JP2015152601A - 皮膚状態診断装置およびこれを用いた皮膚状態診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非破壊方法によって皮膚状態を容易に診断する装置および方法を提供する。特に、光分析方法によって皮膚の表皮に集中している特定成分を分析し、光情報から分析された特定成分が光情報に及ぼす影響を除去することにより、皮膚の内部情報を正確に把握することのできる装置および方法を提供する。
【解決手段】皮膚状態診断方法において、少なくとも１つの発光ダイオードを含む光源を用意する。光源を用いて皮膚に光を照射する。光検出器を用いて、皮膚を経て放出される光を受信する。他の側面による皮膚状態診断装置は、少なくとも１つの発光ダイオードを含み、発光ダイオードから放出される光を皮膚に照射する光源と、皮膚を経て放出される光を受信する光検出器と、受信された光を利用して皮膚の構成成分を算出する演算装置とを含み、演算装置は、受信された光情報から、表皮の特定成分が及ぼす情報を除去する。
【選択図】 図１

Description

本開示（ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ）は、皮膚状態診断装置およびこれを用いた皮膚状態診断方法に関する。

現在、期待寿命の延長に伴い、健康状態に対する診断および管理は必須で行われるべき項目の一つである。皮膚は、人体が外部環境に向かい合う要素であって、多様な新陳代謝産物と構成成分を含んでおり、時には、健康状態を示す指標になる。具体的な一例として、血色が良くない場合、血液循環障害または消化障害を疑うことができる。他の例として、皮膚にトラブルが生じた場合、精神的ストレスを疑うこともできる。

従来の場合、このような皮膚状態の診断は、大体、視覚的または触覚的な方法により行われてきた。具体的には、皮膚の弾力の良し悪しを光学顕微鏡を通して視覚的に判別することができ、皮膚の水和度（ｓｋｉｎ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ）を触覚で判別することもできる。一例として、韓国公開特許公報第１０−２００８−００３３０４０号では、使用者の皮膚に電圧を印加し、前記使用者の皮膚に流れる電流信号を検出し、使用者の皮膚の水和度および汗腺活動度（ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｓｗｅａｔ ｄｕｃｔ）を測定して皮膚の水分含有量情報を導出することにより、皮膚管理情報を生成する方法を開示している。

一方、健康状態の診断のための皮膚モニタリングは持続的に行われる必要がある。これによって、診断対象者に不快感を与えない一方で、より簡便にモニタリングおよび診断を行うことのできる皮膚状態診断装置および方法が要請されている。

これに関連する従来技術として、韓国公開特許公報第１０−２００８−００６９７３０号は、多機能デジタル皮膚映像装置および映像分析方法を開示している。韓国公開特許公報第１０−２００８−００６９７３０号の皮膚映像装置は、光源部と、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ；ＣＣＤ）カメラと、１つ以上の光学フィルタが備えられた回転式フィルタホイール段とを備え、回転式フィルタホイール段が回転することにより、波長選択機能のある光学フィルタのうちの１つが選択され、ＣＣＤカメラのレンズの前に位置するように構成される。しかし、前記皮膚映像装置は、フィルタの使用によって、実際の実現時、価格が高く、映像がフィルタによる２次特性の影響を受けて歪み、フィルタを通過した状態の光を測定しなければならないため、強度の弱い波長の測定が難しいという欠点がある。また、前記皮膚映像装置は、大きく、個人が携帯して使用することは不可能である。

さらに他の従来技術として、韓国公開特許公報第１０−２００９−００４１３８４号は、皮膚検査用カメラを開示している。韓国公開特許公報第１０−２００９−００４１３８４号の皮膚検査用カメラは、所定範囲の波長を通過させる紫外線フィルタと、皮膚の皮脂と反応して発生する光を分離する偏光フィルタとを備え、皮脂の状態を特定の色に分けて判断できるようにする。しかし、前記皮膚検査用カメラは、使用波長が皮脂と反応する特定波長に限定され、紫外線フィルタを用いるため、フィルタによる価格の増加、映像の歪みおよび測定可能な波長の制限など、前述した問題を同様に抱えている。

韓国公開特許公報第１０−２００８−００３３０４０号 韓国公開特許公報第１０−２００９−００４１３８４号 韓国公開特許公報第１０−２００８−００６９７３０号

チョン，チュンボク外共著、『透明感の測定による剤形の美白効能評価と透明感に関与する要素に対する分析』、Ｊ．Ｓｏｃ．Ｃｏｓｍｅｔ．Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ Ｋｏｒｅａ，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．４、２０１０年１２月、２５３−２５８

発明者は、このような従来技術による場合、皮膚の表皮に集まっている特定成分によって光情報が影響を受けて、表皮内部の状態の把握が妨げられることを確認した。

本開示の実施形態は、非破壊方法によって皮膚状態を容易に診断する装置および方法を提供する。特に、光分析方法によって皮膚の表皮に集中している特定成分を分析し、光情報から分析された特定成分が光情報に及ぼす影響を除去することにより、皮膚の内部情報を正確に把握することのできる装置および方法を提供する。

本発明の一実施形態によると、皮膚状態診断方法が開示される。皮膚状態診断方法において、少なくとも１つの発光ダイオードを含む光源を用意する。前記光源を用いて皮膚に光を照射する。光検出器を用いて、前記皮膚を経て放出される光を受信する。前記受信された光情報から、表皮の特定成分が及ぼす情報を除去する。

他の側面による皮膚状態診断装置は、少なくとも１つの発光ダイオードを含み、前記発光ダイオードから放出される光を皮膚に照射する光源と、前記皮膚を経て放出される光を受信する光検出器と、前記受信された光を利用して皮膚の構成成分を算出する演算装置とを含み、前記演算装置は、受信された光情報から、表皮の特定成分が及ぼす情報を除去する。

