(57)【要約】  基質の湿分含量を測定する装置が提供される。装置は、共振周波数を有する高Ｑ値ＬＣ回路を使用する。ＬＣ回路は高Ｑ値インダクタ及びコンデンサを使用する。装置はまた、電力をコンデンサに結合するように動作可能であり、ＬＣ回路及び繊維マトリックス変性ユニットに電気的に結合された高周波信号発生器も使用する。ＬＣ回路の共振周波数は、繊維マトリックス変性ユニット内にコンデンサに近接して配置された、基質の湿分含量に応じて変えることができる。
2007534966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基質の湿分含量を測定する装置であって、
共振周波数を有し、高Ｑ値インダクタ及びコンデンサを含む高Ｑ値ＬＣ回路と、
前記ＬＣ回路に電気的に結合され、前記コンデンサに電力を結合するように動作可能な高周波信号発生器と、
繊維マトリックス変性ユニットと
を含み、
前記基質が前記繊維マトリックス変性ユニット内であって且つ前記コンデンサに近接して配置されたときに、前記ＬＣ回路の前記共振周波数を前記基質の前記湿分含量に応じて変えることができる装置。
【請求項２】
前記繊維マトリックス変性ユニットが前記コンデンサを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コンデンサが少なくとも２つのプレートを含み、前記基質が前記少なくとも２つのプレートに近接して配置される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記繊維マトリックス変性ユニットが直線アクチュエータを更に含む、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記繊維マトリックス変性ユニットが、前記基質を配置する詰め込み領域を更に含み、前記詰め込み領域がフィードバック機構を更に含む、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記高周波発生器高周波信号発生器が３０ＭＨｚ〜３ＧＨｚで動作可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記高Ｑ値ＬＣ回路に動作可能に結合されたＡＣ／ＤＣ検出器を更に含み、前記ＡＣ／ＤＣ検出器が前記ＬＣ回路の前記共振周波数の前記変化を感知することができる、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ＡＣ／ＤＣ検出器が出力を有し、前記出力が、処理システム、通信システム、表示システム、記憶システム、及びそれらの組み合わせから成る群から選択されるシステムに電気的に結合される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記システムが前記装置と一体である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ＡＣ／ＤＣ検出器が出力を有し、前記出力が、処理システム、通信システム、表示システム、記憶システム、及びそれらの組み合わせから成る群から選択されるシステムと通信する、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記基質がケラチン性繊維である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記繊維マトリックス変性ユニットが、前記高Ｑ値ＬＣ回路を支持する固定の基部部材と、前記繊維マトリックス変性ユニットを前記高Ｑ値ＬＣ回路と並置して支持する可動部材とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ＬＣ回路の前記共振周波数が、前記繊維マトリックス変性ユニット内に配置された、前記基質の５０重量％未満の湿分を有する第１の基質に応じて、第１の周波数を提供し、
前記ＬＣ回路の前記共振周波数が、前記繊維マトリックス変性ユニット内に配置された、飽和した第２の基質に応じて、第２の周波数を提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置が、前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数の比較を含むダイナミックレンジを有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
基質の湿分含量を測定できる装置のための回路であって、
共振周波数を有し、高Ｑ値インダクタ及びコンデンサを含む高Ｑ値ＬＣ回路と、
前記ＬＣ回路に電気的に結合され、前記コンデンサに電力を結合するように動作可能な高周波信号発生器と
を含み、
