粘弹性计算系统以及粘弹性测定方法与流程

本发明涉及粘弹性计算系统以及粘弹性测定方法。

背景技术：

以往，测定对象物的粘弹性在很多时候是有用的。在对象物为人体的情况下，粘弹性的测定在医疗领域、或者在皮肤整形或美容的领域有用。例如，在医疗领域中通过测定预定部位的粘弹性，能够判定长期以相同的姿势卧床引起的支承面皮肤的溃疡，由脏器的变化引发的皮肤的浮肿或硬皮症状等。另外，在皮肤整形或美容的领域中，通过测定预定部位的粘弹性，能够判定疾病的进展程度或进行了药物治疗时的效果等。

例如具有如下的技术：对人体等对象物按压具备加速度传感器和压力传感器的装置，使用压力信息的2阶微分和加速度的信息来计算对象物的硬度(弹性系数)(参照专利文献1)。

另外，具有如下的技术：通过瞬间地喷射压缩气体，使用皮肤表面位移与时间之间的关系，非接触地评价皮肤的弹性等表面特性(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2013－76658号公报

专利文献2:日本特开2004－108794号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，难以截取人体的皮肤来评价包含粘性以及弹性的粘弹性。在以往的专利文献1的技术中存在只是计算硬度(所谓的弹性)而无法评价复杂的人体皮肤的物理特征(粘弹性)的课题。

另外，以往的专利文献2的技术中，是在测定时决定的位置上进行的测定，需要测定对象物的绝对的安静。并且，专利文献2的技术是通过一次气体的喷射来测定皮肤表面的位移，无法进行动态的粘弹性的测定。

因此，本发明的目的在于，提供一种定量地测定粘性以及弹性这两种物理特性的技术。

用于解决课题的手段

例如，为了解决上述课题，采用权利要求书中记载的结构。本申请包含多个解决上述课题的手段，若是举出其一个例子，提供一种用于计算测定对象物的粘弹性的粘弹性测定系统。该粘弹性测定系统具备测定装置、处理器以及显示装置。上述测定装置具备：可动部，其连续按压测定对象物；第1传感器，其输出与上述测定对象物中的与上述可动部的接触部分的按压方向的移动的加速度相对应的加速度信息；第2传感器，其输出与上述测定对象物中的与上述可动部的接触部分的反作用力对应的反作用力信息。上述处理器基于上述加速度信息以及上述反作用力信息计算关于上述测定对象物的弹性成分的第1信息和关于上述测定对象物的粘性成分的第2信息。上述显示装置显示上述第1信息以及上述第2信息。

根据本发明，能够定量地测定粘性以及弹性这两种物理特性。根据本说明书的记述以及附图，与本发明相关的进一步的特征会变得明确。另外，通过以下的实施例的说明，上述以外的课题、结构以及效果会变得明确。

附图说明

图1是一实施方式的粘弹性计算系统的整体结构图。

图2是测定装置的动作原理的说明图。

图3是测定装置的构造例的示意图。

图4是表示接收线圈侧的输出电压与压迫引起的压力之间的关系的图。

图5是在以弹簧为对象物的情况下，(a)表示加速度传感器的输出，(b)表示磁传感器的输出，(c)表示压力传感器的输出，(d)表示位移传感器的输出。

在图6中(a)表示磁传感器电压，(b1)表示2阶微分波形，(b2)表示基于加速度传感器的输出的加速度波形，(c)表示对象物的位移。

图7是表示粘弹性计算系统进行的整个处理的流程的流程图的一个例子(第1实施例)。

图8是表示图7的步骤s2(复数弹性模量的计算)的处理的流程的流程图。

图9是表示图7的步骤s3(相位差的计算)的处理的流程的流程图。

图10是波形特征计算部的功能模块的一个例子，是根据白化互相关系数进行的延迟时间差的计算处理的功能框图。

图11是说明通过峰值的位置检测进行的延迟时间差的计算处理的流程图。

图12中(a)表示加速度波形，(b)表示电压波形，(c)表示电压波形的1阶微分波形，1阶微分波形的平均值以及平均值±1阶微分波形的幅度的0.3倍，(d)表示2阶微分波形。

图13表示根据加速度波形和2阶微分波形计算的延迟时间差。

图14a表示明胶和人的皮肤的延迟时间差的计算结果。

图14b是在具有弹性成分的第1轴以及粘性成分的第2轴的图表上表示了测定出的弹性成分以及粘性成分的结果的分布图。

图15是在显示部的显示的第1例。

图16是在显示部的显示的第2例。

图17表示频率与弹性以及粘性的关系。

图18表示时间(或者测定次数)与弹性的关系。

图19是表示粘弹性计算系统进行的整个处理的流程的流程图的一个例子(第2实施例)。

图20是表示图19的步骤s9的第1例的流程图。

图21表示根据加速度波形和电压波形进行的粘性成分的计算处理。

图22表示人的皮肤的粘性成分的计算结果。

图23是表示图19的步骤s9的第2例的流程图。

图24表示根据加速度波形和电压波形进行的粘性成分的计算处理。

图25是表示图19的步骤s9的第3例的流程图。

图26表示根据电压波形进行的粘性成分的计算处理。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。附图表示基于本发明的原理的具体的实施例，但这些附图是用于理解本发明的图，而绝不是为了对本发明进行限定解释而使用的图。另外存在对各图中共用的结构赋予了相同的参照编号的情况。此外，以下的说明中，考虑到使说明、图示方便，存在“v(伏特)”和“mv(毫伏特)”等单位的级别不同的部分。

以下的实施例涉及用于计算测定对象物的粘弹性的技术。以下，以人体作为测定对象物为例进行说明，但不仅限于此。作为测定对象物也可以是食品等其它物体。

如上所述，粘弹性是包含粘性以及弹性的概念。弹性表示被施加力而变形的对象物在消除了该力时，要恢复为原来的形状的特性。粘性表示在施加力而使对象物发生了变形时，难以恢复为原来的形状的特性。

