JP2013212247A - 皮膚測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の皮膚測定システムは狭い面積しか測定することができず、例えばファンデーション塗布の際に参考とすることは難しかった。
【解決手段】 波長７００ｎｍから１１００ｎｍにピーク波長を有する第１の光源と、波長３５０ｎｍから７００ｎｍにピーク波長を有する第２の光源とを順番に顔などの皮膚に照射し、ＣＣＤからなる受光部１０３を用いて撮影し、第1の光源から光を皮膚に照射し皮膚の反射光を受光部で測定して得られた信号と、第２の光源から光を皮膚に照射し皮膚の反射光を受光部で測定して得られた信号とを差分演算処理する。これにより比較的安価なシステムで顔のような広い面積の皮膚のシミ、ソバカス等を測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は皮膚の成分を測定するシステムに関し、特に皮膚を撮影して皮膚表面のメラニン由来生成物やヘモグロビン由来生成物を誇張して表示するシステムに関する。

美容や健康状態の把握のため皮膚の状態を観察、測定することが行われている。鏡を用いて目視で測定することは日常的によく用いられている。測定器を用いる手法としては、メラニン色素由来生成物であるシミ、ソバカス、くすみ、クマ等、あるいはヘモグロビン色素由来生成物である紅斑・皮膚炎等を目視により、あるいはメグザメーター（Mexameter：コラージュ・アンド・カザカ株式会社製）と呼ばれる測定器が用いられている。

メグザメーターとは、皮膚のメラニン量とヘモグロビン量を測定する測定器である。評価対象である皮膚において緑色である５６８ｎｍ（以下、「ｇｒｅｅｎ」と呼ぶことがある。）と、赤色である６６０ｎｍ（以下、「ｒｅｄ」と呼ぶことがある。）及び近赤外光である８８０ｎｍ（以下、「ｉｎｆｒａｎｒｅｄ」と呼ぶことがある。）の３種類の波長を照射する照射部と、反射光の反射強度測定を行なう反射強度測定部と、得られたデータを解析してメラニン量とヘモグロビン量を算出・表示する制御部からなる装置である。

図９は、メグザメーターの測定原理を説明するグラフ図である。グラフの横方向は波長を示し、縦方向は波長の吸収率を表している。本グラフは、メラニンの吸収スペクトル９０１、ヘモグロビンの吸収スペクトル９０２、皮膚の吸収スペクトル９０３を示している。

メグザメーターでは、メラニン量ｍｘとヘモグロビン量ｅｘは、式１及び式２により求めることができる。

（式１：メラニン量）
ｍｘ＝｛500/log5｝×[log｛(infrared 反射)/(red反射) ｝+log5 ]
＝｛500/log5｝×｛log(infrared反射)-log(red 反射) ｝＋500
（式２：ヘモグロビン量）
ｅｘ＝｛500/log5｝×[log｛(red反射)/(green反射) ｝+log5 ]
＝｛500/log5｝×｛log(red 反射)-log(green 反射) ｝＋500
この図９と式１及び式２を用いてメグザメーターの測定原理の概略を説明する。血液中のヘモグロビンはｒｅｄからｉｎｆｒａｒｅｄまでの波長範囲での吸収がほとんどない。それに対し、メラニンはｒｅｄ波長での吸収は大きいがｉｎｆｒａｒｅｄ波長での吸収はほとんどない。そのため、ｉｎｆｒａｒｅｄ波長での測定で得られた反射強度から、ｒｅｄ波長での測定で得られた反射強度を差し引くことにより、メラニン量を測定することができる。

ヘモグロビンはｇｒｅｅｎ波長での吸収は大きいがｒｅｄ波長での吸収は殆どない。また、メラニンはｒｅｄ波長とｇｒｅｅｎ波長との間ではあまり大きな吸収スペクトルの変化がない。そのため、ｒｅｄ波長での測定で得られた反射強度からｇｒｅｅｎ波長での測定で得られた反射強度の差分を取ると、その間の変化はヘモグロビンが支配的な要素として引き起こされたものと考えることができるので、ヘモグロビンの量が求められる。なお、ここでのヘモグロビンは酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの両方を含んでいる（以下、本明細書では「ヘモグロビン」は両者を含む）。

このようなにメグザメーターではヘモグロビンの測定の際にメラニンの影響を排除できないことから、特許文献１には５００から７００ｎｍの光を重回帰分析で分析する方法が示されている。

特開平１１−２９９７４３号公報

目視により皮膚の状態を観察する方法では、観察する環境により誤差が大きくなりやすい。例えば、ファンデーションを顔に塗布する場合、明るい環境下では多めに塗ってしまういわゆる厚化粧となりやすく、暗い環境下では少なめに塗る傾向がある。これは、ファンデーションは可視光に対し一定量透過するため、明るい環境下ではメラニン色素由来の生成物がファンデーションを透過して見えやすくそれを隠すために厚めに塗布し、逆に暗い環境下では前記メラニン色素由来の生成物がファンデーションを透過して見えにくいため、薄めに塗布するからである。

また、メグザメーターを用いた測定では皮膚と密着させて測定する環境下の影響を受けないようにしている。そのため、半径数ｃｍ程度の狭いエリアしか測定することができず、また、フォトディテクターを使用しているためそのエリア内で一つの数値としてしかアウトプットすることができない。このような理由から美容目的でファンデーションを塗布する際にメグザメーターを用いることは難しい。

