JP4831327B2

JP4831327B2 - 皮膚性状評価方法

Info

Publication number: JP4831327B2
Application number: JP2006206119A
Authority: JP
Inventors: 由樹諸隈; 哲也次田
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: JP2008029578A

Description

本発明は、皮膚の表面硬さと内部硬さを独立的に評価する皮膚性状評価方法に関する。

皮膚の応力に対する表面特性を評価するために、皮膚表面の被測定部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が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

この方法によれば、皮膚に直接的に機械的応力を与えてその変位を計測する従前の皮膚の弾力性の評価方法に比して、皮膚に非接触で、被験者に不快感を与えることなく、皮膚の弾力性、柔軟性、弛み度等を評価することができる。

特開昭６１−２３８２２４号公報特開２００４−１０８７９４号公報

従来の応力に対する皮膚の表面特性の評価方法は、皮膚の弾力性、柔軟性、弛み等を、皮膚の最表面から真皮程度までの皮膚の表面と、皮下組織側の内部とを合わせた一体として評価するものであった。

一方、本発明者らは、肌ケアの美容専門家が不特定多数の被験者の皮膚の硬さを触診によって調べた場合に、皮膚の硬さには、皮膚表面で指を滑らすようにして皮膚を押圧することにより評価される皮膚の表面硬さと、皮膚表面を指で押し込むことにより評価される皮膚の内部硬さがあり、図３Ａ〜図３Ｆ、及びこれらを一つの図に重ね合わせると共に、各年代の平均値を示した図４に示すように、１０代の者は、それより高齢の者に比して表面も内部も硬く、加齢に伴い、表面も内部も柔らかくなる傾向があり、また、加齢が進むと内部よりも表面が硬くなる傾向を見いだした。ここで、これらの図は、３人の肌ケアの美容専門家が１０代から６０代の１１０名を被験者とし、各被験者について、表面硬さと内部硬さをそれぞれ１〜５の５段階のスコアに評価した場合の、３人のスコアの平均をプロットしたものである。

この加齢に伴って表面も内部も柔らかくなる傾向は、表面硬さスコア２、内部硬さスコア２の２０代の皮膚に対し、表面硬さスコア４、内部硬さスコア４の６０代の皮膚では、頬に圧縮ガスを吹き付けた時の凹みが大きく、弾力性が乏しく、弛みがあることと対応する。また、内部よりも表面が硬い、表面硬さスコア２、内部硬さスコア４の６０代の皮膚では、弾力が乏しいと同時にキメが消失し、皮膚表面に光沢を有する傾向がある。

したがって、美容上、応力に対する皮膚の表面特性を、機械的に客観的に評価する場合においても、表面硬さと内部硬さの２面から解析することが望まれる。

そこで、本発明は、肌ケアの美容専門家によらず、機械的、客観的に、皮膚の表面硬さと内部硬さとを独立的に評価できるようにすることを目的とする。

本発明者らは、圧縮ガス等の外力で皮膚を瞬間的に押圧した場合に生じる皮膚の凹みの広がりと深さを計測すると、その計測値に基づいて、肌ケアの美容専門家による皮膚の表面硬さと内部硬さの評価に対応する評価値を算出できることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、外力で皮膚表面を押圧することにより皮膚に凹みを生じさせ、その凹みの広がりと深さとに基づいて皮膚の表面硬さの評価値と内部硬さの評価値とを算出する美容目的の皮膚性状評価方法を提供する。

また、この方法を好適に実施するシステムとして、本発明は、外力により皮膚の評価部位を押圧する外力付加手段、
少なくとも皮膚の押圧時に、皮膚の評価部位の画像を撮影するカメラと皮膚の表面変位を計測する変位計、及び
カメラで撮影した画像を画像処理し、押圧により生じた皮膚の凹みの広がりを計測すると共に、皮膚の凹みの広がりの計測値と変位計による皮膚の凹みの深さの計測値に基づいて皮膚の表面硬さと内部硬さの評価値を算出する演算手段
を備えた皮膚性状評価システムを提供する。

本発明の皮膚性状評価方法によれば、肌ケアの美容専門家によらず、皮膚の硬さを表面硬さと内部硬さの２面から機械的、客観的に評価することが可能となる。したがって、若年者から老齢者にわたる弾力性、柔軟性、弛み、はり、しわ、キメ等の美容上重要な皮膚性状をより詳細に解析することが可能となる。