前記ＬＣ回路の前記共振周波数が、前記コンデンサに近接して配置された前記基質の前記湿分含量に応じて変化することができる、回路。
【請求項１６】
前記回路に動作可能に結合され、前記ＬＣ回路の前記共振周波数の前記変化を検出することができるＡＣ／ＤＣ検出器を更に含む、請求項１５に記載の回路。
【請求項１７】
前記ＡＣ／ＤＣ検出器がＤＣ増幅器を更に含む、請求項１６に記載の回路。
【請求項１８】
前記回路がシフト可能な共振曲線を有する、請求項１５に記載の回路。
【請求項１９】
前記高周波発生器高周波信号発生器が３０ＭＨｚ〜３ＧＨｚで動作可能である、請求項１５に記載の回路。
【請求項２０】
基質の湿分含量を測定する方法であって、
（ａ）シフト可能な共振曲線を有し、高Ｑ値インダクタ及びコンデンサを含む高Ｑ値ＬＣ回路と、前記ＬＣ回路に電気的に結合され、前記コンデンサに電力を結合するように動作可能な高周波信号発生器とを提供する工程と、
（ｂ）前記基質を前記コンデンサに近接させる工程と、
（ｃ）前記高Ｑ値ＬＣ回路の出力を測定する工程と、
（ｄ）前記出力を基準値と比較して、前記基質の前記湿分含量を決定する工程と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に測定センサに関し、特に、毛髪などの生物学的システムの内部及び外部の湿分含量などの、基質の状態量を測定するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒトの毛髪などの繊維性基質は、一般に、α−ケラチンと呼ばれるタンパク質を含む。羊毛及び毛髪などのα−ケラチン繊維は、親水性が高い。毛髪は、吸湿性且つ浸透性であり、環境から水分を吸収することができる。正常な状態では、水分が、毛髪の組成の約１２％〜１５％を占める。更に、毛髪は、それ自体の３０重量％超過の水分を吸収することができる。典型的には、毛髪は、飽和状態でそれ自体の約３０重量％の水分を吸収する。毛髪が損傷している場合、この割合は４５％に近づくことがある。しかしながら、健康な外観を与える、損傷した毛髪の内の水分を、毛髪の繊維内に保持する能力は低減される。この水分との相互作用の結果、ケラチン性繊維のほとんど全ての物理的特性は、水分が存在することによって変性されると考えられる。例としては、長さ及び直径の違い、内部の粘性の変化、ヘア保持及びセット特性、毛髪の強度、及び電気光学特性が挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
毛髪の湿分量を決定する湿分感知装置がこれまで開発されており、それら装置は、所望の目安を得るための抵抗力測定を含む、様々な技法に依存してきた。しかしながら、これらの方法は、比較的濡れた状態の毛髪における既知の断面量及び密度が測定される場合にのみ、良好に機能する。毛髪の密度、湿気、又は稠密度が変わると、これらの測定技法は機能しなくなる。更に、これらの技法は、測定のために主として毛髪繊維の外側の湿分含量に依存しており、毛髪繊維内の湿分含量をも同様に正確に測定する能力を有さない。
【０００４】
従って、毛髪などのケラチン性繊維を含む基質の湿分含量を、正確に且つ信頼性高く決定できる、湿分感知装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、基質の湿分含量を測定する装置を提供する。装置は、共振周波数を有する高Ｑ値ＬＣ回路を含む。ＬＣ回路は、高Ｑ値インダクタ及びコンデンサを使用する。装置はまた、電力をコンデンサに結合するように動作可能で、ＬＣ回路に電気的に結合された高周波信号発生器と、繊維マトリックス変性ユニットとを含む。基質が繊維マトリックス変性ユニット内であって且つコンデンサに近接して配置された場合、ＬＣ回路の共振周波数を基質の湿分含量に応じて変えることができる。
【０００６】
本発明はまた、基質の湿分含量を測定することができる装置のための回路も提供する。回路は、高Ｑ値インダクタ及びコンデンサを含む高Ｑ値ＬＣ回路を含む。回路は、共振周波数と、それに電気的に結合された高周波信号発生器を有する。高周波信号発生器は、電力をコンデンサに結合するように動作可能である。ＬＣ回路の共振周波数は、コンデンサに近接して配置された基質の湿分含量に応じて変えることができる。
【０００７】
本発明は更に、第一に、高Ｑ値インダクタ及びコンデンサを有し、且つシフト可能な共振曲線を有する高Ｑ値ＬＣ回路を提供することにより、基質の湿分含量を測定する方法も提供する。第２に、基質はコンデンサに近接して置かれる。第３に、高Ｑ値ＬＣ回路の出力が測定される。次に、出力を基準値と比較して、基質の湿分含量が決定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、上記に記載した本発明の全体的な説明及び以下に記載する詳細な説明と共に、本発明の実施形態を示して本発明を説明する働きをする。
