトルの方向及び大きさは測定対象のニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度に対応するため、ニオイガスを人の感覚で表現することができる。すなわち、本実施形態のニオイ測定装置１は、２次元座標上の位置ベクトルで表現するようにしたので、従来技術のように１つの座標系のメモリを調整する技術に対して、ニオイガスについて包括的（定性的かつ定量的）に捉えることが可能である。
【００６６】
また、算出した位置ベクトルからオペレータの分かる言葉に対応させて（翻訳して）タッチパネル７上に表示するので（例えば、「いらいらするニオイ７０％」）、ガスのニオイを人の感覚で表現することができる。更に、ニオイ感応投影マップは、ニオイ感応マップの２次元座標の全方向についてＳＯＭに対応しているため、悪臭に限らず、良いニオイに対しても、人の感覚で表現することが可能である。
【００６７】
なお、本実施形態では、２つの電磁弁１８、１９を用いてキャリアガスとニオイガスとを選択的にチャンバ１０に導入する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電磁（３方）弁１８、１９に代えて、１つの電磁４方弁を用いるようにしてもよい。このような構成の場合には、アクチュエータ制御部４５の小型化も図ることができ、ひいては、ニオイ測定装置１全体を更に小型化することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、発明者らが実際に試作したニオイ測定装置１を例示したが、量産化を図る場合には、コンピュータ４２とＰＬＣ４４とを一体化させ制御部の小型化を図るようにしてもよく、また、各部の作動電圧を１２Ｖ、５Ｖに統一し、電源部を構成するユニット数を少なくするようにしてもよい。
【００６９】
更にまた、本実施形態では、ヒータ制御部４７が独立して各半導体ガスセンサ３０のヒータコイル３０Ｂにヒータ電圧を供給する構成を採用しているので、ヒータ制御部４７は、温度センサ３２で計測したチャンバ１０内の温度情報をセンサ制御部４６から受け取り、例えば、予め設定したテーブルや数式に従って、各半導体ガスセンサ３０のガス感応温度が好適な範囲となるように制御するようにしてもよい。
【００７０】
また、本実施形態では、ニオイ感応投影マップ（ニオイ感応マップ）上の位置ベクトルが２次元座標上の快−興奮象限、快−沈静象限、不快−興奮象限、不快−沈静象限に位置するときに、それぞれ、わくわく、かいてき、たいくつ、いらいらすると対応させる例を示したが、より細かく（例えば、３０°毎に）人の感覚に対応させるようにしてもよい。
【００７１】
そして、本実施形態では、ニオイ測定装置１に搭載された半導体ガスセンサ３０で特徴値を算出してニオイ感応投影マップを作成した例を示したが、量産では、半導体ガスセンサ３０と同一仕様の半導体ガスセンサで特徴値を演算して作成したニオイ感応投影マップをＲＯＭに移植（格納）してよいことは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、ガスのニオイを人の感覚で表現することが可能なニオイ測定装置を提供するものであるため、ニオイ測定装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明が適用可能な実施形態のニオイ測定装置の外観斜視図である。
【図２】実施形態のニオイ測定装置の機構部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】ニオイ測定装置の機構部を構成するチャンバの断面図である。
【図４】一部がチャンバ内に密閉される基板の平面図である。
【図５】半導体ガスセンサの作動原理を示す回路図である。
【図６】ニオイ測定装置の制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図７】快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義された２次元座標を有するニオイ感応マップ及び位置ベクトルを示すと共に、被検者３０人にそれぞれ５種類のニオイガスを嗅がせたときの偏差を模式的に示したニオイ感応マップの説明図である。
【図８】半導体ガスセンサの出力電圧を模式的に示す説明図である。
【図９】一般的な自己組織化マップの入力層と競合層との関係を示す説明図である。
【図１０】５種類のニオイガスを実施形態の半導体ガスセンサで測定し特徴値を対応させた自己組織化マップの説明図である。
【図１１】自己組織化マップを分割しニオイ感応マップ上に平行移動するときの概念を示す説明図である。
【図１２】ニオイ感応マップに自己組織化マップを分割して非線形投影したニオイ感応投影マップの説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ ニオイ測定装置
７ タッチパネル（表示手段）
１０ チャンバ
１５ マスフローコントローラ（ガス導入手段の一部）
１６ ポンプ（ガス導入手段の一部）
３０ 半導体ガスセンサ
４１ タッチパネル制御部（表示手段の一部）
４２ コンピュータ（記憶手段、特徴値算出手段、ニオイ算出手段、翻訳手段）
４４ プログラマブルロジックコントローラ（測定手段の一部）
４６ センサ制御部（測定手段の一部）
【技術分野】
【０００１】
本発明はニオイ測定装置に係り、特に、測定対象のガスのニオイを人の感覚で表現可能なニオイ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
我国の悪臭防止法で規定されている嗅覚測定法は、臭気判定士により管理され、一定の嗅覚試験に合格したパネルにより実際の官能試験が行われる。しかしながら、１検体あたりの測定時間は２０〜４０分程度必要であり、嗅覚疲労等のパネルの疲労を考えると、１日に測定できる検体数は１０試料に満たない。従って、安定してニオイを測定可能なニオイ測定装置で予備的にニオイを測定して、問題のあるニオイについて、パネルによる官能試験を行う方が効率的である。
【０００３】
このため、従来、半導体ガスセンサによりニオイ（臭気）ガスの濃度に応じた抵抗値変化と、パネラによるニオイガスの示す臭気強度との対応関係を表した検量線を作成し、この検量線に基づいて測定した検体のニオイ強度を算出する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、半導体ガスセンサとニオイ強度との関係を、人の感覚強度に合わせて予め設定しておき、半導体ガスセンサからの出力をニオイ強度に変換することで、ニオイ強度の診断を行う方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。更に、小型化を図るために、一つの半導体ガスセンサを用いて複数のニオイ物質を検出する場合に、半導体ガスセンサからの出力が同一となるように調整する技術も開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
なお、本発明に関連する技術として、人の快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義される２次元座標上の快適度ベクトルモデルが開示されている（例えば、非特許文献１参照）。また、コホーネン（Kohonen）によって開発された自己組織化マップが知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−１８８０２７号公報