また、本発明の皮膚性状評価システムによれば、本発明の皮膚性状評価方法において、押圧により生じさせた皮膚の凹みをカメラで撮り、その撮影した画像の画像処理により皮膚の凹みを計測し、また、そのときの皮膚の凹みの深さを変位計で計測するので、より簡便に本発明の皮膚性状評価方法を実施することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の評価方法を実施する評価システム１００の一例の概略構成図である。この評価システム１００は、皮膚表面の評価部位Ｓに外力を加える外力付加手段の一つとして噴射ノズル１を備えている。また、評価部位Ｓを撮影する高速度カメラ１１と、評価部位Ｓの表面変位を計測するレーザー変位計１２と、照明手段１３とを組み込んだ計測部ユニット１０、及びこれらの作動タイミングを制御すると共に皮膚の表面硬さと内部硬さの評価値を算出する演算手段２０、及び評価部位Ｓとする顔面の固定手段３０を備えており、演算手段２０には、高速度カメラ１１で撮影した画像や、演算処理結果等を表示するディスプレイ２１が接続されている。

ここで、照明手段１３としては、皮膚温の上昇を避けるために、熱が皮膚に伝わり難いものを使用することが好ましく、この評価システム１００ではメタルハライドを光源とすることができる。また、照明手段１３は、高速度カメラ１１による早いシャッタースピードに対応して、通常のカメラで撮影する場合よりも相対的に高い照度のものが好ましく、照明方向は、評価部位Ｓの法線方向とすることが好ましい。

固定手段３０は顎載せ台と額当てからなる。

なお、この評価システムにおいて、評価部位Ｓは、皮膚表面であれば特に制限はなく、評価目的に応じて、素肌でも化粧肌でもよく、顔面でも、腕、肩、胸部、背部、腹部、大腿部、ふくらはぎ部その他の部位でもよい。

噴射ノズル１は、評価部位Ｓとする皮膚表面が一時的に凹む程度に空気、窒素、二酸化炭素等の体に害を与えない圧縮ガスを噴射するもので、噴射ノズル１には、圧縮ガスを蓄える貯気室２、貯気室２内の気圧を所定の圧力に調整するリミッタ３、及び操作スイッチ５が設けられており、操作スイッチ５を入れることにより圧縮ガスの圧力が高まり、圧縮ガスが噴射ノズル１から噴出される。

貯気室２における圧縮ガスの圧力や噴射ノズル１の開口面積は、評価部位Ｓによって適宜変えることが好ましい。例えば、人の顔の頬を評価部位Ｓとする場合、貯気室２のガス圧は０．０１〜０．５ＭＰａとし、噴射ノズル１の開口径は０．５〜１０ｍｍとすることが好ましい。また、腕、肩、胸部、背部、腹部、大腿部、ふくらはぎ部等の体躯を評価部位とする場合には、ガス圧と噴射ノズル１の開口径をより大きくすることが好ましい。

噴射ノズル１は、評価部位Ｓに圧縮ガスをできる限り拡散させることなく噴射させるため、先端が絞り構造となっている。噴射ノズル１の設置角は、評価部位Ｓに対して圧縮ガスが法線方向から噴射されるようにすることが好ましい。

噴射ノズル１と評価部位Ｓとの距離は、評価部位や噴射圧にもよるが、通常、０．５〜１００ｍｍが好ましい。また、噴射時間は、０．１〜０．５秒とすることが好ましい。

なお、本発明の評価システムにおいて、皮膚の評価部位Ｓを押圧する外力付加手段としては、圧縮ガスを噴射する噴射ノズル１に代えて、水を噴射する噴射ノズル、バネにより所定の圧力で皮膚を押圧できるようにした棒状体等を設けてもよい。

高速度カメラ１１は、噴射ノズル１が評価部位Ｓに圧縮ガスを噴射する直前から、噴射している間、及び噴射後に至るまでの画像を高速で連続的に撮り、評価部位Ｓに圧縮ガスを吹き付けることにより現れ、吹き付けをやめると、直ちにあるいは速やかに消失する（通常、噴射停止後０．２秒以内）皮膚表面の凹みの変化を捉えるものである。圧縮ガスの噴射開始後の好ましい撮影タイミングは、皮膚の凹みが最大になっている状態であり、少なくとも圧縮ガスの噴射時とするが、皮膚の凹みが最大になっている状態を見いだすため、圧縮ガスの噴射の前後にわたり撮影することが好ましい。高速度カメラによれば、皮膚の凹みの変化を容易に追跡することができ、凹みが最大になっている状態の画像を容易に撮ることができる。一方、圧縮ガスの噴射開始後の好ましい撮影タイミングを予め調べておくことにより、通常のカメラを使用してそのタイミングで画像を撮ることもできる。