本開示の実施形態によれば、皮膚に光を照射し、皮膚を経て放出される光を受信することにより、非破壊的に皮膚の状態を容易に診断することができる。一例として、光として紫外線を用いることができる。紫外線は自然環境における可視光線などと容易に識別され得、皮膚から受信される光信号の信頼性を高めることができる。また、紫外線は皮膚に深く浸透せずに表皮や真皮程度ですべて散乱、反射、吸収されて消滅するため、これを分析すれば、表皮に分布した特定成分を明確に分析することができる。光の受信は、光検出器およびカメラを通して行われてよいし、皮膚の詳細検知領域毎に区分して光の情報を確保することができる。これによって、皮膚の状態を細分化してより具体的に診断することができる利点がある。また、複数の発光ダイオードセットによって異なる波長の光を順次に照射することにより、皮膚の波長毎の情報を得ることができる。さらに、偏光器を用いて、歪んだ情報を低減し、照射光と反射光の偏光方向を、平行偏光、交差偏光および非偏光モードなどに調整しながら正確な診断を行うことができる。ひいては、それぞれの発光ダイオードセットを別の駆動信号によって動作させることにより、各発光ダイオードセットの各波長毎に電気的特性を調整し、同一の光量を発することができる。

このような発明の効果は、本発明の一実施形態の構成から導びき出される多様な効果の一部を例示するものであり、提示する実施形態の構成から自明に導びき出される他の多様な効果を排除するものではない。

このような効果とともに、本発明の具体的な効果は、以下、発明を実施するための形態を説明しながら併せて記述する。

本開示の一実施形態にかかる皮膚状態診断方法を概略的に示すフローチャートである。 従来の皮膚の構成成分の光吸収係数を示すグラフである。 従来の皮膚の構成成分の光吸収強度を示すグラフである。 従来の皮膚の構成成分の蛍光強度を示すグラフである。 本開示の一実施形態にかかる皮膚状態診断装置を概略的に示すブロック図である。 本開示の一実施形態にかかる皮膚状態診断装置の動作を概略的に示す模式図である。 本開示の一実施形態にかかる皮膚状態診断装置の動作を概略的に示す模式図である。 本開示の一実施形態にかかる携帯用皮膚状態診断装置を概略的に示す模式図である。 一実施形態にかかる皮膚状態診断装置を概略的に示す斜視図である。 一実施形態にかかる皮膚状態診断装置を概略的に示す断面図である。

以下、添付した図面を参照して、本開示の実施形態をより詳細に説明する。しかし、本開示に開示された技術は、ここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されてもよい。図面において、各装置の構成要素を明確に表現するために、構成要素の幅や厚さなどの大きさをやや拡大して示している。

複数の図面上において、同一の符号は実質的に互いに同一の要素を示す。また、単数の表現は、文脈上明らかに異なって意味しない限り、複数の表現を含むことが理解されなければならず、「含む」または「有する」などの用語は、記述される特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないことが理解されなければならない。

本明細書において、ＮＡＤ（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）は、細胞で発見される助酵素の一種であって、ＮＡＤＨはＮＡＤの還元形態であり、ＮＡＤ＋はＮＡＤの酸化形態を意味する。

本開示（ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ）は、皮膚状態診断方法およびこれを行うための皮膚状態診断装置に関する多様な実施形態を提供する。

図１は、本開示の一実施形態にかかる皮膚状態診断方法を概略的に示すフローチャートである。図２Ａ〜図２Ｃは、従来の皮膚の構成成分の光吸収係数、光吸収強度、および蛍光強度を示すグラフである。

１１０ステップを参照すれば、少なくとも１つの発光ダイオードを含む光源を用意する。一実施形態において、前記発光ダイオードは、紫外線、可視光線、および赤外線の中から選択される少なくとも１つ以上の光を提供することができる。

１２０ステップを参照すれば、光源を用いて皮膚に光を照射する。一実施形態において、複数の発光ダイオードを用意し、複数の発光ダイオードから互いに異なる波長の光を放出させることができる。発光ダイオードは、その特性上、半値幅（ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｈａｌｆ ｗｉｄｔｈ）の狭いピーク波長の光を提供可能なため、後述の光検出器が受信する光の波長も、これに対応して狭い半値幅を有することができる。結果的に、発光ダイオードから放出される光を適用することにより、光分析の信頼度を向上させることができる。皮膚は、一例として、顔、手、足などの身体の一部分であって、外部に露出する皮膚の部分であってよい。

１３０ステップを参照すれば、光検出器を用いて、皮膚を経て放出される光を受信する。一実施形態において、光検出器を用いて光を受信するステップは、皮膚から放出される反射光スペクトル、蛍光スペクトル、または散乱光スペクトルを受信するステップを含むことができる。スペクトルは、単独または２つ以上をともに受信することができる。

次に、フローチャートに示さないが、演算装置を用いて、受信された光を利用して皮膚の構成成分による吸収スペクトルを算出するステップをさらに含むことができる。吸収スペクトルは、皮膚に照射された光が前記構成成分によって吸収される程度を示すものであって、皮膚状態を代弁する（見る）構成成分による吸収度を算出する場合、前記皮膚内の前記構成成分の存否および濃度を確認することができる。

