JP2015150374A - 皮膚状態センサ及び皮膚保湿評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】皮膚の保湿状態の評価のばらつきを従来よりも小さくすることが可能な皮膚状態センサ及びそれを用いた皮膚保湿評価方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明に係る皮膚状態センサ１０では、電源１２の一方の電極に第１の抵抗１６を介して接続された第１の接触端子２３Ａと、電源１２の他方の電極に接続された第２の接触端子２３Ｂとが一定間隔をあけた状態に保持され、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂを皮膚９１に接触させて電源１２がステップ電圧を出力したときの第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの端子間電圧Ｖ４のステップ応答に基づいて皮膚９１の保湿状態に応じて変化する静電容量成分９２の静電容量値Ｃ１の代用値を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、皮膚の保湿状態を評価する皮膚保湿評価方法及びそれに用いられる皮膚状態センサに関する。

従来、この種の皮膚保湿評価方法として、皮膚に接触する１対の電極間に交流電圧を印可して皮膚の抵抗成分の代用値を検出し、その抵抗成分の代用値を評価指標として皮膚の保湿状態を評価する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−９９２８８号公報（段落［０００２］）

しかしながら、皮膚の抵抗成分の大きさは、汗等の影響により変動しやすいため、従来の皮膚保湿評価方法では、評価のばらつきが大きいという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、皮膚の保湿状態の評価のばらつきを従来よりも小さくすることが可能な皮膚状態センサ及びそれを用いた皮膚保湿評価方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る皮膚状態センサは、電源と、電源の一方の電極に第１の抵抗を介して接続された第１の接触端子と、電源の他方の電極に接続された第２の接触端子と、第１と第２の接触端子を一定間隔をあけた状態に保持した端子保持部と、第１と第２の接触端子を皮膚に接触させて電源がステップ電圧を出力したときの第１と第２の接触端子の端子間電圧のステップ応答に基づいて皮膚の保湿状態に応じて変化する静電容量成分又はその代用値を検出する容量成分検出部と、を備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の皮膚状態センサにおいて、電源は、一定周期の検査用パルス波の各パルスにおける一部としてステップ電圧を複数回に亘って出力し、容量成分検出部は、複数回に亘るステップ応答に基づいて静電容量成分又はその代用値を検出するところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の皮膚状態センサにおいて、容量成分検出部は、ステップ電圧の出力タイミングから端子間電圧が予め設定された基準電圧に到達するまで経過時間を静電容量成分の代用値として検出するところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１に記載の皮膚状態センサにおいて、電源は、一定周期の検査用パルス波の各パルスにおける一部としてステップ電圧を予め設定した一定複数回に亘って出力し、容量成分検出部には、端子間電圧が予め設定した基準電圧より小さいときにオンしかつ端子間電圧が基準電圧以上のときにオフする第１中間処理用パルス波を生成する第１パルス生成部と、第１中間処理用パルス波と検査用パルス波とが共にオン状態であるときにオン状態になりかつ第１中間処理用パルス波と検査用パルス波との何れかがオフ状態であるときにオフ状態になる第２中間処理用パルス波を生成する第２パルス生成部と、一定複数回分のステップ電圧に対応した複数の第２中間処理用パルス波の時間平均電圧を静電容量成分の代用値として検出する容量成分検出部とが備えられたところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載の皮膚状態センサにおいて、第１と第２の接触端子の間に接続されて、皮膚の抵抗成分による静電容量成分又はその代用値の検出精度への影響を緩和する第２の抵抗を備えたところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項５に記載の皮膚状態センサにおいて、ステップ応答の定常状態における端子間電圧に基づいて皮膚の抵抗成分又はその代用値を検出する抵抗成分検出部と、第２の抵抗を第１と第２の接触端子の間に接続した状態と、切り離した状態とに切り替える抵抗スイッチと、容量成分容検出部の検出動作時には、第２の抵抗を第１と第２の接触端子の間に接続する一方、抵抗成分検出部の検出動作時には、第２の抵抗を第１と第２の接触端子の間から切り離すように抵抗スイッチを制御する抵抗スイッチ制御部とを備えたところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項１に記載の皮膚状態センサにおいて、第１周期の第１検査用パルス波の各パルスにおける一部としてステップ電圧を複数回に亘って出力する第１の電源と、第１周期より周波数が低い第２周期の第２検査用パルス波の各パルスにおける一部としてステップ電圧を複数回に亘って出力する第２の電源を備え、容量成分検出部は、第１検査用パルス波に対する複数回に亘ったステップ応答の過渡状態に基づいて静電容量成分又はその代用値を検出し、第２検査用パルス波に対する複数回に亘ったステップ応答の定常状態に基づいて皮膚の抵抗成分又はその代用値を検出する抵抗成分検出部を備えたところに特徴を有する。