图1是粘弹性计算系统的整体结构图。粘弹性计算系统1000具备测定装置1和粘弹性计算装置2。此外，在图1的测定装置1中，与图2、图3的测定装置1相比，省略了一部分结构的图示。

这里，一并参照图2和图3对测定装置1的结构和动作原理进行说明。测定装置1具备：具有接收线圈11(磁场检测单元)的主体部14、具有发送线圈12(磁场产生单元)以及加速度传感器13的可动部15、弹簧16(弹性体)。此外，将接收线圈11和发送线圈12合起来称为磁传感器19。磁传感器19输出对象物中的与可动部15的接触部分的反作用力所对应的反作用力信息。加速度传感器13输出对象物中的与可动部15的接触部分的按压方向的移动的加速度所对应的加速度信息。

接触部20是在计算粘弹性时由测定装置1的操作者对作为对象物的人体的躯体b进行按压的部位，使得人体的躯体b凹陷。此外，主体部14和可动部15具有刚性。加速度传感器13检测该按压方向的移动的加速度的信息。这里，躯体b具有弹簧的性质和阻尼器(dashpot)的性质。例如考虑躯体b具有弹簧17(a)(弹簧常数k)以及阻尼器17(b)(阻尼常数g)。弹簧常数k对应于躯体b的弹性成分，阻尼常数g对应于躯体b的粘性成分。这些弹性成分(第1信息)以及粘性成分(第2信息)是本实施例中的计算对象。

磁传感器19输出电压的信息，该电压相当于与通过测定装置1向躯体b施加的压力对应的躯体b的反作用力的大小。因此，接收线圈11和发送线圈12以相互相向的方式配置。而且，在主体部14和可动部15之间配置有弹簧常数为k'(已知)的弹簧16(参照图2)。此外，选择弹簧16以使k'＞k的关系成立。其原因在于，如果不这样，在对主体部14施加压迫的力f时(参照图2)，主体部14与可动部15在接触部20接触，会损害作为磁传感器19的作用。此外，例如可以设计为主体部14与可动部15之间的距离d为2mm左右，对主体部14施加压迫的力f时弹簧16的压缩量是0.5mm左右。

此外，可以将弹簧16更换为相同形状的线径粗的弹簧。另外，也可以使弹簧16的自由长度更长。在采用这些的结构时，用于使弹簧16成为相同的压缩量的压迫的力f变大，结果，从主体部14向对象物的力也变大。由此，能够测定对象物的深层位置的粘弹性。以往存在只进行皮肤表面的弹性等的测定，无法应对直到皮肤深层的信息的课题。与此相对，根据该结构，不仅能够测定皮肤表面，还能够测定直到皮肤深层的皮下组织、肌肉等的粘弹性。

接下来，参照图2对磁传感器19以及周边部件的动作进行说明。首先，交流振荡源31生成具有特定的频率(例如，20khz)的交流电压。该交流电压由放大器32转换为具有特定频率的交流电流，该转换后的交流电流流入发送线圈12。通过流过发送线圈12的交流电流产生的磁场使得在接收线圈11产生感应电动势。

通过感应电动势在接收线圈11中产生的交流电流(频率与交流振荡源31生成的交流电压的频率相同)，由前置放大器33放大，放大后的信号被输入给检波电路34。检波电路34通过由交流振荡源31生成的特定的频率或者2倍频率进行上述放大后的信号的检波。因此，将交流振荡源31的输出作为参照信号35导入到检波电路34的参照信号输入端子。此外，也可以为不使用检波电路34而使用全波整流电路的动作方式。来自检波电路34(或者整流电路)的电压的信息(输出信号)在通过了低通滤波器36后，被导入粘弹性计算装置2的驱动电路21(参照图1)。

此外，向主体部14施加的压力(力f)和从低通滤波器36向驱动电路21导入的输出信号所表示的电压的大小之间的关系如图4的线4a(虚线)所示。线4a为直线是因为弹簧16的弹簧常数k’大，与向主体部14的压力相对的弹簧16的压缩量小。通过修正该线4a使其成为线4b(实线)使得在压力为0时电压成为0，能够使压力与电压的关系成为经过原点的比例关系。该修正例如可通过后述的微处理器23来进行。另外，以下将用于表示向躯体b施加的压力相对于磁传感器19输出的电压信息的比的转换系数，称为电压压力转换系数(cmp[n/mv])，该值为预先通过实验计算出的值。

接下来，返回到图1，对粘弹性计算装置2进行说明。粘弹性计算装置2是计算机装置。粘弹性计算装置2具备驱动电路21和22、微处理器23、存储部24、声音产生部25、显示部26、电源部27、输入部28。

驱动电路21将从测定装置1的接收线圈11经由低通滤波器36(参照图2)等接收到的电压的信息传递给微处理器23。驱动电路22将从测定装置1的加速度传感器13接收到的加速度的信息传递给微处理器23。

微处理器23例如由cpu(centralprocessingunit中央处理单元)实现。微处理器23具备微分波形生成部231、波形比较部232、转换系数计算部233、波形特征计算部234、计算部235以及判定部236。微处理器23的上述处理部能够通过各种程序实现。例如，在粘弹性计算装置2的未图示的存储器中，展开在存储部24中存储的各种程序。微处理器23执行在存储器中加载的程序。以下，参照图5～图7对微处理器23的各处理部的处理内容进行说明。

如图5所示，在使用弹簧常数为0.935kgf/mm的弹簧的情况下，加速度传感器13的输出如(a)所示，磁传感器19的输出如(b)所示，代替磁传感器19使用了压力传感器(未图示)时的输出如(c)所示，作为参考的激光传感器等位移传感器(未图示)的输出(位移的真值(正值))如(d)所示。

此外，本实施例的目的在于，计算对象物的粘弹性模量(粘性成分和弹性成分)，即图2的弹簧常数k和阻尼常数g。因此，首先考虑使用图5的(a)、(b)、(c)所示的输出信息中的至少一个以上的输出信息，得到尽可能接近(d)所示的信息的信息。而且，使用该得到的信息，计算对象物的弹性成分以及粘性成分。