【特許文献２】特開平０８−３２０３１６号公報
【特許文献３】特開２００４−２３３３２６号公報
【非特許文献１】「快適度の客観的評価と脳波計測」ＪＡＳＥ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ Ｎｏ．０６−０４，１３−２２ ２００４ 吉田 倫幸
【非特許文献２】「自己組織化マップ（Self-OrganizingMap）の基礎」ＩＳＤＬ Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．２００５０８２２００７ ２００６年１月８日 伊藤 冬子、廣安 知之、三木 光範
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１〜３の技術では、半導体ガスセンサの出力を人のニオイ感覚に合うようにニオイ強度を調整する一次元的な処理を行い、悪臭に対するニオイ測定を主題としているため、人のニオイ感覚を総合的に測定し、その感覚を表現することは難しい。つまり、従来技術では、例えば、快適なニオイや、わくわくするニオイに対して、人の感覚と同じように測定することは難しかった。
【０００７】
本発明は上記事案に鑑み、測定対象のガスのニオイを人の感覚で表現可能なニオイ測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、測定対象のニオイガスをチャンバ内に導入するガス導入手段と、前記チャンバ内に配置され異なるガス感応性を有する複数の半導体ガスセンサと、前記ガス導入手段で前記チャンバ内にニオイガスが導入された状態で前記半導体ガスセンサの出力を測定する測定手段と、前記測定手段で測定された半導体ガスセンサの出力から予め定められた複数の特徴値を算出する特徴値算出手段と、種々のニオイガスに対し前記特徴値算出手段で算出された複数の特徴値に基づいて予め構築された自己組織化マップを複数に分割し、該分割した自己組織化マップをそれぞれ、前記種々のニオイガスに対する人の脳波データを快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義される２次元座標で表したニオイ感応マップに投影したニオイ感応投影マップを予め記憶した記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたニオイ感応投影マップに前記特徴値算出手段で算出された複数の特徴値を入力して、前記ニオイ感応マップの２次元座標上の原点からの位置ベクトルであって、その方向及び大きさが前記測定対象のニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度に対応する位置ベクトルを算出するニオイ算出手段と、を備える。
【０００９】
本発明のニオイ測定装置は、チャンバ内に配置され異なるガス感応性を有する複数の半導体ガスセンサを備えており、ガス導入手段により測定対象のニオイガスがチャンバ内に導入され、チャンバ内にニオイガスが導入された状態で測定手段により半導体ガスセンサの出力が測定される。特徴値算出手段により測定手段で測定された半導体ガスセンサの出力から予め定められた複数の特徴値が算出される。記憶手段には、種々のニオイガスに対し特徴値算出手段で算出された複数の特徴値に基づいて予め構築された自己組織化マップを複数に分割し、該分割した自己組織化マップをそれぞれ、種々のニオイガスに対する人の脳波データを快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義される２次元座標で表したニオイ感応マップに投影したニオイ感応投影マップが予め記憶されている。ニオイ算出手段により、記憶手段に記憶されたニオイ感応投影マップに特徴値算出手段で算出された複数の特徴値を入力して、ニオイ感応マップの２次元座標上の原点からの位置ベクトルであって、その方向及び大きさが測定対象のニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度に対応する位置ベクトルが算出される。
【００１０】
本発明において、ニオイ算出手段で算出された位置ベクトルをニオイ感応マップの２次元座標上に表示する表示手段を更に備えていれば、オペレータが表示手段を参照することによりニオイを視覚的に把握することができる。自己組織化マップは、該自己組織化マップを構成する各ノードにランダムな初期値を与え、各ノード間距離が最適になるようにノード結合重みが算出されていることが好ましい。また、ニオイ感応投影マップは、複数に分割された自己組織化マップが平行移動、回転、及び変形されることによりニオイ感応マップに非線形投影されていることが望ましい。更に、特徴値は、半導体ガスセンサの出力電圧の最大値、該最大値をとる時間、半導体ガスセンサの出力電圧の時間による微分最大値、該微分最大値をとる時間、及び、半導体ガスセンサのうち少なくとも１の半導体ガスセンサのヒータ電圧に動的非線形信号を印加し、該少なくとも１つの半導体センサの出力電圧を高速フーリエ変換したときの主成分を含むようにしてもよい。また、ニオイ算出手段で算出された位置ベクトルが、２次元座標上の快−興奮象限、快−沈静象限、不快−興奮象限、不快−沈静象限に位置するときに、測定対象のニオイガスを人が嗅いだとき、それぞれ、わくわく、かいてき、たいくつ、いらいらするニオイと翻訳する翻訳手段を更に備えるようにしてもよい。このとき、翻訳手段は、位置ベクトルの大きさを数値化し、該数値を含む述語を組み合わせた文章によって、ニオイガスを人が嗅いだときの感覚として翻訳すれば、装置に不慣れなオペレータでも測定対象のニオイガスのニオイを把握することができる。このとき、翻訳手段で組み合わされた文章を表示手段で表示することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ニオイ算出手段により、方向及び大きさがニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度として対応する、ニオイ感応マップの２次元座標上の位置ベクトルが算出されるので、測定対象のガスのニオイを人の感覚で表現可能なニオイ測定装置を実現することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係るニオイ測定装置の最良の実施の形態について説明する。
【００１３】
（構成）
図１に示すように、本実施形態のニオイ測定装置１は、正面にフロントパネル３と、他の５面を覆い後述するように機構部、制御部及び電源部を内蔵した箱状の筺体２を有している。フロントパネル３の上部には、情報を表示すると共に、オペレータから操作命令を受けるためのタッチパネル７が配置されている。
【００１４】
