(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
顔を測色対象物とする測色装置であって、測色対象物に照射する光の光源として、白色のルミネッセントダイオードを有する照射手段、測色対象物からの反射光を受光し、該反射光の受光強度を出力するフォトディテクターからなる受光手段、及び反射光の受光強度に基づいて測色値を求める演算手段からなり、ルミネッセントダイオードとフォトディテクターが測定ヘッド内に設けられ、測定ヘッド外に演算手段と電源が設けられ、測定ヘッドの重さが３０ｇ以下であり、測色対象物に合わせる測定ヘッドの開口部の径が３０ｍｍ以下であり、演算手段に備えられた、ルミネッセントダイオードの発光タイミングを制御するゲート回路と発光強度を制御する照明回路により、ルミネッセントダイオードの発光強度が時分割で変化する測色装置。
【請求項２】
顔の化粧肌に請求項１記載の測色装置を当接させ、照射手段から化粧肌に白色光を照射し、照射した光の化粧肌からの反射光を受光手段で受光し、その受光強度に基づいて測色値を求める化粧肌の測色方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測色対象物に当接させる測定ヘッドが小型軽量化されており、特に皮膚の測色に適した測色装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測色用分光光度計や光電色彩計等の測色装置は、一般に、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２２［物体色−測定方法］の規格に準拠して作製されており、その照明用光源としては、太陽の北側昼光、標準光源（Ｃ、Ｄ65等）あるいは人工光源である常用光源（Ｄ55、Ｄ50等）が使用され、特に、常用光源としてハロゲンランプ、キセノンランプ等の白色光源が広く使用されている。また、照明用光源が組み込まれた測定ヘッドには積分球も設けられ、光源から発せられた光が積分球の内壁面で拡散反射され、積分球の底面の開口部から測色対象物の測色部位が拡散照明されるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の測色装置では、測定ヘッド内にキセノンランプ等の白色光源が設けられ、さらには積分球も設けられているので、測定ヘッドが相当に嵩高くなっている。そのため、顔等のように凹凸が多くて平坦部分が少なく、狭い範囲の測色を目的とする場合には測色が困難であった。
【０００４】
また、キセノンランプ等の白色光源や積分球が設けられているために測定ヘッドを軽量化することもできないので、測定ヘッドを片手で保持し、任意の測色対象物の測色部位に最適の押圧力で当接させることも困難であった。そのため、皮膚の測色時には、測定ヘッドを過度の押圧力で皮膚に押しつけ、そのために血流が滞り、正常な状態での皮膚の測色をすることができないという問題もあった。
【０００５】
さらに、キセノンランプは電流効率が低いためにランニングコストが高くなり、また、寿命が比較的短いために、メンテナンスにもコストがかかった。
【０００６】
本発明は以上のような従来技術の課題に対し、耐久性があり、メンテナンスが容易で、小型軽量化を図ることができ、顔をはじめとする皮膚の測色にも簡便に使用できる測色装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、照明用の光を測色対象物に照射する照射手段として、従来のハロゲンランプやキセノンランプ等の白色光源に代えて、白色の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略する）又はスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等のルミネッセントダイオードを使用することにより上記の目的が達成できることを見出した。
【０００８】
