(57)【要約】【課題】肌に含まれる水分量と肌の弾力を同時に計測することが可能な肌センサを提供する。【解決手段】比誘電率の値が少なくとも１０未満の絶縁基板の表面に、渦巻状の導体を高密度に配置してコンデンサを構成し、このコンデンサの電極部分を肌に近接させて肌の表面層に含まれる水分量を静電容量の大きさから検出する方式の肌水分量センサと、このコンデンサの近傍に、棒状圧電振動子の端部に接触子を装着して構成される触覚センサ式肌弾力センサを、前記接触子が所定の量だけ突出するように一体に配置するとともに、前記肌水分量センサと前記肌弾力センサにより得られた信号を用いて互いの検出情報を補正する手段を有する肌センサ【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
比誘電率の値が少なくとも１０未満の絶縁基板の表面に、面内で対向する少なくとも一対の渦巻状の導体を高密度に配置してコンデンサを構成し、このコンデンサの電極部分を肌に近接させて肌の表面層に含まれる水分の量を静電容量の大きさから検出する方式の肌水分量センサと、このコンデンサの近傍あるいは、コンデンサをドーナツ状に形成した場合にはその中央部に、棒状圧電振動子の端部に接触子を装着して構成される触覚センサ式肌弾力センサを、前記接触子が所定の量だけ突出するように一体に配置したことを特徴とする肌センサ
【請求項２】
前記肌水分量センサと前記肌弾力センサにより得られた信号を用いて互いの検出情報を補正する手段を含むことを特徴とする特許請求項１に記載の肌センサ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、肌の手入れの際に重要な情報となる、頬などの肌に含まれる水分量と肌の弾力を同時に計測することが可能な肌センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
女性の肌の若さを表す指標として、肌の表面層（表皮および真皮）に含まれる水分量と肌の弾力性は最も重要な特性であり、睡眠不足や過労による肌あれの状態や化粧品の効果の調べるために使用されている。
肌の水分量を計測する手段としては、水の比誘電率が約８０であることを利用して、比誘電率が小さい絶縁基板上に一対の渦巻状の電極を形成し、その表面に薄い絶縁膜を形成した静電容量型水分量センサの電極面を肌に圧接したときの静電容量の変化から肌に含まれる水分量を計測する方法が知られている。
一方、肌の弾力に関しては、棒状の圧電振動子の先端に半球状の接触子を装着した触覚センサを肌に押し付け、押し付け荷重の大きさと圧電振動子の共振周波数の変化から、肌の弾力（ヤング率や損失）を計測する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
人の肌は、その構造が複雑で、表面状態や内部構造などを簡単なモデルで表すことが難しく、水分量が大きく影響していると言われている肌の潤いや肌の弾力性も多分に感覚的な特性であるためこれを定量的な値で示すことは困難である。
しかし、風呂上りの肌と冬の外出帰りの肌の潤いの違いは明らかであり、また適切な化粧品を使用することにより、肌の潤いや弾力性が向上する効果も十分実感できる。
肌の水分量を保つためにいろいろな保水剤が販売されているが、多くの保水剤は、大きな分子の鎖で水分を抱え込むようにして表皮（角質層）に閉じ込めているだけで、保水剤の分子が大きいために、肌のさらに奥の真皮層まで水分を入り込ませることができないと言われている。
肌の弾力は、真皮層の保水性にも強く関係しており、真皮層の保水性が肌の弾力を保つために有効であると言われている。もちろん、角質層の保水性を高めることにより真皮層からの水分の蒸発を防ぐ効果もあり角質層の保水性も肌の弾力を保つために有効である。
一方、触覚センサに用いられている前記圧電振動子の共振周波数の変化は、肌のヤング率だけでなく肌の密度によっても変化し、肌の密度は肌に含まれる水分量によっても変化することから、水分量センサと触覚センサ式の弾力センサの両方を一体で構成し、各々の計測データを用いて互いのデータを補正することができれば、より精度の高い肌に関するデータを得ることができる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
比誘電率の値が少なくとも１０未満の絶縁基板の表面に面内で対向する少なくとも一対の渦巻状の導体を高密度に配置してコンデンサを構成し、このコンデンサの電極部分を肌に近接させて肌の表面層に含まれる水分の量を静電容量の大きさから検出する方式の肌水分量センサと、このコンデンサの近傍あるいは、コンデンサをドーナツ状に形成した場合にはその中央部に、棒状圧電振動子の端部に接触子を装着して構成される触覚センサ式肌弾力センサを、前記接触子が所定の量だけ突出するように一体に配置した肌センサを得ることができる。
さらに、本発明によれば、前記肌水分量センサと前記肌弾力センサにより得られた信号を用いて互いの検出情報を補正する手段を含む肌センサを得ることができる。
【０００５】
（動作原理）