【０００９】
「発明を実施するための最良の形態」で引用したすべての文献は、関連部分において本明細書に参考として組み込まれるが、いずれの文献の引用も、それが本発明に対する先行技術であることを容認するものと解釈されるべきではない。
【００１０】
Ａ．方向性結合器
ここで図面、特に図１及び図２Ａ〜図２Ｅを参照すると、本発明の原理に従った方向性結合器センサ１０が示される。簡潔にするため、センサ１０は、本明細書において毛髪の湿分含量の測定に関連して説明される。しかしながら、本発明は多種多様な用途に使用され、従って、毛髪の分析又は基質中の湿分含量の測定に限定されないことが、当業者には理解されるであろう。むしろ、本発明のセンサ１０は、当業者には容易に理解されるように、多種多様な基質、それら基質の多種多様な特徴（すなわち、化学的特性及び物理的特性）を分析し、それら基質の異なる湿分関連の特性を測定するように、容易に適合させることができる。
【００１１】
例えば、基質の湿分含量の測定では、本発明のセンサ１０は、基質の湿分含量が増加するとその有効相対電気インピーダンスも増加するという原理の下で動作する。更に詳細に後述するように、センサ１０は、基質の相対インピーダンスを測定するように設計され、その測定値から、基質の湿分含量を決定することができる。湿分含量値は、表示装置上に提示され、ユーザが知覚可能な可聴音で表示され、及び／又は装置の機能を制御する制御信号として使用され得る。
【００１２】
図１、図２Ａ〜図２Ｅ、図３、及び図３Ａに示すように、センサ１０は、結合ギャップ１６をそれらの間に画定する一対の概ね平行なストリップ１４ａ及び１４ｂを有する、高周波方向性結合器１２を組み込んでいる。本発明の一実施形態では、平行なストリップ１４ａ及び１４ｂは、下面に接地面２０が形成されたＦＲ４プリント回路基板１８（図３及び図３Ａ）上で支持される。本発明の一実施形態では、ＰＣＢ１８の高さ「ｈ」は１．６ｍｍ（０．０６２インチ）であり、ストリップ１４ａ及び１４ｂはそれぞれ、３．８ｍｍ（０．１５インチ）の幅「ｗ」と８．９ｍｍ（０．３５０インチ）の長さ「ｌ」を有し、結合ギャップ１６は０．５ｍｍ（０．０２０インチ）のギャップ距離「ｓ」を有する。当然ながら、プリント基板１８、ストリップ１４ａ、１４ｂ、及びギャップ１６の他の寸法も、詳細に後述するように、特定の用途に応じて同様に可能であることが、当業者には理解されるであろう。
【００１３】
高周波信号発生器２２は、ストリップ１４ａに電気的に結合され、結合ギャップ１６を横切って電磁界を発生するように動作可能であり、結合ギャップ１６は、詳細に後述するように、詰め込まれた状態で結合ギャップ１６を横切って、即ちその長手方向軸線にほぼ垂直に基質が配置された状態で、ストリップ１４ｂに電力を結合する。信号発生器２２は、結合ギャップ１６を横切って配置された基質のインピーダンス、従って湿分含量に関連する振幅を有する結合電力信号を、結合されたストリップ１４ｂ内に発生させる。信号発生器２２は、水晶基準器２４（図２Ａ）に位相ロックされて、周波数、従って測定の正確さ、安定性、及び再現性を維持し、並びに調整可能な電力源２６を有する。信号発生器２２は、超短波から極超短波までの周波数範囲、即ち約３０ＭＨｚ〜約３ＧＨｚの信号を発生するように動作可能であるのが好ましいが、他の周波数範囲も同様に可能である。本発明の一実施形態によれば、基質の水分含有量は、そのインピーダンスがＧＨｚ付近の範囲で測定されると最も正確に決定できると考えられるため、信号発生器２２は、約８６０ＭＨｚ〜約９２８ＭＨｚ、より好ましくは約８６５ＭＨｚ〜約９１５ＭＨｚ、最も好ましくは約９１５ＭＨｚの範囲の周波数など、約１ＧＨｚで動作してもよい。
【００１４】
本発明の一態様によれば、センサ１０は、高周波方向性結合器１２の逆電力結合変形を利用して、結合ギャップ１６を横切って配置された物質のインピーダンスの変化を測定する。基質が結合ギャップ１６を横切って詰め込まれると、方向性結合器１２が不整合になり、物質の湿分含量が増加した結果としてギャップ１６を横切るインピーダンスが増加するにつれて、この不整合が方向性結合器１２の逆電力結合の単調増加を引き起こす。ストリップ１４ｂからの反射電力分枝２８（図１及び図２Ｂ）の逆電力の振幅は、一般に、インピーダンスの、従って結合ギャップ１６を横切って配置された基質の湿分含量の直接の目安である。詳細に後述するように、基質の湿分含量、即ちその重量基準の水分含有量は、サンプルで測定したインピーダンスから決定することができる。
【００１５】