换句话说，为了不使用激光传感器等位移传感器来计算对象物的粘弹性特征，使用加速度传感器13和磁传感器19(或者压力传感器)的信息。作为不使用位移传感器的理由，例如，可以举出根据对象物的表面状况或可否向对象物固定而难以使用位移传感器、位移传感器价格高等原因。

在图5中，在将(b)所示的磁传感器19的输出的波形与(d)所示的位移传感器的输出的波形进行比较时，虽然纵轴的单位以及振幅的大小不同，但大体形状十分相似且频率相同。因此，通过对(b)所示的磁传感器19的输出的波形乘以预定的转换系数(以下称为“电压位移转换系数(cmd[mm/mv])”)，能够得到与(d)所示的位移传感器的输出的波形近似的波形的信息。电压位移转换系数cmd是一数值，其表示各个加速度波形相对于2阶微分波形(详细后述)的大小之比。此外，关于(c)所示的压力传感器的输出的波形和(d)所示的位移传感器的输出的波形而言也相同。

这里，关于对象物的粘弹性模量的计算，使用数学式进行说明(适当地参照各图)。在将对主体部14施加了压迫的力(压力)f时的弹簧17(a)和阻尼器17(b)的压缩量(位移量)设为x(参照图2)，将磁传感器19的输出电压设为vm时，以下的式(1)、式(2)、式(3)成立。此外，根据作用与反作用的法则，对可动部15与躯体b的接触部20也施加力(压力)f。

[数学式1]

f＝k×x···式(1)

x＝cmd×vm···式(2)

f＝cmp×vm···式(3)

式(1)是表示胡克定律的式子。

式(2)表示通过对磁传感器19的输出电压vm乘以电压位移转换系数cmd，能够得到位移量x。

式(3)表示通过对磁传感器19的输出电压vm乘以电压压力转换系数cmp，能够得到压力f。

而且，当在式(1)中代入式(2)以及式(3)并进行整理时，能够得到以下的式(4)。

[数学式2]

换句话说，通过将电压压力转换系数cmp除以电压位移转换系数cmd，能够计算对象物的复数弹性模量。

返回到图1，存储部24是存储各种信息的单元，例如通过ram(randomaccessmemory随机存取存储器)、rom(readonlymemory只读存储器)、hdd(harddiskdrive硬盘驱动器)等实现。存储部24预先存储了通过实验计算出的电压压力转换系数cmp。

声音产生部25是产生声音的单元，例如通过扬声器来实现。声音产生部25例如在测定装置1开始测定时以及结束测定时产生哔哔声。

显示部26是进行各种显示的单元，例如，通过lcd(liquidcrystaldisplay液晶显示器)或者crt(cathoderaytube阴极射线管)显示器来实现。在显示部26中显示各种波形、对象物的粘性、对象物的弹性以及使对象物的粘弹性视觉化的指示符等。

电源部27是粘弹性计算装置2中的电源供给单元。输入部28是为了输入各种信息由用户操作的单元，例如由键盘和鼠标等实现。

这里，参照图3对测定装置1的构造例进行说明。此外，对于图2中说明的事项，适当地省略说明。测定装置1a(1)整体为铅笔型。测定装置1a(1)由主体部14和可动部15构成。

主体部14具备接收线圈11、搭载接收线圈11的线圈基板120、与接收线圈11以及发送线圈12连接的动作电路基板130、电池18、在开始计算硬度时等情况操作的动作按钮190、显示部26。可动部15具备发送线圈12、加速度传感器13、搭载发送线圈12以及加速度传感器13的线圈基板110。

在线圈基板110与线圈基板120之间配置有1条至4条弹簧16a(16)。作为简易方式，使弹簧16a(16)为一个，能够使用具有与线圈基板110和发送线圈12的线圈直径相同的直径以上的直径的弹簧16a(16)。如果采用使弹簧16a(16)为一个的结构，则能够将线圈基板110和发送线圈12的线圈配置在弹簧16a(16)内部，可小型化。

根据该测定装置1a(1)，在向对象物按压可动部15使得对象物凹陷时，弹簧16a(16)压缩从而发送线圈12与接收线圈11接近，接收线圈11检测出的磁场的大小增加，由此从接收线圈11输出与在接触部20产生的反作用力的大小相对应的电压的信息。另外，测定装置1a(1)因为整体是铅笔型，紧凑且容易使用。

接下来，参照图7的流程图(适当地参照其它图)，对粘弹性计算系统1000的处理进行说明。

首先，由操作者操作测定装置1的动作按钮190。在此，之后由操作者按照频率fhz向对象物连续多次按压测定装置1的可动部15(步骤s1)。在此，手动地向对象物的接触部位按压测定装置1的可动部15，然后进行释放。反复执行该按压以及释放的动作。作为其它的例子，也可以将整个测定装置1安装在未图示的电动机上。在该结构的情况下，通过驱动电动机，能够以频率fhz向对象物连续地按压可动部15。此外，将频率f设定为数赫兹hz～数十赫兹hz的程度即可。此外，可以根据测定的对象物来适当地变更频率f。在测定人的皮肤的粘弹性时，优选将频率f设定为2～10hz的程度。

这样根据测定对象物来设定频率f是由于以下的理由。图17表示频率与弹性以及粘性的关系。如图17所示，在频率f变大时，弹性成分的信息没有变化。另一方面，存在动态的粘性特性的信息在频率f变大时显著降低的情况。即使是粘性低的测定对象物(即，立刻恢复到原形的对象物)，当提高频率f时，在返回到原形之前按压测定装置1，难以得到按压测定装置1时与释放测定装置1时之间的位移的信息。如此，当提高频率f时，存在难以得到粘性特性的信息的情况，因此优选根据测定对象物在一定的范围内设定频率f。

另外，如图18所示，根据测定对象物的不同，存在当测定时间变长或测定次数变多时，粘弹性特性(在图18的例中只表示弹性)变得不显著的情况。因此，优选根据测定对象物在一定的范围内设定测定时间以及测定次数。