フロントパネル３の下部からは、ニオイ測定対象の検体周囲のガス（以下、ニオイガスという。）を後述するチャンバ内に導くためのサンプル管５が導出されている。サンプル管５には、外径４ｍｍ、内径３ｍｍで、比較的ガス成分の吸着が少ないポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製チューブが用いられている。サンプル管５の一端側（先端側）には、ニオイガス測定の際にオペレータが検体に向けて把持するためのグリップ６が固着されている。オペレータが外径４ｍｍのサンプル管５を安定して把持することは難しいため、グリップ６には、最大直径φ２５ｍｍ、長さ１５０ｍｍの樹脂製のものが用いられている。なお、グリップ６は、ニオイガス測定時以外は、フロントパネル３の上部側面に配置されたグリップホルダ４内に収容される（図１に示す状態）。
【００１５】
グリップ６内にはサンプル管５が埋設されており、フロントパネル３からのグリップ６の端部までのサンプル管５の長さは９０ｃｍに設定されている。すなわち、サンプル管５の長さは、オペレータが検体にグリップ６を向けると共に、タッチパネル７にタッチし易い長さとされている。
【００１６】
図２に示すように、ニオイ測定装置１の機構部は、３つの電磁３方弁（以下、電磁弁という。）１８、１９、２０、複数の半導体ガスセンサ等を内蔵したチャンバ１０、チャンバ１０の下流側に配置されチャンバ１０内に流れる気体流量を一定量に制御するマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣという。）１５、ＭＦＣ１５の下流側に配置されチャンバ１０内に流れる気体を吸引するポンプ１６、キャリアガス（清浄された空気）を発生させる図示を省略したキャリアガス発生ユニット、及び、これらを接続する外径３ｍｍ、内径２ｍｍのＰＴＦＥ製チューブで構成されている。
【００１７】
サンプル管５の他端側は電磁弁１８のＣＯＭポートに接続されており、電磁弁１８のＮＯポートはチューブ１７で電磁弁１９のＮＣポートに接続されている。電磁弁１９のＮＯポートはチューブ９でキャリアガス発生ユニットに接続されており、電磁弁１９のＣＯＭポートはチューブでチャンバ１０の一側に接続されている。チャンバ１０の他側はチューブでＭＦＣ１５の一側に接続されており、ＭＦＣ１５の他側はチューブでポンプ１６の一側（吸引側）に接続されている。ポンプ１６の他側（排出側）はチューブで電磁弁２０のＣＯＭポートに接続されており、電磁弁２０のＮＯポートはチューブで筺体２に形成された排気口（不図示）まで導出されている。また、電磁弁１８及び電磁弁２０のＮＣポート同士は、チューブ１４で接続されている。なお、チャンバ１０やＭＦＣ１５の接続では、気密性を確保するために、フェラルを有するコネクタジョイントが用いられている。
【００１８】
キャリアガス発生ユニットは、筒状のカラム内に活性炭とシリカゲルとが充填されており、その両端面にはチューブ９内への異物の侵入を防止するためのメッシュが配設されている。キャリアガス発生ユニットの一端面側は、筺体２から若干外側に突出（露出）しており、他端面側の外周には雄ねじが螺設されている。電磁弁１９のＮＯポートから導出されたチューブ９は筺体２に固定された円盤状の装着フランジの中央部に接続されている。装着フランジは側周面を有した断面コ字状の形状を有しており、側周面には雌ねじが螺設されている。このため、装着フランジの側周面に螺設された雌ねじにキャリアガス発生ユニットの雄ねじを羅合させることで、筺体２の外部からキャリアガス発生ユニットの装着ないし交換が可能である。キャリアガス発生ユニットが装着フランジに装着された状態でポンプ１６の吸引力で吸引されると、キャリアガス発生ユニットの一端面側から外気が取り込まれ、取り込まれた外気が活性炭とシリカゲルとで清浄され、キャリアガスを他端面側から排出する。
【００１９】
本実施形態では、ポンプ１６に、ＫＮＦ社製の型式番号８３０ＫＮＤＣを使用した。このポンプの概略仕様は、定格電圧１２Ｖ、流量（気体吸引量）３．１リットル／分、サイズ７７×３０．７×５３．５ｍｍである。ＭＦＣ１５には、ＥＳＴＥＣ社製の型式番号Ｅ４０を使用した。このＭＦＣの概略仕様は、定格電圧±１５Ｖ、流量レンジ０〜４００ミリリットル／分、流量精度±１％である。また、電磁弁１８、１９、２０には、ＣＫＤ社製の型式番号ＡＧ３１−０１−２を使用した。この電磁弁の応答速度は数十ミリ秒であり、内部はＰＴＦＥ加工が施されている。
【００２０】
図３に示すように、チャンバ１０は、ステンレス製で箱形のチャンバ下蓋２１、チャンバ上蓋２２、枠状のゴムパッキン２３及びステンレス製ボルト（不図示）で構成されており、基板２５にマウントされた複数の半導体ガスセンサ３０をチャンバ内に密閉した構造が採られている。すなわち、半導体ガスセンサ３０がマウントされた基板２５を、ゴムパッキン２３を介して上下両側から挟み、気密性を保持するために、チャンバ上蓋２２側及びチャンバ下蓋２１側の両側から、それぞれチャンバ下蓋２１及びチャンバ上蓋２２に達する長さのステンレス製ボルトで締め付けられている。なお、チャンバ下蓋２１及びチャンバ上蓋２２は、半導体ガスセンサ３０等に対しチャンバ１０の外部で発生するノイズを遮断するために、筺体２に電気的に接続されたシールド構造を有している。
【００２１】
図４に示すように、チャンバ１０内には、７個の半導体ガスセンサ３０、１個の湿度センサ３１、１個の温度センサ（サーミスタ）３２の合計９個のセンサが収容されている。一般に、チャンバ１０の内容積はセンサの応答性を高めるために、小さい方が好ましい。本実施形態では、９個のセンサを基板２５上に密集配置することで、チャンバ下蓋２１と基板２５（基板２５上にマウントされたセンサ等の部品を除く。）とが画定する内容積を約３５ミリリットルとした（図３も参照）。なお、チャンバ上蓋２２と基板２５とが画定する空間は、センサから導出されたピンや基板２５の裏面側（図３の上側）にマウントされた回路素子を収容するために形成されたものである。
【００２２】
本実施形態では、半導体ガスセンサ３０として、メタンに感応するＴＧＳ２６１１、アミン系ガスに感応するＴＧＳ８２６、エタノールに感応するＴＧＳ８２２、主に調理臭や空気の汚れに感応するＴＧＳ２６００、有機ハロゲンに感応するＴＧＳ８３２、メタノールに感応するＴＧＳ２６２０、イオウ系ガスに感応するＴＧＳ２６０２（いずれも、フィガロ技研（株）の型式番号）を使用した。
【００２３】
図５に示すように、半導体ガスセンサ３０は、例えば、アルミナセラミックチューブの周部に酸化スズ（ＳｎＯ２）の微粒子を焼結した円筒状のｎ型酸化物半導体３０Ａを有している。アルミナセラミックチューブは中空とされており、アルミナセラミックチューブ内にヒータコイル３０Ｂが挿入されている。ｎ型酸化物半導体３０Ａの両端にはそれぞれ２個の電極がプリントされており、これらの電極にリードの一端が接合されている。リードの他端及びヒータコイル３０Ｂのリードの両端は円柱状の樹脂成形ベースの上面周縁部にプリントされたパッドにワイヤボンディングされている。樹脂成形ベースの上部には樹脂成形ベースと同外径で円筒状の樹脂成形筒が樹脂成形ベースに接着されており、ｎ型酸化物半導体３０Ａは樹脂成形ベースの上面に接触しないように樹脂成形筒の中央部に配置されている。樹脂成形ベース及び樹脂成形筒の外周部には筒状の樹脂カバーの内周が接着されており、樹脂カバーの上部には図示しないステンレス製のメッシュがはめ込まれた開口が形成されている。また、樹脂成形ベースの各パッドからはピンが立設されている。
【００２４】
