JP7136882B2

JP7136882B2 - 動作検出センサ及び動作検出方法

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Publication number: JP7136882B2
Application number: JP2020500287A
Authority: JP
Inventors: 達也芹沢; 智行川副
Original assignee: Shiseido Co Ltd
Current assignee: Shiseido Co Ltd
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: JPWO2019159493A1; TW201939220A; WO2019159493A1

Description

本発明は、動作検出センサ及び動作検出方法に関する。

一般に、化粧を行う場合には種々の化粧品や化粧道具を用いる。化粧品の中には、化粧を行う施術者が化粧品を直接把持して化粧を行うものがある（例えば、マスカラ，アイライナー等）。また化粧を行うに際し、施術者が化粧道具（リップブラシやチークブラシ等の各種ブラシ、メーキャップパフ、ファンデーションスポンジ、コットン等）を用いる場合もある。

このように化粧を行う場合、施術者は化粧品や化粧道具（以下、総称して化粧道具等という）を手にとって使用することになる。従って化粧道具等は、施術者が直接把持した際の使用感を向上させることが重要となる。また、使用性の向上を客観的に判断できるように、化粧道具等の使用感は定量的に検出できることが望ましい。

この化粧道具等の使用感を定量的に検出するには、化粧を行う際の指先の動作と、その動作を行った時に指先に感じる感触を検出することが必要となる。指先に感じる感触は、被験者（化粧道具等を使用する者）に対して官能検査を行うことにより得ることができる。これに対して指先の動作は、特許文献１に開示されているような動作検出センサを用いて検出することが可能である。特許文献１に開示されたセンサでは、指をアームで挟持し、このアームに取り付けられた歪ゲージで指の変形を検出している。

特開２０１３－３７８２号公報

しかしながら、官能検査により得られる感触には被験者の主観が大きく影響するため、官能検査は客観的な判断を行うために十分とはいえない。特許文献１に開示された発明によれば、所期の目的を達成できるものの、指先に感じる感触を正確に評価するには十分ではなかった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、被験者が指先に感じる感触の客観的な判断に好適な検出を行うことができる動作検出センサ及び動作検出方法を提供することを目的とする。

動作検出センサの一態様は、指に装着され、該指の動作を検出する動作検出センサであって、前記指に固定される支持部材と、前記支持部材に支持され、前記指から作用する３軸方向の応力を検出する３軸応力センサと、前記支持部材に支持され、前記指が動作した時の該指の加速度を検出する加速度センサと、を有することを特徴とする。

動作検出方法の一態様は、３軸応力センサ及び加速度センサを備えた動作検出センサを指に装着し、物体の表面に前記指を接触させながら前記指を動かす工程と、前記指を動かしている間の前記動作検出センサにより検出された３軸方向の応力及び前記加速度センサにより検出された加速度を集計する工程と、を有することを特徴とする。

開示の技術によれば、電源スイッチ回路を含む半導体チップ内での配線の配置の自由度を向上することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る動作検出センサを示す上面図である。図２は、本発明の実施形態に係る動作検出センサを示す上面からの透視図である。図３は、本発明の実施形態に係る動作検出センサを示す上面からの下面図である。図４は、本発明の実施形態に係る動作検出センサが指に装着された状態を示す正面図である。図５は、本発明の実施形態に係る動作検出センサが指に装着された状態を示す斜視図である。図６は、基板及び３軸応力センサを示す斜視図である。図７は、３軸応力センサを示す平面図である。図８Ａは、３軸応力センサに含まれるせん断応力用の応力検出部の構成を示す模式図である。図８Ｂは、３軸応力センサに含まれるせん断応力用の応力検出部の動作を示す模式図である。図９は、本発明の実施形態に係る動作検出センサの変形例が指に装着された状態を示す正面図である。

化粧品は、保湿及び紫外線防御等の機能的な価値と共に、「すべすべ」及び「さらさら」等の仕上がり感や高級感等の感性的な価値が重要な商材である。工業製品の価値としての感性価値は、ヒトの五感を通じて入手された情報をもとに実感される。化粧品は微妙なテクスチャの違いで嗜好が左右されることも多いことから、触覚を通じて実感される触感が重要な位置づけとなる。特に肌に塗擦して使用するスキンケア化粧品では、「しっとり」及び「なめらか」等の触感に関連した数多くの感性ワードが製品評価の表現として多用される。

