JP5360449B2 - 皮膚性状測定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、弾力性、柔軟性等の皮膚性状を評価する方法及び装置に関する。

皮膚の弾力性、柔軟性等の応力に対する表面特性を評価するために、皮膚表面の測定部位に圧縮ガスを噴射し、その表面変位を光学的に測定し、噴射からの時間と表面変位との関係を調べる方法や（特許文献１）、圧縮ガスの噴射により皮膚表面に一時的に現れる変化を画像に撮り、その画像に現れる皺や光沢リングを観察する方法（特許文献２）が提案されている。

特開２００４−１０８７９４号公報 特開２００６−３４６０２０号公報

しかしながら、圧縮空気を皮膚に噴射する従来の方法は、圧縮ガスの噴射装置等が必要となり、その方法を実施するために大掛かりな装置が必要となる。

また、頭皮等のように頭髪がはえている領域では、圧縮空気の噴射による皮膚の表面変位を測定したり、皺や光沢リングを観察したりすることは困難である。

これに対し、本発明は、頭皮も含む皮膚の表面性状をより簡便な装置で評価できるようにすることを目的とする。

本発明者は、皮膚表面を棒状の押圧子で押圧し、押圧による皮膚表面の凹みの陰影が明瞭に形成されるように押圧部位を照明し、画像に撮り、皮膚表面の凹みに由来する陰影の形成位置、広がり等の形成状態を計測することにより、弾力性、柔軟性等の押圧に対する皮膚性状を容易に評価できることを見出した。

即ち、本発明は、皮膚表面を押圧する押圧子、押圧による皮膚表面の凹みの陰影が形成されるように皮膚表面の押圧部位を照明する照明手段、及び押圧部位を撮影する撮像手段を備えた皮膚性状測定装置を提供する。

また、本発明は、皮膚表面を押圧子で押圧すると共に、その押圧部位を照明して押圧による皮膚表面の凹みの陰影を形成し、陰影が形成された押圧部位を撮影し、撮影した画像において皮膚表面の凹みに由来する陰影の形成状態に基づいて皮膚性状を評価する方法を提供する。

本発明によれば、皮膚を押圧子で直接押圧し、その押圧により形成される皮膚表面の凹みの陰影に基づいて弾力性、柔軟性等の皮膚の表面性状を評価するので、簡便でコンパクトな装置で皮膚の表面性状を評価することができ、また、頭髪が生えている頭皮や体毛が生えている皮膚にも適用することが可能となる。

実施例の皮膚性状測定装置の模式図である。 図１の皮膚性状測定装置の測定原理の説明図である。 拡散光源を使用した場合の陰影の説明図である。 他の実施例の皮膚性状測定装置の模式図である。 図４の皮膚性状測定装置の測定原理の説明図である。 実施例の皮膚性状と、陰影による距離Ｌ3との関係図である。 弾力性のない頭皮の、押圧前と押圧解除後の押圧部位の画像とその模式的断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。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。

図１は、本発明の一実施例の皮膚性状測定装置１Ａの模式図であり、図２はこの皮膚性状測定装置１Ａの測定原理の説明図（上面図（ａ）、側面図（ｂ））である。この皮膚性状測定装置１Ａは、筒状のハウジング２内を、矢印のように筒の軸方向に摺動可能な台座３に取り付けられた棒状の押圧子１０と撮像手段２０、及びハウジング２の壁面に照明手段３０として取り付けられた指向性光源を備えている。

筒状ハウジング２は、安定性と簡便性の点から、その内径を５〜１００ｍｍ、特に頭皮を測定する場合には５〜５０ｍｍとすることが好ましい。また、押圧子１０の先端部１１で皮膚Ｓを押圧すると共にその押圧部位Ｐ1 を指向性光源３０で照明した場合に、押圧による皮膚Ｓの凹みの陰影が明瞭に形成されるように、筒状ハウジング２の内壁は光吸収性にしておくことが好ましく、そのために艶消しの灰色や黒色に塗装しておくことが好ましい。また、周囲の光の影響をなくすため、ハウジング２の壁は光透過性の低いものにすることが好ましい。

