JP2017531808A

JP2017531808A - 皮膚計測機器および時計

Info

Publication number: JP2017531808A
Application number: JP2017522348A
Authority: JP
Inventors: ギーベラーカーステン; ヴァーガスラナスヒューゴ
Original assignee: Pyreos Ltd
Current assignee: Pyreos Ltd
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-10-26
Also published as: US20170215796A1; DE102014115502A1; EP3209195A1; WO2016062863A1; CN107106025A; KR20170073674A

Abstract

本発明は、身体部分の皮膚を分光計測するための皮膚計測機器に関する。この皮膚計測機器には、ウィンドウ（５）を有する圧着フレーム（３）と、圧着フレーム（３）に固定されており、かつ、試料台（１０）を有しているＡＴＲ結晶（９）を備えたＡＴＲ赤外分光器（８）とが設けられている。試料台（１０）はウィンドウ（５）内に配置されており、このようにして圧着フレーム（３）と係合しており、かつ、圧着フレーム（３）の平らな面と同じ方向を向いている。この皮膚計測機器には、身体部分を取り囲むように設計されており、これによって、身体部分に皮膚計測機器（１）を支持する囲繞手段（６）も設けられている。この囲繞手段（６）によって、圧着フレーム（３）の平らな面の表面は、皮膚計測機器（１）の着用時に快適に着用可能であるように、身体部分の皮膚に押し当てられ、これによって、試料台（１０）は皮膚と接触し、このようにして、ＡＴＲ赤外分光器（８）によって皮膚の分光計測が行われる。

Description

本発明は、皮膚計測機器、および、皮膚計測機器を保持する腕時計に関する。

多くの人が、減量または体力の増強等によって自身の身体をより良くしたいという願望を抱いている。身体の変化を観察するために、運動をしている人の身体のデータを記録し、このデータをトレーニング中に、運動をしている人に提供する、持ち運び可能な機器を使用することができる。このような機器では、高い着用時快適性を得るために、さらなる小型化が必要とされている。さらに、身体の多様なデータレコードが記録されることが望まれている。これは、運動をしている人のトレーニング中の皮膚の状態のパラメータ等であり、これによって特に、運動をしている人のトレーニング中の代謝の質を判定することができる。

本発明の課題は、皮膚計測機器、および、皮膚計測機器を保持する腕時計を提供することである。ここで、この皮膚計測機器は、皮膚の多様なデータを計測するのに適しているのと同時に、小型で、高い着用時快適性を有している。

本発明に相応する、身体部分の皮膚を分光計測するための皮膚計測機器は、ウィンドウを備えた圧着フレームと、ＡＴＲ赤外分光器とを有している。このＡＴＲ赤外分光器は、圧着フレームに取り付けられているＡＴＲ結晶を有している。試料台がウィンドウ内に配置されており、このようにして圧着フレームと係合し、圧着フレームの１つの平らな面と同じ方向を向いている。この機器はさらに、身体部分を取り囲むのに適しており、これによって皮膚計測機器をこの身体部分に支持するのに適している囲繞手段を有している。試料台が皮膚と接触するように、皮膚計測機器の着用時に、この囲繞手段によって、圧着フレームが身体部分の皮膚に押し当てられ、これによって、ＡＴＲ赤外分光器によって皮膚の分光計測が行われる。

ＡＴＲ赤外分光器では、赤外放射線が、試料台と接触している皮膚と相互作用する。試料台から約１波長の到達距離を有するエバネッセント波が皮膚内に形成される。驚くべきことに、不快に感じられるだろう過度に高い圧力をかけることも、緩すぎると感じられるだろう過度に低い圧力をかけることもない囲繞手段によって圧着フレームが押し当てられると、ＡＴＲ結晶と皮膚との間に有利な接触が生じることが見出された。このようにして、皮膚内でエバネッセント波が形成され、この結果、特に正確な皮膚の分光計測が行われる。従って、この皮膚計測機器は携帯しやすいのと同時に、皮膚の正確な分光計測を可能にする。

従来の吸収赤外分光器とは異なり、ＡＴＲ赤外分光器は格段の小型化が可能であり、かつ、格段に低いエネルギー消費を有する。これはＡＴＲ赤外分光器を特に、モバイル機器として身体に身につけるのに適したものにする。ＡＴＲ赤外分光器は、皮膚からの多くの情報を特定するのに用いられる。例えば、分光器は、皮膚の水分含有量を特定することができる。