粘弹性计算装置2的微处理器23在每次向对象物按压测定装置1的可动部15时，取得来自该测定装置1的信息。微处理器23基于从测定装置1取得的信息(反作用力信息以及加速度信息)计算复数弹性模量(步骤s2)。另外，微处理器23基于从测定装置1取得的信息(反作用力信息以及加速度信息)计算相位差(步骤s3)。此外，在图7中并行执行步骤s2以及s3，但不限于该方法。也可以顺序执行步骤s2以及s3。关于步骤s2以及s3的详细内容，使用图8以及图9在后面进行叙述。

微处理器23基于计算出的复数弹性模量和相位差计算弹性成分以及粘性成分(步骤s4)。接下来，微处理器23对于在步骤s4中计算出的弹性成分的数据以及粘性成分的数据，计算平均值以及离散(步骤s5)。

接下来，微处理器23基于在步骤s5计算出的平均值以及离散，判定这些值是否是异常值(步骤s6)。该处理由微处理器23的判定部236执行。在为“是”时进入步骤s7，在为“否”时进入步骤s8。此外，关于是否是异常值的判定，例如能够通过将平均值以及离散与预先设定的阈值进行比较来实现。

另外，在步骤s6中为“是”时(为异常值时)，例如考虑由于持有测定装置1的手的抖动等，使得加速度传感器13的加速度的检测精度降低的情况。在进入了步骤s8时，微处理器23在显示部26中显示重新测量的消息并返回到步骤s1。

在进入了步骤s7时，微处理器23在显示部26中显示关于粘性成分的信息以及关于弹性成分的信息，并结束处理。在本例中，因为向对象物多次按压测定装置1的可动部15，所以通过步骤s4的计算能够取得多个弹性成分以及多个粘性成分的信息。作为一个例子，可以在显示部26中显示关于粘性成分的信息的平均值以及关于弹性成分的信息的平均值。

[第1实施例]

接下来，参照图8以及图9的流程图，对步骤s2以及s3的处理进行说明。此外，在图7中说明了能够取得多个弹性成分以及多个粘性成分的信息的情况，但在图8以及图9的流程图中，说明粘性成分以及弹性成分的1次计算。

首先，参照图8，说明复数弹性模量的计算处理(步骤s2)。微处理器23取得基于从磁传感器19经由驱动电路21取得的电压信息的电压波形和基于从加速度传感器13经由驱动电路22取得的加速度信息的加速度波形(步骤s21)。将电压波形输入到微分波形生成部231。将加速度波形输入到波形比较部232。图6的(a)表示电压波形。另外，图6的(b2)表示加速度波形。

接下来，微分波形生成部231对电压波形进行2阶微分，生成2阶微分波形(步骤s22)。图6的(b1)表示根据电压波形计算出的2阶微分波形。

接下来，波形比较部232将微分波形生成部231计算出的2阶微分波形(图6的(b1))与加速度波形(图6的(b2))进行比较，将比较结果输出给转换系数计算部233。转换系数计算部233基于该比较结果，计算电压位移转换系数cmd(步骤s23)。

具体而言，例如能够使用以下的式(5)计算电压位移转换系数cmd(参照图6的(b))。这里的am、aa分别对应于图6的(b1)、(b2)所示的值。

[数学式3]

接下来，转换系数计算部233通过使预先储存在存储部24中的电压压力转换系数cmp除以电压位移转换系数cmd(参照式(4))来计算对象物的复数弹性模量的绝对值k(步骤s24)。复数弹性模量是考虑了在粘弹性体发生变形时以及恢复时作为热而消失的能量的、材料的动态物理性能值。复数弹性模量的实部相当于储能弹性模量，虚部相当于损耗弹性模量。

接下来，参照图9，对相位差的计算处理(步骤s3)进行说明。微处理器23取得基于从磁传感器19经由驱动电路21取得的电压信息的电压波形和基于从加速度传感器13经由驱动电路22取得的加速度信息的加速度波形(步骤s31)。将电压波形输入到微分波形生成部231。将加速度波形输入到波形特征计算部234。图12的(a)表示加速度波形。另外，图12的(b)表示电压波形。

接下来，微分波形生成部231将电压波形进行2阶微分，生成2阶微分波形(步骤s32)。微分波形生成部231将2阶微分波形输出给波形特征计算部234。图12的(d)表示根据电压波形计算出的2阶微分波形。

接下来，波形特征计算部234计算2阶微分波形与加速度波形之间的延迟时间差t(步骤s33)。以下对步骤s33的计算处理例进行说明。

(第1例：互相关)

说明步骤s33的一个例子。波形特征计算部234将2阶微分波形的数据排列和加速度波形的数据排列中的一方的顺序反转(逆序)，对两个数据排列进行卷积，求出互相关函数。而且，波形特征计算部234检测互相关函数的最大峰值，推定其最大峰值的地点的时间差来作为2阶微分波形与加速度波形的延迟时间差t。波形特征计算部234将延迟时间差t输出给计算部235。此外，根据连续按压频率f，延迟时间差t为(1/4)×(1/f)以下(即，相位差最大为90度)。根据该第1例子，能够通过简单的处理求出延迟时间差t。

(第2例：白化互相关)

对步骤s33的一个例子进行说明。图10是波形特征计算部234的功能模块的一个例子。波形特征计算部234具备fft部801和802、白化部803和804、乘法部805、ifft部806、以及最大峰值检测部807。

fft部801、802分别将2阶微分波形的数据和加速度波形的数据转换成频域数据。白化部803、804通过频谱使转换成频域数据的信号白化(平坦flat)。

乘法部805仅对白化后的信号中的一方取共轭，针对每个频率成分将两个信号相乘，求出交叉谱。ifft部806将乘法部805的输出信号(交叉谱)转换成时间区域，求出白化互相关。接下来，最大峰值检测部807检测从ifft部806输出的互相关的最大峰值，推定该最大峰值的地点的时间差来作为2阶微分波形与加速度波形之间的延迟时间差t。波形特征计算部234将延迟时间差t输出给计算部235。根据该第2例，通过求出白化互相关，即使在2阶微分波形和加速度的波形不完全一致的情况下，也能够求出延迟时间差t。