ｎ型酸化物半導体３０Ａはヒータコイル３０Ｂにより感応気体に応じて２００°Ｃ〜４００°Ｃに加熱され還元性ガスを検出する。大気中で酸素はｎ型酸化物半導体３０Ａの表面に負イオン吸着しており、還元性ガスが存在するとｎ型酸化物半導体３０Ａ表面で還元性ガスによる酸化反応が起こる。このとき、吸着酸素に捕捉されていた電子が半導体へ移行しｎ型酸化物半導体３０Ａに導電率の変化が生じ、この導電率の変化を検出することにより還元性ガスの存在や濃度を検出することができる。
【００２５】
各半導体ガスセンサ３０は、ｎ型酸化物半導体３０Ａに、半導体ガスセンサ３０からの出力電圧Ｖｏｕｔを取り出すための検出抵抗ＲＬを直列に挿入し作動電圧Ｖｃが印加されると共に、ヒータ３０Ｂにヒータ電圧が印加される。出力電圧Ｖｏｕｔは検出抵抗ＲＬの両端電圧とされている。なお、作動電圧Ｖｃ及び出力電圧Ｖｏｕｔの低電位側はグランドとされている。
【００２６】
本実施形態のニオイ測定装置１では、半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔをサンプリングレート１００Ｈｚで取得する。ｎ型酸化物半導体３０Ａの抵抗値をＲ０（Ω）、検出抵抗ＲＬの抵抗値をＲＬ（Ω）、作動電圧Ｖｃの電圧値をＶｃ（Ｖ）、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧値をＶｏｕｔ（Ｖ）とすると、抵抗値Ｒ０は、Ｒ０＝｛（Ｖｃ−Ｖｏｕｔ）／Ｖｏｕｔ｝×ＲＬで与えられる。従って、ｎ型酸化物半導体３０Ａの初期値に対する比抵抗値をＲｉとすると、比抵抗値Ｒｉは、Ｒｉ＝（Ｒ０／Ｒｓ）−１で与えられる。
【００２７】
図４に示すように、基板２５の一側には、（湿度センサ３１や温度センサ３２を含む）全てのセンサへの作動電圧を供給するための作動電圧コネクタ２７及び各半導体ガスセンサ３０のヒータ３０Ｂへのヒータ電圧を供給するためのヒータ電圧コネクタ２８がマウントされており、他側には、各検出抵抗ＲＬ両端の出力電圧Ｖｏｕｔを出力するための出力電圧コネクタ２６がマウントされている。なお、チャンバ１０の外側で、かつ、出力電圧コネクタ２６側の基板２５の領域には、検出抵抗ＲＬがマウントされている（図４では不図示）。
【００２８】
図６に示すように、ニオイ測定装置１の制御部は、ニオイ測定装置１全体を制御するコンピュータ４２を有している。コンピュータ４２は、中央演算装置として機能するＣＰＵ、コンピュータ４２の基本動作プログラム及びニオイ解析エンジン（後述するニオイ感応投影マップ）やプログラムデータを格納したＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして機能するＲＡＭ及びインターフェース等を含んで構成されている。
【００２９】
コンピュータ４２の外部バスには、タッチパネル７の表示や操作命令を制御するタッチパネル制御部４１及び検体に対するニオイ測定結果等を記憶するハードディスク（ＨＤ）４３が接続されている。なお、タッチパネル制御部４１は、タッチパネル７に接続されている。また、コンピュータ４２には、インターフェースを介してプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）４４に接続されている。
【００３０】
ＰＬＣ４４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭの他に、Ｄ／Ａコンバータ、Ａ／Ｄコンバータ及びＩ／Ｏを有して構成されている。本実施形態では、ＰＬＣ４４に、ＫＥＹＥＮＣＥ社製の型式番号ＫＶ−７００を使用した。ＰＬＣ４４は、電磁弁１８〜２０、ＭＦＣ１５、ポンプ１６等のアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部４５、各半導体ガスセンサ３０に応じて作動電圧Ｖｃを供給し、上述したように１００Ｈｚで各検出抵抗ＲＬの出力電圧Ｖｏｕｔのサンプリングを行うセンサ制御部４６、及び、各半導体ガスセンサ３０に応じて独立してヒータ電圧を供給するヒータ制御部４７に接続されている。なお、ＰＬＣ４４は、センサ制御部４６から出力（サンプリング）された各出力電圧Ｖｏｕｔのアナログ電圧をＡ／Ｄコンバータによりデジタル電圧に変換した後、イーサネット（Ethernet）（登録商標）を介してコンピュータ４２に送出する。従って、ＰＬＣ４４は、コンピュータ４２からの命令によりアクチュエータ制御部４５、センサ制御部４６、ヒータ制御部４７を制御すると共に、コンピュータ４２に出力電圧Ｖｏｕｔを送出するスレーブコンピュータとして機能する。
【００３１】
ニオイ測定装置１の電源部（不図示）は、１００Ｖ、４００Ｗ商用交流電源から２４Ｖ直流電源に変換する第１電源ユニット、２４Ｖ直流電源から１２Ｖ直流電源に降圧する第２電源ユニット、レギュレータを備え商用交流電源から定格±１５Ｖの電源に変換する第３電源ユニット、３端子レギュレータを備え１２Ｖ直流電源から５Ｖ直流電源に降圧する第４電源ユニットを有している。なお、本実施形態のニオイ測定装置１は、ＰＬＣ４４、タッチパネル７が第１電源ユニットから供給される電圧、コンピュータ４２、ポンプ１６、電磁弁１８〜２０が第２電源ユニットから供給される電圧、ＭＦＣ１５が第３電源ユニットから供給される電圧、各センサが第４電源ユニットから供給される電圧でそれぞれ作動する。
【００３２】
また、ニオイ測定装置１は、ＭＦＣ１５、ポンプ１６、制御部４０等の発熱部を有しているため、これらを冷却するための図示しない複数のファンユニットを備えている。これらのファンユニットは、筺体２の裏面側（フロントパネルの反対側）近傍に配置されており、筺体２の裏面には排気用の開口が形成されている。
【００３３】
次に、ＲＯＭに格納されたニオイ解析エンジン（ニオイ感応投影マップ）の作成手順について説明する。
【００３４】
＜ニオイ感応マップの作成＞
（１）被検者３０人に静寂な室温（２５°Ｃ）環境下で特定のニオイガスを嗅がせ、脳波データを測定した。このとき、脳波データから基礎律動波を取り出すためのフィルタに通した。脳波データの取得には、頭皮上に配設した２つの電極間の電位差を増幅して取り出す双極導出法を用い、頭皮上の電極配置部位は国際式１０−２０法を用いた。
【００３５】
（２）フィルタ出力に定電位クロス法を適用して変動する波の周期を捉えた。このとき、クロス電位（閾値電位幅）の設定はフィルタ波の振幅をモニタしながら調整した。フィルタ波の電位が設定した片側閾値電位（＋）以上の波を閾値電位を越えた時点をチェックし、個々のチェック間隔（周期に対応した時間幅を持つ）を瞬間の周波数に変換した。
【００３６】
（３）瞬時周波数の時系列データに高速フーリエ変換法を適用し、スペクトルを抽出した。１つのスペクトルを算出する時間は２５．６ｓで、サンプル点数５１２点を計算に用いた（５０ｍｓ刻みのタイムテーブルを作り、算出した周期を５０ｍｓ（２０Ｈｚ）毎に再サンプリングした周波数データを使用した。）。スペクトル表示上の最低周波数は１／２５．６ｓ、最高周波数は１０Ｈｚとなる。計４単位時間（１０２．４ｓ）の平均スペクトルを求め、これをゆらぎスペクトルとした。
【００３７】
（４）次に、横軸にゆらぎスペクトルの周波数、縦軸に各ゆらぎスペクトルの周波数に対応したスペクトル密度をとって、ゆらぎ特性を両軸常用対数グラフ上に表示した。スペクトルの傾斜度を数値化するために、変曲点を検出して低周波数領域と高周波数領域とに二分し、各領域でゆらぎ周波数の対数変換値を独立変数、スペクトル密度の対数変換値を従属変数にとって直線回帰式を算出し、その傾き係数で傾斜度を代表させた。