同様に、特許文献１に示された技術もメグザメーターと基本原理は同じであり、測定できるエリアが狭いことなどから使用することは難しく、また、重回帰分析を用いるため装置が複雑になりやすく測定に時間がかかるという問題がある。

また、メグザメーターで測定しているときは肌に密着させる構造のため、その部分を化粧するのは難しく、測定した部分を覚えておかないといけないため美容目的で使用することは現実には難しかった。

本発明はかかる課題を解決するためのものであり、例えば顔全体といった広いエリアでも用いることができる皮膚測定システムを提供することである。

本発明に係る皮膚測定システムは、複数の撮像素子を有する受光部と、波長７００ｎｍから１１００ｎｍにピーク波長を有する第１の光源と、第１の光源とは異なるピーク波長を有する可視光の第２の光源と、第1の光源から光を皮膚に照射し皮膚の反射光を受光部で測定して得られた信号と、第２の光源から光を皮膚に照射し皮膚の反射光を受光部で測定して得られた信号とを演算処理するための演算処理部からなることを特徴とする。

また、第２の光源は３５０ｎｍから７００ｎｍにピーク波長を有していてもよい。

また、第１の光源と第２の光源と異なるピーク波長を有する第３の光源を有し、第３の光源から光を皮膚に照射し皮膚の反射光を受光部で測定して得られた信号と、第２の光源から光を皮膚に照射し皮膚の反射光を受光部で測定して得られた信号とを演算処理するための演算処理部とを有していてもよい。

また、第１の光源は８００ｎｍから１１００ｎｍ、第２の光源は６００ｎｍから８００ｎｍ、第３の光源は４００ｎｍから６００ｎｍのピーク波長を有し、各光源のピーク波長が異なっていてもよい。

また、光源とは別の白色光源を備えていてもよい。

また、前記第１の光源ないし前記第３の光源の内少なくとも１種について、２個以上からなり、かつ受光部の中央を中心として回転対称位置に配置されていてもよい。

また、光源が１００ナノ秒から１０秒の間に切り替わってもよい。

また、演算処理した信号を基に表示する表示部を備えていてもよい。

また、受光部がＣＣＤであってもよい。

本発明によれば比較的安価なシステムで顔全体といった広い面積の皮膚測定ができる。これにより、ファンデーションを塗布する際に参考とすることができるようになる。

本発明の実施形態１の皮膚測定システムを示した図である。 皮膚の色を決定する要因物質の吸収スペクトルを示す図である。 皮膚の色を決定する要因物質の吸収スペクトルを示す図である。 本発明の実施形態２の皮膚測定システムを示した図である。 皮膚の色を決定する要因物質の吸収スペクトルを示す図である。 本発明の実施例１の皮膚測定システムを示す図である。 本発明の実施例１の皮膚測定システムを用いて顔を表示させたときの様子を示した図である。 本発明の実施例２の皮膚測定システムを示す図である。 メグザメーターの測定原理を説明するグラフ図である。

（実施形態１）
図１は実施形態１の皮膚測定システムを示した図である。

本実施形態の皮膚測定システム１００は、第１の光源１０１と第２の光源１０２と受光部１０３とを備えている。そして、皮膚測定システム１００は、受光部１０３で測定した画像を第１の演算手段１０４と第２の演算手段１０５により処理し、その処理された画像を第３の演算手段１０６により処理し、表示装置１０７に表示する。また、白色光源１０８を備えている。

ここでは、顔の皮膚を測定する場合を例として説明する。

まず、被測定者の顔に第１の光源１０１から光を照射する。顔に照射された光の反射光をマトリクス状に配列された素子を持つＣＣＤ（Charge Coupled Device；電荷結合素子）からなる受光部１０３で撮像測定する。第１の演算手段１０４は、撮影された画像信号をデジタル信号化・ノイズ処理等の信号処理を行い、第１の画像信号に変換する。

次に、被測定者の顔に第２の光源１０２から光を照射する。照射する光は第１の光源とは異なる波長であるが、ピーク波長が異なっていればよい。スペクトル波形において裾が重なっていてもよいが、両者はピーク波長の半値幅の領域では重ならないことが望ましい。顔に照射された光の反射光をマトリクス状に配列された素子を持つＣＣＤ（Charge Coupled Device；電荷結合素子）からなる受光部１０３で撮像測定する。第２の演算手段１０５は、撮影された画像信号をデジタル信号化・ノイズ処理等の信号処理を行い、第２の画像信号に変換する。

第３の演算手段１０６は、第１の画像信号と第２の画像信号とを差分演算処理する。これにより、第１の光源１０１から照射された波長の光と、第２の光源１０２から照射された波長の光との差分をとった画像信号が得られることになる。この時、その信号の特定の信号を強調処理するようにしてもよい。

第３の演算手段で処理された画像信号は表示装置１０７に表示され、測定者の眼により目視確認ができるようになる。測定者と被測定者は同一人物であってもよい。

本発明の皮膚測定システム１００によって得られた画像信号は、一般の白色照明下における顔の見え方に比べ、メラニン色素由来生成物若しくはヘモグロビン色素由来生成物が誇張して表示される。以下、その原理について説明する。

（メラニン色素由来生成物）
図２は、皮膚の色を決定する要因物質の吸収スペクトルを示す図である。各吸収スペクトルは、メラニン２０１、皮膚２０２、水２０３の吸収スペクトルである。また、波長帯２０４は３５０ｎｍ以下の紫外光であり、波長帯２０５は３５０から７００ｎｍの紫外光から可視光であり、波長帯２０６は７００から１１００ｎｍの可視光から赤外光（近赤外光）であり、波長帯２０７は１１００ｎｍ以上の赤外光（近赤外光）である。