押圧子１０は、素材については特に限定されるものではないが、加工性、成形性、耐久性、耐薬品性の点から、アクリル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＰＥＴ、ＡＢＳ樹脂等のプラスチック、硬質又は軟質ガラス、アルミ、ステンレス、真鍮等の金属、木材等から形成される。

押圧子１０は、皮膚Ｓを垂直に押圧できるように、その長手方向がハウジング２の長手方向と平行になるように台座３に取り付けられている。押圧子１０の先端部１１の形状は、皮膚に痛みを与えないようにする点から平面又は曲面とすることが好ましく、特に、押圧子１０の先端部１１の径が小さい場合には、先端の形状は曲面とした方が好ましい。また、先端部１１の径は、測定部位に頭髪や体毛がない場合には１０ｍｍ以下であることが好ましいが、頭髪がある場合には、それを頭皮Ｓに当てた場合に、頭髪Ｈの付け根にかからないように、頭髪の毛穴同士の間隔よりも狭くすることが好ましく、２ｍｍ以下、特に、１．６ｍｍ以下とすることが好ましい。

押圧子１０で皮膚Ｓを押圧する力を可変とする加圧機構として、台座３の上方には錘受け台４が延設されており、錘受け台４上に錘５を取替可能に載置できるようになっている。この場合、押圧力としては、０〜１００ｇ程度をかけられるようにしておくことが好ましい。なお、押圧子１０に押圧力をかける加圧機構としては、このような錘受け台４と錘５の構成に限られず、例えば、ハウジング２に取り付けたバネ材やステッピングモーター、圧電アクチュエーター、ラックピニオン式押圧機構、エアベローズ、シリンダーとピストンによる機構を組み合わせた押圧機構等で押圧子１０を皮膚方向に付勢するようにしてもよい。これにより、上向きの皮膚Ｓに限らず、任意方向に向いた皮膚を測定対象とすることができる。また、皮膚Ｓに加える押圧力を一定値とする他、サイン波で変化させるなど、押圧力を時間変化させることも可能となる。

本発明において、照明手段３０としては、一点又はスポットに集光する光や平行光等の指向性を有する光を発する指向性光源を設けてもよく、光が四方八方に拡散する拡散光源を設けてもよい。図１には光源３１とその前面に位置するレンズ系３２からなる指向性光源を設けた例を示している。

光源３１としては、特に限定されるものではないが、発光ダイオードや白熱電球等を使用することが好ましい。あるいは、光源を別に設置した光ファイバーの発光端としても良い。

レンズ系３２としては、押圧子１０の先端部１１で皮膚Ｓを押圧した場合に皮膚表面に形成される凹みが、指向性光源の照明で明瞭な陰影を形成するように、例えば光源３１が発した光を一点に集光させる集光レンズを設けてもよく、スポットに集光させる凸レンズを用いてもよい。集光点は、ほぼ押圧子１０による皮膚の押圧部位Ｐ1 に調整することができる。

一方、照明手段３０として拡散光源を設ける場合には、光源３１の前面に凹レンズを設ければよい。これにより、広範に陰影を形成させることができる。

さらに、照明手段３０には、異なる色の光源を二つ以上設けても良い。この場合、撮像手段２０内のカラーフィルターによりそれぞれの色を独立して取り出すことで、凹みの異方性を検出することができる。

照明手段３０の設置位置に関しては、押圧子１０による皮膚表面の凹みの形成領域の外側とし、かつ、皮膚表面の押圧部位Ｐ1 にできるだけ近接させることが好ましい。より具体的には、照明手段３０として指向性光源を設ける場合にも拡散光源を設ける場合にも、押圧部位Ｐ1 から水平方向の距離Ｌ1を５〜５０ｍｍ、皮膚表面からの高さＬ2 を０〜３０ｍｍの位置とすることが好ましい。

撮像手段２０としては、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＣＣＤやＣＭＯＳ撮像素子を搭載したカメラモジュール等を使用することが好ましく、ハウジング２の小型化を図るため、ハウジング２内にはこれらのレンズ部分を設けることが好ましい。