図１及び図２Ａ〜図２Ｅを更に参照すると、ストリップ１４ａからの順電力信号は、順電力分枝３２（図１及び図２Ｂ）及び減衰器３４を介して、ミクサ３０の１つのポートに電気的に結合される。例えば、順電力信号は、減衰器３４によって約−１０ｄＢｍに減衰されてもよい。ストリップ１４ｂからの結合電力信号は、位相調整器３６により位相調整され、反射電力分枝２８を介して、ミクサ３０の別のポートに電気的に結合される。ミクサ３０は、順電力信号と同位相の結合信号に対して最も応答性があるという点で、干渉性受信器として作用することができる。位相調整器３６は、ミクサ３０の順電力信号に対して確実に反射電力信号を適切に位相干渉して、最大の認識可能なミクサ出力を生成する。調整可能な電力源２６によってミクサの順電力が適切なレベルに設定されると、ミクサ３０の出力は、反射結合電力の増加と共に単調に増加する。ミクサ３０は、方向性結合器１２を通る結合電力の値をＤＣベースバンドに復調又は低下させる。ミクサ３０のＤＣ出力は、増幅器３８により濾波及び増幅されて、ギャップ１６を横切って配置された基質の湿分含量に関連する測定可能な出力電圧を生成する。増幅器３８は、調整可能なゲイン４０と、調整可能なＤＣオフセット４２を含む。
【００１６】
図４、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、毛髪の湿分含量を決定するセンサ１０の使用について、毛髪湿分センサシステム４４に関連してここで説明する。毛髪湿分センサシステム４４は、例えば、専門サロンで使用されて、顧客の毛髪の湿分含量が約３０重量％〜４０重量％の範囲になり、その結果最適なスタイリング結果が達成可能となった時に、それを速やかに、正確に、且つ信頼性高く、スタイリストに示唆することができる。
【００１７】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、枢動するつかみ具４８及び５０を有する毛髪締め具４６が設けられており、それぞれのつかみ具は、スタイリストが容易に把持して操作することができるハンドル５２で終端する。つかみ具４８及び５０は、図４Ａに示すように開放位置に片寄らせることができ、その結果、毛髪の束５４は、つかみ具４８及び５０の間に容易に受け入れられ、毛髪繊維５４がつかみ具５０で支持される方向性結合器１２の結合ギャップ１６を横切って、即ちその長手方向軸線にほぼ垂直に延びるように配向される。図８に示すように、湿分含量測定の信頼性を確保するために、結合ギャップ１６を横切る毛髪５４の詰め込み圧力が重要であることが判明している。約１．４ｋｇ（３ｌｂ）未満の低い詰め込み密度、即ち圧力領域５６内の詰め込み密度では、ミクサ３０の出力電圧信号は、結合ギャップ１６を横切る毛髪繊維５４の不十分な詰め込み密度のために不安定になることがある。約３．２ｋｇ（７ｌｂ）超過のより高い詰め込み圧力、即ち圧力領域５８内の詰め込み密度では、毛髪繊維５４が結合ギャップ１６を横切る詰め込み密度に差があるという結果を呈すると、ミクサ３０の出力電圧信号は変動し始める。これらのより高い圧力では、過剰湿分も急速に排出され、信頼性の少ないより低い読み値につながる。圧力領域６０の詰め込み繊維は、安定したミクサ３０からの出力電圧信号を提供して、湿分含量の信頼性及び再現性が高い測定値を生成することができる。
【００１８】
図１、図２Ｄ、図４Ａ、及び図４Ｂに示す本発明の別の態様によれば、フィルム状圧力変換器６４を組み込んだ圧力センサ６２が、方向性結合器センサ１２に並置されてつかみ具４８で支持されている。圧力変換器６４は、結合ギャップ１６を横切って配置された毛髪５４にかかる詰め込み圧力と共に変化する出力電圧信号を発生するように動作可能である。図１及び図２Ｄに示すように、圧力変換器６４からの出力電圧信号は、調整可能なゲイン６８及びＤＣオフセット７０を有する増幅器６６により増幅され、その増幅された出力電圧信号は、ジャンパ７２を介して圧力センサ６２の出力に直接提供されるか、又はジャンパ７６を介して比較器７４に入力として適用されるかのいずれかである。所望のトリガ圧力に対応するトリガ電圧が、比較器７４の基準電圧７７として設定される。湿分含量の測定は、予め設定された圧力閾値７７を超える時に生じる。これによって、結合ギャップ１６を横切って配置された毛髪繊維５４の所望の稠密度が達成されて、正確で、信頼性及び再現性の高い結果が確実に得られる。詰め込み密度は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、機械的システム（図示せず）によっても同様に達成可能であることが当業者には理解されるであろう。
【００１９】
図１及び図４を参照すると、センサ１０からの測定した信号及び圧力センサ６２からのトリガ信号即ち圧力信号は、ケーブル７８を介して、従来型のＰＣ又はラップトップコンピュータなどの処理システム８０に電気的に結合される。処理システム８０は、センサ１０によって生成された測定信号を、システム８０のディスプレイ８２上に提示してもよい湿分含量値に変換するように動作可能である。上記に詳述したように、測定信号は、圧力センサ６２により生成されるトリガ信号に応じて生じる。１つ又は複数の測定信号が、トリガ信号に応じて得られてもよい。