図１は、静電容量式水分量センサの動作原理説明図である。図１において、１１および１２は導体幅とギャツプ幅がほぼ等しく、互いに面内で対向する帯状電極で、絶縁基板１３の表面に複数個形成され、互いに一つおきの電極を電気的に接続して２端子のコンデンサとして構成されている。今、説明を容易にするために、絶縁基板１３の比誘電率を１と仮定すると、電極の面を物体に押し付けた場合の静電容量の大きさは、（１）式で与えられることが知られている。
【数１】
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（１）式におい、Ｐは電極ピッチ、ａは導体幅、Ｗは導体の長さ、ｎは電極対数、εｓは物体の比誘電率、ε０は真空中の誘電率である。また、Ｋ（α）およびＫ‘（α）は、ｈを物体の厚さとしたときｈ／Ｐによって定まる定数である。
（１）式より、電極ピッチＰ、導体幅ａ、導体の長さｗ、電極対数ｎを一定とすれば、静電容量の大きさは、物体の厚さｈと比誘電率εｓにより決定されることがわかる。
さらに、物体の厚さｈをほぼ一定と仮定すれば、静電容量の大きさは、物体の比誘電率にεｓに比例することになる。
つまり、物体を人の肌と考え、人によって肌の厚さはほぼ同じと考えれば、肌に含まれる水分量が多いほど静電容量の値が大きくなり、静電容量の大きさから肌に含まれる水分量を計測することができる。
あらかじめ、できるだけ多くの人に対して、人工的な条件の基で得られた乾燥肌と十分に水分を含んだ肌の静電容量の値を計測することにより、静電容量の値と肌水分量との相関関係のデータベースを構築することができる。特に、同一人が同じ場所を計測した場合であれば、静電容量の変化は肌の水分量の変化をより正確に表していることになる。
【０００６】
図２は、触覚センサを用いた肌弾力センサの構造概略図である。図２において、２１は圧電セラミッス円柱、２２は圧電セラミック円柱２１の端部に装着された半球状の接触子である。また、２３は圧電セラミック円柱を支持、固定するための支持具であり、支持具２３は加圧用のバネ２４を介して、触覚センサの筐体２５に固定されている。
２６は、接触子２２を物体に接触させたときの接触面積の変化にともなう負荷質量の変化を検出するための発振回路であり、発振回路２６の出力は信号処理回路２７に接続され、測定結果は表示装置２８により表示される。
【０００７】
図３は、図２に示した触覚センサ用圧電振動子のより詳しい構造を示す斜視図である。圧電セラミックス円柱３１の一方の端部には、先端が半球状の接触子３２が装着されている。また、圧電セラミックス円柱３１の外周面には、円柱の中心軸に対して対称な位置に、円柱の長さ方向に沿った帯状電極３３，３４（図では見えず）が形成され、これらの電極を用いて、円柱の長さ方向と直角な方向に分極処理が施されている。したがって、帯状電極３３，３４に、接触子３２を含めた振動系の１／２波長共振モードの周波数に等しい周波数の交流電圧を印加すると、圧電セラミックス円柱３１は、圧電横効果により、圧電セラミックス円柱３１のほぼ中央部を共振の節とするような伸縮振動をする圧電振動子として作用する。３５は、共振の節の位置に装着された支持具であり、この位置で支持固定することにより、圧電振動子特性に与える影響は最も小さく抑えることができる。
【０００８】
図２に示した構成により、圧電振動子の接触子２２（図３における３２）を物体に圧接すると、圧電振動子は物体から、バネと質量の両方の性質を同時に受ける。物体が硬い場合には、接触子と物体とはほぼ点接触となり、接触面積が小さいので主としてバネの性質を受けることになり、共振周波数が上昇する。一方、物体がゴムや肌などのようなやわらかい場合には、接触子と物体との接触面積が大きくなり、主として質量の性質を主に受けることになり、共振周波数が低下する。
圧電振動子をやわらかい物体に圧接したときの共振周波数の低下量△ｆｒは、センサの仕様が同じ場合には、荷重Ｆ、ポアソン比σ、密度ρ、およびヤング率Ｅによって決定される。一般にポアソン比σと密度ρは同じ種類の物体ではほとんど一定の値を示すので、荷重を一定とした場合の共振周波数の低下量△ｆｒは主にヤング率に依存することになり、△ｆｒから物体のヤング率を求めることができる。つまり、物体を肌とした場合には、肌の弾力を計測することができる。
前述したように、肌の水分量により肌の密度が変化することが予測されるため、上記の方法で計測した肌の弾力を肌の水分量で補正することにより、より正確な肌の弾力を計測することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明の水分量センサと弾力センサを一体とした肌センサの構成ブロック図である。図４において、４１は静電容量型水分量センサ、４２は触覚センサ方式の弾力センサであり、静電容量型水分量センサ４１には、静電容量の変化を発振周波数の変化に変換するための発振回路４３が接続され、触覚センサ方式弾力センサ４２には、接触子を物体に接触させたときの接触面積の変化にともなう負荷質量の変化を検出するための発振回路４４が接続されている。静電容量型水分量センサ用発振回路４３と触覚センサ方式弾力センサ用発振回路４４の出力は、信号処理回路４５に入力され、あらかじめ作成されたデータベースの情報を基に、弾力センサから得られたデータと水分量センサから得られた水分量データの相互補正処理が行われた後、肌データとして表示装置４６に表示される。