メラニンの吸収スペクトル２０１は、６００ｎｍ近くまでは１００（１０^２）ｃｍ^−１以上と吸収が大きく、６００ｎｍ近傍で急激に吸収が減り始め、１０００ｎｍ近傍で吸収がほぼゼロになる。

皮膚の吸収スペクトル２０２は、紫外光である３００ｎｍ近辺までは１００（１０^２）ｃｍ^−１以上と吸収が大きく、３００ｎｍから緩やかに減り始め、可視光では１００ｃｍ^−１より小さくなっており、メラニンと同様に１０００ｎｍ近傍で吸収がほぼゼロになる。

水の吸収スペクトル２０３は、紫外光、可視光では吸収がほぼなく、赤外光である１１００ｎｍ近傍から光を吸収し始める。

図２から、メラニンと皮膚との吸収スペクトルの差が大きい波長帯を用いれば適切にメラニン色素由来生成物と肌（メラニン色素由来生成物がない領域）とを分離することができることがわかる。本発明では、皮膚測定システム１００の第１の光源１０１から照射される波長のピーク波長が波長２０６（７００から１１００ｎｍ）に設定され、第２の光源１０２から照射される波長のピーク波長が波長２０５（３５０から７００ｎｍ）に設定されている。第３の演算手段１０６は、第１の光源１０１を用いて撮影した第１の画像信号と第２の光源１０２を用いて撮影した第２の画像信号とを差分演算処理する。

顔の皮膚表面上にメラニン色素由来生成物が存在する領域においては波長帯２０５にピーク波長を持つ第２の光源ではメラニンと皮膚の両方の吸収があるため反射光が小さくなることにより、第１の画像信号の強度と第２の画像信号の強度の差異が大きくなる。反対に、顔の皮膚表面上にメラニン色素由来生成物が存在しない領域においては、メラニンによる吸収がなく肌による吸収だけなので、第１の画像信号と第２の画像信号で画像信号の強度差が小さくなる。

その結果、メラニン色素由来生成物が存在する領域を特定することができ、表示装置１０７にはメラニン色素由来生成物が誇張されて表示されることになる。例えば、第３の演算手段で処理された画像信号は、第１の画像信号と第２の画像信号との差が大きいほど輝度が低く（黒く）なるように表示し、差が小さいほど輝度が高く（白く）なるように表示すれば、メラニン色素由来生成物が存在する領域は黒く表示され、メラニン色素由来生成物が存在しない領域は白く表示される。反対に第３の演算手段で処理された画像信号は、第１の画像信号と第２の画像信号との差が大きいほど輝度が高く（白く）なるように表示し、差が小さいほど輝度が低く（黒く）なるように表示すれば、メラニン色素由来生成物が存在する領域は白く表示され、メラニン色素由来生成物が存在しない領域は黒く表示される。

（ヘモグロビン色素由来生成物）
図３は、皮膚の色を決定する要因物質の吸収率スペクトルを示す別の図である。各吸収スペクトルは、ヘモグロビン３０１、皮膚３０２、水３０３の吸収スペクトルである。また、波長帯３０４は３００ｎｍ以下の紫外光であり、波長帯３０５は３００から４００ｎｍの紫外光から可視光であり、波長帯３０６は４００から７００ｎｍまでの可視光であり、波長帯３０７は７００から１１００ｎｍの可視光から赤外光（近赤外光）であり、波長帯３０８は１１００ｎｍ以上の赤外光（近赤外光）である。

ヘモグロビンの吸収スペクトル３０１は、３００ｎｍ近くまでは略１０（１０^１）ｃｍ^−１から１００（１０^２）ｃｍ^−１の範囲であり、３００ｎｍからいくつかの吸収ピークが現れ、７００ｎｍ近傍でほぼ吸収がゼロとなる。

皮膚の吸収スペクトル３０２は、紫外光である３００ｎｍ近辺までは１００（１０^２）ｃｍ^−１以上と吸収が大きく、３００ｎｍから緩やかに減り始め、可視光では１００ｃｍ^−１より小さくなっており、１０００ｎｍ近傍で吸収がほぼゼロになる。

水の吸収スペクトル３０３は、紫外光、可視光では吸収がほぼなく、赤外光である１１００ｎｍ近傍から光を吸収し始める。

図３から、血液中のヘモグロビンと皮膚との吸収スペクトルの差が大きい波長帯を用いれば適切にヘモグロビン色素由来生成物と肌（ヘモグロビン色素由来生成物がない領域）とを分離することができることがわかる。本発明では、皮膚測定システム１００の第１の光源１０１から照射される波長のピーク波長が波長３０７（７００から１１００ｎｍ）に設定され、第２の光源１０２から照射される波長のピーク波長が波長３０６（４００から７００ｎｍ）に設定されている。第３の演算手段１０６は、第１の光源１０１を用いて撮影した第１の画像信号と第２の光源１０２を用いて撮影した第２の画像信号とを差分演算処理する。

顔の皮膚表面上にヘモグロビン色素由来生成物が存在する領域においては波長帯３０６にピーク波長を持つ第２の光源ではヘモグロビンと皮膚の両方の吸収があるため反射光が小さくなることにより、第１の画像信号の強度と第２の画像信号の強度の差異が大きくなる。反対に、顔の皮膚表面上にヘモグロビン色素由来生成物が存在しない領域においては、ヘモグロビンによる吸収がなく肌による吸収だけなので、第１の画像信号と第２の画像信号で画像信号の強度差が小さくなる。