【００２０】
次に図６及び図７を参照すると、センサ１０の増幅された出力電圧は、まず複数の毛髪の束を相対湿度を使用して既知の湿分含量にすることにより校正される。次に、センサ１０を使用して、図６に示すように、様々な相対湿度の毛髪の束それぞれに対する測定信号を生成する。図７に示すように、毛髪は重量基準の湿分重量と相対湿度との間でほぼ線形の関係を呈するので、処理システム８０は、参照用テーブル又はアルゴリズムを使用して、センサ１０の増幅された出力電圧を毛髪重量基準の湿分含量を表す値に変換するように動作可能である。損傷した毛髪と健康な毛髪の吸水能力及び／又は放水能力は異なるので、本発明のセンサ１０は、毛髪の健康状態に概ね関連した信号を提供するのに使用されてもよい。一般に、毛髪の健康状態は、平滑度、光沢、脆弱性の不在、平行割れの不在、及び角質破壊の不在などの要因によって、特徴付けられる。これらの要因それぞれは、毛髪の湿分含量に直接的又は間接的に関連するので、本発明のセンサ１０は、生体内又は生体外の毛髪で測定した健康状態の正確且つ信頼性の高い示唆を提供することができる。
【００２１】
本発明のセンサ１０は、消費者の毛髪の全体的な健康状態を消費者が定期的に測定できる、消費者が手軽に使える自己評価ツールを提供する。消費者は、これらの測定に基づいて、消費者の毛髪の健康状態を改善する方向の修正処置を取ることができる。これらの処置には、ヘアケア製品の変更、ヘアスタイリング技法の変更、又はその両方を含むことができ、その結果、消費者の毛髪の全体的な健康状態を常に観察及び改善することができる。センサ１０はまた、ヘアスタイリスト及びヘアテクニシャンにも同様に有用な観察ツールを提供する。
【００２２】
図５Ａ及び図５Ｂに示すような本発明の別の態様によれば、センサ１０は、毛髪の手入れをするためのブラシ８４などのヘアケア製品に組み込まれる。ブラシ８４は、ハンドル８８で終端する細長い本体部分８６を含む。剛毛９０が、ブラシ８４の本体部分８６から従来方法で延びて、毛髪の手入れを可能にする。本発明の原理によれば、図３に示すように、信号発生器２２、ミクサ３０、電圧調整器９２（図２Ｅ）、及び圧力センサ６２の電子部品はすべて、毛髪締め具９６（図５Ａ及び図５Ｂ）の固定の基部９４上で支持されるＰＣＢ基板１８上で一体化される。固定の基部９４は、方向性結合器１２を剛毛９０近くに配置しており、その結果、毛髪がブラッシングされている間に測定が容易に実施される。毛髪締め具９６は、ばね付勢された締め部材９８を含み、これが、圧力変換器６４を方向性結合器１２に並置して配置する。レバー１００は、移動可能な締め部材９８に動作可能に接続され、図５Ｂに示すように、締め部材９８を固定の基部９４に向けて移動させることによって、センサ測定が所望されるときに、ユーザが結合ギャップ１６を横切って毛髪を締め付けることができるようになっている。ヘアブラシ８４は、センサ測定に基づいて、毛髪の湿分状態、健康状態、又は他の状態についてユーザに表示を提供するために、ＬＥＤを含んでも、且つ／又は可聴信号を生成してもよい。図示しないが、本発明のセンサ１０は、櫛、カールアイロン、又は、手入れ中にユーザの毛髪を好ましくは係合して、センサ測定に基づいて毛髪の湿分含量、健康状態、又は他の状態の測定を提供する類似のヘアケア製品など、他のヘアケア製品にも同様に組み込まれてもよいことが理解されるであろう。
【００２３】
本発明の方向性結合器センサ１０は、ストリップ１４ａ及び１４ｂの表面に、例えば約０．３センチ（０．１インチ）に近接したところで、インピーダンスの変化に対する感度を有するため、毛髪の湿分含量、健康状態、又は他の状態を測定するように良好に適合される。ストリップ１４ａ及び１４ｂの表面からのこの有効測定調査深度の高さは、ストリップ１４ａ及び１４ｂを結合する電磁界の関数である。測定調査深度の高さは、ＰＣＢ１８の高さ、ＰＣＢ１８の誘電率、ストリップ１４ａ及び１４ｂの寸法、結合ギャップ距離「ｓ」、及び／又は信号発生器２２によって供給される電力を変えることで、特定の用途のために変化させることができる。これらのパラメータのいずれか又は全てを変化させることにより、結合電磁界の高さを変更し、それによって有効測定調査深度を変化させることができる。
【００２４】
センサ１０は、少なくとも１つの信号発生器２２に電気的に結合された複数の方向性結合器１２を含んで、複数の基質それぞれの湿分含量を上記に詳述した原理で測定してもよいことが考えられる。更に、複数の方向性結合器１２の少なくとも２つは、上記に詳述したパラメータの１つ以上を変化させることにより、異なる有効測定調査深度を有してもよいことも考えられる。
【００２５】
Ｂ．高共振高Ｑ値回路