【００３８】
（５）公知のヘラー（Ｈｅｌｌｅｒ，ｗ）の２次元モデル、又は、上述した非特許文献１の快適度ベクトルモデルと同様、図７に示すように、興奮、沈静の程度を表す座横軸標系と、快、不快の程度を表す縦軸座標系とで定義される２次元座標系を準備し、被検者の脳波データについて当該２次元座標の原点Ｏからの位置ベクトルを算出した。すなわち、左前頭部の周波数ゆらぎの傾斜度をFp1slope、右前頭部の周波数ゆらぎの傾斜度をFp2slopeとすると、位置ベクトルの角度及び大きさは次式（１）で与えられる。なお、角度は原点Ｏと興奮座標系とを結ぶ方向を０°とした。
【００３９】
【数１】
【００４０】
図７は、上記（１）〜（５）に従って、被検者３０人に５種類のニオイ（植物精油臭、アミン臭、アルデヒド臭、芳香成分混合臭Ａ、芳香成分混合臭Ｂ）を嗅がせたときの位置ベクトルをマップ化したニオイ感応マップを表している。図７において、各四角形の中心（対角線交点）は被検者集団の平均値を表し、各四角形の中心から各四角形の頂点までの距離が標準偏差に比例している。本実施形態では、ニオイ感応マップの全方向が埋まるように、被検者３０人に数十種のニオイを嗅がせたときの位置ベクトルを表したニオイ感応マップを用いた。
【００４１】
＜自己組織化マップの構築＞
（６）上述した数十種のニオイガスについて、室温環境下で、ニオイ測定装置１の機構部（図２参照）を清浄した後、ポンプ１５及びＭＦＣ１５を作動させ、各ニオイガスをチャンバ１０内に導入し、１分間、各半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔをサンプリングレート１００Ｈｚで取得して、時系に従ってメモリに記憶した。このとき、ＴＧＳ２６０２を除く、ＴＧＳ２６１１、ＴＧＳ８２６、ＴＧＳ８２２、ＴＧＳ２６００、ＴＧＳ８３２、ＴＧＳ２６２０の６個の半導体ガスセンサのヒータコイル３０Ｂには５Ｖの定電圧を印加し、ＴＧＳ２６０２のヒータコイル３０Ｂには１．５Ｖから５．２Ｖまでの余弦波を２０秒周期（動的非線形信号）で印加した。図８は、７個の半導体ガスセンサ３０の出力電圧を模式的に示したものである。
【００４２】
（７）メモリに時系に従って記憶した各半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔのうち、ＴＧＳ２６０２を除く６個の半導体ガスセンサの出力電圧の最大値、その最大値をとるときの時刻、１０ｍｓを単位時間としたとき（サンプリングレート１００Ｈｚ）の時間による微分最大値、その微分最大値をとるときの時刻を、当該検体のガスに対する特徴値として算出した。各特徴値は半導体ガスセンサについて４個取得されるため、半導体ガスセンサ６個分では２４個取得される。また、ＴＧＳ２６０２の出力電圧を高速フーリエ変換して得られた第１成分、第２成分、第３成分の値も特徴値とした。このため、本実施形態では、各半導体ガスセンサの出力電圧Ｖｏｕｔから２７次元の特徴値を得ることができる。なお、温度センサ３２及び湿度センサ３１は、各半導体ガスセンサ３０のガス感応性が温度及び湿度に依存することから、測定した温度及び湿度により予め設定された温度−湿度補正テーブルで各半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔを補正した。
【００４３】
（８）次に、１００×１００のノードからなる自己組織化マップ（Self-Organizing Map、以下、ＳＯＭと略称する。）を作成し、各ノードに適当（ランダム）な初期値を与え、各ノード間距離が最適となるように、コホーネン学習則に従い、各ノードの結合重みを計算した。
【００４４】
ここで、ＳＯＭ及びコホーネン学習則について簡単に説明する。なお、両者は上述した非特許文献２の通り公知であり、例えば、インターネット等により更なる詳細事項を把握することができる。
【００４５】
ＳＯＭは、コホーネン（Kohonen）によって開発された２層型ニューラルネットワークの一種である。一般に、ニューロンの基本的なモデルは、ｍｉ（ｔ＋１）＝ｍｉ（ｔ）＋ｈｃｉ（ｔ）｛ｘ（ｔ）−ｍｉ（ｔ）｝で表され、多数の入力ｘｉの線形加重和Σｘｉｗｉがある閾値より大きい場合に「１」、そうでない場合に「０」を出力する。図９に示すように、ＳＯＭの第１層はｎ次元の入力層ｘ（ｔ）であり、第２層は競合層と呼ばれ一般に２次元配列となっている。競合層のベクトルは、参照ベクトルｍｉ（ｔ）で表され、入力層のｎ次元と同様にｎ個の要素を持つ。
【００４６】
コホーネン学習則では、以下の手順により、ＳＯＭに対して教師なしの競合学習が行われる。（Ａ）すべての参照ベクトルｍｉの要素をランダムに決定する。（Ｂ）入力ベクトルＸ（ｔ）を与える。このとき、ｘ（ｔ）とのユークリッド距離（ｘ−ｍｉの絶対値）が最小となるニューロンｉを探す。このニューロンをｃとすると、ａｂｓ（ｘ−ｍｃ）＝ｍｉｎ｛ａｂｓ（ｘ−ｍｉ）｝と表すことができる。（Ｃ）参照ベクトルｍｃを持つニューロンを勝者ユニットとする。（Ｄ）勝者ユニット及びその周辺の近傍Ｎｃ内のユニットは次式に従って入力ベクトルを学習する：ｍｉ（ｔ＋１）＝ｍｉ（ｔ）＋ｈｃｉ（ｔ）｛ｘ（ｔ）−ｍｉ（ｔ）｝。ただし、ｈｃｉは近傍関数であり、ｉ∈Ｎｃならｈｃｉ＝α（ｔ）、そうでないならｈｃｉ＝０と定義する（α（ｔ）は学習率係数）。（Ｅ）上記（Ｂ）〜（Ｄ）をＴ回繰り返し、学習を行う。近傍サイズはＮｃ＝Ｎｃ（ｔ）という時間の関数で表され、学習とともにそのサイズを小さくしていく。（Ｆ）すべての入力ベクトルに対して、上記（Ｂ）〜（Ｅ）を繰り返し行うことにより、各入力ベクトルに類似したユニットが集まるようになる。
【００４７】
図１０は、上記手順により、上述した５種類のニオイガスの特徴値に基づいて構築したＳＯＭを模式的に表したものである。ノードに配置された△、○、□、×、◇の各点には２７次元特徴値が対応しており（図９参照）、各点の数がニオイガスに対して半導体ガスセンサ３０で測定したおおよその回数を示している（同一ノードに配置され場合の測定回数は現れていない）。
【００４８】
＜ニオイ感応投影マップの構築＞
（９）構築したＳＯＭを分割し、それぞれの分割平面をニオイ感応マップに非線形投影を行った。この非線形投影は、以下の変換行列で表される平行移動、回転、拡大・縮小によって行ったが、更に変形するようにしてもよい。
【００４９】
【数２】
【００５０】
図１１は、分割平面をニオイ感応マップに平行移動したときの概念を表している。本実施形態では、ノードに配置された各点がニオイ感応マップの四角形内にほぼ入るように平行移動、回転、拡大・縮小を行った。図１２は、以上の手順で構築したニオイ感応投影マップの模式図である。このように、ＲＯＭに格納されたニオイ感応投影マップは、ニオイ感応マップにＳＯＭの分割平面が非線形投影されたものであるが、本実施形態では、ニオイ感応投影マップの全方向でニオイ感応マップとＳＯＭとが対応するように、上述した数十種のニオイガスについてニオイ感応投影マップが作成されている。
【００５１】
（動作）
次に、本実施形態のニオイ測定装置１の動作について、コンピュータ４２のＣＰＵ（以下、ＣＰＵと略称する。）を主体として説明する。
【００５２】