即ち、本発明は、顔を測色対象物とする測色装置であって、測色対象物に照射する光の光源として、白色のルミネッセントダイオードを有する照射手段、測色対象物からの反射光を受光し、該反射光の受光強度を出力するフォトディテクターからなる受光手段、及び反射光の受光強度に基づいて測色値を求める演算手段からなり、ルミネッセントダイオードとフォトディテクターが測定ヘッド内に設けられ、測定ヘッド外に演算手段と電源が設けられ、測定ヘッドの重さが３０ｇ以下であり、測色対象物に合わせる測定ヘッドの開口部の径が３０ｍｍ以下であり、演算手段に備えられた、ルミネッセントダイオードの発光タイミングを制御するゲート回路と発光強度を制御する照明回路により、ルミネッセントダイオードの発光強度が時分割で変化する測色装置を提供する。
【０００９】
また、本発明は、皮膚に本発明の測色装置を当接させ、照射手段から皮膚に白色光を照射し、照射した光の皮膚からの反射光を受光手段で受光し、その受光強度に基づいて測色値を求める測色方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は、同一又は同等の構成要素を表している。
【００１１】
図２は、本発明の一実施例の測色装置１のブロック図である。この測色装置１は、測定ヘッド１０と演算手段３０とからなっている。また、図１は測色装置１の測定ヘッド１０の概略断面図（同図（ａ））及び底面図（同図（ｂ））である。
【００１２】
測定ヘッド１０は、測色対象物Ｓに照射する光の光源として、白色光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）を有しており、これらの設置位置は、図１（ｂ）に示したように、それぞれ正三角形の頂点となっている。この正三角形の一辺の長さは、細部の測色の点から、４０ｍｍ以下とすることが好ましく、特に、５〜２０ｍｍとすることが好ましい。また、これらＬＥＤがなす正三角形の中心には、受光手段として一組のフォトダイオード１１が設けられている。
【００１３】
各ＬＥＤは測色部位Ｓ1に対する設置角度を垂直から水平まで適宜変えることができるようになっており、これによりＬＥＤから照射された光の測色部位Ｓ1への入射角を０°から９０°近くまで変えられるようにしている。測色部位Ｓ1に対する入射角が小さすぎると、フォトダイオード１１が測色対象物Ｓからの光源の直接表面反射光を受光しやすくなり、反対に大きすぎるとＬＥＤからの直接光又は測定ヘッド１０内の反射光を受光しやすくなるので、通常は測色部位Ｓ1に対する入射角を３０°〜６０°とすることが好ましく、入射角４５°で受光角０°とすることがより好ましい。
【００１４】
一組のフォトダイオード１１は、各々の前面に赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）または青色光（Ｂ）を通すバンドパスフィルター１６R、１６G、１６Bが備えられた合計３個のフォトダイオード１１からなっている。また、ＬＥＤとフォトダイオード１１との間には遮光筒１２が設けられている。遮光筒１２の先端又は中程には、必要に応じてレンズが設けられる。ＬＥＤ及びフォトダイオード１１は、外筒１３で囲まれている。
【００１５】
外筒１３は、その底部に円形の開口部１４を有し、測色時に開口部１４の外縁が測色部位Ｓ1を囲むように測色対象物Ｓに接触し、測色部位Ｓ1及びフォトダイオード１１を外部散乱光から遮蔽する。この場合、開口部１４の直径は、細部の測色の点から３０ｍｍ以下とすることが好ましく、特に、３〜２０ｍｍとすることが好ましい。
【００１６】
また、測色対象物Ｓによっては、外筒１３の接触により測色部位Ｓ1の温度が変化し、測色値の変わる場合があることから、測色対象物Ｓと接触する外筒１３端部の構成材料としては、外筒１３が測色対象物Ｓに接触しても測色部位Ｓ1の温度ができるだけ変わらないような材料、例えば、熱伝導率０．００１〜９９Ｗｍ-1Ｋ-1、より好ましくは０．００１〜１０Ｗｍ-1Ｋ-1の有機材料を使用することが好ましい。
【００１７】
一方、演算手段３０は、測色部位Ｓ1に照射するＬＥＤの発光強度を制御し、また、バンドパスフィルター１６（１６R、１６G、１６B）を通してフォトダイオード１１で検出された光強度に基づいて測色値を求めるものであり、ゲート回路３２、照明回路３１、Ｉ−Ｖ回路３３R、３３G、３３B 、サンプルホールド回路３４、減算回路３５R、３５G、３５B、バッファ回路３６、計算処理回路３７からなっている。
