(57)【要約】【課題】従来提案されている皮膚状態測定装置に比して、より小型で、より精度の良い測定を行うことができる皮膚状態測定装置、皮膚状態測定モジュール及び皮膚状態測定方法を提供すること。【解決手段】複数のＬＥＤ１１１〜１１４が配置された回路基板１３０と同一の回路基板上にカラーカメラ１２０を配置し、皮膚にＬＥＤ１１１〜１１４からの光を照射したときにカラーカメラ１２０によって得られた皮膚からの反射光に基づいて皮脂量及び皮膚水分量を求めたことにより、コンパクトで精度の良い測定を行うことができる皮膚状態測定装置１０、皮膚状態測定モジュール１００を実現できる。つまり、同一の回路基板上にＬＥＤとカメラを配置したので薄型化でき、カラーカメラを用いたことにより測定精度を向上させることができる。【選択図】図２
2017109016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板上に配置された複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤが配置された前記回路基板と同一の回路基板上に配置されたカラーカメラと、
皮膚に前記ＬＥＤからの光を照射したときに、前記カラーカメラによって得られた前記皮膚からの反射光に基づいて、皮脂量及び皮膚水分量を求める演算部と、
を具備する皮膚状態測定装置。
【請求項２】
前記回路基板上には、前記複数のＬＥＤを覆うように導光体が配設されているとともに、前記導光体、前記ＬＥＤ及び前記カラーカメラを覆うように、前記導光体の出射面及び前記カラーカメラの受光部が開口された遮光カバーが配設され、これにより、前記回路基板、前記ＬＥＤ、前記カラーカメラ、前記導光体及び前記遮光カバーが一体にモジュール化されている、
請求項１に記載の皮膚状態測定装置。
【請求項３】
前記複数のＬＥＤは、白色ＬＥＤと、少なくとも１つの近赤外線ＬＥＤと、を有する、
請求項１又は請求項２に記載の皮膚状態測定装置。
【請求項４】
前記演算部は、
前記複数のＬＥＤを順次発光させたときの、前記カラーカメラから出力されたＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの画素の平均値を所定の数式に代入することで、前記皮脂量及び前記皮膚水分量を求める、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の皮膚状態測定装置。
【請求項５】
前記カラーカメラによる撮像範囲内に基準色のプレートが配置されている、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の皮膚状態測定装置。
【請求項６】
回路基板と、
前記回路基板上に配置された複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤが配置された前記回路基板と同一の回路基板上に配置されたカラーカメラと、
前記カラーカメラからの画像データを出力するとともに、前記カラーカメラを制御するための制御信号、前記カラーカメラを動作させるためのカラーカメラ用電源、及び前記ＬＥＤを発光させるためのＬＥＤ用電源を入力する入出力部と、
を具備する皮膚状態測定モジュール。
【請求項７】
前記回路基板上には、前記複数のＬＥＤを覆うように導光体が配設されているとともに、前記導光体、前記ＬＥＤ及び前記カラーカメラを覆うように、前記導光体の出射面及び前記カラーカメラの受光部が開口された遮光カバーが配設されている、
請求項６に記載の皮膚状態測定モジュール。
【請求項８】
前記複数のＬＥＤは、白色ＬＥＤと、少なくとも１つの近赤外線ＬＥＤと、を有する、
請求項６又は請求項７に記載の皮膚状態測定モジュール。
【請求項９】
前記カラーカメラによる撮像範囲内に基準色のプレートが配置されている、
請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の皮膚状態測定モジュール。
【請求項１０】
皮膚に複数のＬＥＤからの光を順次照射したときの前記皮膚からの反射光をカラーカメラによって撮像し、
前記カラーカメラから出力されるＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの画素の平均値を所定の数式に代入することで、前記皮膚の皮脂量及び皮膚水分量を求める、
皮膚状態測定方法。
【請求項１１】
前記皮脂量及び前記皮膚水分量に加えて、皮膚のメラニン値又はヘモグロビン値を求める、
