(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚表面に接触させて所望面積を囲い込み、囲い込んだ空間の一部を大気に開放させた囲い込み手段と、
囲い込み手段の大気に開放された部分と皮膚表面との間の中間位置に配置した１個の電気容量型高分子薄膜湿度センサとを有する水分蒸散量測定装置において、  
前記薄膜湿度センサに第１抵抗を接続した直列回路に対してコンデンサと第２抵抗を接続した直列回路を並列に接続したブリッジ回路と、前記薄膜湿度センサ−第１抵抗間とコンデンサ−第２抵抗間に一次側巻線を接続したトランス素子とを有し、前記２つの直列回路の両端に交流電圧を入力して、前記トランス素子の二次側巻線の交流出力を検知すると共に、
前記囲い込み手段が囲い込む空間を２分して皮膚表面に対し垂直に保持されたプリント基板上に、前記ブリッジ回路およびトランス素子を配置したことを特徴とする水分蒸散量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、皮膚表面から蒸発する水分量の単位面積、単位時間当たりの値を測定する水分蒸散量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顔面の地肌と化粧品の適合性を判定するための１つの重要なパラメータが水分蒸散量である。水分蒸散量測定装置は、温度センサや湿度センサを用いて皮膚表面から蒸発する水分量に対応するパラメータ値を測定し、パラメータ値を単位面積、単位時間当たりの水分流量に換算して出力する。水分蒸散量測定装置の一例が特公平３−２３０４５号公報に示される。ここでは、皮膚表面を囲い込む容器に２つの開口を設けており、一方の開口から空気を供給して他方の開口から流出させる。そして、２つの電気容量型高分子薄膜湿度センサを用いて供給する空気の湿度と流出する空気の湿度を検出し、空気の流量と容器の前後の湿度差から水分蒸散量を演算している。電気容量型高分子薄膜湿度センサは、水分含有量に応じて誘電率を変化させる機能薄膜でコンデンサを形成しており、曝された雰囲気中の湿度に対応してコンデンサの電気容量が変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特公平３−２３０４５号公報に示される水分蒸散量測定装置は、比較的に高価な電気容量型高分子薄膜湿度センサを２個必要とする。そして、容器に一定量の空気を供給するための複雑な配管や大型の装置を必要とする。従って、水分蒸散量測定システムの製作に要する部品、組立、調整のコストが高くなる。また、水分蒸散量測定装置が大型化すると運搬やセットアップに苦労して携帯用途には向かないし、皮膚の複数のパラメータを測定して複合的な判断を行う診断装置への組み込みにも支障がある。
【０００４】
また、電気容量型高分子薄膜湿度センサは、個々の容量や湿度特性のばらつきが大きいため、別々のセンサを用いて湿度差を測定すると、誤差が累積して精度の高い測定が困難である。従って、２個のセンサの個別の回路に精密な調整を必要とし、センサ交換時には専門の技術者が調整をやり直す必要がある。一方、これらの問題点を解決するために、湿度センサを１個だけ使用する方法も各種考えられる。先ず考えられるのは前記特公平３−２３０４５号公報に示されるものにおいて、カプセルの空気流入穴と空気流出穴を塞ぎ、カプセル内の空間部に配設した湿度センサにより皮膚表面からの水分蒸散量を測定する方法があるが、この場合は測定時にカプセル内が密閉状態となるので時間の経過とともにカプセル内で湿度は上昇し続けて飽和してしまう。また、湿度センサを皮膚に接触させないように数ｍｍ〜数ｃｍ離して保持して皮膚表面から大気中に拡散する水分蒸散量を測定する方法も考えられるが、大気の流れに影響され安定した状態での測定ができない。