【ホワイトペーパー・技術資料】色評価に際して知っておくべき自然光シミュレーションに関する4つの通念と誤解

自然光の問題は、その見かけと分光 特性が、日や季節によって、さらに は1日の中でも劇的に変わることであ る。 技術概要 自然光に関する誤解を解く: 色評価に際して知っておくべき、自然光シミュレーション に関する4つの通念と誤解 自然光が、歪みの影響のない色評価ができる唯一の光源である 分光の各色は比較的同じ割合で表れています。したがって、自然 ことはよく知られています。よく管理されたカラープログラム 光の3つすべての様相で曲線が類似することになりますが、それ では、正確な色評価のために、何らかの形で自然光を光源とし は分光成分が類似していることを意味します。つまり、自然光の て利用しています。 1つの様相で色が一致すれば、他の様相の下でも一致するという 自然光の問題は、その見かけと分光特性が、日や季節によっ ことです。 て、さらには1日の中でも劇的に変わることにある。朝日は赤み 自然光シミュレーターに違いがある理由 がかった色相を持っています。曇りの日はグレーにくすんでい 自然光のシミュレーションは、広帯域蛍光（商用自然光）、7 種 るように見え、快晴の空は青く見えます。自然光の変化に影響 の蛍光体を持つ広帯域蛍光（特許取得済みGretagMacbeth技 する要素としては、大気の条件、季節の変化、時刻、大気汚 術）、フィルタを使用するタングステンハロゲン（特許取得済み 染、高度、さらには現在地（都市か郊外かなど）が挙げられま GretagMacbeth技術）など、いくつかの異なる照明方法によって す。これらすべての要因が製品のカラー品質の正確な評価に影 実施できます。これらのいずれも、シミュレートする自然光の様 響し、それによって自然光のシミュレーションの必要性が変わ 相と相関色温度・色度が等しい光エネルギーを生み出します。 ります。 しかしエネルギー量を詳細に評価すると、以下のグラフのよう この論文では、自然光シミュレーターに関する誤った通念、誤 に、シミュレーターの品質の違いが明らかになります。 解を解いていきます。テクノロジー、業界標準と慣行、また色 分光分布曲線は、6500ケルビンにおけるD65自然光の典型的な 評価用の自然光シミュレーションに関連する問題について考察 シミュレーションを表しています。このターゲットには「CIE します。 D65」というラベルが付いています。曲線を比べてみれば、 「SpectraLight D65」というラベルの図の曲線が、CIE D65の分 光分布曲線に最も近いことが明らかです。しかし既に述べたよう 自然光シミュレーションについてよく見られる4つ に、分光分布はCIEによって定義されている自然光の3つの属性の の誤った通念 1つにすぎません。正確な自然光シミュレーションは、他の2つの 属性である色度と相関色温度の基準を満たしていなければなりま 誤った通念#1: 自然光シミュレーターはどれも同じ せん。次に示す誤った通念を考えることで、これら2つの属性の である誤りです。CIE（国際照明委員会）は、自然光には3つ 実際が分かります。 の属性があると明確に定義しています。それは（1）分光分布 （SPD）、（2）色度、（3）相関色温度です。正確な自然光シ ミュレーションを行うには、3つすべての特性をシミュレートで きることが不可欠です。これらのうち、1つまたは2つの属性を 満たすシミュレーターが存在します。しかし3つすべての属性を 満たさない限り、そのシミュレーターは色のレンダリングに適 しません。 分光分布（SPD）に関する事実 以下の図は、自然光のそれぞれの様相における相対エネルギー を示しています。光源のエネルギー量によって、色を正確にレ ンダリングできるかどうかが決まります。このエネルギーを分 光分布と呼びますが、これは分光放射計でランプの出力を測定 することで判定されます。ちなみに人間の目は、波長範囲400～ 700ナノメートルの光エネルギーを感知します。各グラフのX軸 はその波長範囲を表します。 図では、自然光による3つの標準的な光源の理想的な曲線を示し ています。D55は正午の自然光、D65は平均的な自然光、D75は 北の空の自然光を表します。それぞれの曲線には起伏がありま すが、

色温度と分光分布のこの相違は、色温 度だけを使用して光源を指定すること の根本的な欠点を明らかにしている。 属性‒ 色度と関連する色温度。次の通念 はこれらの2つの 属性についての真実を明らかにします。 誤った通念#2: 光源がD65である限り、それは優れた 自然光シミュレーターである 誤りです。前のグラフの分光分布曲線をもう一度見てみましょ う。すべての光源で、見掛け上の色温度または相関色温度は同じ 6500ケルビンですが、分光分布曲線が異なります。色温度と分光 分布のこの相違は、色温度だけを使用して光源を指定することの 根本的な欠点を明らかにしています。 さらに詳しく説明するために、色度と相関色温度の関係を見てみ ましょう。この関係を見ると、色温度に基づくだけでも分光分布 がいかに大きく変わるのかが分かります。 2つの光源の色温度が同じでも、色の再現の質が異な るのはなぜか 光源の色温度指定により、CIE 1931色度図と比較した光源の外観 が特定されます（次の図を参照）。