また、皮膚表面の凹みを画像に撮るため、皮膚表面に予め基準点あるいは基準線を付しておき、それらの移動や歪みにより皮膚表面の凹みの広がりを計測できるようにしてもよいが、後述するように、皮膚表面の凹みにより生じるリング状の光沢から凹みの広がりを計測する場合には、そのような光沢を画像上に良好に撮れる高速度カメラを使用する。より具体的には、高速度カメラ１１としては、解像度が１００〜１５０ｐｉｘｅｌ／ｉｎｃｈ、シャッタースピード６０フレーム／秒以上のデジタルカメラが好ましく、静止画と動画の双方を撮れるものが好ましい。

高速度カメラ１１は、必要に応じて複数台設け、圧縮ガスの噴射による凹みの形状等について、３次元情報を得られるようにしてもよい。

レーザー変位計１２としては、肌に傷害が少ない点から、ＣＬＡＳＳ２Ｂ以下のレーザーを光源とするものが好ましく、例えば赤色ＬＥＤを光源とすることができる。また、測定精度が高い点から高精度ＣＣＤタイプが望ましい。

本発明において、変位計としては、レーザー変位計の他、超音波を利用した変位計、赤外線を利用した変位計等を使用してもよい。

高速度カメラ１１の撮影方向は、評価部位Ｓの法線方向とすることが好ましく、レーザー変位計１２は評価部位Ｓの変位面に正対させることが好ましく、さらに、前述の噴射ノズル１の噴射方向及び照明手段１３の照明方向の全てを評価部位Ｓの法線方向とすることが好ましいため、計測部ユニット１０では、これらを一体化させることが好ましい。

演算手段２０は、高速度カメラ１１、レーザー変位計１２の動作タイミングを制御し、噴射ノズル１からの圧縮ガスの噴射の前後にわたり、高速度カメラ１１とレーザー変位計１２を同期させて始動させる。

また、演算手段２０は、高速度カメラ１１で撮影した画像を画像処理し、押圧により生じた評価部位Ｓの凹みの広がりを計測すると共に、その計測値と、レーザー変位計１２による評価部位Ｓの凹みの深さの計測値とに基づいて皮膚の表面硬さと内部硬さの評価値を算出する。

高速度カメラ１１で撮影した画像の画像処理としては、例えば、図２（ａ）に示すように、押圧により評価部位Ｓにリング状の光沢が現れる場合、まず、画像をグレースケールに変換し、必要に応じてノイズを除去する。次に図２（ｂ）に示すように輝度分布を計測し、同図（ｃ）に示すように、リング状の光沢で輝度変化が大きく変わる２点間の距離を、押圧による凹みの直径として計測し、この直径に対応する円の面積を凹み面積とする。なお、リング状の光沢の大きさが、圧縮ガスの噴射中に変わる場合には、凹みの直径や面積としては、その最大値を使用することが望ましい。また、リング状の光沢が楕円状に現れる場合には、リング状の光沢上の２点間の距離を複数方向から計測する。

レーザー変位計１２による皮膚の凹み深さの計測値としては、例えば、凹みの最大変位量、あるいは圧縮ガスの噴射から一定時間の変位量を計測値とする。

高速度カメラ１１で撮った画像による皮膚の凹みの広がりの計測値と、レーザー変位計１２で計測した皮膚の凹み深さの計測値とから皮膚の表面硬さの評価値と内部硬さの評価値を算出する解析方法としては、複数人の被験者について、予め、肌ケアの美容専門家の触診により表面硬さのスコア値と内部硬さのスコア値とを得ておき、一方、各被験者の皮膚の凹みの広がりと皮膚の凹みの深さを前述のように計測し、表面硬さのスコア値と内部硬さのスコア値を目的変数とし、皮膚の凹みの広がりの計測値と皮膚の凹みの深さの計測値とを説明変数として、多変量解析する。この場合、説明変数には、凹みの直径、面積、深さの他、これらから導出される凹み体積その他の形状変化に関する変数を使用してもよい。

こうして算出される皮膚の表面硬さの評価値は、頬の場合、皮膚の最表面から真皮までの通常２ｍｍ程度の厚さの硬さに対応し、内部硬さはそれより真皮側の硬さに対応すると考えられるが、皮膚の表面と内部を厳密にある深さで区切った場合の硬さを意味するものではなく、肌ケアの美容専門家が触診で皮膚の硬さを評価する場合の主観的な表面硬さと内部硬さに対応するものである。

この皮膚の表面硬さの評価値と内部硬さの評価値は、これまでに知られていない全く新しい皮膚表面性状の評価指標であり、化粧品やスキンケア手法が皮膚に与える影響を調査する上で有用となり、化粧品やスキンケア手法の開発、美容アドバイスへの応用などでも有用となる。