請求項１０に記載の皮膚状態測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、皮膚の状態を光学的に測定する皮膚状態測定装置、皮膚状態測定モジュール及び皮膚状態測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膚の状態は、皮脂量と皮膚水分量とに基づいて評価されることが多い。そして、皮脂量の標準測定器としてはCourage＆Khazaka社のセブメーター（登録商標）が使用されることが多く、皮膚水分量の標準測定器としてはCourage＆Khazaka社のコルネオメーター（登録商標）が使用されることが多い。
【０００３】
また、皮脂量の測定に関しては、セブメーターと同様に、皮脂を皮脂吸収テープにしみ込ませ、テープを透過する光の量に基づいて測定する方法や、ガラスや金属面に皮脂を付着させ、その面に光を当てた際の反射量の変化に基づいて測定する方法等が提案されている（特許文献１−３参照）。
【０００４】
皮膚水分量の測定に関しては、皮膚に電極を接触させ、電極間の静電容量や導電度から測定を行う方法が数多く提案されている（特許文献４−６参照）。また、１１００〜２４００ｎｍの波長の近赤外線を使用して、皮膚水分量を測定する装置が特許文献７等に記載されている。
【０００５】
一方で、特許文献８には、一つの皮膚観察装置によって、皮脂量、皮膚水分量及び皮膚の拡大画像を測定できる構成が開示されている。この皮膚観察装置は、皮脂量、皮膚水分量及び皮膚の拡大画像を測定するための、別々の測定装置が組み込まれており、皮脂量は測定ヘッドを皮膚に当てた際に皮膚採取面に付着した皮脂を光学的に測定し、水分量は抵抗変化型湿度センサなどの水分センサで測定する。また、皮膚の画像については観察孔の内部に撮像装置が備えられており、それにより皮膚の画像を取得する。
【０００６】
ところで、皮脂量と皮膚水分を別々の方法で測定する場合には、機器構成が複雑になり、小型化しにくい上にコストも増える。例えば皮脂量を光の反射で測定し、皮膚水分量を電極の静電容量で測定する場合には、発光素子と受光素子と電極とを設け、さらにそれぞれの検出回路を設ける必要がある。
【０００７】
さらに、測定面に皮脂を付着させて皮脂量を測定する場合、及び電極で水分量を測定する場合においては、測定毎に測定面の洗浄を行う必要がある。また、長波長の赤外線を使用した場合、通常のカメラ用撮像素子では検出できないため、赤外線用カメラを使用する必要があり、皮膚の画像も撮影する場合においては別途通常のカメラを用意する必要がある。加えて、光源をＬＥＤ（Light Emitting Diode）とする場合においては、１０００ｎｍ以上の波長を発光するＬＥＤを用意するのは高コストとなる。
【０００８】
特許文献９には、ＬＥＤから放出される光を皮膚に照射し、皮膚からの光を光検出器で検出し、検出した光を光分析法によって分析することで、皮脂量及び皮膚水分量を測定する装置が開示されている。この装置によれば、皮脂量と皮膚水分量を共通の光学系及び演算部によって測定できるので、皮脂量と皮膚水分量を別々の構成によって測定する場合と比較して、装置構成を小型化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−０１２２９５号公報
【特許文献２】特開２０１２−０７１０５５号公報
【特許文献３】特開２０１１−０７８６８９号公報
【特許文献４】特開２００８−０１２２９５号公報
【特許文献５】特開２０１２−０７１０５５号公報
【特許文献６】特開２０１１−０７８６８９号公報
【特許文献７】特開２０１１−２０９２６５号公報
【特許文献８】特開２００４−０７７３３２号公報
【特許文献９】特開２０１５−１５２６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献９に開示されているように皮脂量と皮膚水分量を光分析法によって測定すれば、装置を小型化できるので、携帯型の皮膚状態測定装置を実現することもできると考えられる。
【００１１】
本発明の目的は、従来提案されている皮膚状態測定装置に比して、より小型で、より精度の良い測定を行うことができる皮膚状態測定装置、皮膚状態測定モジュール及び皮膚状態測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の皮膚状態測定装置の一つの態様は、
回路基板と、
前記回路基板上に配置された複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤが配置された前記回路基板と同一の回路基板上に配置されたカラーカメラと、
皮膚に前記ＬＥＤからの光を照射したときに、前記カラーカメラによって得られた前記皮膚からの反射光に基づいて、皮脂量及び皮膚水分量を求める演算部と、
を具備する。
【００１３】