(第3例：峰值的选出)

说明步骤s3的其它的例子。图11是对延迟时间差t的计算处理进行说明的流程图。

微处理器23取得基于从磁传感器19经由驱动电路21取得的电压信息的电压波形和基于从加速度传感器13经由驱动电路22取得的加速度信息的加速度波形(步骤s311)。将电压波形输入到微分波形生成部231。将加速度波形输入到波形特征计算部234。图12的(a)表示加速度波形。另外，图12的(b)表示电压波形。

接下来，微分波形生成部231根据电压波形生成1阶微分波形以及2阶微分波形(步骤s312)。微分波形生成部231将1阶微分波形以及2阶微分波形输出到波形特征计算部234。图12的(c)表示电压波形的1阶微分波形，图12的(d)表示电压波形的2阶微分波形。

波形特征计算部234搜索1阶微分波形的极值，决定周期(s313)。以下对周期的决定方法的详细内容进行说明。首先，波形特征计算部234计算1阶微分波形的平均值。接下来，波形特征计算部234计算1阶微分波形的平均值，计算1阶微分波形的振幅k，计算振幅k的0.3倍的值。这里将与振幅k相乘的值设为0.3，但不限于该值。只要能够搜索以下所示的1阶微分波形的极值，可以将该值适当地变更。

接下来，波形特征计算部234从1阶微分波形中搜索比(平均值－振幅k×0.3)小的数据，将搜索出的连续数据作为一个区间保存。图12的(c)的虚线1201表示比(平均值－振幅k×0.3)小的区间。波形特征计算部234求出各区间1201的最小值，将最小值的位置作为1阶微分波形的周期分割点保存。图12的(c)的点1202表示区间1201的最小值。

接下来，波形特征计算部234从1阶微分波形中，搜索比(平均值+振幅k×0.3)大的数据，将搜索出的连续数据作为一个区间进行保存。图12的(c)的虚线1203表示比(平均值+振幅k×0.3)大的区间。波形特征计算部234求出各区间1203的最大值，将最大值的位置作为电压波形的周期中间点保存。因此，能够通过两个周期分割点(最小值1202)之间的上升区间401以及下降区间402定义电压波形的周期。

接下来，波形特征计算部234按照周期分割点对每个周期划分加速度波形、电压波形以及2阶微分波形来进行保存(步骤s314)。关于电压波形，如上所述，从周期开起点到周期中间点称为上升区间401，从周期中间点到周期最终点称为下降区间402。

接下来，波形特征计算部234针对周期的每个区间计算加速度波形的最大变化点和2阶微分波形的最大变化点(s315)。此外，因为对每个区间进行相同的计算，这里对一个区间的计算进行说明。

参照图13进行说明。波形特征计算部234在下降区间402(从周期中间点到周期最终点)中寻找加速度波形的最大值1301，并记录最大值1301的位置。接下来，波形特征计算部234从最大值1301的位置开始寻找第一个极小值，并记录极小值的位置。将这里的极小值称为加速度最大变化点411。

同时，波形特征计算部234在下降区间402(从周期中间点到周期最终点)中寻找2阶微分波形的最小值，并记录最小值的位置。将这里的最小值称为2阶微分最大变化点412。

接下来，波形特征计算部234将加速度最大变化点411的位置与2阶微分最大变化点412的位置进行比较，推定其位置的时间差来作为各区间的加速度波形与2阶微分波形的延迟时间差t。波形特征计算部234针对每个区间计算延迟时间差t，推定延迟时间差t的平均值来作为延迟时间差t(s316)。波形特征计算部234将延迟时间差t输出给计算部235。

此外，图13中对下降区间402中的延迟时间差t的计算方法进行了说明，但在上升区间也通过相同的思路能够根据加速度最大变化点和2阶微分最大变化点来计算延迟时间差t。

根据该第3例子，因为针对周期的每个区间计算延迟时间差，即使区间的数量少也能够计算延迟时间差。因此，能够减少测定装置1的按压次数，能够缩短测量时间。

接下来，对图7的步骤s4的计算进行说明。计算部235根据从转换系数计算部233输出的复数弹性模量k和从波形特征计算部234输出的延迟时间差t计算粘性成分以及弹性成分(步骤s4)。

这里，将通过操作者或电动机连续按压的频率设为fhz。使用频率fhz，根据延迟时间差t计算相位差d(式(6))。

[数学式4]

d＝t×f×360式(6)

接下来，计算部235将表示动态的粘弹性的复数弹性模量的绝对值k与相位差d相乘，计算储能弹性模量e'和损耗弹性模量e”(式(7)、式(8))。

[数学式5]

e'＝k×cosd式(7)

e"＝k×sind式(8)

这里将储能弹性模量e'设为弹性成分，将损耗弹性模量e”设为粘性成分。在其后的步骤s7中，可以在显示部26中作为关于弹性成分的信息显示储能弹性模量e'的数值，作为关于粘性成分的信息显示损耗弹性模量e”的数值。延迟时间差t越大，粘性成分越大。

接下来，对步骤s7中的显示例进行说明。首先，生成了将已知具有保持皮肤的弹力和张力的功能的胶原质(明胶粉)和水一起加热分解，且冷却后形成的块。这里，使明胶粉和水的比率为人体皮肤中包含的胶原质的比例相同的程度，或者为明胶凝固的比例即可。图14a以及图14b表示使用上述的块对弹性以及粘性进行测定后的结果以及使用20多岁以及30多岁的女性的脸部的肌肤对弹性以及粘性进行测定后的结果。图14a作为关于弹性以及粘性的信息表示延迟时间差的结果。图14b是在具有弹性成分的第1轴以及粘性成分的第2轴的图表上表示测定到的弹性成分以及粘性成分的结果的分布图。此外，在该测定实验中，从很多测定结果中抽出了象征性的数据，在图14a以及图14b中只表示了几个象征性的数据。