【００１８】
ここで、ゲート回路３２は、ＬＥＤの発光タイミングを制御する回路であり、また、照明回路３１は、各ＬＥＤに、一定強度の光を発生させる回路である。
【００１９】
赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）または青色光（Ｂ）を通すバンドパスフィルター１６R、１６G、１６Bが前面に設けられたフォトダイオード１１は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの光を受光し、Ｉ−Ｖ回路３３は、フォトダイオード１１が出力するＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの受光強度を電流値から電圧値に変換する。サンプルホールド回路３４は、ＬＥＤの発光時のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの受光強度をサンプリングして一時保存（ホールド）すると共に、外部散乱光の受光強度もサンプリングして一時保存する。そして、減算回路３５R、３５G、３５Bは、サンプルホールド回路３４に一時保存された、ＬＥＤの発光時のＲ、Ｇ、Ｂ各色の受光強度と、外部散乱光の受光強度との差をとり、それにより外部散乱光の影響が除去されたＲ、Ｇ、Ｂ各色の受光強度を出力する。バッファ回路３６は、こうして求められたＲ、Ｇ、Ｂの出力値が外部検出器（モニター、コンピュータ等）に取り込まれる場合に、当該外部検出器による影響が除去された値となるように、Ｒ、Ｇ、Ｂを出力する。そして、計算処理回路３７は、バッファ回路３６からのＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの出力値と、予め測色対象物Ｓの測色前に白色板から得たＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの出力値とから、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光それぞれについて、測色対象物Ｓと白色板との出力値の比を求め、その比の値からＬ*ａ*ｂ*表色系の値（即ち、Ｌ*値＝明るさ、ａ*値＝赤み、ｂ*値＝黄色み）を出力する。
【００２０】
この測色装置１を用いて測色対象物Ｓを測色する場合、まず測定ヘッド１０の外筒１３の底部の開口部１４を測色部位Ｓ1に合わせ、測定ヘッド１０を測色対象物Ｓに当接させる。ここで、測定ヘッド１０にはＬＥＤが内蔵されており、従来の測色装置の測定ヘッドで使用されていたキセノンランプや積分球が不要となっている。さらに、測定ヘッド１０内に組み込まれているのはＬＥＤ、バンドパスフィルター１６R、１６G、１６B、フォトダイオード１１及びこれらを作動させるために必要な配線等の付帯部品のみで、これら以外の部品（例えば、演算手段３０、電源等に関するもの）は測定ヘッド１０外に設けられている。したがって、この測定ヘッド１０は、手に持った時の重さが付属コードを含めても３０ｇ以下に小型軽量化される。このため、位置合わせ時あるいは測色時に、測定ヘッド１０を片手で容易に保持し、任意の測色部位Ｓ1に押圧力を調整しつつ当接させることができる。よって、例えば皮膚を測色対象物Ｓとした場合でも、過度に皮膚を圧迫することなく、血流を滞らせることなく、測色することが可能となる。なお、押圧力の調整のためには、バネ等を利用した感圧センサーを測定ヘッド１０に設けてもよい。
【００２１】
測定ヘッド１０を測色対象物Ｓに当接させるにあたり、測定ヘッド１０と測色対象物Ｓとのなす角度は９０°とすることが好ましいが、８０°から１００°とすればよく、測色対象物Ｓが皮膚のように柔軟である場合には、さらに許容角度を広げることができる。なお、測定ヘッド１０と測色対象物Ｓとのなす角度を検出するためには、上述の感圧センサーを測定ヘッド１０の外筒１３端部に少なくとも３個取り付ければよい。即ち、各感圧センサーにかかる圧力が等しければ測定ヘッド１０と測色対象物Ｓとのなす角度は垂直であり、各感圧センサーにかかる圧力に差があるほど測定ヘッド１０は垂直から傾いていることとなる。