その結果、ヘモグロビン色素由来生成物が存在する領域を特定することができ、表示装置１０７にはヘモグロビン色素由来生成物が誇張されて表示されることになる。表示装置１０７での見え方についてはメラニン色素由来生成物について説明を行ったものと同じであるので説明を省略する。

（従来技術との比較）
白色光を使った場合と、本発明のように特定の波長の光を用いる場合との比較を行う。本発明の皮膚測定システム１００によって得られる画像信号は、通常の白色光を照射して得られる画像信号に比べ、メラニン色素由来生成物、ヘモグロビン色素由来生成物が誇張されたものとなる。

本発明の皮膚測定システム１００でメラニン色素由来生成物を測定した場合を説明すると、第１の光源１０１及び第２の光源１０２のピーク波長として各々λ１、λ２のものを用い、メラニン及び皮膚の反射強度をそれぞれＲ_Ｍ（λ）、Ｒ_Ｓ（λ）とすると、本発明の皮膚測定システム１００によって得られる画像信号は以下の通りである。

まず、メラニン色素由来生成物が存在する領域の反射強度（Ｒ_Ｍ）とメラニン色素由来生成物が存在しない領域、つまり皮膚の反射強度（Ｒ_Ｓ）は以下の式で表される。

（式３：メラニン色素由来生成物が存在する領域）
Ｒ_Ｍ（λ１）−Ｒ_Ｍ（λ２）
（式４：）
Ｒ_Ｓ（λ１）−Ｒ_Ｓ（λ２）
画像信号のコントラストを高くするためには式３と式４の差が大きくなればよく、下記式から求められる数値が大きくなればよい。

（式５：コントラスト比）
（Ｒ_Ｓ（λ１）−Ｒ_Ｓ（λ２））−（Ｒ_Ｍ（λ１）−Ｒ_Ｍ（λ２））
これに対し、通常の白色光を照射して得られる画像信号では、可視波長領域（３８０〜７８０ｎｍ）の全ての光でのメラニン色素由来生成物が存在する領域での反射強度とメラニン色素由来生成物が存在しない領域での値を積分したものとなる。つまり、可視光での全波長での平均コントラストが得られることになる。

（式６：白色光でのコントラスト比）

以上から、本発明の皮膚測定システム１００ではメラニンと皮膚の反射率差が最も大きくなる波長（例えばλ１＝８００〜１０００ｎｍ、λ２＝６００〜７００ｎｍ）となるように、第１の光源１０１及び第２の光源１０２のピーク波長を設定でき、メラニン色素由来生成物での差分が十分とれる波長を用いて測定できるのに対し、特許文献１に記載の測定装置、あるいは通常の目視での確認では十分なコントラストをとることができない。

また、従来技術のメグザメーターや特許文献１の測定装置では狭いエリアの皮膚しか測定することができず、たとえばファンデーションを塗布する際に参考とすることは難しかった。また、メグザメーターで使っているフォトディテクターはエリア内で単一のデータしか測定することができず、広い範囲での皮膚測定をすることは困難だった。しかし、本発明の皮膚測定システム１００を用いれば比較的安価なシステムで顔全体のような広い面積で皮膚の測定ができる。

第１の光源１０１と第２の光源１０２で照射する光のスペクトルの半値幅は、狭い方が望ましい。その理由は、メラニンと皮膚の反射強度の差が大きくなるように各光源のピーク波長を設定するが、各光源の半値幅が広くなると、反射強度の差の小さな領域がと平均化されメラニンと皮膚のコントラストを悪化させるためである。具体的には、各光源のスペクトル半値幅は１００ｎｍ以下が良く、望ましくは５０ｎｍ以下が良い。これを実現する光源として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode；半導体発光素子）、ＬＤ（Laser Diode；レーザーダイオード）がある。しかし、ＬＤは価格が高いことや、通常の使用パワー範囲内では電力効率が悪いため、ＬＥＤが望ましい。

また、ＬＥＤやＬＤ以外にも第１の光源１０１としてネオンランプ（６４０から７１０ｎｍにピーク波長）、第２の光源１０２として水銀ランプ（３５０ｎｍから５５０ｎｍにピーク波長）を用いることができる。これらのランプは複数のピーク波長を有するので半値幅を小さくするためにフィルタをつけるとよい。これらのランプはメラニン、ヘモグロビンいずれでも利用することができる。

第１の光源１０１及び第２の光源１０２のピーク波長は、図２の波長帯２０７にかからないように、即ちピーク波長が１１００ｎｍ以上とならないように設定することが望ましい。１１００ｎｍ以上では水の吸収が無視できないほど大きくなるため、反射強度が弱くなり受光部における光の検出が困難となるからである。また、受光部１０３で用いるＣＣＤは通常で受光感度が１０００ｎｍくらい付近までであり、長波長の光源を用いても撮影することができない。そのため、ピーク波長が１１００ｎｍ以上とならないようにするとよい。

なお、上記の説明はヘモグロビンでも同様である。また、ヘモグロビンの場合は、第１の光源１０１のピーク波長を波長帯３０７（７００から１１００ｎｍ）、第２の光源のピーク波長を波長帯３０５（３００から４００ｎｍ）に設定することも可能である。しかし、波長帯３０５にピークを持つＬＥＤは波長帯３０６にピークを持つＬＥＤ（半導体発光素子）よりも高額であるため、波長帯３０６にピークを持つＬＥＤを用いる方が安価に作ることができる。