有利には身体部分は人間の腕であり、囲繞手段はリストバンドである。皮膚計測機器の特に高い着用時快適性は、有利には、腕で得られる。リストバンドは有利には弾性を有しており、皮膚計測機器の着用時にリストバンドが伸ばされて、リストバンドの長さが身体部分に合わせられ、圧着フレームの１つの平らな面が身体部分の皮膚に押し当てられる。弾性を有するリストバンドによって、圧着フレームを、特に単純な方法で押し込むことができるのと同時に、試料台と皮膚の快適な接触が得られる。付加的に、リストバンドの所定の長さに対して、快適な押し当てと、異なる太さを有する腕の皮膚との高い質の接触とが同時に得られる。

有利には、試料台と圧着フレームの平らな面とが同一の平面に位置するように、ＡＴＲ結晶がウィンドウ内に配置される。従って、圧着フレームとＡＴＲ結晶によって縁は形成されず、皮膚計測機器の着用時快適性が特に高くなる。同時に、試料台と皮膚との間の最適な接触が保証される。さらに、皮膚に圧着フレームを２次元で押し当てることによって、ＡＴＲ結晶は皮膚に平らに押し当てられる。この結果、ＡＴＲ結晶における機械的なストレスが阻止され、ＡＴＲ結晶の応力複屈折も阻止される。結晶の応力複屈折は、皮膚計測機器によって計測される赤外スペクトルを歪曲させてしまうだろう。試料台と圧着フレームの２次元面とを同じ平面に配置することによって、皮膚の赤外スペクトルを、応力複屈折を伴わず、高い精度で計測することができる。

皮膚計測機器は有利には、圧着フレームであるハウジング底部を伴うハウジングを有している。これは、ハウジング内にＡＴＲ赤外分光器を収容して、ＡＴＲ赤外分光器を外部の影響、例えば外部の光から遮蔽する。この遮蔽によって、高い精度で分光計測を行うことができる。

有利には、ＡＴＲ結晶の材料は、赤外放射線の範囲において、１．５を上回る、ＡＴＲ結晶の屈折率ｎ_１を有している。これは有利には次のことを保証する。すなわち、皮膚の屈折率が１．３にあると仮定する場合に、通常０．２を下回るぶんだけ屈折率を増大させるだろう、皮膚の光学的な特性の変動の際にも、ＡＴＲ結晶内で全反射が生じ得る、ということを保証する。有利には、ＡＴＲ結晶の材料は、赤外放射線の範囲において、２．３〜２．８の屈折率ｎ_１を有する。この範囲において、依然として十分な、皮膚へのエバネッセント波の侵入深さが得られる。また、同時に、全反射の限界角度は低く、ＡＴＲ結晶において十分な数の全反射が生じ得る。さらに、屈折率のこの範囲において、多数の赤外線透過材料をＡＴＲ結晶に対して使用することができる。有利には、ＡＴＲ結晶は、試料台に対して傾斜している２つの反射面を有している。これらの反射面の傾斜角度は、赤外光ビームが試料台に、arcsin（１．３／ｎ_１）＋５°からarcsin（１．３／ｎ_１）＋１０°の範囲にある角度θで入射するように選択されている。ここでθは、赤外放射線が、試料台の平面に対して垂直な線と成す角度である。この結果、皮膚の光学的な特性が変化する場合にも全反射が生じ、同時に、皮膚へのエバネッセント波の深い侵入深さが保証される。

有利には、皮膚計測機器は機器コネクタを有しており、この機器コネクタを通じて、皮膚計測機器によって収集された分光データが読み出される、かつ／または、皮膚計測機器は伝送ユニットを有しており、この伝送ユニットを通じて、皮膚計測機器によって収集された分光データが無線で伝送される。皮膚計測機器は有利には分析ユニットを有しており、この分析ユニットは、機器コネクタを介して分光データを読み出すように構成されており、かつ／または、伝送ユニットによって伝送されたデータを無線で受信するように構成されている。さらに、この分析ユニットは分光データを評価するように構成されている。

本発明の腕時計は皮膚計測機器を含んでいる。有利には、腕時計は、試料台に背を向けて配置されている文字盤を有している。これによって、有利には、皮膚の分光計測と時間の計測とを同時に行うことができる。