なお、湿度センサを直接皮膚表面に押し当てたのでは水分が皮膚表面から大気中へ拡散している状態の測定とはならない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願発明に係る水分蒸散量測定装置は、皮膚表面に接触させて所望面積を囲い込み、囲い込んだ空間の一部を大気に開放させた囲い込み手段と、囲い込み手段の大気に開放された部分と皮膚表面との間の中間位置に配置した１個の電気容量型高分子薄膜湿度センサとを有する水分蒸散量測定装置において、前記薄膜湿度センサに第１抵抗を接続した直列回路に対してコンデンサと第２抵抗を接続した直列回路を並列に接続したブリッジ回路と、前記薄膜湿度センサ−第１抵抗間とコンデンサ−第２抵抗間に一次側巻線を接続したトランス素子とを有し、前記２つの直列回路の両端に交流電圧を入力して、前記トランス素子の二次側巻線の交流出力を検知すると共に、前記囲い込み手段が囲い込む空間を２分して皮膚表面に対し垂直に保持されたプリント基板上に、前記ブリッジ回路およびトランス素子を配置したことを特徴とするものである。
以上のように構成すれば、皮膚表面から常に水分の蒸散が可能なように湿度センサを皮膚表面から若干の距離を離して保持できるとともに、皮膚表面から蒸散する水分が湿度センサに到達するまでの間は大気の流れに直接影響を受けないようにし、さらに皮膚表面から蒸散した水分は湿度センサ通過後は大気に速やかに流出するようにすれば、湿度センサが１個であっても実用上必要十分な精度の測定が可能であって、しかも、小型軽量、安価で取扱いが容易な水分蒸散量測定装置を提供することが可能となる。
【０００６】
【作用】
本発明の水分蒸散量測定装置では、囲い込み手段の内側の皮膚からの水分蒸散量と、湿度検出素子の位置における湿度が高い相関関係にあることを利用して、湿度値から水分蒸散量を演算する。囲い込み手段の内側の皮膚から蒸発した水蒸気は、囲い込み手段の内側を大気に開放された部分に向かって拡散し、大気に開放された部分を通じて大気中へ流出し拡散する。皮膚表面と大気に開放された部分の中間に配置された湿度検出素子は、この拡散領域の湿度を、外気の流れに影響されることなく検出する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は実施例の水分蒸散量測定装置の測定ヘッドを側面から見た断面図、図２は上から見た断面図、図３は回路図、図４は実施例の装置の出力値と従来の水分蒸散量測定装置の出力値の関係を示すグラフである。実施例の水分蒸散量測定装置は、化粧品選定のための総合的なお肌診断に使用されるもので、他の種々のセンサやカメラとともに１台のパソコンに接続される。
【０００８】
図１、図２に示すように、実施例の水分蒸散量測定装置では、アルミニウム製の断面長方形の枠１１の内側に溝１５が形成され、溝１５に上から挿入して回路基板１４が取り付けられている。回路基板１４は、Ｕ字型に形成され、中央の開口部分に湿度検出素子１２が配置されている。湿度検出素子１２は、枠１１の底部分と天井部分の中間位置であって枠１１の壁から離れた位置に配置される。枠１１の一方の壁の外側にハンドル軸１３が固定されている。測定者は、ハンドル軸１３を持って、枠１１の底部分を皮膚１０に接触させる。このとき、枠１１は、皮膚表面の所定面積を壁状に囲い込み、囲い込んだ空間の天井側を大気に開放している。
【０００９】
湿度検出素子１２は、水分含有量に応じて誘電率を変化させる機能薄膜でコンデンサを形成した電気容量型高分子薄膜湿度センサであって、曝された雰囲気中の湿度に対応してコンデンサの電気容量を変化させる。
【００１０】
図３に示すように、回路基板１４には、湿度検出素子１２、抵抗２２、および可変抵抗２１の直列回路と、コンデンサ２４および抵抗２３の直列回路とを並列に接続したブリッジ回路が形成されている。そして、湿度検出素子１２−抵抗２２の接続点とコンデンサ２４−抵抗２３の接続点の間にトランス素子２５の一次側巻線が接続される。
【００１１】