【００１０】
【実施例】
図５は、本発明の水分量センサと弾力センサを一体とした肌センサの構造例の要点を示す斜視図である。図５において、５１は水分量センサであり、正方形状の絶縁基板５２の表面に面内で対向する一対の渦巻状の電極５３が高密度に形成され、コンデンサを形成している。肌用水分量センサとするために、電極ピッチは０．２ｍｍに設定している。電極ピッチを０．２ｍｍとすることにより、肌の表面から０．５ｍｍ程度までの水分量を効率よく検出することができる。
絶縁基板の比誘電率が大きいと、水分量の変化にともなう肌の比誘電率の変化を効率よく検出することが出来なくなるため、絶縁基板の比誘電率の大きさとしては、基板の厚さにも依るが、少なくとも１０以下が望ましい。
図５に示したように、水分量センサ基板５２の中央部には開口部５４が形成され、開口部から所定の量だけ突出するように、触覚センサ用圧電振動子５５に装着された接触子５６が配置されている。
図４に示したように、触覚センサ用圧電振動子は、加圧用のバネを介して筐体に固定されているため、水分量センサの表面を肌に押し付けたときに、接触子５６には所定の圧力が加わり、肌の水分量と、肌の弾力を同時に計測することができる。
【００１１】
図６は、本発明の水分量センサと弾力センサを一体とした肌センサの別の構造例の要点を示す斜視図である。図６において、６１は水分量センサであり、長方形状の絶縁基板６２の表面に面内で対向する一対の渦巻状の電極６３が高密度に形成され、コンデンサを形成している。電極ピッチは、図５の場合と同じく０．２ｍｍに設定している。
図６に示したように、水分量センサ基板６２と触覚センサは近接して配置され、触覚センサ用圧電振動子の６４に装着された接触子６５が、水分量センサ基板６２の電極面から所定の距離だけ突出している。
図５の場合と同様に、触覚センサ用圧電振動子は、加圧用のバネを介して筐体に固定されているため、水分量センサの表面を肌に押し付けたときに、接触子６５には所定の圧力が加わり、肌の水分量と、肌の弾力を同時に計測することができる。
以上の説明では、触覚センサ用圧電振動子として圧電セラミックス円柱振動子を用いた場合について説明したが、触覚センサ用圧電振動子の形状は円柱に限定されるものではなく、その形状は、角柱あるいは細長い板状を含む棒状で、長さ方向縦振動する圧電振動子であれば、その一方の端部に半球状の接触子を装着することにより、触覚センサ用圧電振動子として使用できる。
【００１２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の肌センサは、静電容量型の水分量センサと触覚センサを利用した弾力センサが一体に構成されているため、肌のほぼ同じ場所の水分量と弾力を同時に計測することができ、さらに、弾力センサにより得られた、肌の弾力（ヤング率）のデータを水分量センサで得られた水分量で補正することにより、より正確な肌の弾力を計測できる利点がある。
また、従来別々の計測器を用いて計測していた肌水分量と肌弾力を同時に計測できると言う便利さと、別々の装置を購入する場合に比べて購入費用が節約できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】静電容量式水分量センサの動作原理説明図
【図２】触覚センサを用いた肌弾力センサの構造概略図
【図３】触覚センサ用圧電振動子のより詳しい構造を示す斜視図
【図４】本発明の水分量センサと弾力センサを一体とした肌センサの構成ブロック図
【図５】本発明の水分量センサと弾力センサを一体とした肌センサの構造例の要点を示す斜視図
【図６】本発明の水分量センサと弾力センサを一体とした肌センサの別の構造例の要点を示す斜視図
【符号の説明】
１１，１２：帯状電極
１３：絶縁基板
２１：圧電セラミッス円柱
２２：半球状の接触子
２３：圧電セラミック円柱を支持、固定するための支持具
２４：加圧用のバネ
２５：触覚センサの筐体
２６：発振回路
２７：信号処理回路
２８：表示装置
３１：圧電セラミックス円柱
３２：接触子
３３，３４：帯状電極
３５：支持具
４１：静電容量型水分量センサ
４２：触覚センサ方式の弾力センサ
４３：水分量センサ用発振回路
４４：触覚センサ方式弾力センサ用発振回路
４５：信号処理回路
４６：表示装置
５１：水分量センサ
５２：絶縁基板
５３：渦巻状電極
５４：開口部
５５：触覚センサ用圧電振動子
５６：接触子
６１：水分量センサ
６２：長方形状の絶縁基板
６３：一対の渦巻状の電極
６４：触覚センサ用圧電振動子
６５：接触子
【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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【図６】
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