しかしながら、これら感性ワードには工学的な定義がなく、個人の価値観や経験によって定義や程度が異なっている。環境や状況に応じて感性は揺らぎ、変動するものであるため、客観的に把握することが困難である。また、一般的に、「ざらざら」及び「つるつる」等の指先での触感の認識には、触圧や指の動きなどの触動作が影響を及ぼす。すなわち、「強く押す」及び「軽く押す」等の触圧の違い、「素早く触る」及び「ゆっくり触る」の触動作の速度の違いによって、実感される感性ワードの種類や度合いが異なってしまう。

触動作とそれに関連したスキルを把握し、共有化することは重要である。しかしながら、個人の触動作や指先のニュアンスの伝達を「もう少しギュッと」及び「そっと触れて」等の曖昧な程度を示す言葉を介して正確に把握することは難しい。このように、触動作における触圧を他人と共有化することが難しく、また、自身の触動作の状況を客観的に確認することも容易ではない。従って、触動作における触圧は、「ざらざら」及び「つるつる」等の個人の触感を示す感性ワードと同様に、暗黙知といえる。

スキンケア化粧品のレオロジカルな性質は、肌の上での基剤の水分揮発によって連続的に変化する。この変化をヒトは指と肌のシェア動作によって知覚する。触覚は、肌や指に存在するパッチニ小体やマイスナー小体等の感覚受容器で知覚される。これらの感覚受容器は、触動作に伴い生じる振動の特定周波数に対して発火する。例えば、パッチニ小体は２００Ｈｚ～５００Ｈｚの中周波数帯域の振動に対して発火し、マイスナー小体は低周波帯域の振動に対して発火する。

また、指の感覚受容体は、振動のみならず摩擦による指の変形状態も知覚している。従って、被験者が指先に感じる感触をより客観的に評価するためには、振動及び摩擦の計測が極めて重要である。しかしながら、従来の動作検出センサによれば、触圧を検出することはできるものの、どのような摩擦が生じているかを高精度に検出することができない。本発明者らは、このような新たな着想に基づいて、下記の発明の実施形態に想到した。

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。図１乃至図５は、本発明の実施形態に係る動作検出センサを示す図である。図１は上面図であり、図２は上面からの透視図であり、図３は下面図である。図４は指に装着された状態での正面図であり、図５は指に装着された状態での斜視図である。

本実施形態に係る動作検出センサ１は被験者の指３１を被検査体とし、この指３１の動作を検出する機能を奏する。動作検出センサ１は、筐体１１、３軸応力センサ１３、加速度センサ１４及び緩衝材１５を含み、指３１に装着され、指３１の動作を検出する。

筐体１１は緩衝材１５を収容する。但し、筐体１１には緩衝材１５を露出する部分が含まれており、緩衝材１５は装着状態で指３１の側部に接することができる。３軸応力センサ１３は、その検出面を指３１に向けるようにして、基板１２と共に緩衝材１５に埋め込まれている。３軸応力センサ１３には、基板１２を通じてフレキシブルフラットケーブル（flexible flat cable：ＦＦＣ）１６が接続されており、ＦＦＣ１６の他端は、緩衝材１５内の制御基板２０に接続されている。加速度センサ１４は、例えば制御基板２０に実装されている。また、制御基板２０には、３軸応力センサ１３の検出結果及び加速度センサ１４の検出結果を集計する制御回路２３が含まれている。

緩衝材１５は、例えば、シリコーンゴム材等のゴム材から構成され、装着状態で指３１に接し、指３１が動作した時の指３１の変形量に応じた応力を３軸応力センサ１３に印加する。一方、筐体１１は、硬質プラスチック等の高剛性の材料から構成され、緩衝材１５が３軸応力センサ１３に印加する程度の応力によっては実質的に変形しない。基板１２も高剛性の材料から構成され、緩衝材１５が３軸応力センサ１３に印加する程度の応力によっては実質的に変形しない。すなわち、緩衝材１５は筐体１１及び基板１２よりも弾性変形しやすい。本実施形態では、筐体１１、基板１２及び緩衝材１５が支持部材に含まれ、基板１２が土台に相当する。支持部材は、装着状態で指３１を挟持する挟持部２１を有し、また、挟持部２１よりも指３１の根本側で指３１に接触する接触部２２を有する。挟持部２１は接触部２２から装着状態で爪３２が視認できるように指３１の両側方に延出している。また、指３１の動作中に筐体１１は一定形状を保つため、この支持部材は、指３１の動作中に一定の外形を保つ。