また、撮像手段２０で撮った画像をその場で測定者及び被験者が容易に視認できるように、皮膚性状測定装置１Ａには、画像を拡大表示できる１〜５０インチのディスプレイ等の表示手段４０を設けることが好ましい。また、表示手段４０として、プリンターや携帯電話のディスプレイ等を用いても良い。

撮像手段２０にはパーソナルコンピュータ４１を接続し、パーソナルコンピュータ４１に、撮った画像の陰影領域の位置、長さ、面積等の計測を行えるようにする画像処理ソフトを搭載することが好ましい。また、パーソナルコンピュータ４１に、画像データに基づいて皮膚性状を評価する機能を備え、皮膚性状測定装置１Ａとパーソナルコンピュータ４１とで皮膚性状を評価するシステムを形成してもよい。この場合、パーソナルコンピュータ４１には、撮影した画像や、陰影領域の位置、長さ、面積等の計測値を記憶する機能、それらの計測値と、美容専門家による被験者の皮膚性状の評価結果とを対応させたデータベースに基づいて当該被験者の計測値から当該被験者の皮膚性状の評価値を出力する機能、かかるデータベースを構築する機能、当該被験者に所定の化粧料を適用した前後の計測値の変化や当該被験者の計測値の経日的変化等から皮膚性状の変化状態を出力する機能等をもたせることが好ましい。

この他、皮膚性状測定装置１Ａには、押圧子１０の変位量を、接触式変位センサーである差動トランス、非接触式変位センサーであるレーザー変位計、超音波変位計等を用いて直接検出する機構を設けても良い。これらの変位計としては、検出できる最小変位量が０．１ｍｍ以上、好ましくは０．０１ｍｍ以上であるものが好ましい。

この皮膚性状測定装置１Ａは、次のように使用する。

まず、ハウジング２内において、押圧子１０を皮膚Ｓと反対側に手で引き上げた状態で、錘受け台４に所定の重量の錘５を載置し、皮膚Ｓに対してハウジング２を垂直に起立させ、次に、手を離して押圧子１０で皮膚Ｓの表面が直接押圧されるようにする。あるいは、皮膚Ｓに押圧子１０の先端部１１を当接させた状態で、錘受け台４に所定の重量の錘５を載置する。なお、皮膚のうち頭皮を評価対象とする場合には、頭髪Ｈを分けてできるだけ地肌にハウジング２を当接させる。

押圧により皮膚Ｓはその弾力性、柔軟性等の皮膚性状に応じた幅Ｄ1 及び深さＤ2 で凹む。例えば、凹み深さが皮膚の性状によっても殆ど異ならない１〜３００ｇ程度の押圧力を押圧子１０にかけた場合でも、凹み面積については、つっぱり感のない皮膚は狭い面積で凹み、硬い皮膚は広い面積で凹む。そして、図２に示すように押圧部位Ｐ1 が照明手段（指向性光源）３０で照明されると、この凹みにより、凹みの光源側端部Ｐ2 から押圧部位Ｐ1 側が凹みの陰影となって暗領域となる。この間の陰影は、皮膚の凹む面積が広い程長く、凹む面積が狭い程短くなる。そこで、押圧している間に、押圧部位Ｐ1 を撮像手段２０で撮影し、パーソナルコンピュータ４１で、画像上の陰影の位置を認識し、指向性光源３０と押圧部位Ｐ1 との間に形成される陰影の光源側端部（即ち、凹み領域の光源側端部Ｐ2 ）と押圧部位Ｐ1 （好ましくは押圧中心）との距離Ｌ3 を求め、この距離Ｌ3 をつっぱり感、弾力性、柔軟性等の皮膚性状の評価指標とする。

一方、同様の陰影の測定を、押圧子１０で皮膚Ｓを一旦押圧し、その押圧を解除した後に行っても良い。より具体的には、例えば、上述と同様に押圧子１０で１〜１００秒押圧した後、押圧子１０を皮膚から引き上げ、その引き上げの０．１〜３００秒後に測定する。このような測定では、弾力性のない皮膚ほど、押圧子１０の引き上げ後に長い時間にわたって明瞭に陰影が残存するので、弾力性の評価をすることが可能となる。