並列に接続された２つの直列回路の両端に交流出力回路２６が接続される。交流出力回路２６は、２００ｋＨｚの交流を出力して、回路基板１４上の回路を駆動する。温度検出素子１２、抵抗２２、２３、可変抵抗２１、コンデンサ２４で構成されるブリッジ回路の両端に２００ｋＨｚの交流が入力されると、トランス素子２５の一次側巻線に微弱な交流電圧が発生する。湿度検出素子１２と抵抗２２の接続点の電圧は、湿度検出素子１２と（抵抗２２＋可変抵抗２１）のインピーダンス比によって決まる。一方、コンデンサ２４と抵抗２３の接続点の電圧は、コンデンサ２４と抵抗２３のインピーダンス比によって決まる。これらの電圧の差としてトランス素子２５の一次側巻線に微弱な交流電圧が発生する。ここで、可変抵抗２１を変化させることで、湿度検出素子１２と（抵抗２２＋可変抵抗２１）のインピーダンス比を調整できる。これにより、湿度検出素子１２を基準状態の湿度環境に曝した状態で、一次側巻線の交流電圧が０になる点を設定できる。
【００１２】
トランス素子２５の一次側巻線に微弱な交流電圧が入力されると、二次側巻線に微弱な交流電圧が誘導される。回路基板１４からの配線はハンドル軸１３の中を通してドライバ回路に接続される。交流出力回路２６、交流増幅回路２７、整流回路２８、直流増幅回路２９を含む。
【００１３】
トランス素子２５の二次側巻線には交流増幅回路２７が接続される。交流増幅回路２７は、トランス素子２５の二次側巻線に発生する微弱な交流信号を増幅する。交流増幅回路２７の出力側に整流回路２８が接続される。整流回路２８は、トランス素子２５の二次側巻線に発生する交流信号を整流、平滑して、交流信号の振幅に応答して変化する直流電圧を形成する。整流回路２８の出力側に直流増幅回路２９が接続される。直流増幅回路２９は、Ａ／Ｄ変換回路３１の入力電圧範囲に対応した電圧レベルまで整流回路２８の出力を増幅する。Ａ／Ｄ変換回路３１は、パソコン３０に１個の拡張カードとして組み込まれている。Ａ／Ｄ変換回路３１は、直流増幅回路２９のアナログ電圧出力に対応するデジタル値を出力する。パソコン３０は、所定の関数に対照して、Ａ／Ｄ変換回路３１の出力するデジタル値から刻々の水分蒸散量の値を演算する。
【００１４】
次に、本発明の水分蒸散量測定装置と、既に実績がありその測定データに信頼がおける基準の据え置き型水分蒸散量測定装置を用い、共通の皮膚表面サンプルを用いて測定を行った結果を図４に示す。本発明の水分蒸散量測定装置は、基本的には図１に示す構造であり、枠１１の大きさが縦，横，高さ共に２０ｍｍであり、湿度センサは中心高さ１０ｍｍの位置に設定した。また開口部の寸法も枠１１の縦と横の寸法と同寸である。図４に示す比較グラフのＸ軸は、基準の据え置き型水分蒸散量測定装置を用いて測定した水分蒸散量の値（グラム／平方メートル毎時）である。Ｙ軸は、本発明の水分蒸散量測定装置の整流回路２８の出力（単位ボルト）である。皮膚表面サンプルの水分蒸散量を基準の測定装置で測定してそれを水分蒸散量の測定値とし、一方同じ皮膚表面サンプルを本発明の測定装置で測定し整流回路２８の出力を計測する。そして、れらの測定をいくつかの共通な皮膚表面サンプルで行い結果をグラフ上にプロットしたところ、グラフに示すような直線的な相関関係が確認された。したがって、発明の測定装置によっても、整流回路の出力を基準として水分蒸散量の測定が正しく行えることが確認できた。なお、囲いこみ手段を内径１３ｍｍ、 高さ３０ｍｍの円筒形状とし、高さ１５ｍｍの位置に湿度センサを設けたものでも上記と同じ測定を行ったところ、上記とほぼ同じような結果が得られ、囲い込み手段とその一部の大気開放が有効に功を奏することが確認できた。
【００１５】
実施例の水分蒸散量測定装置によれば、高価な電気容量型高分子薄膜湿度センサを湿度検出素子１２として１個だけ使用するから、２個使用する場合に比較して電気容量型高分子薄膜湿度センサの部品コストが半分になる。また、電気容量型高分子薄膜湿度センサが１個だけだから、上述のブリッジ回路やトランス素子２５が１組で済み、電気容量型高分子薄膜湿度センサと同じ回路基板１４に配置して、小型の枠１１の中に収めることが可能になった。そして、上述のブリッジ回路やトランス素子２５を電気容量型高分子薄膜湿度センサと同じ回路基板１４に配置したから、空中配線から拾うノイズレベルが低下して検出のＳ／Ｎ比が向上した。また、小型の枠１１とハンドル軸１３で構成される軽量小型で扱い易い測定ヘッドが得られた。