請求項８の発明に係る皮膚保湿評価方法は、電源の一方の電極に第１の抵抗を介して接続された第１の接触端子と、電源の他方の電極に接続された第２の接触端子とを一定間隔をあけた状態に保持して皮膚に接触させ、電源がステップ電圧を出力したときの第１と第２の接触端子の端子間電圧のステップ応答に基づき、皮膚の静電容量成分又はその代用値を検出して皮膚の保湿状態の評価指標にするところに特徴を有する。

［請求項１，３，８の発明］
請求項１の皮膚状態センサを用いれば、請求項８の皮膚保湿評価方法のように、皮膚の静電容量成分又はその代用値を評価指標として皮膚の保湿状態を評価することが可能となる。そして、この皮膚保湿評価方法によれば、従来の皮膚保湿評価方法のように、皮膚の抵抗成分又はその代用値を評価指標とする場合と比較して、汗等の影響を受けにくくなり、皮膚の保湿状態の評価のばらつきを小さくすることが可能となる。

ここで、皮膚の静電容量成分又はその代用値を検出する方法としては、皮膚に接触する１対の接触端子間に交流電圧を印可し、皮膚のインピーダンスのスカラー量と位相とから検出する方法が考えられるが、この方法では、皮膚状態センサが高価になるという問題がある。これに対し、請求項１、８の発明では、電源の一方の電極に第１の抵抗を介して接続された第１の接触端子と、電源の他方の電極に接続された第２の接触端子とを一定の間隔開けた状態に保持して皮膚に接触させ、電源がステップ電圧を出力したときの第１と第２の接触端子の端子間電圧のステップ応答に基づいて皮膚の静電容量成分又はその代用値を検出するので、皮膚状態センサを簡易な構成として安価に製造することが可能となる。なお、ステップ応答に基づく静電容量成分又はその代用値の検出としては、ステップ電圧の出力タイミングにおける端子間電圧の変化量から求めてもよいし、ステップ電圧の出力タイミングから一定時間が経過したときの端子間電圧の電圧値から求めてもよいし、請求項３の発明のように、ステップ電圧の出力タイミングから第１と第２の接触端子の端子間電圧が基準電圧に到達するまでの経過時間から求めてもよい。

［請求項２の発明］
請求項２の発明では、容量成分検出部は、複数回に亘るステップ応答に基づいて皮膚の静電容量成分又はその代用値を検出するので、検出誤差を小さくすることが可能となる。

［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、複数回に亘るステップ応答に基づいて静電容量成分の代用値を検出することが可能となり、検出誤差を小さくすることができる。しかも、本発明では、第１パルス生成部と第２パルス生成部とによって、端子間電圧が基準電圧に到達するまでの時間をパルス幅としたパルス波が第２中間処理用パルス波として生成され、容量成分検出部は、一定複数回分のステップ電圧に対応した複数の第２中間処理用パルス波の時間平均電圧を静電容量の代用値を検出するので、皮膚状態センサを簡易な構成として、製造コストの低減が図られる。

［請求項５の発明］
請求項５の発明では、第１と第２の接触端子間に接続される第２の抵抗によって、皮膚の抵抗成分による皮膚の静電容量成分又はその代用値の検出精度への影響が抑制されるので、皮膚の静電容量成分又はその代用値の検出精度の向上が図られる。

［請求項６，７の発明］
請求項６，７の発明では、皮膚の抵抗成分又はその代用値も検出することが可能となる。しかも、請求項６の発明では、抵抗スイッチ制御部が、容量成分検出部の検出動作時には、第２の抵抗を第１と第２の接触端子間に接続する一方、抵抗成分検出部の検出動作時には、第２の抵抗を第１と第２の接触端子間から切り離すように抵抗スイッチを制御するので、第２の抵抗による皮膚の抵抗成分又はその代用値の検出精度への影響をなくすことができる。

また、請求項７の発明によれば、抵抗成分検出部が抵抗成分又はその代用値を検出するときのステップ電圧として用いる第２検査用パルス波の第２周期の周波数を、容量成分検出部が静電容量成分又はその代用値を検出するときのステップ電圧として用いる第１検査用パルス波の第１周期の周波数よりも低くしたので、抵抗成分又はその代用値を検出する際に、静電容量成分の影響を抑えて検出精度の向上が図られる。