ここで、３軸応力センサ１３について説明する。図６は、基板１２及び３軸応力センサ１３を示す斜視図である。図７は、３軸応力センサ１３を示す平面図である。

図６に示すように、３軸応力センサ１３は基板１２上に設けられており、基板１２には、３軸応力センサ１３に電気的に接続されるＦＦＣ１６が取り付けられている。本実施形態では、基板１２に２本のＦＦＣ１６が取り付けられているが、ＦＦＣ１６の数は限定されない。３軸応力センサ１３は、図７に示すように、ｘ軸方向の応力を検出する応力検出部１３ｘ、ｙ軸方向の応力を検出する応力検出部１３ｙ及びｚ軸方向の応力を検出する応力検出部１３ｚを含む。応力検出部１３ｘ及び応力検出部１３ｙは、検出面１３ｓに平行で、互いに直交する２方向の応力を検出する。応力検出部１３ｚは検出面１３ｓに垂直な方向の応力を検出する。すなわち、応力検出部１３ｘ及び応力検出部１３ｙは３軸応力センサ１３に作用するせん断応力を検出し、応力検出部１３ｚは３軸応力センサ１３に作用する垂直応力を検出する。

ここで、せん断応力部の一つである応力検出部１３ｘについて説明する。図８Ａは、応力検出部１３ｘの構成を示す模式図である。図８Ｂは、応力検出部１３ｘの動作を示す模式図である。

応力検出部１３ｘは、図８Ａに示すように、基板上に設けられた導電膜３０、４０及び５０を含む。導電膜３０と導電膜４０との間に梁４３が設けられ、導電膜３０と導電膜５０との間に梁５３が設けられている。梁４３は、不純物が導入されていないｉ型のＳｉ膜４１及び不純物が導入され導電性を帯びた不純物Ｓｉ膜４２を有する。梁５３は、不純物が導入されていないｉ型のＳｉ膜５１及び不純物が導入され導電性を帯びた不純物Ｓｉ膜５２を有する。Ｓｉ膜４１及び不純物Ｓｉ膜４２はｘ軸方向で接触し、Ｓｉ膜５１及び不純物Ｓｉ膜５２はｘ軸方向で接触している。梁４３及び５３は、互いに平行に延びており、不純物Ｓｉ膜４２と不純物Ｓｉ膜５２とが互いに対向している。そして、不純物Ｓｉ膜４２及び５２並びに抵抗Ｒ１及びＲ２からホイートストンブリッジ回路が構成されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点と導電膜３０との間に電圧Ｅが供給され、導電膜４０と導電膜５０との間の電位差ｅ_０が測定される。

不純物Ｓｉ膜４２及び５２の抵抗は、ピエゾ抵抗効果により、それ自身に作用する応力の大きさに応じて変化する。すなわち、図８Ｂに示すように、梁４３及び５３にせん断応力３５が作用すると、その大きさに応じて不純物Ｓｉ膜４２及び５２の抵抗が変化する。従って、電位差ｅ_０はせん断応力３５の大きさ反映し、電位差ｅ_０を測定することでせん断応力のｘ軸方向成分の大きさを検出することができる。なお、梁４３と梁５３との間では、Ｓｉ膜を基準としたｘ軸方向における不純物Ｓｉ膜の位置が相違するため、抵抗値の変化は逆向きとなる。すなわち、不純物Ｓｉ膜４２の抵抗値が上がれば不純物Ｓｉ膜５２の抵抗値が下がり、不純物Ｓｉ膜４２の抵抗値が下がれば不純物Ｓｉ膜５２の抵抗値が上がる。

応力検出部１３ｙは、応力検出部１３ｘと同様の機構により、せん断応力のｙ軸方向成分の大きさを検出することができる。応力検出部１３ｚについては、梁が検出面に垂直な方向に変形することで、検出面に作用する垂直応力を検出することができる。