実施例１
１０代から６０代の１１０名を被験者とし、顔を水洗した後、化粧水を塗布した状態の頬を評価部位とした。この評価部位の表面硬さと内部硬さを、３人の肌ケアの美容専門家がそれぞれ１〜５の５段階に評価し、３人の評価値の平均を当該評価部位の触診によるスコアとした。

一方、図１に示した評価システムにより各評価部位に圧縮ガスを噴射し、それにより生じた凹みを高速度カメラ（NAC MEMRECAMfxRX-5,512x484pixel,500fps）で撮影すると共に、レーザー変位計（KEYENCE社LK-G157）で凹み量を計測した。この場合、噴射ノズルの直径は１．５ｍｍ、貯気室における圧縮ガスの圧力は０．８気圧（０．０８ＭＰａ）、評価部位と噴射ノズルとの距離は６５ｍｍとした。

演算手段では、高速度カメラで撮った画像をグレースケール化し、圧縮ガスの噴射により凹んだ皮膚にリング状の光沢が生じたことを確認し、リング状の光沢が最大になった時点での画像上の輝度に基づいて凹みの直径を計測し、得られた直径から凹みの面積を算出した。

触診による皮膚の表面硬さのスコアと内部硬さのスコアとを目的変数とし、凹みの直径、面積、深さの最大変位量、円の面積÷最大変位量を説明変数としてステップワイズ法により多変量解析を行った。

その結果、

という信頼性の高い重回帰式を得た。

これにより、表面硬さと内部硬さのそれぞれについて、圧縮ガスの噴射により生じた凹みの広がり（直径、面積）と凹みの深さの計測から、美容専門家によるスコアを予測できることがわかる。

上述の被験者とは別に、表１に示すように、１０代から５０代の各年代の被験者Ａ〜Ｅの５名について、上述と同様に美容専門家により表面硬さスコアと内部硬さスコアを得、また、得られた回帰式により表面硬さスコアと内部硬さスコアを算出した。結果を表１に示す。

表１から、各被験者について、表面硬さと内部硬さの触診値による大小関係と、算出値による大小関係が一致していることがわかる。

比較例１
実施例１において、凹みの深さのみを説明変数として回帰式を求めた。その結果、回帰式は

となり、回帰式の信頼性が大きく低下した。

比較例２
実施例１において、凹みの広がりのみを説明変数として回帰式を求た。その結果、回帰式は

となり、回帰式の信頼性が大きく低下した。

本発明の皮膚性状の評価方法及びシステムは、皮膚の表面硬さと内部硬さを機械的、客観的に数値評価することを可能とし、化粧品やスキンケア方法の開発、販売促進等に有用となる。

皮膚表面性状の評価システムの概略構成図である。皮膚の凹みの直径の計測方法の説明図である。１０代の皮膚の触診による表面硬さと内部硬さの散布図である。２０代の皮膚の触診による表面硬さと内部硬さの散布図である。３０代の皮膚の触診による表面硬さと内部硬さの散布図である。４０代の皮膚の触診による表面硬さと内部硬さの散布図である。５０代の皮膚の触診による表面硬さと内部硬さの散布図である。６０代の皮膚の触診による表面硬さと内部硬さの散布図である。１０代〜６０代の皮膚の触診による表面硬さと内部硬さの散布図である。

符号の説明

１噴射ノズル
２貯気室
３リミッタ
５操作スイッチ
６シリンダー部
１０計測部ユニット
１１高速度カメラ
１２レーザー変位計
１３照明手段
２０演算手段
２１ディスプレイ
３０固定手段
１００評価システム
Ｓ評価部位

Claims

外力で皮膚表面を押圧することにより皮膚に凹みを生じさせ、その凹みの広がりと深さとに基づいて皮膚の表面硬さの評価値と内部硬さの評価値とを算出する美容目的の皮膚性状評価方法。
外力が圧縮ガスであり、圧縮ガスの噴射時に皮膚に生じる凹みの広がりをカメラで撮影することにより計測し、圧縮ガスの噴射時に皮膚に生じる凹みの深さを変位計で計測する請求項１記載の皮膚性状評価方法。
皮膚の表面硬さと内部硬さの評価値に、それぞれ触診で得られる皮膚の表面硬さと内部硬さのスコアとを対応させる請求項１又は２記載の皮膚性状評価方法。
外力により皮膚の評価部位を押圧する外力付加手段、
少なくとも皮膚の押圧時に、皮膚の評価部位の画像を撮影するカメラと皮膚の表面変位を計測する変位計、及び
カメラで撮影した画像を画像処理し、押圧により生じた皮膚の凹みの広がりを計測すると共に、皮膚の凹みの広がりの計測値と変位計による皮膚の凹みの深さの計測値に基づいて皮膚の表面硬さと内部硬さの評価値を算出する演算手段
を備えた皮膚性状評価システム。