また、本発明の皮膚測定システム１００は、白色光源１０８を備えている。白色光源１０８は白色ＬＥＤなどからなる。メグザメーターは、肌に密着させて使用するため光源を直接見ることがない。そのため緑色の光を肌に当てていたとしても直接見ることがないため使用上の違和感がない。しかし、本発明の皮膚測定システム１００は顔に光源の光が当たっており、使用時に光源の光が見えるため、特に可視光であると使用時に違和感が生じる恐れがあり、可視光でなければ真っ暗でありやはり使用上の違和感が生じる恐れがある。そこで、本発明の皮膚測定システム１００では白色光源１０８を用い、測定に影響を与えない程度の時間は白色光を照射することにより、使用時の違和感をなくすことができる。

以上、説明したように本発明によれば比較的安価なシステムで顔全体といった広い面積の皮膚測定ができる。これにより、ファンデーションを塗布する際に参考とすることができるようになる。

（実施形態２）
図４は実施形態２の皮膚測定システムを示したものである。

本実施形態の皮膚測定システム４００は、実施形態１と異なり光源を３つ備え、メラニン色素由来生成物とヘモグロビン色素由来生成物とで別々の光源を用いて、演算処理することにより正確に測定することができる。メラニン色素由来生成物とヘモグロビン色素由来生成物との測定モードをユーザーが手動で切り替えてもよく、自動で切り替わるようにしてもよい。

皮膚測定システム４００は、第１の光源４０１と第２の光源４０２と第３の光源４０３、及び受光部４０４を備えている。そして、皮膚測定システム４００は、受光部４０４で測定した画像を第１の演算手段４０５、第２の演算手段４０６、第３の演算手段４０７により処理し、その処理された画像を第４の演算手段４０８、第５の演算手段４０９により処理し、表示装置４１０に表示する。また、白色光源４１１を備えている。

メラニン色素由来生成物を測定するモードについて説明する。

まず、被測定者の顔に第１の光源４０１から光を照射する。顔に照射された光の反射光をマトリクス状に配列された素子を持つＣＣＤからなる受光部４０４で撮像測定する。第１の演算手段４０５は、撮影された画像信号をデジタル信号化・ノイズ処理等の信号処理を行い、第１の画像信号に変換する。

次に、被測定者の顔に第２の光源４０２から光を照射する。照射する光は第１の光源とは異なる波長であるが、ピーク波長が異なっていれば良く、スペクトル波形において裾が重なっていてもよい。顔に照射された光の反射光をマトリクス状に配列された素子を持つＣＣＤからなる受光部４０３で撮像測定する。第２の演算手段４０６は、撮影された画像信号をデジタル信号化・ノイズ処理等の信号処理を行い、第２の画像信号に変換する。

第４の演算手段４０８は、第１の画像信号と第２の画像信号とを差分演算処理する。これにより、第１の光源４０１から照射された波長の光と、第２の光源４０２から照射された波長の光との差分をとった画像信号が得られることになる。この時、その信号の特定の信号を強調処理するようにしてもよい。

第４の演算手段で処理された画像信号は表示装置４１０に表示され、測定者の眼により目視確認ができるようになる。測定者と被測定者は同一人物であってもよい。

ヘモグロビン色素由来生成物を測定するモードについて説明する。

まず、被測定者の顔に第２の光源４０２から光を照射し、顔の反射光を受光部４０４で撮像測定し、第２の演算手段４０６で演算処理する。次に、被測定者の顔に第３の光源４０３から光を照射し、顔の反射光を受光部４０４で撮像測定し、第３の演算手段４０７で演算処理し第３の画像信号を得る。第５の演算手段４０９により、第２の画像信号と第３の画像信号とを差分演算処理する。これにより、第２の光源４０２から照射された波長の光と、第３の光源４０３から照射された波長の光との差分をとった画像信号が得られることになる。

本発明の皮膚測定システム４００によって得られた画像信号は、一般の白色照明下における顔の見え方に比べ、メラニン色素由来生成物若しくはヘモグロビン色素由来生成物が誇張して表示される。

図５は、皮膚の色を決定する要因物質の吸収率スペクトルを示す図である。

各吸収スペクトルは、メラニン５０１、ヘモグロビン５０２、皮膚５０３、水５０４の吸収スペクトルである。また、波長帯５０５は４００ｎｍ以下の紫外光から可視光であり、波長帯５０６は４００から６００ｎｍの可視光であり、波長帯５０７は６００から８００ｎｍの可視光から赤外光（近赤外光）であり、波長帯５０８は８００ｎｍから１１００ｎｍの可視光から赤外光（近赤外光）であり、波長帯５０９は１１００ｎｍ以上の赤外光（近赤外光）である。

メラニンの吸収スペクトル５０１は、６００ｎｍ近くまでは１００（１０^２）ｃｍ^−１以上と吸収が大きく、６００ｎｍ近傍で急激に吸収が減り始め、１０００ｎｍ近傍で吸収がほぼゼロになる。

ヘモグロビンの吸収スペクトル５０２は、３００ｎｍ近くまでは略１０（１０^１）ｃｍ^−１から１００（１０^２）ｃｍ^−１の範囲であり、３００ｎｍからいくつかの吸収ピークが現れ、７００ｎｍ近傍でほぼ吸収がゼロとなる。