本発明の一実施形態に係る皮膚状態センサのブロック図 （Ａ）センサ電極部の斜視図、（Ｂ）皮膚押圧部を先端側から見た図 皮膚と接触する１対の接触端子の側断面図 Ｒ成分検出モードにおける（Ａ）センサ電極部への入力電圧のタイムチャート、（Ｂ）タイミングジェネレータの出力波形、（Ｃ）センサ電極部からの出力電圧のタイムチャート、（Ｄ）サンプルホールド回路の出力波形 Ｃ成分検出モードにおける（Ａ）センサ電極部への入力電圧のタイムチャート、（Ｂ）センサ電極部からの出力電圧のタイムチャート、（Ｃ）コンパレータの出力波形、（Ｄ）タイミングジェネレータの出力波形、（Ｅ）ＡＮＤ回路の出力波形、（Ｆ）平滑化回路の出力波形 （Ａ）純抵抗とセンサ電極部の等価回路を示す図、（Ｂ）純抵抗、センサ電極部及び付加抵抗の等価回路を示す図 本実施形態の皮膚状態センサと従来の皮膚状態センサの測定結果の相関を示すグラフ （Ａ）皮膚状態センサの測定結果を示すグラフ、（Ｂ）従来の皮膚状態センサの測定結果を示すグラフ 接触端子が皮膜されたときの皮膚状態センサの測定結果を示すグラフ

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態に係る皮膚状態センサ１０は、皮膚９１に接触するセンサ部２０と、センサ部２０に信号を入力する信号入力部１１と、センサ部２０からの出力が入力される出力処理部３０とを備えている。

図２（Ａ）に示すように、センサ部２０は、シールド筒２２の内側に挿通された柱状の端子保持部２１が軸方向に移動可能な構造となっていて、端子保持部２１の先端面２１Ｍには、第１の接触端子２３Ａと第２の接触端子２３Ｂとが備えられている。端子保持部２１は、圧縮コイルバネ２５によって、シールド筒２２に対し先端側（図２（Ａ）の左側）に付勢され、通常は、先端がシールド筒２２の先端面２２Ｍから突出している。そして、シールド筒２２の先端面２２Ｍが皮膚９１（図３参照）と当接するまでセンサ部２０を皮膚９１に押し当てると、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂが一定の圧力で皮膚９１に押し付けられる。これにより、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの皮膚９１への接触圧の安定化が図られ、検出誤差の低減が図られている。

図２（Ｂ）に示すように、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂは、櫛歯部分が互いに噛み合わされた櫛形電極になっていて、それら第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂが占める面積は、約５ｍｍ四方となっている。また、第１の接触端子２３Ａと第２の接触端子２３Ｂとの間のギャップは、約０．１ｍｍとなっている。なお、検出感度の観点からは、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの占有面積は大きいほど好ましいが、占有面積が５ｍｍ四方より大きくなると、皮膚９１の凹凸によって接触面積がばらつき、検出誤差が大きくなるという問題が生じる。

図１に示すように、信号入力部１１には、センサ部２０の第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂ間にステップ電圧を入力する電源１２が備えられている。具体的には、第１の接触端子２３Ａは、電源１２の一方の電極にバッファ回路１５、第１の抵抗１６を介して接続され、第２の接触端子２３Ｂは、電源１２の他方の電極に接続されている。なお、電源１２の他方の電極と第２の接触端子２３Ｂとは、共にグランドＧＮＤに接続されている。

電源１２は、電源本体１７と、カウンタ１３と、第１切替スイッチ１４とを備えている。電源本体１７は、本発明の「検査用パルス波」としての矩形波電圧を一定周期で発生し、これにより、電源１２は、検査用パルス波のパルスの一部としてステップ電圧を複数回に亘って出力可能となっている。また、電源本体１７とバッファ回路１５との間には、カウンタ１３と第１切替スイッチ１４とが接続され、それらカウンタ１３と第１切替スイッチ１４とによって、後に詳述するように、電源１２は、周波数が異なる矩形波電圧を出力可能となっている。

第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂが皮膚９１に接触した状態で、電源１２がステップ電圧を出力すると、図３に示すように、皮膚９１を介して第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂ間に電流が流れる（同図には、電流の流れが破線で示されている。）。ここで、皮膚９１は、図１に示すように、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂ間で静電容量成分９２と抵抗成分９３が並列に接続された等価回路で与えられる。そして、上述の出力処理部３０が、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの端子間電圧Ｖ４のステップ応答（図５（Ｂ）参照）の過渡状態に基づいて、静電容量成分９２の静電容量値Ｃ１の代用値を検出する。

