容器の底で、鮮やかなオレンジ色の蛹になっておりました。








過去に投稿した、異なる深さ位置から反射光強度の差分から、皮膚内部の水分量を測定するシステムの設計書を生成AIに聞きながら検討してみました。
大層なシステムではなく、200万円強で4ヶ月程で、原理確認用の試作機を製作できる試算でした。
大学の研究者なら提案しやすいテーマになりそうですね。興味持ってくれる大学あるかなぁ?
目的: 皮膚表面から数百 µm〜数 mm 深部までの「特定深さ領域の水分量」を、 近赤外線+共焦点+2波長法で定量指標として取得する。
方式概要:
照射: 2波長近赤外線(例:λ1=1300 nm,λ2=1450 nm)を同軸照射
集光: 対物レンズ20倍で皮膚内部の反射光を集光
共焦点: ピンホールで特定深さからの反射光のみを選択
検出: 非画像型検出器(フォトダイオード or PMT)で光量を取得
深度走査: 焦点位置を機械的 or 電気的に変化させて、複数深さの反射光強度を取得
演算: 深度差+2波長差から層別水分量を算出
光源部
近赤外LED/LD1: 1300 nm(参照光)
近赤外LED/LD2: 1450 nm(測定光)
光源制御:
交互点灯(タイムマルチプレックス)
もしくは2波長同時照射+検出側で波長分離
照射・集光光学系
ビーム合成:
ダイクロイックミラーで2波長を同軸に合成
ビームエクスパンダ:
対物レンズの入射瞳に合わせてビーム径調整
対物レンズ:
倍率:20×
開口数 NA:0.4〜0.6 程度(皮膚表面〜数 mm深部を想定)
皮膚接触部:
接触ガラス or 透明樹脂チップ
表面反射を一定に保つための接触媒質(ゲルなど)も検討
共焦点検出系
反射光経路:
対物レンズ → ビームスプリッタ → 絞りレンズ → ピンホール → 検出器
ピンホール:
直径:数十 µm〜数百 µm(対物レンズ・倍率・波長から決定)
XYZ微調整機構(焦点位置とピンホール位置の整合用)
検出器:
候補1:InGaAsフォトダイオード
波長感度:1100〜1700 nm
ノイズ低め、ダイナミックレンジ広い
候補2:近赤外対応PMT(増倍管)
微弱光検出に有利
高価・高電圧が必要
原理試作機としては、
まず InGaAs PD+高感度アンプ
深部信号が極端に弱い場合に PMT版 を検討
深度走査機構
方法1:対物レンズ側のZステージ
対物レンズを上下に移動し、焦点深度を変化
ステップ分解能:10〜50 µm
方法2:皮膚接触部のZステージ
試料側を上下させる方式
仕様案:
測定深度範囲:0〜2 mm(皮膚用途)
ステップ数:20〜100ステップ
1ステップあたりの位置精度:±10 µm
波長分離・信号処理
タイムマルチプレックス方式:
1300 nm → ON → PD出力記録
1450 nm → ON → PD出力記録
交互に繰り返し、各深度で2波長の反射光強度を取得
信号処理仕様:
サンプリング周波数:1〜10 kHz
A/D分解能:16 bit
各深度で平均化(例:100サンプル平均)
| 項目 | 推奨仕様 |
|---|---|
| 1300 nm LD | Thorlabs L1300P010(10 mW) |
| 1450 nm LD | Thorlabs L1450P005(5 mW) |
| ドライバ | Thorlabs LDC205C(低ノイズ) |
| 点灯方式 | 交互点灯(1〜10 kHz) |
| 部品 | 推奨仕様 |
|---|---|
| ダイクロイックミラー | Thorlabs DMLP1400 |
| ビームエクスパンダ | BE02-2(2×拡大) |
| 項目 | 推奨仕様 |
|---|---|
| 20× NIR対物 | Mitutoyo NIR 20×(NA 0.4) |
| 作動距離 | 20 mm |
| 材質 | 石英系(NIR透過) |
| 部品 | 推奨仕様 |
|---|---|
| ピンホール | 50〜150 µm(Thorlabs P50S) |
| 絞りレンズ | AC254-030-C(f=30 mm) |
| ビームスプリッタ | BSW10R(NIR対応) |
型番:Thorlabs PDA10DT
感度:1100〜1700 nm
コスト:低い
原理試作に最適
型番:Hamamatsu H10330A-75
微弱光に強い
深部測定(>1 mm)を強化したい場合に採用
| 項目 | 推奨仕様 |
|---|---|
| Zステージ | Z812B(電動、10 µm精度) |
| 深度範囲 | 0〜2 mm |
| ステップ数 | 20〜100 |
| 部品 | 推奨仕様 |
|---|---|
| TIAアンプ | Thorlabs AMP140(高ゲイン) |
| A/D | NI USB-6002(16 bit) |
| マイコン | Raspberry Pi 5 |
| ソフト | Python(制御+演算) |
サイズ: 幅 15 cm × 奥行 20 cm × 高さ 25 cm
| 項目 | 費用 |
|---|---|
| LD(1300/1450 nm) | 10〜20万円 |
| ダイクロイックミラー | 2〜5万円 |
| 対物レンズ(20× NIR) | 15〜25万円 |