皮膚の吸収スペクトル５０３は、紫外光である３００ｎｍ近辺までは１００（１０^２）ｃｍ^−１以上と吸収が大きく、３００ｎｍから緩やかに減り始め、可視光では１００ｃｍ^−１より小さくなっており、１０００ｎｍ近傍で吸収がほぼゼロになる。

水の吸収スペクトル５０４は、紫外光、可視光では吸収がほぼなく、赤外光である１１００ｎｍ近傍から光を吸収し始める。

本実施形態における皮膚測定システム４００において、第１の光源４０１のピーク波長が波長帯５０８（８００から１１００ｎｍ）、第２の光源４０２のピーク波長が波長帯５０７（６００から８００ｎｍ）、第３の光源４０３のピーク波長が波長帯５０６（４００から６００ｎｍ）に設定されている。

実施形態１では、２つの光源により測定を行った。しかし、本実施形態ではメラニン色素由来生成物とヘモグロビン色素由来生成物とで異なるピーク波長の光源を含めた３つの光源を用いることによって、メラニン色素由来生成物とヘモグロビン色素由来生成物のいずれも含む場合でもどちらが原因か特定した測定をすることができる。

具体的には、メラニンを測定する場合は、第１の光源４０１は波長帯５０８（８００から１１００ｎｍ）と第２の光源４０２として波長帯５０７（６００から８００ｎｍ）を用いる。メラニンは波長帯５０８での吸収がほとんどなく、波長帯５０７、特に６００から７００ｎｍでは吸収が大きい。ヘモグロビンは波長帯５０７、５０８共に吸収がほとんどない。そのため、反射強度の差分をとることによりメラニン量を測定することができる。

また、ヘモグロビンを測定する場合は、第２の光源４０２は波長帯５０７（６００から８００ｎｍ）と第３の光源４０３として波長帯５０６（４００から６００ｎｍ）を用いる。ヘモグロビンは波長帯５０７、特に７００ｎｍ以上での吸収がほとんどなく、波長帯５０６では吸収が大きい。また、メラニンは波長帯５０６と波長帯５０７、特に７００ｎｍ以下ではあまり大きな吸収スペクトルの変化がない。そのため、反射強度の差分をとることによりメラニン量を測定することができる。

このように本実施形態は、メラニン色素由来生成物、ヘモグロビン色素由来生成物が強調して表示されるだけでなく、実施形態１よりも精度の高い測定が可能になる。

なお、実施形態では光源の波長を波長帯で示したが、差分が利用できる程度離れた波長の光を用いればよい。理論的にはピーク波長が１０ｎｍ以上離れていれば可能であるが、ＬＥＤの半値幅も考慮すると５０ｎｍ程度離れているのが好ましい。

また、本発明の皮膚測定システム４００は、白色光源４１１を備えている。白色光源４１１は白色ＬＥＤなどからなる。上述したように、本発明の皮膚測定システム４１１は顔に光源の光が当たっており、使用時に違和感が生じる恐れがある。そこで、本発明の皮膚測定システム４００では白色光源４１１を用い、測定に影響を与えない程度の時間は白色光を照射することにより、使用時の違和感をなくすことができる。

以下、より具体的な実施例について述べる。

（実施例１）
図６は本発明の実施例１の皮膚測定システムを示す図である。

図６（ａ）は、皮膚測定システム６０１の模式図である。皮膚測定システム６０１は、カメラ部６０２と表示部６０３からなり、両者はケーブル６０４で接続されている。皮膚測定システム６０１は、カメラ部６０２により顔などの被測定物の皮膚を撮影し、その撮影した画像を基に処理した画像を表示部６０３に映し出す。

図６（ｂ）は、カメラ部６０２の正面図である。カメラ部６０２は、カメラ６０５、測定用のＬＥＤ６０６〜６０８を備えている。また、白色ＬＥＤ６１７を備えている。

ＬＥＤ６０６から６０８は、顔などの被測定物を照射するためのもので、実施形態の第１の光源から第３の光源であり、例えば近赤外線を発光するＬＥＤ６０６、赤色を発光するＬＥＤ６０７、緑色を発光するＬＥＤ６０８で構成されている。また、白色ＬＥＤ６１７は使用時の違和感をなくすための白色光源である。これらＬＥＤは、カメラ６０５を取り囲むように配置されている。これにより一方向からの照射により被測定物に影が生じることを避けることができる。この効果を発揮する為には、同色のＬＥＤがカメラ中央を中心として回転対称な位置に配置されている事が望ましい。なお、配列順序は説明の通りでなくてよく、またＬＥＤはカメラを取り囲むように配置されている事は必須ではなく、少なくとも１色ずつ備えていれば良い。

図６（ｃ）は、カメラ部６０２内のブロック図である。カメラ部６０２は、ＬＥＤ６０７（他のＬＥＤも有するが不図示）、レンズ６０９、ＣＣＤ６１０、電源回路６１１、制御回路６１２、演算回路６１３、一次メモリ６１４、表示部インターフェース６１５、モード切換えスイッチ６１６を備えている。

カメラ６０５は、レンズ６０９を介して受光部であるＣＣＤ６１０により撮影する。ＣＣＤ６１０は波長１０００ｎｍくらいまで撮影できるものを用いることが好ましい。ＬＥＤ６０６〜６０８は、制御回路６１２によりオン・オフ、照射強度の制御がされる。制御は所定の時間ずつ順番に切り替わるようにしてもよく、モード切換えスイッチ６１６に基づいて手動で行われてもよい。