皮膚の構成成分のうち、皮膚状態のマーカーは、一例として、酸化度、水和度、コラーゲンレベルなどを含むことができる。酸化度は、一例として、オキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンの相対的濃度によるとよい。水和度は、一例として、水分の含有量によるとよい。図２Ａは、デオキシヘモグロビン２０１、オキシヘモグロビン２０２、水２０３、および脂質２０４の波長毎の吸収係数を示している。デオキシヘモグロビン２０１、オキシヘモグロビン２０２、水２０３、および脂質２０４は、互いに差別化される吸収波長帯域を有することを確認することができる。また、図２Ｂに示されるように、トリプトファン２０５、ＮＡＤ＋２０６、コラーゲン２０７、エラスチン２０８、ＮＡＤＨ２０９、およびフラビン２１０は、入射光の波長に応じた光吸収強度が互いに差別化されることを確認することができる。上述の１３０ステップにより、実験的に皮膚から放出される光の吸収スペクトルを算出することができる。実験的に測定した吸収スペクトルの波長を、図２Ａおよび図２Ｂに示された構成成分の波長毎の吸収係数および波長グラフと互いに比較することにより、皮膚内の構成成分の種類および濃度を算出することができる。これによって、皮膚状態を診断することができる。

さらに他の例として、酸化度、水和度、コラーゲンレベルなどのマーカーは、図２Ｃに示されるように、それぞれ光を吸収した後に再び蛍光の形態で放出する波長およびその強度から導出できる。図２Ｃに示されるように、トリプトファン２０５、ＮＡＤ＋２０６、コラーゲン２０７、エラスチン２０８、ＮＡＤＨ２０９、フラビン２１０は、放出する蛍光の波長帯域が互いに差別化されることを確認することができる。上述の１３０ステップにより、実験的に皮膚から放出される光の蛍光スペクトルを算出し、実験的に算出された前記蛍光スペクトルの波長を、図２Ｃに示された構成成分の波長毎の蛍光強度グラフと互いに比較することにより、皮膚内の構成成分の種類および濃度を算出することができる。これによって、皮膚状態を診断することができる。

皮膚内の構成成分を調べるために光を照射する時、すべての光は必ず表皮を経るようになっている。特に、比較的長い波長帯の光である可視光線と赤外線は皮膚を経て人体の内部に浸透する。反面、相対的に波長の短い紫外線は皮膚に深く浸透せずに大部分が表皮で吸収されたり散乱したりする。

一方、皮膚中の表皮には特定成分が集中的に分布する場合がある。仮に、表皮には、人種や、個々人の特性、個人の置かれた環境に応じてその濃度が大きく変化するメラニン成分が存在する。

したがって、図２Ａ〜図２Ｃのグラフを用いて、皮膚内の構成成分の種類および濃度を算出する時、表皮の特定成分の量に応じて皮膚を経て出る光の性質が大きく変化する。

このような理由から、本発明では、検査の対象となる身体部位の表皮の特定成分の濃度を予め分析し、追加的に進行する光の照射と分析の結果から、予め分析された表皮の特定成分の濃度による影響を除去することにより、皮膚内の構成成分を正確に測定しようとする。

そこで、本発明にかかる一実施形態によれば、まず、診断しようとする皮膚に紫外線を照射する。紫外線は、ＵＶＡ領域、または３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲のピーク波長を有する。このような波長帯の紫外線は大部分が表皮や真皮で吸収されたり散乱するため、表皮の特定成分を把握するのに有利である。

光源から皮膚に照射された後、皮膚を経て放出された紫外線を前記光検出器で受信し、受信された光情報から、表皮（ｅｐｉｄｅｒｍａｌ）に分布した特定成分の量を算出する。

例えば、表皮は、主に死細胞、ケラチノサイト（ｋｅｒａｔｉｎｏｃｙｔｅｓ）、メラノサイト（ｍｅｌａｎｏｃｙｔｅｓ）、ランゲルハンス（ｌａｎｇｅｒｈａｎｓ）細胞を含む。メラノサイトはメラニンを合成する。メラニンは、表皮で支配的に光吸収をする皮膚タンパク質である。表皮の吸収係数μ_ｅｐｉは次のように表すことができる。

ここで、ｆ_ｍｅｌは表皮のメラニンの体積比（ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）であり、μ_ｂａｃｋはヒトの皮膚のバックグラウンド吸収率（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｆｌｅｓｈ）であって、次の通りである。

次に、波長の関数として、１つのメラノサイトの吸収係数（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を大まかに表すと次の通りである。

ここで、λはナノメートル（ｎｍ）単位であり、μ_ｂａｃｋとμ_ｍｅｌはｃｍ^−１単位である。

表皮で消滅する全体の光中における散乱の寄与分は単一散乱反射率（ｓｉｎｇｌｅ−ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ａｌｂｅｄｏ）ω（λ）であって、次の通りである。

ここで、μ_ｓ，ｔｒは移送散乱係数（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）である。

半無限層（ｓｅｍｉ−ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｌａｙｅｒ）の拡散反射率（ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）は次の通りである。

上記（式１）から（式３）を利用すれば、表皮の特定成分の一種であるメラニンに関する情報を把握することができる（もちろん、これらの式は、紫外線や近紫外線領域でのみ適用可能な式である）。

すなわち、光検出器で受信された光情報から、半無限層（ｓｅｍｉ−ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｌａｙｅｒ）の拡散反射率（ｄｉｆｆｕｓｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）Ｒを求め、上記（式3）を用いて単一層の散乱反射率（ｓｉｎｇｌｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ａｌｂｅｄｏ）ω（λ）を算出し、前記単一層の散乱反射率ω（λ）から、（式２）を用いて表皮の吸収係数（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）μ_ｅｐｉを算出し、前記表皮の吸収係数μ_ｅｐｉから、（式1）を用いて表皮におけるメラニンの体積比率（ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）ｆ_ｍｅｌを算出すれば、表皮の特定成分の一種であるメラニン成分を把握することができる。