| ピンホール+ホルダー | 1〜3万円 |
| レンズ類 | 3〜8万円 |
| 種類 | 費用 |
|---|---|
| InGaAs PD | 5〜15万円 候補1 |
| NIR-PMT | 30〜80万円 予備候補 |
| 項目 | 費用 |
|---|---|
| TIAアンプ | 3〜10万円 |
| A/D | 3〜10万円 |
| マイコン | 1〜3万円 |
| 項目 | 費用 |
|---|---|
| Zステージ | 5〜15万円 |
| 筐体加工 | 5〜15万円 |
| 項目 | 費用 |
|---|---|
| 制御ソフト | 10〜20万円 |
| 演算アルゴリズム | 10〜20万円 |
| UI(グラフ表示) | 5〜10万円 |
合計:80〜150万円
合計:120〜230万円
| 工程 | 期間 |
|---|---|
| 光学設計 | 2〜4週間 |
| 部品調達 | 2〜6週間 |
| 組立 | 2〜4週間 |
| ソフト開発 | 3〜6週間 |
| 調整・評価 | 2〜4週間 |
合計:2〜4ヶ月で原理試作機が完成可能
※本ブログに掲載している測定原理・アイデア・図・文章の無断利用(研究・発表・論文等)はご遠慮ください。 研究目的で利用したい場合は、必ず事前にご連絡頂ければ大丈夫です。
参考
光を用いた非侵襲生体診断https://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/gijyutu/gijyutu3/toushin/attach/1333543.htm
肌のメラニン・水分の測定装置5分類|研究用途の選び方2026年版
https://invisibleworld.co.jp/news/skin-melanin-moisture-imaging/
↓前回の土交換
従来の皮膚表皮(角質層)ではなく、
近赤外線・共焦点方式で皮膚内部(基底膜付近)の水分量測定の可能性について検討してみる。
イラスト、見解、根拠は生成AI作成。
■見解
生成AIからは「結論から言うと、近赤外線・共焦点方式の“基底膜付近の水分量測定”は、ドクターズコスメの高額帯ユーザーに対して購入率を大きく押し上げる可能性があります(推定+10〜25%)」という回答だった。
■ 従来の表皮測定の課題予想
1 表皮の水分量は 紫外線・乾燥・気温・洗顔直後の状態などに強く影響され、再現性が低い。
2 顧客に「今日たまたま悪いだけ?」という疑念が残る。
■ 基底膜付近測定の強み予想
1 外気の影響を受けにくく、再現性が高い
2 肌.の“土台”である基底膜付近の状態を可視化できる
→ 高価格帯コスメの説得力が大幅に向上
3「科学的に測定している」という体験価値が強い
■懸念点
1 薬事法で定められている化粧品の浸透・作用の範囲の説明は角質層まで
2 “基底膜に効果がある” と言うことはできない
■対策の見解
肌の状態を深部から評価すること自体は合法。
そして、深部の水分量は角質層の状態に影響するため、以下のような説明が非常に説得力を持ちます:
「角質層の状態は、基底膜付近の水分環境の影響を受けます。そのため、より安定した指標として深部の水分量を測定しています。」
これは薬機法に完全準拠しつつ、顧客の納得感を高める表現です。
■. 購入率への貢献見解(推定)
行動経済学では、以下の要素が購買率を押し上げることが知られています:
① 「自分だけのデータ」は購買意欲を2〜3倍にする
② 「可視化」は説得力を劇的に高める
以下の流れで説明するのは非常に有効
あなたの肌の深部はこういう状態です(測定)
その状態にはこういうケアが必要です(商品)
■ 推定購入率の見解
ドクターズコスメの購入率は、以下の見解となる。
■ 根拠1 既存の肌診断の実績から
■根拠2 現状、定着率の低さに課題がある
理由:
→ だからこそ、
深部水分量という“変化が見えやすい指標”が継続率を押し上げる。
■基底膜付近測定の製造コスト予想
| 構成 | 推定コスト |
|---|---|
| 近赤外線LED/LD光源 | 1〜5万円 |
| 共焦点光学系(レンズ・ピンホール) | 5〜20万円 |
| 受光センサー(Si, InGaAs) | 3〜20万円 |
| マイコン・制御基板 | 1〜5万円 |
| 筐体・UI | 1〜10万円 |
| 校正・組立 | 5〜20万円 |
👉 合計:30〜150万円程度
※ 医療グレードに近づくほど高額になる ※ 量産すれば 20〜40% コストダウン可能
■化粧品店舗タイプの導入可能価格予想
| 店舗タイプ | 導入可能額 | 理由 |
|---|---|---|
| ドクターズコスメ専門店 | 30〜80万円 | 高額商品の販売利益が大きい |
| 百貨店コスメカウンター | 20〜50万円 | ブランド投資として妥当 |
| 一般サロン | 10〜30万円 | 回収期間を短くしたい |
■まとめ:ドクターズコスメ専門店なら導入価値は高い
基底膜付近の水分量測定は、再現性が高く説得力が強い(薬機法に気を付ける説明をすれば)
高額コスメの購入率を +10〜25% 押し上げる可能性
製造費は 30〜150万円
販売店の導入可能額は 10〜80万円
↓基底膜付近の水分量の測定自体の考察は以下参照。