【００１６】
そして、小型の枠１１は、鼻の側面や目尻など、狭くて凹凸のある皮膚へも容易に接触できるから、従来の大型の測定ヘッドでは不可能だった部分の水分蒸散量も容易に測定できる。また、交流出力回路２６〜直流増幅回路２９を含むドライブ回路も小型でコンパクトに構成され、送風機や配管を含まず、測定に必要な電力もわずかで済むから、化粧品選定のためのお肌診断システムを小型化して運搬可能に構成することが容易になった。
【００１７】
また、このような単純な構成であるにもかかわらず、図４に示すように、化粧品選定のためのお肌診断に必要な水分蒸散量範囲（発汗水分が皮膚上に停滞する状態等を除く平均的な通常状態）で十分な測定精度と再現性が得られた。
【００１８】
ところで、電気容量型高分子薄膜湿度センサは、その容量や容量／湿度特性が製品ごとに大きくばらつくことが知られている。電気容量型高分子薄膜湿度センサを２個使用して湿度差を測定する場合、このような誤差が積算されて湿度差の精度を損なわせる。そして、厳密に選択したほぼ同一特性の電気容量型高分子薄膜湿度センサを採用して、容量変化を検出する個々のドライバ回路を厳密に調整した場合でも、２つの電気容量型高分子薄膜湿度センサの経時変化（汚染進行やセンサ劣化）によって、次第に測定誤差が増大することになる。
【００１９】
これに対して湿度検出素子１２を１個だけ使用する実施例装置では、２個使用する場合のような誤差の積算が無い。そして、湿度検出素子１２の特性のばらつきや経時変化に対しては、標準的な湿度条件下で可変抵抗２１を調整するだけで測定精度を再現できる。従って、実施例の水分蒸散量測定装置は、従来の装置に比較して、専門的な技術や知識を欠いても容易に調整が可能であるから、水分蒸散量の測定値の精度と再現性を維持するための総合的なコストが低い。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の水分蒸散量測定装置によれば、湿度検出素子を１個しか使用しないから、２個使用する場合に比較して、部品数や回路数が半分で済み、測定値の精度を維持するための調整箇所も少なくなる。また、調整自体も単純になり、専門的な知識や技術を要しないで済む。また、送風機、配管、圧力調整などの付帯設備が不要であるから全体を小型軽量かつ省電力に構成できる。
【００２１】
さらに、湿度検出素子を２個使用して湿度差を求める場合のような２つの湿度検出素子の特性差や２つの回路の特性差に起因する誤差の累積が無いから、必要十分な測定精度と再現性を達成でき、湿度検出素子の交換や経時変化への対応も容易である。従って、小型軽量、安価で取扱いが容易な水分蒸散量測定装置を提供でき、他のセンサやカメラを１台のパソコンに入力して総合的なお肌診断を行うシステムの小型化に有利である。また、このようなシステムの製作コストの低下、保守コストの低下にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の水分蒸散量測定装置を側面から見た断面図である。
【図２】実施例の水分蒸散量測定装置を上から見た平面図である。
【図３】実施例の水分蒸散量測定装置の回路図である。
【図４】本発明の水分蒸散量測定装置の出力値と従来の水分蒸散量測定装置の測定値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 皮膚表面
１１ 枠
１２ 湿度検出素子（電気容量型高分子薄膜湿度センサ）
１３ ハンドル軸
１４ 回路基板
１５ 溝
２１ 可変抵抗
２２ 抵抗
２３ 抵抗
２４ コンデンサ
２５ トランス素子
２６ 交流出力回路
２７ 交流増幅回路
２８ 整流回路
２９ 直流増幅回路
３０ パソコン
３１ Ａ／Ｄ変換回路
【図１】
0004477250.tif 000002
【図２】
0004477250.tif 000003
【図３】
0004477250.tif 000004
【図４】
0004477250.tif 000005