ＬＥＤ６０６〜６０８のうち１つのＬＥＤから顔へ光を照射し、顔の皮膚の反射光をカメラ６０５により撮影測定する。ここでは、ＬＥＤ６０６が第１の光源４０１であり近赤外光であるピーク波長９４０ｎｍで半値幅は３０ｎｍのものであり、ＬＥＤ６０７が第２の光源４０２であり赤色であるピーク波長７００ｎｍで半値幅は２５ｎｍのものであり、ＬＥＤ６０８が第３の光源４０３であり緑色であるピーク波長５２５ｎｍで半値幅は３０ｎｍのものである。

カメラの受光部であるＣＣＤ６１０は多数の撮像画素を持ち、画素数に応じた分解能により顔の皮膚の状態を測定することができる。撮影された画像信号は、演算回路６１３によりノイズフィルタリング等の画像処理がなされ、１次メモリ６１４に格納される。次に、ＬＥＤ６０６〜６０８のうち別のＬＥＤから光を照射し、顔の皮膚の反射光をカメラ６０５により撮影測定する。撮影された画像信号は演算回路６１３により画像処理がなされ、１次メモリ６１４に格納される。１次メモリ６１４に格納された二つの画像信号は演算回路６１３により差分処理される。処理された画像信号は、表示部インターフェース６１５を介して表示部６０３へ送られる。これにより、リアルタイムで表示部６０３に画像信号が表示される。これらの動作は、１００ｎｓ以上１０ｓ以下で行うことが望ましい。１００ｎｓ未満で繰り返すことは、光源の中でも最も応答速度が速いＬＥＤにおいても１００ｎｓ程度であることから、技術的に難しいためである。また１０ｓより長いと、表示部に表示された顔の映像が１０ｓ毎に更新されることとなり、映像をリアルタイムで見ながら化粧をする際に待ち時間が生じてしまい、使用上不便なためである。

モード切換えスイッチ６１６は、メラニン色素由来生成物確認モードとヘモグロビン色素由来生成物確認モードとをユーザーの希望により切り替えることができるようになっている。測定者が希望したモードに従い、制御回路６１２でＬＥＤ６０６〜６０８のいずれを動作させるかが決定される。例えばメラニン色素由来生成物確認モードの場合は、ＬＥＤ６０６とＬＥＤ６０７が交互に点灯し、ヘモグロビン色素由来生成物確認モードの場合はＬＥＤ６０７とＬＥＤ６０８が交互に点灯する。

図７は、本実施例の皮膚測定システムを用いて顔を表示させたときの様子を示した図である。図７（ａ）に示すように、皮膚測定システムの表示部７０１は顔全体を写しており、第１の画像信号と第２の画像信号の差分画像信号が、白と黒のグレースケールで表示される。メラニン色素由来生成物７０２が、通常の白色光を照射して得られる画像に比べ、誇張して表示されており、メラニン色素由来生成物７０２が存在している領域において黒で濃く表示されるようになっている。眼・鼻・口等についても、皮膚と反射率が異なることから表示される。この映像を見ながらファンデーション等を施し、図７（ｂ）に示すようにメラニン色素由来生成物が、表示装置の映像で見えなくなるまで隠れるように、ファンデーションを塗布することができる。本発明によれば、このように顔の映像を見ながらファンデーションを施すことが可能となり非常に有益である。

本実施例では、白色ＬＥＤ６１７が照射している時間を長くし、その他のＬＥＤの照射時間を短くすることが好ましい。特にＬＥＤ６０７とＬＥＤ６０８は可視光であり、顔に赤色や緑色に照射されるため、使用者に悪い印象を与えるおそれがある。また、ＬＥＤ６０６も赤外線であるため基本的には見えないが、半値幅によっては可視光領域の光も発するため同様に照射時間を短くした方が好ましい。そのため、ＬＥＤ６０６からＬＥＤ６０８はシステムが処理可能な必要最小限の点灯時間にすることが望ましい。人間の眼は１／３０秒程度であれば切り替わっても前の像の残像が見えるため、ＬＥＤ６０６からＬＥＤ６０８を１／３０秒以下の速度で切り替え、残りの時間にＬＥＤ６１７を照射するようにすることが好ましい。

なお、本実施例ではカメラ部６０２と表示部６０３とをケーブルで接続したが、赤外線通信、Ｗｉｆｉなど無線通信で接続してもよい。その場合、カメラ部６０２に充電池・乾電池・太陽電池等のバッテリーを設けると使い勝手が良いシステムが得られる。

（実施例２）
図８は本発明の実施例２の皮膚測定システムを示す図である。

図８（ａ）は、皮膚測定システム８０１の模式図である。皮膚測定システム８０１は、カメラ部８０２、左表示部８０３、右表示部８０４、鏡８０５からなる。本実施例の皮膚測定システム８０１は、ドレッサータイプであり、必要に応じて図のように化粧品を収納する引き出しなどを有していてもよい。