本発明を以下で、添付の概略図を参照してより詳細に説明する。

皮膚計測機器の斜視図ＡＴＲ赤外分光器の平面図図２に示されたＡＴＲ赤外分光器の側面図背面が見えている、腕時計の斜視図表面が見えている、図４に示された腕時計の斜視図

図１から見て取れるように、皮膚計測機器１は、ハウジング２とＡＴＲ赤外分光器８とを有している。ＡＴＲ赤外分光器８はハウジング２内に配置されている。ハウジング２は圧着フレーム３を有しており、この圧着フレーム３内には、矩形の開口部の形状のウィンドウ５が配置されている。さらに、ハウジング２は、圧着フレーム３であるハウジング底部４を有している。

図２および図３から見て取れるように、ＡＴＲ（減衰全反射法：ａｔｔｅｎｕａｔｅｄｔｏｔａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）赤外分光器８はＡＴＲ結晶９を有している。ＡＴＲ結晶９は縦長であり、長手軸と、この長手軸に対して平行に配置されている、対向する２つの長手面とを有している。２つの長手面のうちの１つは試料台１０を形成し、この試料台１０は、皮膚計測機器１が使用されるときに、皮膚と接触するように配置されるべきである。試料台１０の寸法は実質的に、ウィンドウ５の寸法と同じである。ＡＴＲ赤外分光器８は、さらに、第１の赤外光源１５と第２の赤外光源１６とを含んでおり、さらに、試料台１０と反対側にある、ＡＴＲ結晶９の長手面に配置されている赤外光検出器列１８を含んでいる。しかし、使用される赤外光源の数が幾つであってもよい。赤外光検出器列１８が有する赤外光検出器の数が幾つであってもよい。第１の赤外光源１５と第２の赤外光源１６はそれぞれ出口開口部１７を有しており、この出口開口部１７を通じて、赤外光源１５、１６によって生成された光が、ＡＴＲ結晶９内に結合される。

ＡＴＲ結晶９は、第１の長手終端部にある第１の反射面１３と、この第１の長手終端部と反対側に位置する第２の長手終端部にある第２の反射面１４とを有している。反射面１３、１４は、長手面に対して傾斜している。この結果、第１の長手終端部の領域で、試料台１０とは反対側に位置する長手面に配置されている入射面１１を介してＡＴＲ結晶９内に結合された赤外光は、２つの長手面の間で相互反射され、第２の長手終端部に到達し、この第２の長手終端部で赤外光は、出射面１２を介してＡＴＲ結晶９から出る。ここでこの出射面１２は、試料台１０とは反対側に位置する長手面に配置されている。

ＡＴＲ結晶９を出た後、赤外光は、赤外光検出器列１８に入射する。赤外光検出器列１８は、ＡＴＲ結晶９の長手軸に対して垂直な方向に並んで配置されている複数の赤外光検出器によって形成されている。これらの赤外光検出器は、例えば、それぞれがチタン酸ジルコン酸鉛の薄い層を有している複数の焦電検出器であってよい。スペクトル分解計測を可能にするために、分散性媒体が、出射面１２と赤外光検出器列１８との間に配置されている。この分散性媒体は、例えば波長フィルターであり、ここでこの波長フィルターを通過する波長領域は、ＡＴＲ結晶９の長手軸に対して垂直な方向において線形に変化する。

皮膚計測機器１の使用時に、試料台１０は皮膚と接触させられるべきであり、このようにして皮膚の分光計測を行うことができる。この目的のために、試料台１０上で赤外光の全反射が生じることを可能にするために、ＡＴＲ結晶９の屈折率は皮膚の屈折率より高くなくてはならない。皮膚は主に水分から成るので、有利には、ＡＴＲ結晶の屈折率は、赤外光の範囲において１．５を上回る。皮膚では、全反射によって、エバネッセント波が形成される。このエバネッセント波は、試料台１０からの赤外光の波長のオーダーにある到達距離を有しており、皮膚と相互作用をする。この相互作用によって、赤外光検出器列１８によって検出された赤外光のスペクトルから、皮膚の分光特性を推測することができる。ＡＴＲ結晶９内で十分な数の全反射を得るために、皮膚へのエバネッセント波の深い侵入深さ、および、全反射に対する、十分に低い限界角度を得るために、２．３〜２．８の屈折率が有利である。ＡＴＲ結晶９に対して適切な材料は特に、ＺｎＳｅ、臭化タリウム沃化物、ダイヤモンドまたはＡＭＴＩＲ（ａｍｏｒｐｈｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｉｎｆｒａｒｅｄｍａｔｅｒｉａｌ）であり、例えばＧｅ_３３Ａｓ_１２Ｓｅ_５５、Ａｓ_ｘＳｅ_ｘ、Ｇｅ_ｘＳｂ_ｘＳｅ_ｘまたはＡｓ_２Ｓ_３である。