光源のXY座標は色度になって います。これらの座標は、特定の色温度の許容範囲に関連付けら れて表示されます。問題が生ずるのはこの部分です。 相関色温度を使用すると、すべて同じ色温度の色度座標が無限に 作られてしまうのです。したがって相関色温度に一致するランプ でも、CIE D65自然光をシミュレートする能力や、色の再現を正 確にまたは一貫して行う能力は大きく異なります。 誤った通念#3: 自然光シミュレーターの質を判定する 最良の方法はCRIである 誤りです。主に蛍光ランプについて使用される演色評価数 （CRI）は、光源による色の再現力を表します。この指標は、ラ ンプメーカーが自社の蛍光ランプの演色性を示す手段として開発 したものであり、理論上、指数が大きいほど色がより再現される ことになります。しかし、指数を適用する際のわずかな差異に よって問題が生じます。

次に、いくつかの業界標準における自然光の評価要件を示 します。 ライトブースの色再現は、ランプ • ASTM D1729: 「不透明素材の色差の目視評価」（BCが だけの問題ではなく、システム全 必須） • SAE J361 2000: 「インテリアトリムおよびエクステリア 体の状態によって決まる。 トリムの目視評価」（評価B。Aが望ましい） • ISO 3664 - 2000: 「グラフィック技術および写真の可視条 件」（C以上、Bが望ましい） インデックスが高いほど、演色性が向上します。ただし、イン • BS 950 Part 1（BDが必須） デックスの動作方法に関するほとんど知られていない違いは、 誤解を招く可能性があります。 • AATCC Evaluation Procedure 9: 「テキスタイルの色差の 目視評価」（BC以上） 蛍光光源の演色評価数が優れていても、実際の色再 テキスタイルの色差の評価」（BC以上） 現がうまくいかない場合がある理由 演色評価数は相対的な指数です。つまりランプのパフォーマン 誤った通念#4: 蛍光灯の性能が向上しているため、 スは、最高レートの100が割り当てられた基準光源と相対的な関 フィルタを使用するタングステンハロゲン技術と同 係にあるということです。5000ケルビン未満のランプ（最も普 等の効果が低価格で得られる 及している蛍光光源）の基準光源は、白熱灯またはタングステ 誤りです。フィルタを使用するタングステンハロゲン技術につ ンランプです。よく知られているように、白熱灯には青エネル いては、蛍光技術よりも活発な投資が行われています。コスト ギーがほとんど含まれておらず、黃、オレンジ、赤のエネル の問題を除けば、フィルタを使用するタングステンハロゲン技 ギーが過剰です。これは明らかに、正確な色評価には適してい 術のパフォーマンスは、低コストでありながら高精度の特殊な ません。 7種蛍光体自然光シミュレーション技術を含め、どのような蛍 しかしこの光源のCRIは100です。注意すべきなのは、CRI指数が 光技術よりも優れています。総所有コストに加えて、製品寿命 ランプのパフォーマンスの絶対的な指標ではないということで 全体にわたって一貫した色再現品質が得られるかどうかも考慮 す。CRIは、ランプのパフォーマンスが基準光源と同等であるこ しなければなりません。蛍光技術と、フィルタを使用するタン とを示すにすぎないため、色再現にはまったく適していないこ グ ともあり得ます。 特定のランプの色再現が良好であるかを厳密に確認するに ステンハロゲン技術に関する事実を確認してみましょう。 は、CIE Assessment Method、Publication 53を参照する必要が あります。次にその要約を示します。 ランプの寿命が長くても、信頼性 CIE評価方法（出版物53） のある色再現が長期にわたって可 • 目視評価と計器測定について、自然光シミュレーターの 能なわけではない。 分光品質をテストします。 • 試験方法としてはD50、D55、D65、D75が用意されてい ます。 製品の寿命全体にわたっての演色性の一貫した品質。蛍 • 可視光には5つのバーチャルメタマー、紫外線には3つの 光とフィルター付きタングステンハロゲン技術について バーチャルメタマーを使用します。 の事実を見てみましょう。 • 可視光には5つのバーチャルメタマー、紫外線には3つの バーチャルメタマーを使用します。 ランプを変えるだけでは必ずしも正確な色再現がで • 自然光シミュレーションの品質評価については、CRIより きない理由 も正確です。 ライトブースの色再現は、ランプだけの問題ではなく、システ ム全体の状態で決まるものです。システムのパフォーマンスを 品質グレード メタメリズム指標 最適にするには、ISO、Six Sigmaなど、あらゆる品質システム による認証が必要になります。認証プロセスでは包括的なシス CIELAB CIELUV テムチェックを行います。すべての光源について、光源レベ A <0.25 <0.32 ル、色温度、分光分布、色度座標を分光放射計で測定します。 システムの徹底的なクリーニングを行い、正確なRMSメーター B 0.25 to 0.50 0.32 to 0.65 で動作電圧を測定し、正しく動作するように設定します。