また、本実施形態では、出力処理部３０は、端子間電圧Ｖ２（図４（Ｂ）参照）のステップ応答の定常状態に基づいて、皮膚９１の抵抗成分９３の抵抗値Ｒ２の代用値も検出可能に構成されている。即ち、皮膚状態センサ１０には、出力処理部３０が静電容量成分９２の静電容量値Ｃ１の代用値を検出するＣ成分検出モードと、出力処理部３０が皮膚９１の抵抗成分９３の抵抗値Ｒ２の代用値を検出するＲ成分検出モードとが備えられている。なお、この検出モードの切替は、ＣＰＵ４０により制御される。

２つの検出モードの間では、電源１２が出力する矩形波電圧の周波数が異なっている。具体的には、図１に示すように、電源本体１７に接続したカウンタ１３からは周波数が異なる２種類の矩形波電圧が出力され、第１切替スイッチ１４によって何れか一方の周波数の矩形波電圧が出力されるようになっている。なお、第１切替スイッチ１４の制御は、ＣＰＵ４０によって行われる。

ここで、電源１２が出力する矩形波電圧の周波数は、Ｒ成分検出モードで１ｋＨｚ、Ｃ成分検出モードで１５ｋＨｚとなっている。従って、Ｒ成分検出モードでは、単一矩形波の幅ｔ１（図４（Ａ）参照）が５００μｓであり、Ｃ成分検出モードでは、単一矩形波の幅ｔ３（図５（Ａ）参照）が約３３μｓである。なお、本実施形態では、Ｃ成分検出モードのときの電源１２、カウンタ１３及び第１切替スイッチ１４によって本発明の「第１の電源」が構成され、Ｒ成分検出モードのときの電源１２、カウンタ１３及び第１切替スイッチ１４によって本発明の「第２の電源」が構成される。また、Ｃ成分検出モードのときの矩形波電圧Ｖ３（図５（Ａ）参照）が本発明の「第１検査用パルス波」に、その矩形波電圧Ｖ３の周期、即ち、上述の単一矩形波の幅ｔ３の２倍が本発明の「第１周期」にそれぞれ相当し、Ｒ成分検出モードのときの矩形波電圧Ｖ１（図４（Ａ）参照）が本発明の「第２検査用パルス波」に、その矩形波電圧Ｖ１の周期、即ち、上述の単一矩形波の幅ｔ１の２倍が本発明の「第２周期」にそれぞれ相当する。

次に、各検出モードにおける出力処理部３０の動作について説明する。Ｒ成分検出モードでは、端子間電圧Ｖ２がバッファ回路４２を介してサンプルホールド回路４８に入力される（図１参照）。サンプルホールド回路４８では、第２切替スイッチ４３がオンされたときの端子間電圧Ｖ２がコンデンサ４４に蓄えられ、第２切替スイッチ４３がオフされると、そのオフされる直前にコンデンサ４４に蓄えられた電圧を保持して出力する（図４（Ｄ）参照）。

ここで、第２切替スイッチ４３がオンするタイミングは、タイミングジェネレータ３５によって制御され、具体的には、第２切替スイッチ４３は、ステップ入力後、十分に時間が経過して端子間電圧Ｖ２が定常値となったタイミングでオンする。これにより、サンプルホールド回路４８は、端子間電圧Ｖ２の定常値、即ち、図４（Ｃ）における電圧値ＶＲを出力する。

詳細には、第２切替スイッチ４３は、トランジスタとなっていて、タイミングジェネレータ３５は、第１切替スイッチ１４とバッファ回路１５との結合点に接続されて、バッファ回路１５に入力される矩形波電圧Ｖ１（図４（Ａ）参照）を取り込み、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの端子間電圧Ｖ１のステップ応答が定常状態となるタイミングでパルス幅ｔ２のパルス電圧を出力する（図４（Ｂ）参照）。ここで、上述したように、Ｒ成分モードでは、矩形波電圧Ｖ１の単一矩形波の幅ｔ１は５００μｓとなっているので、タイミングジェネレータ３５は、例えば、ステップ電圧の入力後４００μｓのタイミングでパルス幅ｔ２が５０μｓのパルス電圧を出力する。

サンプルホールド回路４８の出力（電圧値ＶＲ）は、アンプ４５で増幅された後、ＡＤコンバータ４６にてデジタル信号に変換され、ＣＰＵ４０に取り込まれる。なお、ＣＰＵ４０は、取り込んだデジタル信号に基づいて抵抗成分９２の抵抗値Ｒ２の代用値を表示部４１に表示させてもよい。この場合には、抵抗値Ｒ２の代用値を用いて、皮膚表面の水分量や発汗量の評価が可能となる。なお、Ｒ成分検出モードにおける出力処理部３０が本発明の「抵抗成分検出部」に相当する。