図１は、試料台１０がウィンドウ５内に配置されており、かつ、ハウジング２の外側に向けられており、これによって皮膚計測機器１の使用時に、試料台が皮膚と接触するように、ＡＴＲ結晶９が圧着フレーム３と係合していることを示している。他方で、赤外光源１５、１６および赤外光検出器列１８はハウジング２内に配置されている。試料台１０全体は、ハウジング２の外側に向けられている、圧着フレーム３の表面と同じ平面に位置している。試料台１０と、外側に向けられている、ハウジング２の圧着フレーム３の表面とで、快適に着用可能に皮膚に取り付け可能な皮膚計測機器１の連続した表面が形成されている。ハウジング２の外側に向けられている、圧着フレーム３の表面は、表面から突出している突起物の無い滑らかな表面である。

ＡＴＲ結晶９における機械的なストレスの形成を回避するために、弾力のあるＯリングを設けることができ、これによって、ＡＴＲ結晶が、圧着フレーム３と係合される。この目的のために、Ｏリングが挿入される、周囲を取り囲んでいる溝を、圧着フレーム３内に設けることができる。保持機器によってＡＴＲ結晶９をＯリングに押し当てることによって、ＡＴＲ結晶９を、ストレス無く、圧着フレーム３と係合させることができる。同時に、ハウジング２をＯリングによってシールすることができる。

図４および図５は、皮膚計測機器１がさらに、囲繞（ベルト）手段６を含んでいることを示している。この囲繞手段６は、身体部分がこの囲繞手段６によって取り囲まれるように構成されており、このようにして、皮膚計測機器１はこの身体部分に身につけられる。この囲繞手段６によって皮膚計測機器１を着用時に快適に身につけることができる。これは、皮膚計測機器１が、この身体部分に過度に強い圧力をかけることも、この身体部分上で自由に動いてしまうほど緩く、この身体部分に装着されることもないということを意味している。この結果、同時に、ハウジング底部４と試料台１０は、身体部分の皮膚に対して平らに押し当てられ、皮膚の分光計測が行われる。

図１、図４および図５から見て取れるように、ハウジング２上の皮膚計測機器１は、出張り部７の２つの対を有しており、これらの対は、ハウジング２の相互に反対側に位置する面に取り付けられており、ハウジング底部４に対して実質的に垂直に延在している。ハウジング２に囲繞手段６を固定するために、囲繞手段６の長手端部は、各ケースにおいて、出張り部のこれらの対のうちの１つの対と係合している。

図４および図５の囲繞手段６は、人間の腕を取り囲むのに適しているリストバンドまたはストラップである。弾性を有するようにこのリストバンドを設計し、このリストバンドの長さを腕の太さに合わせるようにしてもよい。これは、腕での皮膚計測機器１の着用時にリストバンドが伸ばされ、ハウジング底部４が試料台１０とともに、平らにかつ快適に、腕の皮膚に押し当てられるようにして行われる。同時に、試料台は、ＡＴＲ赤外分光器によって皮膚の分光計測が行われるように、腕の皮膚と接触させられる。

図４および図５では、皮膚計測機器１は、腕時計２０の一部である。腕時計２０は、時計の針２２を有する文字盤２１を有しており、時計の針は、ハウジング底部４に対して、ハウジング２の反対側に配置されており、従って、試料台１０に背を向けている側に配置されている。皮膚計測機器１は、ＵＳＢ機器コネクタ１９も有しており、このＵＳＢ機器コネクタ１９を介して、皮膚計測機器１によって収集された分光データを評価ユニット、例えばスマートフォンによって読み出すことができる。皮膚計測機器１が伝送ユニットを有していてもよく、この伝送ユニットによって、皮膚計測機器１によって収集された分光データが、無線で伝送される。これによって、評価ユニットは、データを無線で受信することができる。分光データの評価は、評価ユニットにおいて行われ得る。評価ユニットが、分光データおよび／または評価されたデータを表示するための表示機器を有していてもよい。