以上の皮膚性状測定装置１Ａの使用方法は、照明手段として図３に示すように拡散光源３３を設けた場合でも、凹み領域の光源側端部Ｐ2 から押圧部位Ｐ1 側には陰影が形成されるので同様に行うことができる。この場合、より広範囲に陰影を形成することができるが、明領域と陰影の暗領域との境界が不明瞭になりやすいので、より強いコントラストを得る観点から、照明手段としては指向性光源を使用することが好ましい。

図４は、本発明の異なる態様の皮膚性状測定装置１Ｂの模式図であり、図５はこの皮膚性状測定装置１Ｂの測定原理の説明図である。この皮膚性状測定装置１Ｂは、押圧部位Ｐ1 を照明する照明手段として、押圧子１０の先端部１１に拡散光源３４が設けられている点が前述の皮膚性状測定装置１Ａと異なっている。

この拡散光源３４としては、好ましくは直径２ｍｍ、特に１．６ｍｍ以下の押圧部位の先端部１１をなす点から、光ファイバーの発光端や発光ダイオード素子等を使用することが好ましい。例えば、松下電器製のチップ型発光ダイオードLNJ208R8シリーズ（サイズ：１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．８ｍｍ）、エバーライト社の19-213SUBCシリーズ等（サイズ：１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．８ｍｍ）を用いてもよい。

この皮膚性状測定装置１Ｂの押圧子１０により所定の押圧力で皮膚Ｓの表面を押圧すると、図５に示すように、皮膚Ｓはその弾力性、柔軟性、つっぱり感等の皮膚性状に応じた幅Ｄ1 及び深さＤ2 で凹む。そして、押圧による凹みは明領域となるが、その外側は凹みの陰影となって暗領域となる。そこで、本実施例では、押圧部位Ｐ1 を撮像手段２０で撮影し、その画像上で、押圧部位Ｐ1 と間隔をあけて押圧部位Ｐ1 の周囲に形成される陰影の環状の輪郭の径Ｌ4 を皮膚性状の評価指標とする。この皮膚性状測定装置１Ｂは、前述の図１の皮膚性状測定装置１Ａに比して光源の装置構成が簡単である点で好ましいが、凹みによる陰影の明瞭性の点からは図１の皮膚性状測定装置１Ａが好ましい。また、大きく湾曲した部位の測定に対しては、皮膚性状測定装置１Bが好ましい。

なお、皮膚性状の評価指標としては、前述の凹み領域の光源側端部Ｐ2 と押圧部位Ｐ1 との距離Ｌ3 や、上述の環状の輪郭の径Ｌ4 をそのまま使用してもよく、これらの数値から凹みの面積等を算出し、その面積等を皮膚性状の評価指標としてもよい。

実施例１
皮膚性状の異なる２６〜２９歳の女性３名（Ａ、Ｂ、Ｃ）の頭皮について、図１の皮膚性状測定装置１Ａを用いて、押圧子で頭皮を押圧した場合の、凹み領域の光源側端部Ｐ1 と押圧部位Ｐ2 との距離Ｌ3 を、撮った画像のピクセル数で求めた。

この場合、装置１Ａの仕様は次の通りとした。

押圧子の先端部の径：１．５ｍｍ
押圧子の素材：ABS樹脂
光源：発光ダイオード（豊田合成EIL53-3Ｇ）
撮像手段：小型ＣＭＯＳカメラモジュール トリニティ社/IUCM-130FO2
錘：１４．５ｇ
使用パソコン：NEC PC-MY26XLZEH
距離を測定するために使用したソフトウェア：Microsoft Photo Editor 3.01

一方、美容専門家により、上述の３名（Ａ、Ｂ、Ｃ）の頭皮のつっぱり感の有無を評価したところ、結果は次の通りであった。

Ａ：つっぱり感なし
Ｂ：つっぱり感なし
Ｃ：つっぱり感あり

結果を図６に示す。図６から、美容専門家によりつっぱり感があると評価された頭皮では、凹み領域の光源側端部Ｐ2 と押圧部位Ｐ1 との距離Ｌ3が大きく、即ち、凹み領域が広範囲に形成されていることがわかる。したがって、この距離Ｌ3 によりつっぱり感を評価できることがわかる。