このような表皮の特定成分は、上述の演算装置によって算出されてよく、後に分析される受信された光情報における表皮の特定成分による影響も演算装置によって除去可能である。

いくつかの他の実施形態において、カメラ装置を用意し、カメラ装置を用いて皮膚をイメージの形態でキャプチャするステップをさらに含むことができる。カメラは、一例として、光ダイオードおよびイメージセンサを含むことができる。カメラ装置は、光源から皮膚に照射される光の中から、皮膚によって吸収されたり散乱する光の部分などの消滅部分を除いた残りの放出分をイメージ成分としてキャプチャすることができる。キャプチャイメージを定期的に繰り返し取得し、これをデータベース化することにより、皮膚による光の消滅部分に関する情報を蓄積することができる。このように、皮膚によって消滅する光の部分のうちの吸収部分は、皮膚内における酸化度、水和度、およびコラーゲンレベルに関連するため、このような皮膚に対するキャプチャイメージの周期的なモニタリングおよび変化の観察により、皮膚内の構成成分の変化を判断することができる。

このようなキャプチャイメージは、診断対象である皮膚のイメージを各詳細検知領域毎に区画化することができる。次に、光検出器を用いて受信した光情報を、皮膚の各詳細検知領域毎に対応させることができる。次に、ディスプレイ装置に、皮膚の詳細検知領域毎に対応する前記光情報が表示されてよい。もちろん、このような光検出器とカメラは、後述の図６と図７の光検出器７２０のように１つの装置として構成してもよい。

いくつかの他の実施形態によれば、上述の１２０ステップにおいて、光源は、偏光装置を含むことができる。偏光装置を用いて、発光ダイオードから放出される光を偏光させることができる。次に、上述の１３０ステップにおいて、光検出器も、偏光装置を含むことができ、偏光装置を用いて、皮膚から放出される光中の、偏光された状態の光を区分して受信することができる。このために、偏光装置において、光源の光放出部および光検出器の光受信部の端部に偏光フィルタを配置させることができる。光源が偏光された状態の光を前記皮膚に照射し、偏光された状態の光のみを識別して受信することにより、自然環境における非偏光状態の光によるノイズ成分を排除することができる。

図３は、本開示の一実施形態にかかる皮膚状態診断装置を概略的に示すブロック図である。図４Ａおよび図４Ｂは、本開示の一実施形態にかかる皮膚状態診断装置の動作を概略的に示す模式図である。具体的には、図４Ｂは、図４Ａの診断対象の皮膚の詳細検知領域を別途に拡大して示す図である。

図３を参照すれば、皮膚状態診断装置３００は、光源３１０と、光検出器３２０とを含むことができる。また、皮膚状態診断装置３００は、カメラ装置３３０と、制御装置３４０と、演算装置３５０とをさらに含むことができる。

図３、図４Ａおよび図４Ｂを参照すれば、光源３１０は、少なくとも１つの発光ダイオードを含むことができる。一例として、発光ダイオードは、紫外線、可視光線、および赤外線の中から選択される少なくとも１つ以上の光を提供することができる。光源３１０は、発光ダイオードを用いて互いに異なる波長の光を放出することができる。発光ダイオードは、その特性上、半値幅の狭いピーク波長の光を提供することができ、光検出器３２０が受信する光の波長も、これに対応して狭い半値幅を有することが可能なため、発光ダイオードが提供する光を利用する時、分析の信頼度を向上させることができる利点がある。

光源３１０は、診断対象の皮膚に対して光を照射することができる。一実施形態において、図示のように、前記皮膚は、第１検知領域３０ａ、第２検知領域３０ｂ、...、第９検知領域３０ｉのような複数の詳細検知領域３０を含むことができる。光源３１０は、第１検知領域３０ａから第９検知領域３０ｉまで順次にスキャンして光を照射することができる。これと同時に、光検出器３２０またはカメラ装置３３０は、光が照射されている間、詳細検知領域３０ａ、...、３０ｉのそれぞれから放出される光を受信することができる。

他の実施形態において、光源３１０は、複数の詳細検知領域３０全体に対して一括的に光を照射し、それぞれの詳細検知領域３０毎に放出される光を光検出器３２０またはカメラ装置３３０が受信してもよい。

光検出器３２０は、光ダイオードを含むことができ、皮膚の詳細検知領域３０を経て放出される光を受信することができる。光検出器３２０は、光源３１０が詳細検知領域３０に照射した光に対応して、詳細検知領域３０から放出される反射光スペクトル、蛍光スペクトル、および散乱光スペクトルのうちの少なくとも１つ以上を受信することができる。次に、図３に示される演算装置３５０は、スペクトル情報を用いて演算することにより、皮膚の構成成分による吸収スペクトルを算出することができる。

カメラ装置３３０は、皮膚をイメージの形態でキャプチャすることができる。具体的には、カメラ装置３３０は、光ダイオードおよびイメージセンサを含むことができ、これを用いて、皮膚の詳細検知領域３０に対するイメージを確保することができる。

いくつかの実施形態において、上述の光源３１０、光検出器３２０、およびカメラ装置３３０は、偏光装置（図示せず）を含むことができる。一例として、光源３１０の場合、発光ダイオードから放出される光を、偏光装置によって偏光された状態に変更して、皮膚に照射することができる。同様に、光検出器３２０およびカメラ装置３３０は、偏光装置を備えることにより、皮膚から放出される光中の、偏光された状態を維持する光を区分して受信することができる。これによって、自然環境における光と、光源３１０によって照射された光とを互いに区分し、光源３１０によって発生した光のみを受信することにより、分析結果の信頼性を保障することができる。