本発明の皮膚状態測定モジュールの一つの態様は、
回路基板と、
前記回路基板上に配置された複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤが配置された前記回路基板と同一の回路基板上に配置されたカラーカメラと、
前記カラーカメラからの画像データを出力するとともに、前記カラーカメラを制御するための制御信号、前記カラーカメラを動作させるためのカラーカメラ用電源、及び前記ＬＥＤを発光させるためのＬＥＤ用電源を入力する入出力部と、
を具備する。
【００１４】
本発明の皮膚状態測定方法の一つの態様は、
皮膚に複数のＬＥＤからの光を順次照射したときの前記皮膚からの反射光をカラーカメラによって撮像し、
前記カラーカメラから出力されるＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの画素の平均値を所定の数式に代入することで、前記皮膚の皮脂量及び皮膚水分量を求める。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来に比して、より小型で、より精度の良い測定を行うことができる皮膚状態測定装置、皮膚状態測定モジュールを実現できる。また、本発明によれば、従来に比してより精度の良い測定を行うことができる皮膚状態測定方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】実施の形態に係る皮膚状態測定装置の外観を示す斜視図
【図１Ｂ】皮膚状態測定装置を測定対象側から見た平面図
【図１Ｃ】皮膚状態測定モジュールの外観を示す斜視図
【図２】皮膚状態測定装置の分解斜視図
【図３】実施の形態による演算の説明に供する模式図
【図４】Ｒ，Ｇ，Ｂの波長に対する検出効率（感度）を示す図
【図５】導光体を使用した場合の撮像面での光の分布を示す図
【図６】導光体を使用しない場合の撮像面での光の分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１Ａは実施の形態に係る皮膚状態測定装置１０の外観を示す斜視図であり、図１Ｂは皮膚状態測定装置１０を測定対象（皮膚）側から見た平面図であり、図１Ｃは皮膚状態測定モジュール（以下、「測定モジュール」と略記する）１００の外観を示す斜視図である。
【００１９】
図１Ａ及び図１Ｂに示す皮膚状態測定装置１０は、図１Ｃに示す測定モジュール１００がケース１１に収容されて構成されている。ケース１１には撮像用開口部１２が形成されている。測定時には、ケース１１の皮膚当接面１３を皮膚に当接させた状態で、撮像用開口部１２を介して測定モジュール１００からの照射光が皮膚に照射されるとともに皮膚からの反射光が測定モジュール１００に入射されるようになっている。なお、本実施の形態における皮膚とは、頭皮などを含む人体の表面部分であるとする。
【００２０】
図２に示すように、測定モジュール１００は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）１１１、１１２、１１３、１１４と、カラーカメラ１２０と、回路基板１３０と、導光体１４０と、遮光カバー１５０と、を有する。因みに、本実施の形態のカラーカメラ１２０は、フルカラーのカメラであり、また赤外線カットフィルタを備えないものである。
【００２１】
複数のＬＥＤ１１１〜１１４とカラーカメラ１２０は同一の回路基板１３０上に搭載されている。具体的には、カラーカメラ１２０を取り囲むように、白色ＬＥＤ１１１及び近赤外線ＬＥＤ１１２、１１３、１１４がカラーカメラ１２０と同一の回路基板１３０上に設けられている。
【００２２】
回路基板１３０には、入出力部としてコネクタ１７０が搭載されており、コネクタ１７０には、フレキシブル基板１６０が接続されている。これにより、カラーカメラ１２０の画像データがコネクタ１７０を介して出力されるとともにカラーカメラ１２０を制御するための制御信号やカラーカメラ１２０を動作させるためのカラーカメラ用電源、及びＬＥＤ１１１〜１１４を発光させるためのＬＥＤ用電源がコネクタ１７０を介して入力される。なお、コネクタ１７０に換えて、回路基板１３０に外部端子を設けたり、フレキシブル基板１６０を回路基板１３０に直接はんだ付けすることで入出力部を構成してもよい。
【００２３】
測定モジュール１００は、光源として、白色ＬＥＤ１１１及び近赤外線ＬＥＤ１１２〜１１４を有する。近赤外線ＬＥＤ１１２、１１３、１１４それぞれの波長は、例えば８８０ｎｍ、９４０ｎｍ、１０５０ｎｍである。何を測定するかに応じてどのＬＥＤ１１１〜１１４を発光させるかが制御される。例えば皮脂量及び又は皮膚水分量を測定する場合には、近赤外線ＬＥＤ１１２〜１１４が順次発光され（白色ＬＥＤ１１１も発光させてもよい）、皮膚の表面画像を撮像する場合には、白色ＬＥＤ１１１が発光される。