次に、Ｃ成分検出モードにおける出力処理部３０の動作ついて説明する。Ｃ成分検出モードでは、出力処理部３０は、端子間電圧Ｖ４が基準電圧Ｖｒｅｆに到達するまでの時間から、皮膚９１の静電容量成分９２の静電容量値Ｃ１の代用値を検出する。具体的には、出力処理部３０は、端子間電圧Ｖ４が基準電圧Ｖｒｅｆと等しくなるまでの時間ｔ４をパルス幅とするパルス電圧Ｖ７（図５（Ｅ）参照）を生成し、そのパルス電圧Ｖ７を平滑化してパルス幅に対応した電圧値ＶＣを出力する（図５（Ｆ）参照）。

パルス電圧Ｖ７の生成は、以下のようにして行われる。即ち、図１に示すように、出力処理部３０では、センサ部２０からの出力、即ち、端子間電圧Ｖ１がコンパレータ３３に入力される。コンパレータ３３は、端子間電圧Ｖ１の基準電圧Ｖｒｅｆに対する大小を２値信号Ｖ５として出力する。なお、この２値信号Ｖ５は、図５（Ｃ）に示すように、端子間電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｒｅｆより小さいときにオンし、端子間電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｒｅｆ以上のときにオフする。

コンパレータ３３からの２値信号Ｖ５は、ＡＮＤ回路３６に入力される。ＡＮＤ回路３６のもう一方の入力端子には、電源１２からの矩形波電圧Ｖ３（図５（Ａ）参照）と同期した矩形波電圧Ｖ６がタイミングジェネレータ３５を介して入力されている（図５（Ｄ）参照）。そして、ＡＮＤ回路３６は、コンパレータ３３からの２値信号Ｖ５と、矩形波電圧Ｖ６との論理積を取って、端子間電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｒｅｆに到達するまでの時間ｔ４をパルス幅としたパルス電圧Ｖ７を生成し、出力する（図５（Ｅ）参照）。なお、本実施形態では、コンパレータ３３が出力する２値信号Ｖ５が本発明の「第１中間処理用パルス波」に相当し、コンパレータ３３が本発明の「第２中間処理用パルス波」に相当する。また、ＡＮＤ回路３６が出力するパルス電圧Ｖ７が本発明の「第１パルス生成部」に相当し、ＡＮＤ回路３６が本発明の「第２パルス生成部」に相当する。以上が、パルス電圧Ｖ７の生成に関する説明である。

ＡＮＤ回路３６から出力されたパルス電圧Ｖ７は、平滑化回路３７にて平滑化され、パルス幅の大小に応じた電圧値ＶＣ（図５（Ｆ）参照）の信号が生成される。言い換えれば、平滑化回路３７は、パルス電圧Ｖ７の時間平均電圧として電圧値ＶＣを出力する。平滑化回路３７の出力は、アンプ３８を介してＡＤコンバータ３９に入力され、デジタル信号に変換される。ＣＰＵ４０は、デジタル信号を取り込んで、静電容量値Ｃ１に比例する値を、例えば、０〜１００の範囲で表示部４１に表示させる。

ここで、パルス電圧Ｖ７のパルス幅の大きさ（時間ｔ４）は、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの端子間電圧Ｖ１のステップ応答における時定数τ１に依存し、この時定数τ１は、静電容量成分９２の静電容量値Ｃ１の大きさに依存する。従って、パルス幅の大小に応じた電圧値ＶＣが静電容量値Ｃ１の代用値となる。なお、Ｃ成分検出モードにおける出力処理部３０が本発明の「容量成分検出部」に相当する。

図６（Ｂ）には、皮膚９１に接触したセンサ部２０と第１の抵抗１６の等価回路が示されている。この等価回路における端子間電圧Ｖ４のステップ応答の時定数τ１は、第１の抵抗１６と皮膚９１の抵抗成分９３の各抵抗値をＲ１，Ｒ２とすると、下記式（１）で与えられる。なお、同式中のＣ１は、静電容量成分９２の静電容量値である。

τ１＝Ｒ１Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｃ１・・・・・（１）

いま、皮膚状態センサ１０に第１の抵抗１６が備えられいないと仮定すると、上記式（１）においてＲ１がゼロに近づくことになり、時定数τ１はゼロに近づく。すると、パルス電圧Ｖ７のパルス幅ｔ１もゼロに近づき、その検出が困難となる。このように、第１の抵抗１６は、時定数τ１を大きくして、パルス幅ｔ１の検出を容易にする役割を担っている。なお、本実施形態では、第１の抵抗１６の抵抗値Ｒ１は、１．５ｋΩに設定されている。