図８（ｂ）は、カメラ部８０２の拡大図である。左側撮影用カメラ８０６と右側撮影用カメラ８０７とを有し、これらのカメラは各々左表示部８０３、右表示部８０４に対応している。照射用のＬＥＤ８０８〜８１１は左右撮影で共通になっており、ＬＥＤ８０８がピーク波長９４０ｎｍの近赤外光であり、ＬＥＤ８０９がピーク波長７００ｎｍの赤色であり、ＬＥＤ８１０がピーク波長５２５ｎｍの緑色であり、ＬＥＤ８１１が広帯域の白色ＬＥＤである。本皮膚測定システム８０１は、鏡８０５があるため白色ＬＥＤ８１１で顔を照射することにより自然な状態の顔を鏡８０５に写しだす。表示部８０４、８０５には実施例１と同様の処理を行ったメラニン色素由来生成物が強調された画像が表示される。なお、ＬＥＤ８０８〜８１１は左右撮影で共通としたが、左右で別々に配置してもよい。

本実施例では、白色ＬＥＤ８１１が照射している時間を長くし、その他のＬＥＤの照射時間を短くすることが好ましい。特にＬＥＤ８０９とＬＥＤ８１０は可視光であり、鏡に赤色や緑色に照射された顔が写るため、使用者に悪い印象を与えるおそれがある。また、ＬＥＤ８０８も赤外線であるため基本的には見えないが、半値幅によっては可視光領域の光も発するため同様に照射時間を短くした方が好ましい。そのため、ＬＥＤ８０８からＬＥＤ８１０はシステムが処理可能な必要最小限の点灯時間にすることが望ましい。人間の眼は１／３０秒程度であれば切り替わっても前の像の残像が見えるため、ＬＥＤ８０８からＬＥＤ８１０を１／３０秒以下の速度で切り替え、残りの時間にＬＥＤ８１１を照射するようにすることが好ましい。

なお、ここでは白色ＬＥＤ８１１の反射光を鏡８０５で写しているが、ＣＣＤなどの撮影用カメラで測定し、表示装置に映しても良い。

カメラ８０６、８０７は各ＬＥＤに同期して撮影し、画像処理を行って表示部８０３、８０４に表示する。１秒に１回程度画像が切り替われば実用上それほど問題なく使用できる。本実施例の測定システムは実施例１と同様であるので詳細な説明は省略する。

本実施例においては、左側撮影用カメラ８０６と右側撮影用カメラ８０７とを備えているので、顔面の内正面から見えない領域、例えば左右のえらの下等にあるメラニン色素由来生成物やヘモグロビン色素由来生成物を確認し、ファンデーション塗布等のケアを施すことができる。

以上、実施例を用いて説明したように本発明の皮膚測定システムを用いると簡易な構成で顔のような広い面積の皮膚の測定ができる。そのため、化粧の参考として用いることができる。目視で確認すると周囲の光量によりファンデーションを適切に塗布することは難しかったが、本システムを用いると適切に塗布することが可能となる。

実施例では顔を撮影したが他の部位でもよく、例えば手や足、胴体など幅広い部位に用いることができることは明らかである。

また、スマートフォンやパソコンなどカメラを備えた演算処理部を有する装置と実施例で説明した光源とを組み合わせることで、実施例と同様な皮膚測定システムを構築することが可能である。

本発明は皮膚の成分を測定する分野に利用できる。

１００、４００、６０１、８０１ 皮膚測定システム
１０１、１０２、４０１、４０２、４０３、６０６、６０７、６０８、８０８、８０９、８１０ 測定用光源
１０８、４１１、６１７、８１１ 白色光源
１０３、４０４、６０２、８０６、８０７ 受光部（カメラ）
１０４、１０５、１０６、４０５、４０６、４０７、４０８、４０９、６１３ 演算手段（演算回路）
１０７、４１０、６０３、７０１、８０３、８０４ 表示装置

Claims (9)

1. 複数の撮像素子を有する受光部と、
   波長７００ｎｍから１１００ｎｍにピーク波長を有する第１の光源と、
   前記第１の光源とは異なるピーク波長を有する可視光の第２の光源と、
   前記第1の光源から光を皮膚に照射し皮膚の反射光を受光部で測定して得られた信号と、前記第２の光源から光を皮膚に照射し皮膚の反射光を受光部で測定して得られた信号とを演算処理するための演算処理部と、
   を備えた皮膚測定システム。
2. 前記第２の光源は３５０ｎｍから７００ｎｍにピーク波長を有することを特徴とする請求項１に記載の皮膚測定システム。
3. 前記第１の光源と前記第２の光源と異なるピーク波長を有する第３の光源を有し、前記第３の光源から光を皮膚に照射し皮膚の反射光を受光部で測定して得られた信号と、前記第２の光源から光を皮膚に照射し皮膚の反射光を受光部で測定して得られた信号とを演算処理するための演算処理部とを有することを特徴とする請求項１に記載の皮膚測定システム。
4. 前記第１の光源は８００ｎｍから１１００ｎｍ、前記第２の光源は６００ｎｍから８００ｎｍ、前記第３の光源は４００ｎｍから６００ｎｍのピーク波長を有し、各光源のピーク波長は異なることを特徴とする請求項３に記載の皮膚測定システム。
5. 上記光源とは別の白色光源を備えたことを特徴とする請求項１から４に記載の皮膚測定システム。
6. 前記光源の内少なくとも１種について、２個以上の光源からなり、かつ受光部の中央を中心として回転対称位置に配置されていることを特長とする請求項１から５に記載の皮膚測定システム。
7. 上記光源が１００ナノ秒から１０秒の間に切り替わることを特徴とする請求項１から６に記載の皮膚測定システム。
8. 上記演算処理した信号を基に表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１から７に記載の皮膚測定システム。
9. 上記受光部がＣＣＤからなることを特徴とする請求項１から８に記載の皮膚測定システム。