【００２４】
導光体１４０は、ＬＥＤ１１１〜１１４の光をカラーカメラ１２０の撮像面（つまり測定対象の皮膚）の方向に向ける機能と、ＬＥＤ１１１〜１１４からの光を撮像面に均一に分散させる機能と、を有する。
【００２５】
遮光カバー１５０は、導光体１４０の導光面１４１、１４２の面以外からの光が撮像面に照射されないようにするとともに、導光体１４０からの光が直接カラーカメラ１２０のレンズに入射しないようにする機能を有する。実際上、遮光カバー１５０は、ＬＥＤ１１１〜１１４及びカラーカメラ１２０を覆うように配置されるとともに、導光体１４０の出射面（つまり導光面１４１、１４２）及びカラーカメラ１２０の受光部（つまりレンズ）に対応する位置が開口されている。
【００２６】
ここで、導光体１４０の外形は遮光カバー１５０の内形に適合するように形成されており、これにより、導光体１４０は遮光カバー１５０の内部に丁度収まり、遮光カバー１５０に嵌め込まれた状態で安定して固定されるようになっている。
【００２７】
このように、測定モジュール１００は、簡単な嵌合構造によって導光体１４０と一体化された遮光カバー１５０を、ＬＥＤ１１１〜１１４及びカラーカメラ１２０に対応する回路基板１３０上の位置に配置するだけで、所望の照射及び測光を実現できるようになっている。
【００２８】
さらに、測定モジュール１００がケース１１内に収容されることにより、ケース１１によって撮像面への外光の入射が阻止されるとともに撮像面とカラーカメラ１２０の距離が所定の距離（本実施の形態の場合、１０ｍｍ）に保たれる。因みに、遮光カバー１５０の形状を、撮像面への外光の入射を阻止するとともに撮像面とカラーカメラ１２０の距離を所定の距離に保つような形状とすれば、上ケース１１ａを省略することもでき、このようにすれば、構成をより簡単化できるようになる。
【００２９】
さらに、皮膚状態測定装置１０は、皮膚にＬＥＤ１１１〜１１４からの光を照射したときに、カラーカメラ１２０によって得られた皮膚からの反射光に基づいて、皮脂量及び皮膚水分量を求める演算部を有する。この演算部は、回路基板１３０上に設けてもよいし、フレキシブル基板１６０の接続先に設けてもよい。本実施の形態の場合には、演算部は、フレキシブル基板１６０の接続先に設けられており、入出力部から出力されたカラーカメラからの画像データを用いて皮脂量及び皮膚水分量を求める。
【００３０】
近赤外線光を用いた皮脂量及び皮膚水分量の算出方法は、特許文献９等にも記載されている既知の技術なので、ここでは簡単に説明する。要するに、皮脂、水分のそれぞれは、吸光スペクトルが異なるため波長の異なる光源下において反射光量に違いが表れるので、それを数式によって変換することにより、皮脂量及び皮膚水分量を算出できるといった原理に基づく。
【００３１】
本実施の形態による演算の模式図を、図３に示す。演算部１８０には、皮脂量、皮膚水分量、メラニン値、ヘモグロビン値それぞれを算出するための数式［１］、［２］、［３］、［４］が用意されている。この数式は、例えば、予め複数のＬＥＤを順次発光させたときに得られた皮膚からの反射光と、既知の、皮脂量、皮膚水分量、メラニン値、ヘモグロビン値との関係に基づいて、学習により求めればよい。演算部１８０は、各数式［１］、［２］、［３］、［４］に、各ＬＥＤ１１１〜１１４を１つずつ発光させたときにカラーカメラ１２０により得られた出力を代入することで、皮脂量、皮膚水分量、メラニン値、ヘモグロビン値を算出する。
【００３２】
本実施の形態の場合には、複数のＬＥＤ１１１〜１１４を順次発光させたときの、カラーカメラ１２０から出力されたＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの全画素の平均値を数式［１］、［２］、［３］、［４］に代入することで、皮脂量、皮膚水分量、メラニン値、ヘモグロビン値を求める。勿論、平均値を算出するために必ずしも全画素を用いる必要はない。但し、全画素を用いれば測定精度が向上する。
【００３３】
本実施の形態の場合、各数式［１］、［２］、［３］、［４］に入力されるパラメータの数は光源（ＬＥＤ）の数×３個となる。このように、本実施の形態では、カラーカメラを用い、より多くのパラメータを使って皮脂量、皮膚水分量、メラニン値、ヘモグロビン値を求めたことにより、従来に比して皮脂量、皮膚水分量、メラニン値、ヘモグロビン値の測定精度が向上する。なお、本実施の形態では、皮脂量、皮膚水分量、メラニン値、ヘモグロビン値を求めるにあたって、白色ＬＥＤ１１１を照射したときの反射光も用いるようにしているが、白色ＬＥＤ１１１を照射したときの反射光を用いなくてもよい。但し、白色ＬＥＤ１１１を照射したときの反射光も用いた方が、パラメータ数が多くなるので測定精度が向上する。