演算装置３５０は、光源３１０、光検出器３２０、カメラ装置３３０、および制御装置３４０と演算情報および制御信号のやり取りを行うことができる。具体的には、光源３１０から放出される光の情報、光検出器３２０またはカメラ装置３３０から受信される光の情報を取得し、これを加工して、皮膚状態に関連する診断結果を算出することができる。

具体例として、演算装置３５０は、図２Ａに示される皮膚内の構成成分毎の光吸収係数と、図２Ｂおよび図２Ｃに示される皮膚内の構成成分毎の光吸収強度および蛍光強度情報をデータベース化し、これを光検出器３２０またはカメラ装置３３０から実際に測定される反射光スペクトル、蛍光スペクトル、散乱光スペクトルなどの情報に適用して、皮膚の酸化度、水和度、または皮膚内の構成成分の種類および濃度を算出することができる。

他の具体例として、演算装置３５０は、皮膚の詳細検知領域３０毎のイメージに、光検出器３２０を用いて受信した光情報を対応させることができる。これによって、それぞれの詳細検知領域３０毎に、上述の皮膚の酸化度、水和度、または皮膚内の構成成分の種類および濃度を算出することができる。

制御装置３４０は、光源３１０、光検出器３２０、およびカメラ装置３３０の上述した動作を制御することができる。一例として、制御装置３４０は、光源３１０、光検出器３２０、およびカメラ装置３３０の配置、スキャン機能の有無、動作順序、タイミングなどを調整する機能を果たすことができる。また、制御装置３４０は、演算装置３５０が、光検出器３２０およびカメラ装置３３０から取得した光情報を演算するように指示することができる。さらに、制御装置３４０は、前記演算結果をディスプレイ装置に表示するように指示することができる。

図５は、本開示の一実施形態にかかる携帯用皮膚状態診断装置を概略的に示す模式図である。図５を参照すれば、携帯用皮膚状態診断装置５００は、光源５２１と、光検出器５２２と、カメラ装置５２３とを備える装置ボディ部５２０を含む。装置ボディ部５２０は、内部に中央演算装置と制御装置とをさらに含むことができる。装置ボディ部５２０は、通信ユニットをさらに含むことができる。通信ユニットは、有無線ネットワークと接続可能な接続モジュールを備え、装置ボディ部５２０内の情報を外部に伝送したり、外部から情報を受信したりすることができる。装置ボディ部５２０は、一例として、商用のスマートフォンを含むことができる。

図面を参照すれば、診断対象になる皮膚の詳細検知領域５０が携帯用皮膚状態診断装置５００の前に配置されてよい。詳細検知領域５０は、図４Ａおよび図４Ｂに関連して上述した詳細検知領域３０とその構成が実質的に同一である。

光源５２１は、可視光線、紫外線、および赤外線のうちの少なくとも１つを放出可能な発光ダイオードを備えることができる。光源５２１は、詳細検知領域５０に向かう装置ボディ部５２０の一面上に露出するように配置されてよい。

光検出器５２２は、光ダイオードを含み、詳細検知領域５０から放出される散乱光、反射光、および蛍光のうちの少なくとも１つ以上を検知することができる。

カメラ装置５２３は、光ダイオードおよびイメージセンサを備え、詳細検知領域５０のイメージをキャプチャすることができる。

制御装置内で運用されるアプリケーションプログラムによって、光源５２１による詳細検知領域５０への光の照射動作が制御できる。また、アプリケーションプログラムによって、光検出器５２２およびカメラ装置５２３による光の受信動作が制御できる。受信された光の情報は演算装置によって加工され、最終的に、皮膚内の所定の構成成分の存否および濃度を算出することができる。

携帯用皮膚状態診断装置５００は、皮膚状態の診断結果を内部に格納するための格納装置を含むことができる。また、携帯用皮膚状態診断装置５００は、皮膚状態の診断結果を表示するディスプレイ装置を備えることができる。

図６は、一実施形態にかかる発光ダイオードの備えられた皮膚状態診断装置の斜視図であり、図７は、図６のＡ−Ａ’を結んだ直線の断面図である。

本実施形態にかかる発光ダイオードの備えられた皮膚状態診断装置は、光源７１０と、カメラ兼用光検出器７２０とを含む。光源７１０は、互いに異なる波長の光を照射するように構成された複数の発光ダイオード７１１を含む。複数の発光ダイオード７１１は、順次に光を照射するように構成される。例えば、複数の発光ダイオード７１１は、時間区間毎に互いに交互に点灯しながら光を照射することができる。一実施形態において、それぞれの発光ダイオード７１１によって照射される光の波長は、約２００ｎｍ〜約１５００ｎｍの波長帯域内で選択可能である。図面において、発光ダイオード７１１は、光検出器７２０を中心とする円に沿って配列されたが、これは例示的なものであって、発光ダイオード７１１の個数および配置形態と、それぞれの発光ダイオード７１１の大きさおよび形状は、図面に示されたものに限定されない。

光検出器７２０は、光源７１０の複数の発光ダイオード７１１によって照射された光の、対象体である皮膚から反射した反射光を受信することにより、対象体を撮影するように構成される。このために、光検出器７２０は、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ；ＣＣＤ）ベースの撮像素子、相補性金属酸化膜半導体（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ＣＭＯＳ）ベースの撮像素子、または他の適当な撮像素子を含むことができる。一実施形態において、それぞれの発光ダイオード７１１による異なる波長の光が光検出器７２０に同一の強さで受信されるように、光検出器７２０は発光ダイオード７１１の中央に位置することができる。

前記光検出器７２０は、カメラと一体型であってよい。したがって、光検出器は、皮膚から放出される光を検出するだけでなく、皮膚をイメージの形態で撮影することも可能である。