１皮膚計測機器、２ハウジング、３圧着フレーム、４ハウジング底部、５ウィンドウ、６囲繞手段、７出張り部、８ＡＴＲ赤外分光器、９ＡＴＲ結晶、１０試料台、１１入射面、１２出射面、１３第１の反射面、１４第２の反射面、１５第１の赤外光源、１６第２の赤外光源、１７出口開口部、１８赤外光検出器列、１９ＵＳＢ機器コネクタ、２０腕時計、２１文字盤、２２時計の針

Claims

身体部分の皮膚を分光計測するための皮膚計測機器であって、
当該皮膚計測機器は、
ウィンドウ（５）を備えた圧着フレーム（３）と、
前記圧着フレーム（３）に取り付けられているＡＴＲ結晶を備えたＡＴＲ赤外分光器（８）と、
前記身体部分に前記皮膚計測機器（１）を支持するために、前記身体部分を取り囲むように構成されている囲繞手段（６）とを有しており、
前記ＡＴＲ結晶は、前記ウィンドウ（５）内に配置されている試料台（１０）を有しており、これによって、前記試料台（１０）は前記圧着フレーム（３）と係合しており、かつ、前記圧着フレーム（３）の平らな面と同じ方向を向いており、
前記皮膚計測機器（１）の着用時に、前記囲繞手段（６）によって、前記圧着フレーム（３）の前記平らな面は、前記身体部分の皮膚に押し当てられ、これによって、前記試料台（１０）は皮膚と接触し、これによって、前記ＡＴＲ赤外分光器（８）によって皮膚の分光計測が行われる、
ことを特徴とする、皮膚計測機器。
前記身体部分は人間の腕であり、前記囲繞手段はリストバンド（６）である、請求項１記載の皮膚計測機器。
前記リストバンド（６）は弾性を有しており、
前記皮膚計測機器（１）の着用時に前記リストバンドが伸ばされて、前記リストバンド（６）の長さが前記身体部分に合わせられ、これによって、前記圧着フレーム（３）の平らな面は、快適に、平らに、前記身体部分の皮膚に押し当てられる、請求項２記載の皮膚計測機器。
前記ＡＴＲ結晶（９）は、前記試料台（１０）と前記圧着フレーム（３）の前記平らな面とが同じ平面に位置するように、前記ウィンドウ（５）内に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の皮膚計測機器。
前記皮膚計測機器（１）は、前記圧着フレーム（３）であるハウジング底部（４）を備えるハウジング（２）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の皮膚計測機器。
前記ＡＴＲ結晶（９）の材料は、前記ＡＴＲ結晶（９）の屈折率ｎ_１が、赤外放射線の範囲において、１．５を上回るように選択されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の皮膚計測機器。
前記ＡＴＲ結晶（９）の材料は、前記ＡＴＲ結晶（９）の屈折率ｎ_１が、赤外放射線の範囲において、２．３〜２．８の間にあるように選択されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の皮膚計測機器。
前記ＡＴＲ結晶（９）は、前記試料台（１０）に対して傾斜している２つの反射面（１３，１４）を有しており、当該反射面の傾斜角度は、前記赤外放射線が、arcsin（１．３／ｎ_１）＋５°からarcsin（１．３／ｎ_１）＋１０°の範囲にある角度θで前記試料台（１０）に送られるように選択されており、
θは、前記赤外放射線が前記試料台の平面に対して垂直な線と成す角度である、請求項６または７記載の皮膚計測機器。
前記皮膚計測機器（１）は機器コネクションを有しており、当該機器コネクションを通じて、前記皮膚計測機器（１）によって特定された分光データが読み出される、かつ／または、
前記皮膚計測機器（１）は伝送ユニットを有しており、当該伝送ユニットを通じて、前記皮膚計測機器（１）によって特定された分光データが無線で伝送される、請求項１から８までのいずれか１項記載の皮膚計測機器。
前記皮膚計測機器（１）は分析ユニットを有しており、当該分析ユニットは、前記機器コネクションを介して前記分光データを読み出すように構成されており、かつ／または、前記伝送ユニットによって伝送されたデータを無線で受信するように構成されており、かつ、前記分析ユニットは、前記分光データを評価するのに適している、請求項９記載の皮膚計測機器。
請求項１から１０までのいずれか１項記載の皮膚計測機器（１）を有している、
ことを特徴とする腕時計。
前記腕時計（２０）は、前記試料台（１０）に背を向けて配置されている文字盤（２１）を有している、請求項１１記載の腕時計。