ところで、皮膚９１の抵抗成分９３の抵抗値Ｒ２は、汗等の影響によって数百Ω〜数百ｋΩの範囲で変動するので、上述したように第１の抵抗１６の抵抗値Ｒ１が１．５ｋΩのとき、時定数τ１は、静電容量値Ｃ１の数百倍〜数千倍の範囲で変動する。このため、端子間電圧Ｖ４が基準電圧Ｖｒｅｆと等しくなるまでの時間ｔ４も汗等の影響を受けて大きく変動し、その結果、静電容量値Ｃ１の代用値のばらつきが大きくなってしまう。この変動を抑えるために、本実施形態では、出力処理部３０に、以下に説明する工夫が施されている。

即ち、図１に示すように、出力処理部３０では、第１と第２との接触端子２３Ａ，２３Ｂの間を接続された第２の抵抗３１が備えられている。また、第２の抵抗３１と第２の接触端子２３Ｂとの間には、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの間から第２の抵抗３１を切り離す抵抗スイッチ３２が接続されていてる。抵抗スイッチ３２は、ＣＰＵ４０によって第１切替スイッチ１４に連動し、Ｒ成分検出モードのときにオフし、Ｃ成分検出モードのときにオンするように制御される。即ち、本実施形態では、ＣＰＵ４０が本発明の「抵抗スイッチ制御部」に相当する。

図６（Ａ）には、第１の抵抗１６と、皮膚９１に接触したセンサ部２０と、第２の抵抗３１の等価回路が示されている。この等価回路では、１対の接触端子２３Ａ，２３Ｂ間で皮膚９１の抵抗成分９３と第２の抵抗３１とが並列に接続されている。ここで、第２の抵抗３１の抵抗値をＲ３とすると、端子間電圧Ｖ４の時定数τ２は、下記式（２）で与えられる。なお、Ｃ１は、皮膚９１の静電容量成分９２の静電容量である。

τ２＝Ｒ１Ｒ２Ｒ３／（Ｒ１Ｒ２＋Ｒ２Ｒ３＋Ｒ３Ｒ１）×Ｃ１・・・（２）

上記式（２）から明らかなように、端子間電圧Ｖ４のステップ応答の時定数τ１は、第２の抵抗３１の抵抗値Ｒ３の影響を受ける。ここで、本実施形態では、第２の抵抗３１の抵抗値Ｒ３が３３０Ωとなっていて、時定数τ２は、皮膚９１の抵抗成分９３の抵抗値Ｒ２が数百Ω〜数百ｋΩの範囲で変動しても、その変動に拘わらず静電容量値Ｃ１の数百倍程度となる。即ち、本実施形態では、第２の抵抗３１によって、抵抗成分９３の抵抗値Ｒ２の変動による時定数τ２の変動が抑制されている。

皮膚状態センサ１０の構成に関する説明は以上である。次に、皮膚状態センサ１０を用いて皮膚９１の保湿状態を評価する皮膚保湿評価方法について説明する。

図７には、本実施形態の皮膚状態センサ１０（図７では、「実施品」と表示されている。）と従来の皮膚状態センサ（以下、「従来品」という。）とで、複数の人間の皮膚を測定した結果の相関関係が示されている。なお、皮膚状態センサ１０の測定値は０〜１００、従来品の測定値は０〜１０００というように、皮膚状態センサ１０と従来品では、測定値が異なっている。

図７の結果から明らかなように、皮膚状態センサ１０による測定結果と従来品による測定結果との間には、比例関係がある。このことから、皮膚状態センサ１０は、従来品と同様に、皮膚９１の保湿状態の評価が行えることが分かる。言い換えれば、皮膚９１の静電容量成分９２を指標とした保湿状態の評価は、抵抗成分９３を指標とした評価と、同様の結果が得られることになる。

また、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）には、皮膚状態センサ１０と従来品で、ほぼ同じ時刻に、同じ人間の同じ場所の皮膚９１（例えば、手首）を１０回連続で計測した結果が示されている。図８（Ａ）に示すように、従来品では、１０回の測定の平均値３２０に対し±１００（平均値に対して約３０％）の変動があり、図８（Ｂ）に示すように、皮膚状態センサ１０では、１０回の測定の平均値２４に対し±４（平均値に対して約２０％）の変動がある。このことから、皮膚状態センサ１０の方が従来品よりも、測定結果のばらつきが小さいことが分かる。これは、皮膚状態センサ１０の測定では、汗等の影響を受け難いのに対し、従来品の測定では、汗等の影響を受け易いからであると考えられる。