複数の発光ダイオード７１１によって複数の波長の光が順次に対象体に照射されて反射するが、光検出器７２０は、各波長の反射光を順次にそれぞれ受信して対象体を撮影するように構成される。一実施形態において、光検出器７２０は、それぞれの発光ダイオード７１１と同期化して、各発光ダイオード７１１によって光が照射される時間の間に対象体を撮影するように構成されてよい。その結果、複数の発光ダイオード７１１に対応する複数の波長毎のイメージが光検出器７２０によって得られる。他の実施形態において、光検出器７２０は、それぞれの発光ダイオード７１１が順に点灯して、複数の発光ダイオード７１１すべてが点灯している間、連続的に対象体を撮影するように構成されてもよい。この場合、光検出器７２０で連続的に撮影されたイメージを後処理することにより、複数の波長毎のイメージが得られる。

実施形態にかかる発光ダイオードの備えられた皮膚状態診断装置は、対象体の皮膚を撮影するための用途に使用可能である。ヒトまたは動物対象体において、皮膚の反射光は、対象体の健康状態に関連付けられた様々な情報を含むことができ、皮膚の色、皮膚の弾力度、皮膚に存在するシミやシワの個数および大きさなどは、美容上の目的でも観察の対象になってよい。実施形態にかかる発光ダイオードの備えられた皮膚状態診断装置を利用すれば、皮膚の波長毎のイメージを得ることができるため、皮膚内の各種成分の分布や皮膚に隣接した血管内の酸素分布などを測定することができる。

例えば、皮膚内の水分、メラニン（ｍｅｌａｎｉｎ）、脂質（ｌｉｐｉｄ）、コラーゲン（ｃｏｌｌａｇｅｎ）、エラスチン（ｅｌａｓｔｉｎ）などと、皮膚に隣接した血管内に存在するオキシヘモグロビン（ｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）およびデオキシヘモグロビン（ｄｅｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）などは、皮膚に照射された特定波長の光に対する吸収率に影響を及ぼすことが知られている。皮膚内のコラーゲンおよびメラニンの分布、血管内のオキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンの分布、皮膚表皮層の厚さおよび皮膚内の水分量などは、皮膚弾力、皮膚沈着（ｄａｒｋｎｅｓｓ）、過酸素症（ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ）、年齢および／または性別、脱水などに関連付けられており、特定波長帯域で皮膚反射光のスペクトルに影響を及ぼす。

したがって、一実施形態にかかる発光ダイオードの備えられた皮膚状態診断装置において、複数の発光ダイオード７１１によって照射される光の波長は、測定しようとする皮膚または血管内の成分の種類に少なくとも部分的に基づいて決定される。コラーゲン、メラニン、オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、表皮層の厚さ、および水分それぞれを指標として、これに対応する波長を有する光を皮膚に照射し、照射された光が皮膚から反射した反射光の反射率または拡散反射率を測定することにより、皮膚または血管内の当該成分の分布を知ることができる。

もちろん、この時、先に説明したように、表皮に存在する特定成分を、紫外線領域の光を照射して（式１）から（式３）に基づいて予め分析し、追加的な光の照射および分析ステップでこのような表皮の特定成分が及ぼす影響を除去し、残りの構成成分をより明確に把握することができる。

一方、特定指標に対応する波長の光のほか、上述の例を挙げて説明した表皮の特定成分の一種であるメラニン成分の分析の例のように、データ補正またはその他の目的で光を照射するように構成された発光ダイオード７１１がさらに備えられてもよい。

一実施形態において、光検出器７２０および光源７１０それぞれは、光の偏光方向を調整するように構成された偏光器（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）（図示せず）をさらに含む。偏光器は、偏光板、偏光フィルタ、または偏光フィルムなどの多様な形態で実現可能であり、光源７１０によって照射される光および光検出器７２０に受信される反射光を特定方向に偏光させるように構成される。それぞれの偏光器は、光検出器７２０または光源７１０に着脱可能に結合されてよい。また、光検出器７２０および／または光源７１０に結合された偏光器は、使用者がこれを回転させることにより、偏光方向を調整できるように構成されてもよい。

一実施形態において、発光ダイオードの備えられた皮膚状態診断装置は、光検出器７２０および光源７１０が結合されたボディ７３０をさらに含む。ボディ７３０には、外部から光検出器７２０に光が受信可能にするための第１開口部７０１が形成されてよい。また、ボディ７３０には、光源７１０から外部に光が照射可能にするための第２開口部７０２がさらに形成されてもよい。第２開口部７０２は、発光ダイオード７１１の個数に応じて複数個が備えられてもよく、１つの第２開口部７０２を通して複数の発光ダイオード７１１が光を照射するように構成されてもよい。

また、それぞれの開口部７０１、７０２には、ガラスなど、光学的に透明な物質が結合されてもよい。

一実施形態において、ボディ７３０は、光検出器７２０および隣接領域を覆うように位置したカバー（ｃｏｖｅｒ）７０３をさらに含む。この時、第１開口部７０１は、光検出器７２０と整列されるように、カバー７０３に形成されてよい。

一実施形態において、光源７１０は、複数の発光ダイオード７１１を支持する基板７１３を含み、基板７１３上に発光ダイオード７１１が位置する。例えば、基板７１３は、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）であってよいが、これに限定されるものではない。基板７１３は、基板７１３上の発光ダイオード７１１が第２開口部７０２と整列されるように、ボディ７３０内に位置してボディ７３０に結合されてよい。光検出器７２０および光源７１０とボディ７３０の結合は、公知の多様な結合用部材を用いて行われてよいし、発明の要旨を明確にするために、これについては詳細な説明を省略する。