図９Ａに示すように、高共振高Ｑ値回路１１２は、湿分測定装置１００に組み込むことができ、また、本発明の原理に従って、ケラチン性繊維などの基質の湿分含量を測定するのに使用することができる。湿分測定装置１００は、センサ１０２及び繊維マトリックス変性ユニット１０４を組み込む。繊維マトリックス変性ユニット１０４は、一般に、直線アクチュエータ１０６及び詰め込み領域１０８を含む。詰め込み領域１０８は、一般に、フィードバック機構１１０（ロードセルなど）を含む。センサ１０２は、一般に、当業者には容易に理解されるように、多種多様な基質、多種多様なそれら基質の特徴（即ち、化学的特性及び物理的特性）を分析し、それら基質の異なる湿分に関連する特性を測定するように容易に適合可能な、高共振高Ｑ値回路１１２を含む。更に、本発明は、多種多様な用途に使用され、従って、ケラチン性基質の分析又は毛髪の湿分含量のみの測定に限定されないことが、当業者には容易に理解されるであろう。
【００２６】
図１０に示すように、高共振高Ｑ値回路１１２は、高Ｑ値インダクタ１１４に直接供給される電力信号を発生させる、信号発生器１２２を含む。信号発生器１２２は、水晶基準器に位相ロックされて、周波数、従って測定の正確さ、安定性、および再現性を維持する。信号発生器１２２はまた、調整可能な電力レベル装置１２６を備える。信号発生器１２２は、超短波から極超短波までの周波数範囲、即ち約３０ＭＨｚ〜約３ＧＨｚの信号を発生するように動作可能であるのが好ましいが、他の周波数範囲も同様に可能である。本発明の一実施形態によれば、基質の湿分（水分）含量は、そのインピーダンスがＧＨｚ付近の範囲で測定されると最も正確に決定されると考えられるため、信号発生器１２２は、約８６０ＭＨｚ〜約９２８ＭＨｚ、より好ましくは約８６５ＭＨｚ〜約９１５ＭＨｚの範囲、最も好ましくは約９１５ＭＨｚでの周波数など、約１ＧＨｚの周波数で動作してもよい。
【００２７】
本発明の一態様によれば、高共振高Ｑ値回路１１２は、固定値のインダクタ１１４及び１１６並びにコンデンサ１１７を含む同調ＬＣ回路１１５の両端間に、固定の入力周波数が供給される。基質がコンデンサ１１７に近接して配置されると、コンデンサ１１７の値が変化し、それによって高共振高Ｑ値回路１１２の共振周波数のシフトが生じる。好ましい一実施形態では、基質は、コンデンサ１１７を含むプレートに近接して配置される。最も好ましい一実施形態では、コンデンサ１１７が平行なプレート配置を有する場合、基質はコンデンサ１１７のプレートの間に配置される。ＡＣ／ＤＣ検出器１１８が次に、結果として生じる高共振高Ｑ値回路１１２の共振周波数のシフトを感知する。このシフトを、位相ロック水晶基準器の周波数に対してプロットして、共振曲線を生成することができる。ＡＣ／ＤＣ検出器１１８は、当業者には既知のようなＤＣ増幅器を備えることができる。
【００２８】
理論に束縛されることを望まないが、基質の湿分含量を決定するため、基質は、少なくともコンデンサ１１７のフリンジ区域内に配置されるべきであると考えられる。コンデンサ１１７のフリンジ区域は、コンデンサ１１７の少なくとも２つの導電プレートの間にある電界によって発生する力線である。基質を、電界が最も強いコンデンサ１１７のプレートに近接して配置することで、基質の湿分含量の決定に対して最も再現性の高い結果が得られると考えられるが、当業者であれば、プレートに近接していないコンデンサ１１７のプレートによって生成されるフリンジ区域内に配置された基質の湿分含量もまた決定できるであろう。更に、当業者であれば、上述のＬＣ回路で使用するのに好適なコンデンサのあらゆる構成も理解するであろう。これには、同一平面上のプレートのコンデンサ、非平行なプレートのコンデンサ、互いに噛み合うプレートのコンデンサ、複数プレートのコンデンサ、及びそれらの組み合わせを包含することができるが、これらに限定されない。
【００２９】
図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、高共振高Ｑ値回路１１２の共振曲線１１９を使用して、基質の湿分含量を測定することができる。この際、ＬＣ回路１１５に挿入される固定の周波数は、図１１Ａに示す代表的な共振曲線１１９ａを生成することができる。代表的な共振曲線１１９ａは、それによって開放回路値を示す（即ち、コンデンサ１１７に近接する基質が存在せず、ＡＣ／ＤＣ検出器１１８の出力が共振ピーク１２０ａの左側に信号を提供する。図１１Ｂに示すように、コンデンサ１１７に近接したＬＣ回路１１５に、５０％未満、好ましくは１０％未満、より好ましくは１．０％未満、更に好ましくは０．５％未満の湿分を含む、最も好ましくは湿分を含まない、基質を取り込む際、共振曲線１１９ｂ及び共振ピーク１２０ｂは、ＬＣ回路１１５への固定の周波数入力に対して左側にシフトすることが観察し得る。この条件は、一般にベースライン条件と称される。