JP2002263072A - 水分蒸散量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 皮膚表面１０に接触させる枠１１の内側
に回路基板１４を配置して、回路基板１４上に湿度検出
素子１２として電気容量型高分子薄膜湿度センサを１個
だけ配置する。湿度検出素子１２の駆動回路も回路基板
１４上に配置される。ハンドル軸１３を通じて取り出し
た回路出力から水分蒸散量を演算する。湿度検出素子１
２を１つしか使用しないから、２つ使用する場合に比較
して部品点数が削減されるとともに、組立調整や維持管
理のコストが低くなる。

Description

【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、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。そこで本発明の水分蒸散量測
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個の湿度検出素子とを有す
るものである。

【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１
１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１５
ｍｍ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１
２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２
５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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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個の湿度検出素子とを有するこ
   とを特徴とする水分蒸散量測定装置。
2. 【請求項２】 湿度検出素子は、電気容量型高分子薄膜
   湿度センサであることを特徴とする請求項１の水分蒸散
   量測定装置。
3. 【請求項３】 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ことを
   特徴とする請求項２の水分蒸散量測定装置。
4. 【請求項４】 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
   徴とする請求項３の水分蒸散量測定装置。