ニオイ測定装置１に電源が投入されると、ＲＯＭに格納された基本動作プログラムやニオイ解析エンジンがＲＡＭに展開され、タッチパネル制御部４１を介してタッチパネル７にニオイ測定の準備中である旨の初期画面を表示させる初期設定処理を実行する。次いで、ＣＰＵは、ＰＬＣ４４からＰＬＣ４４の初期設定処理終了のステータスを受信すると、検体に対するニオイの測定を行うためのニオイ測定ルーチンを実行する。
【００５３】
ニオイ測定ルーチンでは、まず、ＰＬＣ４４、アクチュエータ制御部４５を介して電磁弁１８〜２０をオフ状態（非通電状態）とさせると共に、ＰＬＣ４４、センサ制御部４６、ヒータ制御部４７を介して、全センサに作動電圧を印加させ半導体ガスセンサ３０にヒータ電圧を印加させる（上述したようにＴＧＳ２６０２のヒータコイル３０Ｂには１．５〜５．２Ｖの余弦波電圧を２０秒周期で印加し、それ以外の６個の半導体ガスセンサには５．０Ｖの定電圧を印加させる。）。次いで、ＭＦＣ１５は安定作動のために電源投入後５分間の暖気と０点補正とが必要なため、ニオイ測定ルーチンの開始からＭＦＣ１５の安定動作が確保される５分が経過するまで待機する。
【００５４】
ニオイ測定ルーチンの開始から５分が経過すると、ＣＰＵは、アクチュエータ制御部４５にポンプ１６を作動させチャンバ１０内を清浄するチャンバ清浄処理を実行させる。ＭＦＣ１５により、チャンバ１０やチューブ内を流れるキャリアガスの流量は４００ミリリットルの一定量に制御されている。キャリアガスは、キャリアガス発生ユニット（→チューブ９）→電磁弁１９→チャンバ１０→ＭＦＣ１５→ポンプ１６→電磁弁２０の順に流れ、筺体２の外部へ排出される。これにより、チャンバ１０内及び電磁弁１９とチャンバ１０とを接続するチューブ内がキャリアガスで清浄されると共に、チャンバ１０内に内蔵された各半導体ガスセンサ３０が一定温度に維持（冷却）される。ポンプ１６を作動させてから更に５分が経過すると、ＣＰＵは、タッチパネル７にニオイ測定が可能である旨を表示させ、タッチパネル７に表示されたニオイ測定開始ボタンがタッチされるまで待機する。
【００５５】
ニオイ測定開始ボタンがタッチ（押下）されると、ＣＰＵは、ＰＬＣ４４に、電磁弁１９をオン状態（通電状態）とさせ、検体からのニオイガスを８個の半導体ガスセンサ３０で１分間測定したときの出力電圧Ｖｏｕｔをデジタル電圧としてＣＰＵに出力させるニオイ測定処理を実行する。このとき、ＣＰＵは、出力電圧Ｖｏｕｔを上述した温度−湿度補正テーブルで補正し補正後の出力電圧をハードディスク４３内に時系列的に格納する。検体からのニオイガスは、サンプル管５→電磁弁１８（→チューブ１７）→電磁弁１９→チャンバ１０→ＭＦＣ１５→ポンプ１６→電磁弁２０の順に流れ、筺体２の外部へ排出される。ＣＰＵは、１分が経過すると、ＰＬＣ４４に後述する清浄処理を実行させると共に、ニオイ測定が終了した旨をタッチパネル７に表示させる。
【００５６】
ＣＰＵは、ニオイガスの吸引が終了した時点で、ＰＬＣ４４に機構部の清浄処理を実行させる。ＰＬＣ４４は、ＣＰＵから清浄処理の実行命令を受けると、電磁弁１９をオフ状態とさせ、５分間、チャンバ１０内及び電磁弁１９とチャンバ１０とを接続するチューブ内を清浄する。
【００５７】
続いて、ＰＬＣ４４は、電磁弁１９をオン状態とさせ、３０秒間、外気でチューブ１７内を清浄する。サンプル管５には外気が流入し、外気は、サンプル管５→電磁弁１８→チューブ１７→電磁弁１９→チャンバ１０→ＭＦＣ１５→ポンプ１６→電磁弁２０の順に流れ、筺体２の外部に排出される。
【００５８】
次いで、ＰＬＣ４４は、電磁弁１８をオン状態、電磁弁１９をオフ状態、電磁弁２０をオン状態とさせ、３０秒間、サンプル管５内を清浄する。この状態では、キャリアガスが、チューブ９→電磁弁１９→チャンバ１０→ＭＦＣ１５→ポンプ１６→電磁弁２０→チューブ１４→電磁弁１８→サンプル管５の順に流れ、サンプル管５の一端側（先端側）から外気に排出される。
【００５９】
次に、ＰＬＣ４４は、電磁弁１８をオフ状態、電磁弁１９をオフ状態、電磁弁２０をオフ状態とさせ、５分間、チャンバ１０に内蔵された各半導体ガスセンサ３０が安定状態となるまで待機する。以上の清浄処理には、合計１１分を要するため、この１１分の間、タッチパネル７には、清浄中である旨が表示される。ＰＬＣ４４は、清浄処理が終了すると、ＣＰＵに清浄処理の終了を報知する。この報知を受けたＣＰＵは、タッチパネル７に機構部の清浄が完了した旨を表示させる。これにより、ニオイ測定装置１は、再度、上述したニオイ測定処理が可能な状態となる。
【００６０】
また、ＣＰＵは、ＰＬＣ４４による機構部の清浄処理に並行して、ハードディスク４３内に格納した７個の半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔから、上述した２７個の特徴値を算出してニオイ感応投影マップに入力し（ＳＯＭ上の位置を求め）、ＳＯＭが非線形投影されたニオイ感応マップの２次元座標上の座標値、すなわち、原点からの位置ベクトルを得る。次いで、ＣＰＵは、ニオイ感応マップ及び得られた位置ベクトルを、タッチパネル制御部４１を介してタッチパネル７に表示させる（図７参照）。上述したように、この位置ベクトルの方向及び大きさが、人が測定対象のニオイガスを嗅いだときのニオイ及びその程度に対応するため（上記（５）参照）、オペレータはディスプレイ７を参照することで、ニオイガスのニオイ及びその程度を把握することができる。
【００６１】
次に、ＣＰＵは、２次元座標上の原点からの位置ベクトルを、オペレータが分かる言葉に翻訳する。図７に示すように、本実施形態では、２次元座標上の快−興奮象限、快−沈静象限、不快−興奮象限、不快−沈静象限に位置ベクトルがそれぞれ位置するときに、「わくわくするニオイ」、「かいてきなニオイ」、「たいくつなニオイ」、「いらいらするニオイ」に対応させ、その程度を表す位置ベクトルの大きさ（絶対値）を算出する。上述した式（１）から、位置ベクトルの大きさはパーセントで表される。従って、ＣＰＵは、位置ベクトルから、上述した述語と数値とにより、例えば、「いらいらするニオイ７０％」等の人が分かる言葉に対応させ（翻訳し）、タッチパネル制御部４１を介してタッチパネル７に、ニオイ感応マップに検体のニオイを表すベクトル及び対応させた言葉を表示する。
【００６２】
次いで、ＣＰＵは、検体に対するニオイ測定が終了した旨をタッチパネル７に表示させると共に、ハードディスク４３内に測定結果を格納させてニオイ測定ルーチンを終了する。このとき、測定を行った日付や検体名、検体の位置等の検体の属性情報を併せて記憶させることが好ましい。なお、インターフェースを介して接続されたパーソナルコンピュータを操作することで、プリンタからニオイ測定結果を出力するようにしてもよい。
【００６３】
（作用等）
次に、本実施形態のニオイ測定装置１の作用等について説明する。
【００６４】
本実施形態のニオイ測定装置１は電磁弁１８、２０をオフ状態、電磁弁１９をオン状態に制御することでニオイガスをチャンバ１０内に導入（採取）し、半導体ガスセンサ３０でニオイガスの測定を行うことができる。また、電磁弁１８〜２０を制御することにより、チャンバ１０内、電磁弁１９とチャンバ１０とを接続するチューブ内、チューブ１７内、及び、サンプル管５内を清浄することができる。従って、シーケンス制御によりサンプル管５内に残留したニオイガスを含めニオイガスの流路の清浄を行うことができるので、複数の検体に対して精度良くかつ安定してニオイ測定を行うことができる。更に、ポンプ１６及びＭＦＣ１５によりチャンバ１０内の気体を一定量（４００ミリリットル／分）で吸引するため、ニオイ測定処理で、ニオイガスは吸引されチャンバ１０に充たされるので、安定定常状態で半導体ガスセンサ３０によりニオイガスを測定することができると共に、装置内にバッファや装置外に呼気だめを設ける必要がない。従って、ニオイ測定装置１のダウンサイジングを図ることができると共に、筺体２外の構成部材を極力小さくすることができる。