【００２２】
また、この測定ヘッド１０においては、測色部位Ｓ1に合わせる開口部１４の径を３０ｍｍ以下、より好ましくは３〜２０ｍｍ程度と小さくすることができるので、人の皮膚、特に顔等のように凹凸が多くて平坦部分が少ない部位も測色対象とすることができる。さらに、シミのような色素沈着部分、目元、口元、唇、歯肉、歯、眼球、頭皮、爪等の狭い範囲の表面色を選択的に測色することも容易になる。また、素肌でも、ファンデーション、口紅、アイシャドウ、頬紅等のポイントメイクを施した化粧肌でも測定可能である。
【００２３】
測定ヘッド１０を測色対象物Ｓに当接させた後は、ＬＥＤを発光させ、測色部位Ｓ1からの反射光を、Ｒ、Ｇ又はＢのバンドパスフィルター１６R、１６G、１６Bを通してフォトダイオード１１で受光する。そしてフォトダイオード１１から出力されたＲ、Ｇ、Ｂの強度に基づき、測色部位Ｓ1の三刺激値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）あるいはＬ*ａ*ｂ*表色系の出力値を得る。
【００２４】
測色時には、各ＬＥＤを一定強度で発光させてもよいが、図３に示したようにＬＥＤの発光強度を時分割で変化させてもよい。発光強度の強弱に応じて、測定深度を考慮した測色を行うことが可能となる。例えば、測色部位Ｓ1が皮膚のように半透明で層状構造を有する場合に、発光強度を弱めた時には測色部位Ｓ1の深度の浅い部分（例えば、表皮まで）を測色し、発光強度を強めた時にはより深度の深い部分（例えば、真皮まで）を測色することが可能となる。
【００２５】
ＬＥＤの発光強度の具体的な値は、ＬＥＤと測色部位Ｓ1との距離、測色部位Ｓ1とフォトダイオード１１との距離等に応じて定めることができる。一般には、ＬＥＤと測色部位Ｓ1との距離を１ｍｍ〜５０ｍｍ、特に１ｍｍ〜２０ｍｍとし、測色部位Ｓ1とフォトダイオード１１との距離を１ｍｍ〜５０ｍｍ、特に１ｍｍ〜２０ｍｍとし、ＬＥＤの発光強度を０．１ｍＷ〜１０Ｗ、特に１ｍＷ〜１Ｗとすることが好ましい。
【００２６】
本発明は、図１に示した測色装置１以外にも種々の態様をとることができる。
【００２７】
例えば、図４（ｂ）に示したような、外部散乱光Ｌの測色部位Ｓ1及び受光手段への回り込みをより確実に防止して、弱い光でも正確な測色を可能とするため、図４（ａ）に示すように、外筒１３の測色対象物Ｓ側の端部と側色部位Ｓ1の外周とを覆う傘状フード１７を、図１の測定ヘッド１０の外筒１３に着脱自在に取り付け、外筒１３を二重構造とすることができる。この場合、測色部位Ｓ1への位置合わせを容易にするため、必要に応じて、測色部位の位置決め用光源を、照射手段の光源として設けられているＬＥＤの他に設けてもよい。位置決め用光源としては、レーザー、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード等を使用することができる。
【００２８】
図１の測色ヘッド１０では、ＬＥＤが正三角形の頂点をなすように配されているが、ＬＥＤの個数や配置はこれに限られない。例えば、照射ムラを低減するため、図５に示すように、測定ヘッド１０内により多くのＬＥＤを同心円上に配し、その中心にＲ、Ｇ、Ｂ受光用の一組のフォトダイオード１１を設けてもよい。また、小型軽量化を一層促進するため、図６に示すように、１個のＬＥＤと一組のフォトダイオード１１とを設けてもよい。後者の場合には、測定ヘッドをより小さくできるので測定ヘッドの開口部をさらに小さくすることが可能となるため、より細部の測定を行うことが可能となる。また、照射面積が狭くなるので、照射ムラが低減するという効果も得られる。
【００２９】
ＬＥＤに代えて他のルミネッセントダイオード、例えばスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を設けてもよい。
【００３０】
一方、受光手段として、フォトダイオード１１に代えて、他のフォトディテクター、例えば、フォトトランジスター、フォトダイオードアレイ、ＣＣＤ素子等を設けることができる。フォトダイオードアレイを使用することにより、分光反射率曲線を求めることが可能となる。また、ＣＣＤカメラを設けることにより、平面の色分布を測定することが可能となる。