このように、本実施形態では、指３１から作用する直交３軸方向の応力を３軸応力センサ１３が検出することができる。

加速度センサ１４は、例えば３軸加速度センサである。加速度センサ１４としては、例えば、加速度感度が０．０６１ｍｇ，０．１２２ｍｇ，０．２４４ｍｇ，０．４８８ｍｇ、加速度レンジが±２ｇ，±４ｇ，±８ｇ，±１６ｇのものを用いることができる。また、加速度センサ１４として、３軸方向の加速度に加えて角加速度も併せて検出できる６軸加速度センサを用いることもできる。このような６軸加速度センサとしては、加速度感度に併せて、例えば検出可能な角加速度感度が４．３７５ｍｄｐｓ，８．７５ｍｄｐｓ，１７．５０ｍｄｐｓ，３５，７０ｍｄｐｓ、角加速度レンジが±１２５ｄｐｓ，±２５０ｄｐｓ，±５００ｄｐｓ，±１０００ｄｐｓ，±２０００ｄｐｓのものを用いることができる。角加速度のみを検出する角加速度センサが用いられてもよい。

次に、動作検出センサ１の動作について説明する。

動作検出センサ１は、図５に示すように、挟持部２１で指３１の爪３２の両側部を挟持し、接触部２２が指３１に接触するようにして、指３１に装着される。このとき、指３１が若干変形し、この変形が緩衝材１５に伝播し、緩衝材１５が弾性変形し、この変形量に応じた応力が３軸応力センサ１３に作用する。また、動作検出センサ１は少なくとも３か所で指３１に接触するため、動作検出センサ１の指３１に対する相対位置が固定される。

動作検出センサ１を装着した被験者が肌に化粧品を塗擦すると、肌と指３１の腹の部分との間に複雑な応力が作用すると共に、指３１の両側部も複雑に変形する。指３１の両側部の変形は緩衝材１５に伝播し、緩衝材１５が複雑に弾性変形し、この変形量に応じた応力が３軸応力センサ１３に作用する。そして、３軸応力センサ１３は、応力検出部１３ｘ、１３ｙ及び１３ｚにより、それ自身に作用するせん断応力及び垂直応力を検出する。また、３軸応力センサ１３による３軸応力の検出と並行して、加速度センサ１４が、塗擦の際の指３１の加速度を検出する。これらの検出結果はＦＦＣ１６等を経由して制御基板２０に実装された制御回路２３に入力され、制御回路２３が集計する。この集計結果は、外部のコンピュータ等の電子機器に送信される。この送信は、有線通信で行われてもよく、無線通信で行われてもよい。そして、電子機器にて、塗擦中に指３１にどのような方向からどのような強さの応力が作用しているかを解析する。

動作検出センサ１によれば、指３１の側部の変形を３次元で検出することができる。指３１の側部の変形は指３１それ自体の変形を反映するため、指３１の側部の変形を３次元で検出し、この検出結果及び加速度センサ１４による検出結果を解析することで、塗擦中に指３１にどのような方向からどのような強さの応力が作用しているか推定することができる。そして、この推定結果は被験者の主観を伴わず、客観的に数値化できる。従って、動作検出センサ１によれば、被験者が指先に感じる感触の客観的な判断に好適な検出を行うことができる。

このようにして得られた動作検出の結果は、次のように活用することができる。

例えば、化粧の熟練者及び初心者が化粧品の塗擦中の動作検出を行い、これらの結果を数値化して比較する。この比較の後、初心者は熟練者と同様の検出結果が得られるようにトレーニングすることで、自身の技術を向上させることができる。この方法によれば、化粧の技術を客観的に比較できるため、初心者は、塗擦中のどのタイミングでどのような修正を加えればよいか、容易に理解できるようになる。

例えば、熟練者であっても、一定期間ごとに自身の動作検出の結果を比較し、改良点を見出し、より高い技術で塗擦できるようにトレーニングすることができる。

指３１に作用する応力は、被験者の動作のみならず、塗擦される化粧品の状態の影響も受ける。従って、例えば、動作検出の結果から、化粧品の状態を数値化することができる。このため、化粧品の開発に際して、指３１と肌との間で生じる化粧品の変化とそれに伴い知覚される触感を数値化し、化粧品のテクスチャの設計に有効に活用することができる。

例えば、指３１に作用する応力だけでなく、肌に作用する応力を数値化することもできる。指３１における触感だけでなく、肌における触感も重要視される場合等、肌に作用する応力を数値化することで、より客観的な評価が可能となる。

図９に示すように、緩衝材１５が、装着状態で３軸応力センサ１３上において指３１に向けて膨張した膨張部１９を含むことが好ましい。緩衝材１５が膨張部１９を含むことで緩衝材１５の変形が３軸応力センサ１３上に集中し、より精度の高い検出を行うことが可能となる。