如图14a所示，在为明胶的情况下，明胶的浓度越高，延迟时间差变得越短。明胶的浓度越高，粘性变得越低(即，施加力时返回到原形快)，并且具有弹力。另一方面，在为人的皮肤的情况下，年龄越年轻延迟时间差越短。因此，年龄越小粘性越低、越有弹力。当参照图14a的测定结果时，可知关于延迟时间差，明胶的倾向和人的皮肤的倾向相一致。

此外，在实际的测定中，可以如图14a那样在显示部26显示年龄的各类别的延迟时间差。此时，对于一次的测定，通过误差棒图来表示针对每个周期计算出的相位偏离的偏差。计算部235也可以使用计算出的延迟时间差的平均值或者中心值，计算关于弹性成分以及粘性成分的信息。由此认为即使在不稳定的测定环境中，计算精度也高。

图14b是测定出的弹性成分以及粘性成分的结果的分布图。图14b的图表的右上假定了婴儿肌肤。在图14b中，人的皮肤的弹性比明胶的弹性高。这是因为在为人的皮肤的情况下受到皮肤下的肌肉和骨的影响，由于这些影响弹性变高。如图14b的例子所示，在显示部26中，可以将测定对象者的弹性成分以及粘性成分的信息显示在具有这些信息的双轴的二维平面上。

另外，作为其它的例子，存储部24也可以储存表示粘性以及弹性与测定对象物的状态或者类别之间的相关关系的数据库。作为一个例子，该数据库可以包含人的年龄(或者年龄的类别)与表示粘性成分的数值的范围之间的关系以及人的年龄(或者年龄的类别)与表示弹性成分的数值的范围之间的关系。计算部235可以通过参照上述的数据库，在显示部26中显示测定结果与数据库中积蓄的信息的比较结果。

图15是使用了数据库的显示部26中的显示例。在显示部26中，在具有弹性成分的第1轴以及粘性成分的第2轴的二维平面上显示测定对象者的弹性成分以及粘性成分的信息。另外，在显示部26的二维平面上，可以叠加显示数据库内的比较对象数据。在显示部26中作为比较对象数据，将婴儿肌肤的数据、30多岁女性平均的数据、以及60多岁女性平均的数据显示为以右上为原点的放射状的分布数据(图15的虚线)。这样，可以在二维平面上从某个基准点开始放射状地显示比较对象数据。由此，能够容易地掌握测定对象者的弹性以及粘性的组合接近哪个年龄类别。另外，存储部24可以进一步储存用于记录测定对象者的关于弹性成分的信息以及关于粘性成分的信息的履历的数据库。在显示部26中叠加显示测定结果的生长图。在图15的例子中，在二维平面上显示测定对象者的一个月前的测定结果和本次的测定结果。

另外，作为其它的例子，计算部235可以使用在步骤s4中计算出的弹性成分以及粘性成分的信息来参照上述的数据库，由此输出测定对象者的肌肤的年龄或者年龄的类别(20多岁、30多岁等)。计算部235可以分别针对弹性成分以及粘性成分输出肌肤的年龄，也可以根据弹性成分以及粘性成分的组合输出肌肤的年龄。因此，可以在显示部26中显示与通过计算得到的弹性成分以及粘性成分的信息对应的肌肤的年龄或类别。

另外，作为其它的例子，计算部235也可以使用在步骤s4中计算出的弹性成分以及粘性成分的信息来参照上述的数据库，由此在显示部26中显示皮肤特征的雷达图。雷达图是以多个项目为纵轴，将纵轴的原点汇集成一个使其成为放射线状的图。这里作为雷达图的项目可以包含弹性成分、粘性成分、以及其它的项目(例如，肌肤的水分含量等)。在雷达图中，作为数据库的参照结果，可以叠加显示某个年龄(或者年龄的类别)的标准数据。通过使用雷达图，可通过用直线连接相邻的描绘来确认整体的平衡。

计算部235可以使用在步骤s4中计算出的弹性成分以及粘性成分的信息来参照上述的数据库，由此针对每个分类生成图表。图16是针对每个分类显示弹性成分以及粘性成分的信息的例子。这里关于弹性成分以及粘性成分各自的数值信息，将数据库的最大值设为100％，将最小值设为0％。在显示部26中分别针对弹性以及粘性显示测定对象者的数值的位置。

此外，以上表示了几个图表例子，但是可以在显示部26中显示弹性成分以及粘性成分各自的数值信息以及以上说明的图表中的至少一个。

另外，根据本实施例的粘弹性计算系统1000，将基于从磁传感器19取得的电压信息生成的2阶微分波形与基于从加速度传感器13取得的加速度信息的加速度波形进行比较来计算电压位移转换系数cmd。然后，通过将预先求出的电压压力转换系数cmp除以电压位移转换系数cmd，计算对象物的复数弹性模量k。另外，根据复数弹性模量k和延迟时间差t，计算弹性成分以及粘性成分。由此，与按压对象物时的凹陷处的特征无关，能够高精度地计算表示对象物的粘弹性特征的动态的粘弹性。特别是，通过使用加速度传感器13以及磁传感器19，能够容易地实现测定装置1的小型化和低价格化。

另外，根据本实施例的粘弹性计算系统1000，通过在动态测定中使用加速度传感器13，能够进行高精度的测定。另外，根据本实施例的粘弹性计算系统1000，即使对于在测定时难以固定测定装置的对象物，关于对象物的动态粘弹性的测定能够定量地进行计算。特别是关于人体的测定，即使是难以维持初始位置的部位也能够进行高精度的测定。

此外，关于测定反作用力信息的电压波形的取得单元，也可以代替磁传感器而使用位移传感器、应力传感器、加速度传感器等。

[第2实施例]

接下来，图19是对第2实施例的粘弹性计算系统1000的处理进行说明的流程图。此外，对于与图7相同的步骤，赋予相同的附图标记并省略说明。

由于噪声等原因存在难于将粘性成分以及弹性成分定量的可能。在本例中，代替图7的步骤s3，执行能够定性地计算粘性成分的步骤s9。此外，在本实施例中，将步骤s2中计算出的复数弹性模量作为关于弹性成分的信息，将步骤s9中计算出的值作为关于粘性成分的信息。以下对步骤s9的计算处理例子进行说明。