図９には、皮膚状態センサ１０の第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂをペイント皮膜で覆ったときの影響が示されている。同図に示すように、ペイント皮膜で覆ったときには、測定値が小さくなってはいるが、被覆前と同様の測定が可能であることが分かる。また、ペイント皮膜を拭き取ると、測定値が皮膜前の状態に戻っている。なお、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂが、ペイント皮膜された状態では、Ｒ成分検出モードでの検出はできなかった。このように、皮膚状態センサ１０では、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂを皮膜しても、測定が可能であることが分かる。

本実施形態の皮膚状態センサ１０の構成に関する説明は、以上である。次に、皮膚状態センサ１０及び皮膚状態評価方法の作用効果について説明する。

本実施形態の皮膚状態センサ１０によれば、静電容量成分９２の静電容量値Ｃ１の代用値を検出するので、静電容量成分９２を評価指標として皮膚９１の保湿状態を評価することが可能となる。そして、この皮膚保湿評価方法によれば、従来の皮膚保湿評価方法のように、皮膚９１の抵抗成分９３を評価指標として用いた場合と比較して、汗等の影響を受けにくくなり、皮膚９１の保湿状態の評価のばらつきを従来よりも小さくすることが可能となる。

また、皮膚状態センサ１０では、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの端子間電圧Ｖ４のステップ応答に基づいて静電容量値Ｃ１の代用値を検出するので、皮膚状態センサ１０を簡易な構成として安価に製造することが可能となる。しかも、コンパレータ３３とＡＮＤ回路３６とによって、端子間電圧Ｖ４が基準電圧Ｖｒｅｆに到達するまでの時間ｔ４をパルス幅としたパルス波Ｖ７を生成し、一定複数回分のステップ電圧に対応した複数のパルス波Ｖ７の時間平均電圧を静電容量値Ｃ１の代用値を検出するので、製造コストの一層の低減が図られる。

また、本実施形態では、電源１２が、一定周期の検査用パルス波（矩形波電圧Ｖ４）のパルスの一部としてステップ電圧を複数回に亘って出力するので、複数回に亘るステップ応答に基づいて静電容量値Ｃ１の代用値を検出することが可能となり、検出誤差を小さくすることが可能となる。

さらに、本実施形態の皮膚状態センサ１０では、Ｒ成分検出モードで、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの端子間電圧Ｖ２の定常状態から皮膚９１の抵抗成分９３の抵抗値Ｒ２の代用値も検出することができる。その際、第２の抵抗３１は、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの間から切り離されるので、第２の抵抗３１が検出に与える影響をなくすことができる。また、Ｒ成分検出モードでは、電源１２がＣ成分検出モードのときよりも周波数の低い矩形波電圧Ｖ１を出力するので、静電容量成分９２の影響を抑えて検出精度の向上が図られる。

［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、静電容量成分９２の静電容量値Ｃ１の代用値を、ステップ電圧の出力タイミングから第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの端子間電圧Ｖ４が基準電圧Ｖｒｅｆに到達するまでの時間ｔ４に基づいて求めていたが、ステップ電圧の出力タイミングから一定の時間が経過したときの端子間電圧Ｖ４の電圧値から求めてもよい。

（２）上記実施形態では、電源１２が矩形波電圧Ｖ３を出力することで、ステップ電圧を複数回に亘って出力する構成であったが、ステップ電圧を１回のみ出力する構成であってもよい。なお、上記実施形態の構成によれば、複数回に亘るステップ応答から静電容量値Ｃ１の代用値を検出するので、検出誤差の低減が図られる。

（３）上記実施形態では、静電容量成分９２の静電容量値Ｃ１の代用値だけでなく抵抗成分９３の抵抗値Ｒ２の代用値も検出可能であったが、静電容量値Ｃ１の代用値のみを検出する構成であってもよい。なお、この場合、第２の抵抗３１は、第１と第２の接触端子２３Ａ，２３Ｂの間に接続されてもよい。

（４）上記実施形態において、Ｒ成分検出モードで、矩形波電圧Ｖ１の電圧値と、第１の抵抗１６の抵抗値Ｒ１と、抵抗値ＶＲとから抵抗成分９３の抵抗値Ｒ２を求めておき、次に、Ｃ成分検出モードで、基準電圧Ｖｒｅｆを端子間電圧Ｖ４のステップ応答における定常値の６３％の大きさに設定して時定数τ２を求め、式（２）に基づいて、静電容量成分９３の静電容量値Ｃ１を求めてもよい。