なお、指３１の形状及び変形しやすさ等には個人差があり、また、同一の被験者であっても指３１の形状及び変形しやすさ等が変化することがある。このため、より高精度の検出を行うためには、動作検出センサ１を用いた指３１の動作検出処理に先立ち、指３１の側部の変形量と指接触力の値とを相関させる校正処理（キャリブレーション）を行っておくことが好ましい。

本実施形態では、動作検出センサ１から集計結果が外部に送信され、外部で解析が行われるが、動作検出センサ１に解析回路を設け、この解析回路が応力の解析を行い、この解析結果が外部に送信されてもよい。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能なものである。

例えば、化粧道具等を使用せず、素肌と指を直接接触させることにより、肌状態の評価に用いることが可能である。

本出願は、２０１８年２月１９日に日本国特許庁に出願された特許出願第２０１８－０２７１６２号に基づく優先権を主張するものであり、これらの全内容を含むものである。

１動作検出センサ
１１筐体
１２基板
１３３軸応力センサ
１４加速度センサ
１５緩衝材
１６フレキシブルフラットケーブル
１９膨張部
２０制御基板
２１挟持部
２２接触部
２３制御回路

Claims

指に装着され、該指の動作を検出する動作検出センサであって、
前記指に固定される支持部材と、
前記支持部材に支持され、前記指から作用する３軸方向の応力を検出する３軸応力センサと、
前記支持部材に支持され、前記指が動作した時の該指の加速度を検出する加速度センサと、
前記３軸応力センサを覆い、装着状態で前記指に接し、前記指が動作した時の該指の変形量に応じた応力を前記３軸応力センサに印加する緩衝材と、
を有し、
前記緩衝材は、装着状態で前記３軸応力センサ上において前記指に向けて膨張した膨張部を有することを特徴とする動作検出センサ。
前記加速度センサは、３軸方向の加速度を検出する３軸加速度センサ及び角加速度を検出する角加速度センサの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の動作検出センサ。
（削除）
前記緩衝材は、弾性材であることを特徴とする請求項１に記載の動作検出センサ。
前記弾性材は、ゴム材であることを特徴とする請求項４に記載の動作検出センサ。
前記弾性材は、シリコーンゴム材であることを特徴とする請求項４に記載の動作検出センサ。
（削除）
前記支持部材は、前記指の動作中に一定形状を保つことを特徴とする請求項１に記載の動作検出センサ。
前記支持部材は、装着状態で前記指を挟持する挟持部を有することを特徴とする請求項１に記載の動作検出センサ。
前記３軸応力センサは、前記挟持部の互いに対向する面に固定されていることを特徴とする請求項９に記載の動作検出センサ。
前記支持部材は、
前記３軸応力センサを収容する筐体と、
前記筐体内で前記挟持部に設けられた土台と、
を有し、
前記３軸応力センサは、前記土台に固定されることを特徴とする請求項９に記載の動作検出センサ。
前記支持部材は、前記３軸応力センサよりも前記指の根本側で当該指に接触する接触部を有し、
前記挟持部は、前記接触部から装着状態で爪が視認できるように前記指の側方に延出していることを特徴とする請求項９に記載の動作検出センサ。
３軸応力センサ及び加速度センサを備えた動作検出センサを指に装着し、物体の表面に前記指を接触させながら前記指を動かす工程と、
前記指を動かしている間の前記動作検出センサにより検出された３軸方向の応力及び前記加速度センサにより検出された加速度を集計する工程と、
を有し、
前記動作検出センサは、前記３軸応力センサを覆い、装着状態で前記指に接し、前記指が動作した時の該指の変形量に応じた応力を前記３軸応力センサに印加する緩衝材を有し、
前記緩衝材は、装着状態で前記３軸応力センサ上において前記指に向けて膨張した膨張部を有することを特徴とする動作検出方法。
前記加速度センサは、３軸方向の加速度を検出する３軸加速度センサ及び角加速度を検出する角加速度センサの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１３に記載の動作検出方法。
（削除）
（削除）
前記指を動かす工程において、前記物体の表面に物質を塗擦することを特徴とする請求項１３に記載の動作検出方法。
前記３軸方向の応力及び前記加速度の集計結果を複数収得し、複数の集計結果同士を比較する工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の動作検出方法。