飽和した基質を、コンデンサ１１７（図示せず）に近接したＬＣ回路１１５に取り込む際、共振曲線１１９ｃ及び共振ピーク１２０ｃは、ＬＣ回路１１５への固定の周波数入力に対して、ベースライン条件で提示されたものよりも更に左側にシフトすることが観察し得る。この状態を図１１Ｃに示す。当業者には既知のように、信号処理システムのダイナミックレンジは、オーバーフロー又は他の歪みなしに持続可能な最大ｄＢレベル（飽和条件）から、ノイズフロアのｄＢレベル（ベースライン条件）を差し引いたものとして定義することができる。湿分測定装置１００のダイナミックレンジは、ベースライン条件（図１１Ｂ）から飽和状態（図１１Ｃ）への遷移における、共振曲線１１９と共振ピーク１２０の測定された全体のシフトを比較することによって決定される。ＬＣ回路１１５の平行プレートであるコンデンサ１１７のプレートに基質を近接させることで、本明細書に記載する以外のシフトを有する共振曲線１１９及び共振ピーク１２０を生成できることも、当業者には既知であろう。
【００３０】
再び図１０を参照すると、ＡＣ／ＤＣ検出器１１８からの測定された信号を、当業者には既知であるように、従来型のＰＣ又はラップトップコンピュータなどの処理システムに電気的に結合することができる。処理システムは、ＡＣ／ＤＣ検出器１１８で生成された出力を、当業者には既知の装置を介して媒体に表示（即ち、ＬＥＤ、ＣＲＴ、ＬＣＤ）又は印刷することが可能な湿分含量値に変換し得る。更に、処理システム及び表示は、実験室環境、実務環境、又は医療環境で使用するための「スタンドアロン型」装置として、又は家庭で若しくは移動中に使用するのに好適な可搬型の「手持ち」装置として使用するのに好適な、単一の装置（一体型装置）に組み込むことができる。例えば、高共振高Ｑ値回路１１２を含む湿分測定装置１００を、専門サロンで使用できる手持ち装置に組み込んで、顧客の毛髪の湿分含量が、最適なスタイリング又はトリートメント効果を達成するのに適切な範囲内にある時に、速やかに、正確に、且つ信頼性高くスタイリストに示すために使用される。更に、ＡＣ／ＤＣ検出器１１８で生成された出力は、処理、記憶、及び／又は表示のために、湿分測定装置１００に一体化された、又はモデム、コーデック、ＵＳＢ、ＲＳ−２３２、無線、及び／又は物理的配線などを介して遠隔演算システム（国内又は国外）と通信する、記憶装置（即ち、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリカード、コンピュータの記憶ディスク、又は当業者には既知の他のデータ記憶手段）に電気的に結合し、そこに記憶することができる。
【００３１】
ＡＣ／ＤＣ検出器１１８の増幅された出力電圧は、まず複数の毛髪の束を相対湿度を使用して既知の湿分含量にすることにより校正される。次に、ＡＣ／ＤＣ検出器１１８を使用して、上述したように、様々な相対湿度の毛髪の束それぞれに対する測定信号を生成する。上述したように、毛髪は重量基準の湿分重量と相対湿度の間でほぼ線形の関係を呈するので、処理システムは、参照用テーブル又はアルゴリズムを使用して、ＡＣ／ＤＣ検出器１１８の増幅された出力電圧（信号）を毛髪重量基準の湿分含量を表す値に変換するように動作可能である。当業者には既知のように、参照用テーブル又はアルゴリズムは、ＡＣ／ＤＣ検出器１１８の増幅された出力電圧との比較に使用される信号基準値を含むことができる。
【００３２】
再び図９ａに示す代表的な実施形態を参照すると、湿分測定装置１００は、一般に直線アクチュエータ１０６及び詰め込み領域１０８を含む、繊維マトリックス変性ユニット１０４を備える。詰め込み領域１０８は、一般にフィードバック機構１１０（ロードセルなど）を含む。直線アクチュエータ１０６は、開放位置に片寄せられてもよく、その結果、繊維が容易に詰め込み領域１０８内に受け入れられる。好ましくは、繊維は、繊維マトリックス変性ユニット１０４の詰め込み領域１０８を横切って、即ち長手方向軸線にほぼ垂直に延びるように配向される。しかしながら、直線アクチュエータ１０６が詰め込み密度を制御できるので、詰め込み領域１０８内の繊維の配向は、必ずしも詰め込み領域１０８内でそのような配置でなくてもよいことが、当業者には容易に理解されるであろう。上述したように、詰め込み領域１０８内の基質の詰め込み圧力は、湿分含量測定を確実に信頼性の高いものにするために重要であることが判明している。更に、詰め込み領域１０８にフィードバック機構１１０を設けることで、詰め込み領域１０８内に配置される基質の所望の稠密度が、正確で、信頼性及び再現性の高い結果を確実に達成できる。当業者には既知のように、代表的であるが非限定的な種類の直線アクチュエータ１０６としては、電気的アクチュエータ、磁気アクチュエータ、機械的アクチュエータ、熱アクチュエータ、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