(第1例：使用加速度波形以及电压波形的例子)

图20表示步骤s9的流程图的第1例。微处理器23取得基于从磁传感器19经由驱动电路21取得的电压信息的电压波形以及基于从加速度传感器13经由驱动电路22取得的加速度信息的加速度波形(步骤s91)。将电压波形输入到微分波形生成部231。将加速度波形输入到波形特征计算部234。图12的(a)表示加速度波形。另外，图12的(b)表示电压波形。

接下来，微分波形生成部231根据电压波形生成1阶微分波形(步骤s92)。微分波形生成部231将1阶微分波形输出到波形特征计算部234。图12的(c)表示电压波形的1阶微分波形。

波形特征计算部234搜索1阶微分波形的极值，并决定周期(s93)。以下对周期的决定方法的详细内容进行说明。首先，波形特征计算部234计算1阶微分波形的平均值。接下来，波形特征计算部234计算1阶微分波形的平均值，计算1阶微分波形的振幅k，并计算振幅k的0.3倍的值。

接下来，波形特征计算部234从1阶微分波形中搜索比(平均值－振幅k×0.3)小的数据，将搜索出的连续数据作为一个区间进行保存。图12的(c)的虚线1201表示比(平均值－振幅k×0.3)小的区间。波形特征计算部234求出各区间1201的最小值，将最小值的位置作为1阶微分波形的周期分割点进行保存。图12的(c)的点1202表示某个区间1201的最小值。

接下来，波形特征计算部234从1阶微分波形中搜索比(平均值+振幅k×0.3)大的数据，将搜索出的连续数据作为一个区间进行保存。图12的(c)的虚线1203表示比(平均值+振幅k×0.3)大的区间。波形特征计算部234求出各区间1203的最大值1204，将最大值1204的位置作为电压波形的周期中间点进行保存。因此，通过两个周期分割点(最小值1202)之间的上升区间401以及下降区间402定义电压波形的周期。

接下来，波形特征计算部234按照周期分割点，针对每个周期划分加速度波形以及电压波形并进行保存(步骤s94)。如上所述，关于电压波形，从周期开起点到周期中间点称为上升区间401，从周期中间点到周期最终点称为下降区间402。

接下来，波形特征计算部234针对每个周期计算按压时间段和释放时间段(s95)。根据区间401、402中的连续的极大值以及极小值求出按压时间段和释放时间段。此外，因为对每个周期进行相同的计算，这里使用图21对一个周期中的计算进行说明。

波形特征计算部234在上升区间401的范围中寻找加速度波形的最小值，并记录最小值的位置。接下来，波形特征计算部234从上述最小值的位置开始寻找第一个极大值，并记录最大值的位置。将这里记录的最小值和最大值之间称为按压时间段421。

接下来，波形特征计算部234在下降区间402的范围中寻找加速度波形的最大值，并记录最大值的位置。接下来，波形特征计算部234从上述最大值的位置开始寻找第一个极小值，并记录最小值的位置。将这里记录的最大值和最小值之间称为释放时间段422。

接下来，波形特征计算部234计算所确定的按压时间段421的电压波形的变化量vp，并计算所确定的释放时间段422的电压变化量vl(s96)。波形特征计算部234将变化量vp、vl输出到计算部235。

而且，计算部235通过式(9)计算粘性特性g(s97)。

[数学式6]

这里对粘性特性g进行说明。在通过测定装置1按压时，粘性越大，由粘性特性引起的反作用力越大。在释放测定装置1时，粘性越大，由粘性特性引起的反作用力越小。vp、vl是基于粘性特性和弹性特性的综合效果的测定值。作为vp与vl之比的粘性特性g，定性地表示了粘弹性特性中的粘性的贡献程度。粘性特性g越大，可以说粘性成分越大。图21表示20多岁以及30多岁的脸部肌肤的两个部位的粘性特性g的测定结果。如图21所示，年龄越高粘性特性g的值越大。根据图21的结果还可知作为vp与vl之比的粘性特性g作为表示粘弹性特性中的粘性程度的数值是有用的。

此外，关于变化量vp、vl，也可以使用在多个区间计算出的值的平均值或者中值的值等。

此外，步骤s7中，计算部235也可以将粘性特性g作为粘性成分的信息显示在显示部26。另外，计算部235也可以将复数弹性模量的信息作为弹性成分的信息显示在显示部26。另外，与第1实施例相同，也可以使用表示人的年龄与粘性特性g之间的相关关系的数据库，在显示部26显示各种图表。

在由于噪声等原因，基于电压波形生成的2阶微分波形变得复杂的情况下，存在当形成2阶微分波形时产生延迟的情况。此时，有可能无法正确地提取2阶微分波形与电压波形的相位差。根据该第1例，即使在噪声等多的情况下，也能够推定作为粘性特征的定性的评价而有用的粘性特性g。

(第2例：只使用加速度波形的例子)

图23表示步骤s9的流程图的第2例。此外，因为步骤s2301～2304是与图20的步骤s91～94相同的处理，所以省略说明。

在步骤s2304之后，波形特征计算部234计算测定装置1的按压时间段的加速度波形的变化量以及测定装置1的释放时间段的加速度波形的变化量(s2305)。根据区间401、402中的连续的极大值以及极小值求出按压时间段和释放时间段。此外，因为针对每个周期进行相同的计算，在此使用图24对一个周期的计算进行说明。

波形特征计算部234在上升区间401的范围中寻找加速度波形的最小值，作为第一个最小值记录位置。接下来，波形特征计算部234从上述第一个最小值的位置开始寻找第一个极大值，并作为第一个最大值记录位置。接下来，波形特征计算部234从上述第一个最大值的位置搜索下一个极小值，作为第二个最小值记录该极小值的位置。然后，波形特征计算部234计算第一个最小值与第一个最大值之间的加速度波形的变化量a1以及第一个最大值与第二个最小值之间的加速度波形的变化量a2。另外，波形特征计算部234将上升区间401的总变化量a1+a2输出到计算部235。