【００３４】
図４に示すように、カラーカメラでも１０５０ｎｍ程度までの近赤外線は可視光領域に比べて感度は低いものの検出は可能である。よって、赤外線用カメラを用いることなく検出可能である。また、図４からも分かるように、Ｒ，Ｇ，Ｂの検出効率（感度）は、波長によって異なるので、感度の異なるより多くのパラメータを使って、上述したように従来に比して精度の高い測定結果を得ることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、複数のＬＥＤ１１１〜１１４が配置された回路基板１３０と同一の回路基板上にカラーカメラ１２０を配置し、皮膚にＬＥＤ１１１〜１１４からの光を照射したときにカラーカメラ１２０によって得られた皮膚からの反射光に基づいて皮脂量及び皮膚水分量を求めたことにより、コンパクトで精度の良い測定を行うことができる皮膚状態測定装置１０を実現できる。つまり、同一の回路基板上にＬＥＤとカメラを配置したので薄型化でき、カラーカメラを用いたことにより測定精度を向上させることができる。
【００３６】
また、カラーカメラ１２０を使用することで、皮膚の画像の撮影と近赤外画像の撮影を一つのカメラで行うことができ、カメラの画像のみで皮脂量と皮膚水分量も判別できるので、装置の簡略化、小型化が容易となる。
【００３７】
また、導光体１４０を設けたことにより、簡易な構成により、ＬＥＤ１１１〜１１４の光をカラーカメラ１２０の撮像面（つまり測定対象の皮膚）の方向に向けることができるとともにＬＥＤ１１１〜１１４からの照射光を撮像面に均一に分散させることができる。換言すれば、導光体１４０を設けたことにより、同一の回路基板上にＬＥＤ１１１〜１１４とカラーカメラ１２０を配置した場合でも撮像面に所望の光を照射することができるようになる。
【００３８】
図５に、実施の形態のように導光体１４０を使用した場合の撮像面での光の分布を示し、図６に、比較例として実施の形態の構成から導光体１４０を省略した場合の撮像面での光の分布を示す。図５及び図６において、濃い部分が光量が多い部分である。導光体１４０を使用しない場合（図６）では、ＬＥＤの直下で最も明るく、ＬＥＤから遠くなるほど暗くなり、最も暗い箇所の光量は明るい部分に比べて２割程度となる。導光体１４０を使用した場合（図５）では、広い範囲においてＬＥＤ直下と同程度の明るさとなっており、弱い部分でも７割以上の光量が得られる。これにより、少ない光量の少ない光源でも撮像面を略均一に照らすことが可能となり、消費電力を低減できる。
【００３９】
また、回路基板１３０上に、複数のＬＥＤ１１１〜１１４を覆うように導光体１４０を配設するとともに、導光体１４０の上方から導光体１４０、ＬＥＤ１１１〜１１４及びカラーカメラ１２０を覆うように、導光体１４０の出射面１４１、１４２及びカラーカメラ１２０の受光部が開口された遮光カバー１５０を配設することで、回路基板１３０、ＬＥＤ１１１〜１１４、カラーカメラ１２０、導光体１４０及び遮光カバー１５０を一体にモジュール化したことにより、様々な機器に容易に搭載可能となる。
【００４０】
なお、上述の構成に加えて、カラーカメラ１２０による撮像範囲内（例えば撮像用開口部１２の隅部分）に基準色のプレートを配置し、カラーカメラ１２０により得られた撮像画像内のプレートの色に基づいて撮像画像の明るさを調整すれば、測定精度をより向上させることができる。
【００４１】
上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、皮脂量や皮膚水分量を測定する皮膚状態測定装置、皮膚状態測定モジュール及び皮膚状態測定方法に適用し得る。
【符号の説明】
【００４３】
１０  皮膚状態測定装置
１１  ケース
１２  撮像用開口部
１３  皮膚当接面
１００  測定モジュール
１１１  白色ＬＥＤ
１１２〜１１４  近赤外線ＬＥＤ
１２０  カラーカメラ
１３０  回路基板
１４０  導光体
１５０  遮光カバー
１６０  フレキシブル基板
１７０  コネクタ
１８０  演算部
【図１Ａ】
2017109016.tif 000003
【図１Ｂ】
2017109016.tif 000004
【図１Ｃ】
2017109016.tif 000005
【図２】
2017109016.tif 000006
【図３】
2017109016.tif 000007
【図４】
2017109016.tif 000008
【図５】
2017109016.tif 000009
【図６】
2017109016.tif 000010