実施例２
錘を５４ｇにして１０秒間押圧後、その押圧を解除し、解除前後の画像を撮る以外は実施例１と同様にして、図１の皮膚性状測定装置１Ａを用いて、女性３名（Ａ、Ｂ、Ｃ）の頭皮の測定を行った。

また、美容専門家により、この女性３名の弾力性の有無を評価したところ、結果は次の通りであった。

Ａ：弾力性なし
Ｂ：弾力性あり
Ｃ：弾力性あり

皮膚性状測定装置による測定結果は、弾力性のある頭皮（Ｂ、Ｃ）の場合、押圧力を解除後約５秒で陰影が消えたが、弾力性のない頭皮（Ａ）の場合、押圧力の解除後１５秒経過しても図７のように陰影（破線囲部分）が認められた。これにより、本装置によれば皮膚の弾力性も評価できることがわかる。

本発明の皮膚性状測定装置及び皮膚性状測定方法によれば、弾力性、柔軟性等の皮膚や頭皮の表面性状を、簡便でコンパクトな装置で評価することを可能とするので、化粧品、スキンケア方法、ヘアケア剤、頭皮ケア剤、頭皮ケア方法の開発、販売促進等に有用となる。

１Ａ、１Ｂ 皮膚性状測定装置
２ ハウジング
３ 台座
４ 錘受け台
５ 錘
１０ 押圧子
１１ 押圧子の先端部
２０ 撮像手段
３０ 照明手段（指向性光源）
３１ 光源
３２ レンズ系
３３、３４ 拡散光源
４０ 表示手段
４１ パーソナルコンピュータ
Ｄ1 凹み幅
Ｄ2 凹み深さ
Ｐ1 押圧部位
Ｐ2 凹み領域の光源側端部
Ｓ 皮膚（頭皮）
Ｈ 頭髪

Claims (14)

1. 皮膚表面を押圧する押圧子、押圧による皮膚表面の凹みの陰影の暗領域が形成されるように皮膚表面の押圧部位を照明する照明手段、及び押圧部位を撮影する撮像手段を備え、押圧子の先端径が１０ｍｍ以下である皮膚性状測定装置。
2. 照明手段が指向性光源であり、指向性光源が、皮膚表面の凹みの形成領域の外側においてその凹みに近接した位置に設けられている請求項１記載の皮膚性状測定装置。
3. 照明手段が拡散光源であり、拡散光源が、押圧子の先端部に設けられている請求項１記載の皮膚性状測定装置。
4. 筒状のハウジング内に押圧子、光源及び撮像手段のレンズ部分が設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の皮膚性状測定装置。
5. 押圧子に加える押圧力を可変とする加圧機構を備える請求項１〜４のいずれかに記載の皮膚性状測定装置。
6. 撮像手段で撮影した画像を表示する表示手段を備える請求項１〜５のいずれかに記載の皮膚性状測定装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の皮膚性状測定装置、及び皮膚性状測定装置から出力された画像データに基づいて皮膚性状を評価するコンピュータを備えた皮膚性状評価システム。
8. 皮膚性状の評価指標を得るために、皮膚表面を押圧子で押圧すると共に、その押圧部位を照明して押圧による皮膚表面の凹みの陰影を形成し、陰影が形成された押圧部位を撮影し、撮影した画像において皮膚表面の凹みに由来する陰影の暗領域の形成状態を計測する方法。
9. 押圧子の先端径が１０ｍｍ以下である請求項８記載の方法。
10. 皮膚表面が頭皮である請求項８又は９記載の方法。
11. 押圧部位の撮影を、押圧子で皮膚表面を押圧中に行う請求項８〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 押圧部位の撮影を、押圧子で皮膚表面を押圧後に行う請求項８〜１０のいずれかに記載の方法。
13. 皮膚表面の凹みの形成領域の外側から押圧部位を指向性光源で照明し、光源と押圧部位との間に形成される陰影の暗領域の光源側の端部と押圧部位との距離を計測する請求項８〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 押圧子の先端部に設けられている拡散光源で押圧部位を照明し、押圧部位と間隔をあけて押圧部位の周囲に形成される陰影の環状輪郭の径を計測する請求項８〜１２のいずれかに記載の方法。

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