【００６５】
また、本実施形態のニオイ測定装置１では、ＲＯＭに、図１２に示したように、快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義されたニオイ感応マップに、半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔから算出された２７個の特徴値によるＳＯＭを分割し非線形投影したニオイ感応投影マップが格納されている。ニオイ測定装置１は、半導体ガスセンサ３０の出力電圧Ｖｏｕｔからニオイガスの特徴値を算出して、ニオイ感応投影マップに算出された特徴値を入力して、ニオイ感応マップの２次元座標上の原点からの位置ベクトルを算出し、ディスプレイ７上にニオイ感応マップと位置ベクトルとを表示する。この位置ベクトルの方向及び大きさは測定対象のニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度に対応するため、ニオイガスを人の感覚で表現することができる。すなわち、本実施形態のニオイ測定装置１は、２次元座標上の位置ベクトルで表現するようにしたので、従来技術のように１つの座標系のメモリを調整する技術に対して、ニオイガスについて包括的（定性的かつ定量的）に捉えることが可能である。
【００６６】
また、算出した位置ベクトルからオペレータの分かる言葉に対応させて（翻訳して）タッチパネル７上に表示するので（例えば、「いらいらするニオイ７０％」）、ガスのニオイを人の感覚で表現することができる。更に、ニオイ感応投影マップは、ニオイ感応マップの２次元座標の全方向についてＳＯＭに対応しているため、悪臭に限らず、良いニオイに対しても、人の感覚で表現することが可能である。
【００６７】
なお、本実施形態では、２つの電磁弁１８、１９を用いてキャリアガスとニオイガスとを選択的にチャンバ１０に導入する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電磁（３方）弁１８、１９に代えて、１つの電磁４方弁を用いるようにしてもよい。このような構成の場合には、アクチュエータ制御部４５の小型化も図ることができ、ひいては、ニオイ測定装置１全体を更に小型化することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、発明者らが実際に試作したニオイ測定装置１を例示したが、量産化を図る場合には、コンピュータ４２とＰＬＣ４４とを一体化させ制御部の小型化を図るようにしてもよく、また、各部の作動電圧を１２Ｖ、５Ｖに統一し、電源部を構成するユニット数を少なくするようにしてもよい。
【００６９】
更にまた、本実施形態では、ヒータ制御部４７が独立して各半導体ガスセンサ３０のヒータコイル３０Ｂにヒータ電圧を供給する構成を採用しているので、ヒータ制御部４７は、温度センサ３２で計測したチャンバ１０内の温度情報をセンサ制御部４６から受け取り、例えば、予め設定したテーブルや数式に従って、各半導体ガスセンサ３０のガス感応温度が好適な範囲となるように制御するようにしてもよい。
【００７０】
また、本実施形態では、ニオイ感応投影マップ（ニオイ感応マップ）上の位置ベクトルが２次元座標上の快−興奮象限、快−沈静象限、不快−興奮象限、不快−沈静象限に位置するときに、それぞれ、わくわく、かいてき、たいくつ、いらいらすると対応させる例を示したが、より細かく（例えば、３０°毎に）人の感覚に対応させるようにしてもよい。
【００７１】
そして、本実施形態では、ニオイ測定装置１に搭載された半導体ガスセンサ３０で特徴値を算出してニオイ感応投影マップを作成した例を示したが、量産では、半導体ガスセンサ３０と同一仕様の半導体ガスセンサで特徴値を演算して作成したニオイ感応投影マップをＲＯＭに移植（格納）してよいことは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、ガスのニオイを人の感覚で表現することが可能なニオイ測定装置を提供するものであるため、ニオイ測定装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明が適用可能な実施形態のニオイ測定装置の外観斜視図である。
【図２】実施形態のニオイ測定装置の機構部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】ニオイ測定装置の機構部を構成するチャンバの断面図である。
【図４】一部がチャンバ内に密閉される基板の平面図である。
【図５】半導体ガスセンサの作動原理を示す回路図である。
【図６】ニオイ測定装置の制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図７】快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義された２次元座標を有するニオイ感応マップ及び位置ベクトルを示すと共に、被検者３０人にそれぞれ５種類のニオイガスを嗅がせたときの偏差を模式的に示したニオイ感応マップの説明図である。
【図８】半導体ガスセンサの出力電圧を模式的に示す説明図である。
【図９】一般的な自己組織化マップの入力層と競合層との関係を示す説明図である。
【図１０】５種類のニオイガスを実施形態の半導体ガスセンサで測定し特徴値を対応させた自己組織化マップの説明図である。
【図１１】自己組織化マップを分割しニオイ感応マップ上に平行移動するときの概念を示す説明図である。
【図１２】ニオイ感応マップに自己組織化マップを分割して非線形投影したニオイ感応投影マップの説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ ニオイ測定装置
７ タッチパネル（表示手段）
１０ チャンバ
１５ マスフローコントローラ（ガス導入手段の一部）
１６ ポンプ（ガス導入手段の一部）
３０ 半導体ガスセンサ
４１ タッチパネル制御部（表示手段の一部）
４２ コンピュータ（記憶手段、特徴値算出手段、ニオイ算出手段、翻訳手段）
４４ プログラマブルロジックコントローラ（測定手段の一部）
４６ センサ制御部（測定手段の一部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象のニオイガスをチャンバ内に導入するガス導入手段と、
前記チャンバ内に配置され異なるガス感応性を有する複数の半導体ガスセンサと、
前記ガス導入手段で前記チャンバ内にニオイガスが導入された状態で前記半導体ガスセンサの出力を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定された半導体ガスセンサの出力から予め定められた複数の特徴値を算出する特徴値算出手段と、