【００３１】
さらには、測定ヘッド１０内で、測色部位Ｓ1からの反射光を、バンドパスフィルター１６R、１６G、１６Bを通してフォトダイオード１１で受光することに代えて、測定ヘッド１０内では測色部位Ｓ1からの反射光を光ファイバーで受光し、その受光した光を測定ヘッド１０外に導光し、フォトディテクターで検出してもよい。
【００３２】
測色精度を向上させるため、必要に応じて積分球を設けてもよい。
【００３３】
また、本発明の測色装置で出力される測色値は、ＸＹＺあるいはＬ*ａ*ｂ*表色系の値に限らず、公知の変換式により、マンセル、Ｌ*Ｃ*ｈ*等の他の表色系の値にすることもできる。
【００３４】
本発明の測色装置の応用例としては、皮膚を測色対象物Ｓとする場合に、測定ヘッド１０の外筒１３の皮膚との接触部分の温度を変化させて測色することにより、温熱負荷あるいは冷却負荷をかけたときの皮膚の生理学的特徴、例えば、皮膚血管の状態を類推することができ、それにより肌の活性度あるいは健康度を類推することが可能となる。
【００３５】
【実施例】
実施例及び比較例
図６に示した測定ヘッドを有する測色装置を用いて、３０代の日本人女性５名の頬部を測色対象物とし（試料No.１〜５）、それぞれ１０回ずつ測色し、その平均値と標準偏差ＳＤを求めた。この場合、測定ヘッドの重量は約２０ｇであった。
【００３６】
一方、比較例として、市販の白色光源を使用し、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２２［物体色−測定方法］の規格に準拠して測色する測色器（ミノルタ社製、ＣＭ１０００）を用いて、実施例と同じ測色対象物（試料No.１〜５）に対して同様に測色した。この測色器の測定ヘッドの重量は約１ｋｇであった。
【００３７】
測色データを表１に示す。表１から、実施例と比較例では、ほぼ同様のＬ*ａ*ｂ*が得られているが、標準偏差については、ａ*の値が比較例よりも実施例で低いことがわかる。これは、比較例で使用した測色器では、測色部位となった皮膚表面が強く圧迫されて血流が滞るが、実施例で使用した測色装置ではそのような皮膚の圧迫がなかったためと考えられる。このことから、実施例の測色装置によれば、測色対象物の本来の色を正確に測色できることがわかる。
【００３８】
【表１】
0003815903.tif 000002
【００３９】
【発明の効果】
本発明の測色装置あるいは測色方法によれば、測定ヘッドに従来使用されていたハロゲンランプあるいはキセノンランプに代えてＬＥＤ又はＳＬＤを使用するので、測定ヘッドの小型軽量化を図ることができる。したがって、狭い範囲を測色部位とすることが可能となり、顔をはじめとする身体の種々の部位の測色を簡便に行うことができる。また測色装置の耐久性を向上させ、メンテナンスを容易とし、ランニングコストを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の測色装置の測定ヘッドの概略断面図（同図（ａ））及び底面図（同図（ｂ））である。
【図２】  本発明の測色装置のブロック図である。
【図３】  測色時のＬＥＤの発光強度と時間の関係図である。
【図４】  傘状フードの作用の説明図である。
【図５】  本発明の他の態様の測色装置の測定ヘッドの底面図である。
【図６】  本発明の他の態様の測色装置の測定ヘッドの底面図である。
【符号の説明】
１    測色装置
１０    測定ヘッド
１１    フォトダイオード
１２    遮光筒
１３    外筒
１４    開口部
１６、１６R、１６G、１６B    バンドパスフィルター
１７    傘状フード
３０    演算手段
ＬＥＤ  発光ダイオード
Ｓ      測色対象物
Ｓ1     測色部位
【図１】
0003815903.tif 000003
【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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