【００３３】
図９ｂを参照すると、繊維マトリックス変性ユニット１０４は、手持ち装置１３０として実現することができる。この場合、繊維などの代表的な基質１５４を、手持ち装置１３０の繊維マトリックス変性ユニット１０４の詰め込み領域１０８内に配置することができる。繊維マトリックス変性ユニット１０４は、フィードバック機構１１０（ロードセルなど）が開放位置に片寄せられる（手持ち装置１３０の繊維マトリックス変性ユニット１０４のつめ１２５が開放位置にある）と、基質１５４を容易に受け入れることができる。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、繊維マトリックス変性ユニット１０４を組み込む任意のシステムによって詰め込み密度を達成できることが、当業者には理解されるであろう。例えば、センサ１０２を組み込む繊維マトリックス変性ユニット１０４は、専門サロンなどのエンドユーザによって使用されて、速やかに、正確に、且つ信頼性高く顧客の毛髪の湿分含量を示すことが可能で、又は顧客によって使用されて、速やかに、正確に、且つ信頼性高く家庭で自分の毛髪の湿分顔料を示し得る。更に、当業者であれば、センサ１０２及び繊維マトリックス変性ユニット１０４を、基質１５４の長手方向軸線に沿って、又は基質１５４の上及び／又はその中の任意の点で、複数の測定を行うことができる装置に組み込む湿分測定装置１００を、提供することができるであろう。
【００３４】
本発明の特定の実施形態を説明し記載してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の様々な変形及び修正を実施できることが、当業者には明白であろう。従って、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を、添付の特許請求の範囲で扱うものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の原理による方向性結合器センサの機能ブロック図。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による図１のセンサで使用する高周波信号発生器の回路図。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による図１のセンサで使用する方向性結合器の回路図。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による図１のセンサで使用する湿分含量検出器の回路図。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による図１のセンサで使用する圧力センサの回路図。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態による図１のセンサで使用する電圧調整器の回路図。
【図３】プリント回路基板上に一体化して示される図１のセンサの上面図。
【図３Ａ】図３の線３Ａ−３Ａに沿って取った断面図。
【図４】本発明の一実施形態による方向性結合器センサシステムの斜視図。
【図４Ａ】毛髪を装置の中に受け入れるために開放位置にある締め具を示す、図４のセンサシステムで使用する毛髪締め具の拡大正面図。
【図４Ｂ】毛髪を装置の中に締め付けるために閉鎖位置にある締め具を示す、図４Ａと同様の図。
【図５Ａ】本発明の方向性結合器センサを組み込む毛髪ブラシの側面図。
【図５Ｂ】本発明の方向性結合器センサを組み込む毛髪ブラシの側面図。
【図６】方向性結合器センサの出力電圧と毛髪との様々な束の相対湿度との関係を示すグラフ。
【図７】毛髪重量基準の湿分含量と毛髪の相対湿度との関係を示すグラフ。
【図８】方向性結合器センサの出力電圧と毛髪を締め付けるためにかけた圧力との関係を示すグラフ。
【図９Ａ】基質の湿分含量を測定する代替装置の斜視図。
【図９Ｂ】基質の湿分含量を測定する別の代替装置の斜視図。
【図１０】本発明の原理による高共振高Ｑ値回路の機能ブロック図。
【図１１Ａ】開放回路状態にある場合の、低湿分基質が存在する場合の、及び飽和基質が存在する場合の、高共振高Ｑ値回路の代表的な共振曲線を示すグラフ。
【図１１Ｂ】開放回路状態にある場合の、低湿分基質が存在する場合の、及び飽和基質が存在する場合の、高共振高Ｑ値回路の代表的な共振曲線を示すグラフ。
【図１１Ｃ】開放回路状態にある場合の、低湿分基質が存在する場合の、及び飽和基質が存在する場合の、高共振高Ｑ値回路の代表的な共振曲線を示すグラフ。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【国際調査報告】
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