図示しないが、実施形態にかかる発光ダイオードの備えられた皮膚状態診断装置は、制御回路および電源部などをさらに含むこともできる。制御回路および電源部は、光検出器７２０および光源７１０と電気的に接続された状態でボディ７３０内に位置することができる。電源部は、乾電池形態で構成されてもよいし、あるいは、外部の電力源から有線の接続を通して電力を受信するように構成されてもよい。

実施形態にかかる発光ダイオードの備えられた皮膚状態診断装置は、使用者が携帯しやすい程度の小さい大きさを有することができる。例えば、一実施形態において、ボディ７３０の幅Ｗは約１１０ｍｍであり、ボディ７３０の高さＨは約１２０ｍｍであってよい。また、ボディ７３０の厚さＴは約５８ｍｍであってよい。なお、一実施形態において、光検出器７２０を覆うカバー７０３の厚さｔは約１０ｍｍであり、光検出器７２０の直径ｒは約５４．５ｍｍであってよい。しかし、数値は単に例示的なものであり、発光ダイオードの備えられた皮膚状態診断装置の各部分の具体的な形状および寸法は、皮膚状態診断装置を構成する各コンポーネントの大きさおよび形状などに応じて、本明細書に記載された実施形態と異なって決定されてもよい。

また、本発明の皮膚状態診断装置は、光検出器７２０および光源７１０に加えて、駆動部と、制御装置とを含む。一実施形態において、光検出器７２０は、第１偏光器を含み、光源７１０は、第２偏光器を含む。第１および第２偏光器は、これを通過する光を、予め決定された特定方向に偏光させるように構成される。本明細書では、第１偏光器による偏光方向を第１方向、第２偏光器による偏光方向を第２方向と称する。皮膚から反射した反射光の偏光は、光の反射する位置によって影響を受けることが知られている。光が皮膚表面から反射する時には、偏光方向に変化がないか相対的に少なく、光が皮膚内部を一定深さだけ透過してから反射する場合には、入射する時と比較して偏光方向に変化が生じる。したがって、第１および第２偏光器による偏光方向を適切に調整することにより、所望する皮膚の情報を反射光を通して測定することができる。

一実施形態において、第１方向と第２方向は、互いに平行に決定される。この時、発光ダイオード７１１によって照射された光は、第２偏光器を通過することにより、特定方向に偏光されて対象体に照射される。また、対象体から反射してきた反射光が第１偏光器を通過することにより、反射光中の、前記特定方向の成分のみが光検出器７２０に受信される。この場合には、皮膚から反射している間、偏光方向に変化がないか相対的に少ない皮膚の表面反射光を容易に検出することができる。

他の実施形態において、第１方向と第２方向は、互いに異なって決定される。例えば、第１方向と第２方向は、互いに直交するように設定されてもよい。この時、発光ダイオード７１１によって照射された光は、第２偏光器を通過することにより、特定方向に偏光されて対象体に照射されるが、反射光を検出する時は、第１偏光器に通過させることにより、特定方向と異なる偏光方向の成分のみが光検出器７２０に受信される。この場合には、皮膚内に一定深さ浸透して反射することにより、偏光方向が９０゜回転したか、他の方式で偏光方向に変化が生じた皮膚の内部反射光を検出することができる。

もちろん、第１および第２偏光器を用いることなく、すべての方向の偏光成分を含むように光を対象体に照射し、すべての方向の偏光成分を含む反射光を測定するように構成されてもよいことはいうまでもない。

駆動部は、光源７１０および制御装置に電気的に接続され、制御装置の制御によって動作して、複数の発光ダイオード７１１に点灯のための駆動信号を提供することができる。一実施形態において、駆動部は、複数の発光ダイオード７１１それぞれに独立した駆動信号を提供する。複数の発光ダイオード７１１は、互いに異なる波長の光を照射するように構成されるが、皮膚の撮影および状態の測定に適した光量、波長変化、電流などは、それぞれの波長毎に異なっていてよい。駆動部では、それぞれの発光ダイオード７１１に撮影目的のために最適化された電気的特性を有する駆動信号を個別的に伝送することにより、多数の波長を利用した撮影から最適な測定結果を得るようにすることができる。

制御装置は、駆動部および光検出器７２０に電気的に接続され、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）または他の適当な処理手段を備えて構成される。例えば、制御装置は、シングルボード（ｓｉｎｇｌｅ−ｂｏａｒｄ）コンピュータであってもよいが、これに限定されるものではない。制御装置は、複数の発光ダイオード７１１を順次に点灯させるようにタイミング制御された駆動信号を伝達するように駆動部を制御し、また、複数の発光ダイオード７１１によって照射された光の、皮膚から反射した反射光を受信するように光検出器７２０を制御することができる。例えば、制御装置は、光検出器７２０による撮像時間をそれぞれの駆動信号と同期化させてもよい。一実施形態において、制御装置は、光検出器７２０に撮像されたイメージまたは光情報を演算装置によって分析することにより、対象体の波長毎の情報を取得することができる。

一実施形態において、発光ダイオードの備えられた皮膚状態診断装置は、ディスプレイ装置をさらに含むことができる。ディスプレイ装置は、光検出器７２０によって得られた対象体のイメージ、イメージ上の詳細領域毎に対応する光情報、および光情報によって算出される皮膚成分を表示することができる。また、ディスプレイ装置には、使用者が発光ダイオードの備えられた皮膚状態診断装置の動作を制御できるようにするグラフィックユーザインタフェース（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を表示してもよい。ディスプレイ装置は、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）のようなディスプレイ手段で構成されてよいが、これに限定されるものではない。

以上、本発明について例示した図面を参照して説明したが、本明細書に開示された実施形態と図面によって本発明が限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で当業者によって多様な変形が実施可能であることは自明である。これとともに、上記の本発明の実施形態を説明するにあたって、本発明の構成による作用効果を明示的に記載して説明しなかったとしても、当該構成によって予測可能な効果も認められなければならないことは当然である。