接下来，波形特征计算部234在下降区间402的范围中寻找加速度波形的最大值，作为第一个最大值记录位置。接下来，波形特征计算部234从上述第一个最大值的位置开始寻找第一个极小值，作为第一个最小值记录位置。接下来，波形特征计算部234从上述第一个最小值的位置开始搜索下一个极大值，作为第二个最大值记录该极大值的位置。而且，波形特征计算部234计算第一个最大值与第一个最小值之间的加速度的变化量a3以及第一个最小值与第二个最大值之间的加速度的变化量a4。另外，波形特征计算部234将下降区间402的总变化量a3+a4输出到计算部235。

而且，计算部235通过式(10)计算粘性特性g(s2306)。

[数学式7]

这里对粘性特性g进行说明。在通过测定装置1按压时，粘性越大，由粘性特性引起的反作用力越大。在释放测定装置1时，粘性越大，由粘性特性引起的反作用力越小。加速度波形的a1+a2以及a3+a4反映了按压和释放的反作用力特征。作为a1+a2与a3+a4之比的粘性特性g定性地表示粘弹性特性中的粘性的贡献程度。g越大，粘性成分越大。

此外，关于变化量a1、a2、a3、a4，可以使用在多个区间计算出的值的平均值或者中值的值等。

此外，在步骤s7中，计算部235可以将粘性特性g作为粘性成分的信息显示在显示部26。另外，计算部235也可以将复数弹性模量的信息作为弹性成分的信息显示在显示部26。另外，与第1实施例相同，也可以使用表示人的年龄与粘性特性g之间的相关关系的数据库，在显示部26上显示各种图表。

根据该第2例，能够只通过加速度波形计算关于粘性成分的信息。此外，作为根据电压波形以外的波形求出粘性特性g的方法，也可以通过在测定装置1中设置开关等，区别上升区间和下降区间。

(第3例：只使用电压波形的例子)

图25表示步骤s9的流程图的第3例。此外，因为步骤s2501～2503是与图20的步骤s91～93相同的处理，所以省略说明。

在步骤s2503之后，波形特征计算部234按照周期分割点，针对每个周期划分电压波形并进行保存(步骤s2504)。关于电压波形，如上所述，从周期开起点到周期中间点称为上升区间401，从周期中间点到周期最终点称为下降区间402。

接下来，波形特征计算部234针对每个周期计算电压波形的上升区间401的时间t1和电压波形的下降区间402的时间t2(步骤s2505)。波形特征计算部234将上升区间401的时间t1和下降区间402的时间t2输出到计算部235。图26是时间t1、t2的计算例。这里针对每个周期进行相同的计算，所以对一个周期的计算进行说明。

计算部235通过式(11)计算粘性特性g(步骤s2506)。

[数学式8]

这里对粘性特性g进行说明。认为粘性越大，释放测定装置1时由粘性特性引起的延迟越明显。作为上升区间401的时间t1与下降区间402的时间t2之比的粘性特性g定性地表示粘弹性特性中的粘性的贡献程度。粘性越大，测定装置1的按压时间段所对应的上升区间401的时间t1与测定装置1的释放时间段所对应的下降区间402的时间t2之比越小。

此外，关于上升区间401的时间t1与下降区间402的时间t2，可以使用在多个区间计算出的值的平均值或者中值的值等。

此外，步骤s7中，计算部235可以将粘性特性g作为粘性成分的信息显示在显示部26。另外，计算部235也可以将复数弹性模量的信息作为弹性成分的信息显示在显示部26。另外，与第1实施例相同，也可以使用表示人的年龄与粘性特性g之间的相关关系的数据库，在显示部26中显示各种图表。

根据该第3例，能够只通过电压波形计算关于粘性成分的信息。

本发明不限于上述实施例，包含各种变形例。上述实施例是为了容易理解地说明本发明而详细说明的实施例，不限定于必需具备所说明的全部的结构。另外，能够将某实施例的部分结构置换为其它的实施例的结构。另外，也能够对某实施例的结构追加其它的实施例的结构。另外，关于各实施例的部分结构，能够追加、削除、置换其它的结构。

上述微处理器23的各种处理能够由实现这些功能的软件的程序代码来实现。此时，将记录了程序代码的存储介质提供给系统或装置，该系统或装置的计算机(或者cpu、mpu)读出在存储介质中储存的程序代码。此时，从存储介质读出的程序代码本身实现上述实施例的功能，该程序代码本身以及存储该程序代码的存储介质也构成本发明。作为用于供给这样的程序代码的存储介质，例如使用软盘、cd－rom、dvd－rom、硬盘、光盘、光磁盘、cd－r、磁带、非易失性的存储卡、rom等。

在此所述的工序以及技术本质上与任何特定的装置无关联，能够通过部件的任何相应的组合来安装。并且，能够使用通用目的的多样类型的设备。为了执行在此所述的方法的步骤，有时构建专用的装置是有好处的。换句话说，上述的微处理器23的处理的一部分或者全部，例如也可以由集成电路等使用了电子部件的硬件来实现。

并且，上述的实施例中，为了说明上的需要而表示了控制线、信息线，但是不限于在产品上一定表示全部的控制线、信息线。全部的结构可以相互连接。

附图标记的说明

1000...粘弹性计算系统；1、1a...测定装置；2...粘弹性计算装置；11...接收线圈；12...发送线圈；13...加速度传感器(第1传感器)；14...主体部；15...可动部；16、16a...弹簧；17(a)...弹簧；17(b)...阻尼器；18...电池；19...磁传感器(第2传感器)；20...接触部；21、22...驱动电路；23...微处理器；24...存储部；25...声音产生部；26...显示部；27...电源部；28...输入部；31...交流振荡源；32...放大器；33...前置放大器；34...检波电路；35...参照信号；36...低通滤波器；110...线圈基板；120...线圈基板；130...动作电路基板；190...动作按钮；231...微分波形生成部；232...波形比较部；233...转换系数计算部；234...波形特征计算部；235...计算部；236...判定部；801、802...fft部；803、804...白化部；805...乘法部；806...ifft部；807...最大峰值检测部。