種々のニオイガスに対し前記特徴値算出手段で算出された複数の特徴値に基づいて予め構築された自己組織化マップを複数に分割し、該分割した自己組織化マップをそれぞれ、前記種々のニオイガスに対する人の脳波データを快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義される２次元座標で表したニオイ感応マップに投影したニオイ感応投影マップを予め記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されたニオイ感応投影マップに前記特徴値算出手段で算出された複数の特徴値を入力して、前記ニオイ感応マップの２次元座標上の原点からの位置ベクトルであって、その方向及び大きさが前記測定対象のニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度に対応する位置ベクトルを算出するニオイ算出手段と、
を備えたニオイ測定装置。
【請求項２】
前記ニオイ算出手段で算出された位置ベクトルを前記ニオイ感応マップの２次元座標上に表示する表示手段を更に備えた請求項１に記載のニオイ測定装置。
【請求項３】
前記自己組織化マップは、該自己組織化マップを構成する各ノードにランダムな初期値を与え、各ノード間距離が最適になるようにノード結合重みが算出されていることを特徴とする請求項１に記載のニオイ測定装置。
【請求項４】
前記ニオイ感応投影マップは、前記複数に分割された自己組織化マップが平行移動、回転、及び変形されることにより前記ニオイ感応マップに非線形投影されていることを特徴とする請求項１に記載のニオイ測定装置。
【請求項５】
前記特徴値は、前記半導体ガスセンサの出力電圧の最大値、該最大値をとる時間、前記半導体ガスセンサの出力電圧の時間による微分最大値、該微分最大値をとる時間、及び、前記半導体ガスセンサのうち少なくとも１の半導体ガスセンサのヒータ電圧に動的非線形信号を印加し、該少なくとも１つの半導体センサの出力電圧を高速フーリエ変換したときの主成分を含むことを特徴とする請求項１に記載のニオイ測定装置。
【請求項６】
前記ニオイ算出手段で算出された位置ベクトルが、前記２次元座標上の快−興奮象限、快−沈静象限、不快−興奮象限、不快−沈静象限に位置するときに、前記測定対象のニオイガスを人が嗅いだとき、それぞれ、わくわく、かいてき、たいくつ、いらいらするニオイと翻訳する翻訳手段を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載のニオイ測定装置。
【請求項７】
前記翻訳手段は、前記位置ベクトルの大きさを数値化し、該数値を含む述語を組み合わせた文章によって、前記ニオイガスを人が嗅いだときの感覚として翻訳することを特徴とする請求項６に記載のニオイ測定装置。
【請求項８】
前記翻訳手段で組み合わされた文章を前記表示手段で表示することを特徴とする請求項７に記載のニオイ測定装置。
【請求項１】
測定対象のニオイガスをチャンバ内に導入するガス導入手段と、
前記チャンバ内に配置され異なるガス感応性を有する複数の半導体ガスセンサと、
前記ガス導入手段で前記チャンバ内にニオイガスが導入された状態で前記半導体ガスセンサの出力を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定された半導体ガスセンサの出力から予め定められた複数の特徴値を算出する特徴値算出手段と、
種々のニオイガスに対し前記特徴値算出手段で算出された複数の特徴値に基づいて予め構築された自己組織化マップを複数に分割し、該分割した自己組織化マップをそれぞれ、前記種々のニオイガスに対する人の脳波データを快、不快の程度を表す座標系及び興奮、沈静の程度を表す座標系で定義される２次元座標で表したニオイ感応マップに投影したニオイ感応投影マップを予め記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されたニオイ感応投影マップに前記特徴値算出手段で算出された複数の特徴値を入力して、前記ニオイ感応マップの２次元座標上の原点からの位置ベクトルであって、その方向及び大きさが前記測定対象のニオイガスを人が嗅いだときのニオイ及びその程度に対応する位置ベクトルを算出するニオイ算出手段と、
を備えたニオイ測定装置。
【請求項２】
前記ニオイ算出手段で算出された位置ベクトルを前記ニオイ感応マップの２次元座標上に表示する表示手段を更に備えた請求項１に記載のニオイ測定装置。
【請求項３】
前記自己組織化マップは、該自己組織化マップを構成する各ノードにランダムな初期値を与え、各ノード間距離が最適になるようにノード結合重みが算出されていることを特徴とする請求項１に記載のニオイ測定装置。
【請求項４】
前記ニオイ感応投影マップは、前記複数に分割された自己組織化マップが平行移動、回転、及び変形されることにより前記ニオイ感応マップに非線形投影されていることを特徴とする請求項１に記載のニオイ測定装置。
【請求項５】
前記特徴値は、前記半導体ガスセンサの出力電圧の最大値、該最大値をとる時間、前記半導体ガスセンサの出力電圧の時間による微分最大値、該微分最大値をとる時間、及び、前記半導体ガスセンサのうち少なくとも１の半導体ガスセンサのヒータ電圧に動的非線形信号を印加し、該少なくとも１つの半導体センサの出力電圧を高速フーリエ変換したときの主成分を含むことを特徴とする請求項１に記載のニオイ測定装置。
【請求項６】
前記ニオイ算出手段で算出された位置ベクトルが、前記２次元座標上の快−興奮象限、快−沈静象限、不快−興奮象限、不快−沈静象限に位置するときに、前記測定対象のニオイガスを人が嗅いだとき、それぞれ、わくわく、かいてき、たいくつ、いらいらするニオイと翻訳する翻訳手段を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載のニオイ測定装置。
【請求項７】
前記翻訳手段は、前記位置ベクトルの大きさを数値化し、該数値を含む述語を組み合わせた文章によって、前記ニオイガスを人が嗅いだときの感覚として翻訳することを特徴とする請求項６に記載のニオイ測定装置。
【請求項８】
前記翻訳手段で組み合わされた文章を前記表示手段で表示することを特徴とする請求項７に記載のニオイ測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２４８３５２（Ｐ２００７−２４８３５２Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７４２９１（Ｐ２００６−７４２９１）
【出願日】平成１８年３月１７日（２００６．３．１７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（経済産業省関東経済産業局が実施する「平成１７年度地域新生コンソシアム研究開発事業」の適用を受ける特許出願）
【出願人】（８０１００００３８）よこはまティーエルオー株式会社 (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１７日（２００６．３．１７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（経済産業省関東経済産業局が実施する「平成１７年度地域新生コンソシアム研究開発事業」の適用を受ける特許出願）
【出願人】（８０１００００３８）よこはまティーエルオー株式会社 (31)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]