１０ 皮膚状態センサ
１２ 電源
１６ 第１の抵抗
２３Ａ，２３Ｂ 接触端子
３０ 出力処理部（容量成分検出部、抵抗成分検出部）
３１ 第２の抵抗
３２ 抵抗スイッチ
４０ ＣＰＵ（抵抗スイッチ制御部）
９１ 皮膚
９２ 静電容量成分
９３ 抵抗成分

Claims (8)

1. 電源と、
   前記電源の一方の電極に第１の抵抗を介して接続された第１の接触端子と、
   前記電源の他方の電極に接続された第２の接触端子と、
   前記第１と第２の接触端子を一定間隔をあけた状態に保持した端子保持部と、
   前記第１と第２の接触端子を皮膚に接触させて前記電源がステップ電圧を出力したときの前記第１と第２の接触端子の端子間電圧のステップ応答に基づいて前記皮膚の保湿状態に応じて変化する静電容量成分又はその代用値を検出する容量成分検出部と、を備えたことを特徴とする皮膚状態センサ。
2. 前記電源は、一定周期の検査用パルス波の各パルスにおける一部として前記ステップ電圧を複数回に亘って出力し、
   前記容量成分検出部は、複数回に亘る前記ステップ応答に基づいて前記静電容量成分又はその代用値を検出することを特徴とする請求項１に記載の皮膚状態センサ。
3. 前記容量成分検出部は、前記ステップ電圧の出力タイミングから前記端子間電圧が予め設定された基準電圧に到達するまで経過時間を前記静電容量成分の代用値として検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の皮膚状態センサ。
4. 前記電源は、一定周期の検査用パルス波の各パルスにおける一部として前記ステップ電圧を予め設定した一定複数回に亘って出力し、
   前記容量成分検出部には、前記端子間電圧が予め設定した基準電圧より小さいときにオンしかつ前記端子間電圧が前記基準電圧以上のときにオフする第１中間処理用パルス波を生成する第１パルス生成部と、
   前記第１中間処理用パルス波と前記検査用パルス波とが共にオン状態であるときにオン状態になりかつ前記第１中間処理用パルス波と前記検査用パルス波との何れかがオフ状態であるときにオフ状態になる第２中間処理用パルス波を生成する第２パルス生成部と、
   前記一定複数回分のステップ電圧に対応した複数の前記第２中間処理用パルス波の時間平均電圧を前記静電容量成分の代用値として検出する前記容量成分検出部とが備えられたことを特徴とする請求項１に記載の皮膚状態センサ。
5. 前記第１と第２の接触端子の間に接続されて、皮膚の抵抗成分による前記静電容量成分又はその代用値の検出精度への影響を緩和する第２の抵抗を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載の皮膚状態センサ。
6. 前記ステップ応答の定常状態における端子間電圧に基づいて前記皮膚の抵抗成分又はその代用値を検出する抵抗成分検出部と、
   前記第２の抵抗を前記第１と第２の接触端子の間に接続した状態と、切り離した状態とに切り替える抵抗スイッチと、
   前記容量成分容検出部の検出動作時には、前記第２の抵抗を前記第１と第２の接触端子の間に接続する一方、前記抵抗成分検出部の検出動作時には、前記第２の抵抗を前記第１と第２の接触端子の間から切り離すように前記抵抗スイッチを制御する抵抗スイッチ制御部とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の皮膚状態センサ。
7. 第１周期の第１検査用パルス波の各パルスにおける一部として前記ステップ電圧を複数回に亘って出力する第１の前記電源と、第１周期より周波数が低い第２周期の第２検査用パルス波の各パルスにおける一部として前記ステップ電圧を複数回に亘って出力する第２の前記電源を備え、
   前記容量成分検出部は、前記第１検査用パルス波に対する複数回に亘った前記ステップ応答の過渡状態に基づいて前記静電容量成分又はその代用値を検出し、
   前記第２検査用パルス波に対する複数回に亘った前記ステップ応答の定常状態に基づいて前記皮膚の抵抗成分又はその代用値を検出する抵抗成分検出部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の皮膚状態センサ。
8. 電源の一方の電極に第１の抵抗を介して接続された第１の接触端子と、前記電源の他方の電極に接続された第２の接触端子とを一定間隔をあけた状態に保持して皮膚に接触させ、前記電源がステップ電圧を出力したときの前記第１と第２の接触端子の端子間電圧のステップ応答に基づき、前記皮膚の静電容量成分又はその代用値を検出して皮膚の保湿状態の評価指標にすることを特徴とする皮膚保湿評価方法。