３０：詳細検知領域
３００：皮膚状態診断装置
３１０：光源
３２０：光検出器
３３０：カメラ装置
３４０：制御装置
３５０：演算装置
５０：詳細検知領域
５００：携帯用皮膚状態診断装置
５２０：装置ボディ部
５２１：光源
５２２：光検出器
５２３：カメラ装置
７００：皮膚状態診断装置
７０１：第１開口部
７０２：第２開口部
７０３：カバー
７１０：光源
７１１：発光ダイオード
７１３：基板
７２０：光検出器
７３０：ボディ

Claims (20)

1. 少なくとも１つの発光ダイオードを含む光源を用意するステップと、
   前記光源を用いて皮膚に光を照射するステップと、
   光検出器を用いて、前記皮膚を経て放出される光を受信するステップとを含む皮膚状態診断方法であって、
   前記光源から皮膚に照射された後、前記皮膚を経て放出された紫外線を前記光検出器で受信し、受信された光情報から、表皮（ｅｐｉｄｅｒｍａｌ）に分布した特定成分の量を算出する特定成分分析ステップを含むことを特徴とする皮膚状態診断方法。
2. 
3. 前記紫外線は、３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内にピーク波長を有することを特徴とする請求項１に記載の皮膚状態診断方法。
4. 前記発光ダイオードは、
   紫外線、可視光線、および赤外線の中から選択される少なくとも１つ以上の光を放出し、
   前記皮膚状態診断方法は、
   前記特定成分分析ステップで予め算出された特定成分の量の、光検出器で受信された光情報に寄与した部分を除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の皮膚状態診断方法。
5. 前記皮膚に前記光を照射するステップは、
   複数の発光ダイオードから放出される互いに異なる波長の光を適用し、
   前記皮膚状態診断方法は、
   前記特定成分分析ステップで予め算出された特定成分の量の、光検出器で受信された光情報に寄与した部分を除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の皮膚状態診断方法。
6. 前記光検出器を用いて前記放出される光を受信するステップは、
   前記皮膚からの反射光スペクトル、蛍光スペクトル、および散乱光スペクトルのうちの少なくとも１つ以上を受信するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の皮膚状態診断方法。
7. 演算装置を用いて、前記受信された光を利用して前記皮膚の構成成分による吸収スペクトルを算出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の皮膚状態診断方法。
8. 前記皮膚に前記光を照射するステップは、
   前記発光ダイオードから放出される光を偏光させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の皮膚状態診断方法。
9. 前記光検出器を用いて前記放出される光を受信するステップは、
   前記皮膚から放出される光中の、偏光された状態の光を受信するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の皮膚状態診断方法。
10. 前記皮膚をイメージの形態でキャプチャし、演算装置を用いて、前記キャプチャされた皮膚のイメージに、前記光検出器を用いて受信した光情報を前記皮膚の詳細領域毎に対応させるステップと、
    ディスプレイ装置を用いて、前記皮膚の詳細領域毎に対応する前記光情報を表示するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の皮膚状態診断方法。
11. 少なくとも１つの発光ダイオードを含み、皮膚に光を照射する光源と、前記光源から照射された光の、皮膚を経て放出される光を受信する光検出器と、前記光検出器を通して受信された光を利用して前記皮膚の構成成分に対する吸収スペクトルを算出する演算装置とを含み、
    前記光源は、複数の発光ダイオードを含み、前記発光ダイオードは、独立して駆動されて光を照射し、
    前記複数の発光ダイオードのうちの少なくとも１つは、紫外線を照射し、
    前記演算装置は、光検出器で受信された光情報から、表皮に分布した特定成分の量を算出し、該算出された特定成分の量の、光検出器で受信された光情報に寄与した部分を除去する過程を行うことを特徴とする皮膚状態診断装置。
12. 前記光検出器は、前記皮膚からの反射光スペクトル、蛍光スペクトル、および散乱光スペクトルのうちの少なくとも１つ以上を受信することを特徴とする請求項１１に記載の皮膚状態診断装置。
13. 前記光源は、偏光装置を含み、
    前記発光ダイオードから放出される光が、前記偏光装置によって偏光された状態で前記皮膚に照射されるようにすることを特徴とする請求項１１に記載の皮膚状態診断装置。
14. 前記光検出器は、偏光装置を含み、
    前記皮膚から放出される光中の、前記偏光された状態の光を受信するようにすることを特徴とする請求項１３に記載の皮膚状態診断装置。
15. 前記光源の偏光装置による偏光方向と、前記光検出器による偏光方向とのなす角度が調整可能であることを特徴とする請求項１４に記載の皮膚状態診断装置。
16. 前記皮膚状態診断装置は、前記皮膚をイメージの形態でキャプチャするカメラ装置をさらに含み、
    前記演算装置は、前記カメラ装置によってキャプチャされた皮膚のイメージに、前記光検出器を用いて受信した光情報を皮膚の詳細領域毎に対応させ、
    前記皮膚状態診断装置は、前記皮膚の詳細領域毎に対応する前記光情報を表示するディスプレイ装置をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の皮膚状態診断装置。
17. 前記光検出器と前記カメラ装置は、一体に統合されたことを特徴とする請求項１６に記載の皮膚状態診断装置。
18. 前記複数の発光ダイオードは、光検出器に対して対称的にまたは放射状に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の皮膚状態診断装置。
19. 前記特定成分は、メラニンであることを特徴とする請求項１に記載の皮膚状態診断方法。
20. 前記特定成分は、メラニンであることを特徴とする請求項１１に記載の皮膚状態診断装置。
    

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