照明 C 0.50 to 1.00 0.65 to 1.30 システムはすべて適切な色温度の状態で出荷されますが、壁や フィルタの汚れ、バラストや電源のパフォーマンスなどのさま D 1.00 to 2.00 1.30 to 2.60 ざまな環境要因によって、システムの分光特性が変わる場合が あります。ランプだけを変えるのは、車両メーカーが排気、ブ E >2.00 >2.60 レーキ、タイヤ、ライトなどの検査を行わずに、検査済みス テッカーをユーザーに渡すようなものです。 スタンダード: 技術の種類を問わず、ランプの安定性が問題になら 質の高い自然光シミュレーションを利用することは、プラスの ない理由 要素であるにとどまらず、多くの業界では絶対的な要件になり ランプの安定性は、蛍光灯であろうとタングステンであろう ます。これは、ASTM D1729、SAE J 361、BS950、ISO と、 3664、AATCC Procedure 9など、多数の企業内、国内、また国 際的なカラースタンダードが、正確な自然光シミュレーション を要求していることからも明らかです。

色の決定は損益を大きく左右するた ただし、これらはフィルタを使用したランプであり、ブラックラ イトブルーエネルギーと呼ばれる長波長の近紫外線を発している め、慎重な検討が求められる。自然 ことに注意が必要です。このエネルギーは325 nm以上の分光範 光シミュレーション技術のメリット 囲に見られます。ランプにはコーティングが施されており、網膜 と限界について明確に理解する必要 損傷、日焼け、皮膚がんの原因になる有害な短波長放射をカット しています。 がある。 蛍光ランプは劣化が早いため、蛍光ランプにUVコンポーネント を追加することは、現実的でないばかりか非常に危険です。蛍光 ランプの安定性はランプに供給される電流によって決まりま 体が劣化すれば、ランプのエンベロープを通過する紫外線量が増 す。800 Vを超える電圧で蛍光ランプを使用するには、定量ワッ えます。フィルタを使用しないと、この短波長放射が視認範囲に ト数自動変換器であるバラストが必要になります。アークが生 広がり、危険です。 じた時点で、バラストによってランプに対する適切な動作電圧 が維持されます。蛍光ランプのオン/オフを切り換えるたびに、 同じプロセスが行われます。蛍光ランプは、細かく切り換える フィルタによるソラリゼーションの再現が事実上不 よりも点灯させたままの方がよいのはそのためです。 可能である理由 T家庭用の一般的なタングステンランプや白熱灯は、色温度と光 最近よく言われていることに反して、フィルタを使用するタング 出力を維持するために、一定の電流を必要とします。タングス ステンハロゲンシミュレーターはソラリゼーションに対応できま テンランプの電圧が低下すると、光出力と色温度が低下し、ラ せん。こうした自然光フィルタはメンテナンスをほとんど必要と ンプの寿命が延びます。電圧が上昇すれば、逆の結果になりま せず、20年以上にわたって正確な自然光シミュレーションを行 す。タングステンハロゲンカラービュー技術で、高度に設計さ うことができます。そして多数の第1世代のSpectraLight®製品が れた調整電源が採用されているのはそのためです。工場での 20年以上利用されています。フィルタに付着すると一時的な変 キャリブレーションを経たこのシステムは、ランプに一定の電 色の原因となる、ほこりやその他の環境粒子は、低刺激性の洗剤 流を供給し続けるだけでなく、工場またはオフィス環境におけ と水だけで取り除くことができます。 る電気負荷に基づいて、高電圧または低電圧を自動的に修正し 一方ソラリゼーションは、鉄または酸化マンガンが含まれたガラ ます。こうした「スマートな」システムは、起動時に適切な線 スが、強力な短波長紫外線やX線放射に何年もあるいは何十年も 間電圧を正確にチェックし、動作時に供給電圧が許容限界を下 さらされた場合に生ずる現象です。マンガンが光酸化すると、ガ 回った場合にはオペレーターに通知します。それにより、シス ラスにピンク色または紫色が現れます。 テムの寿命全体にわたって、色の判断に影響する電圧変動が防 止されます。 ソラリゼーションの再現は、フィルタを使用するタングステンハ ロゲン技術では事実上不可能です。タングステンハロゲン光源に ランプの寿命について誤解がある理由 は多量の紫外線が含まれていないためです。調査によれ Tカラービューの目的は、一定した自然光を得るためです。ラン ば、1970年代半ばに製造された、フィルタを使用するタングス プの寿命が長くても、信頼性のある色再現が長期にわたって可 テンハロゲン照明製品の多くは、現在も使用されており、30年 能なわけではありません。実際にはほとんどの蛍光ランプは、 近く経っても元のキャリブレーションと認証のままの性能を維持 タングステンハロゲンの400時間よりも大幅に寿命が長くなって しています。 います。しかし、ランプ寿命の約75%はカラービューに利用でき ません。その理由は次のとおりです。 研究結果によれば、蛍光ランプではランプの寿命全体を通じ 要約 て、光出力が30%低下し、400ケルビンの色ずれが生じます。さ フィルタを使用するタングステンハロゲン技術は、現在最も自然 らに、ランプ内の蛍光体が時間の経過とともに劣化します。こ 光に近い光を再現できるテクノロジーです。また、製品寿命の全 の劣化によってランプの効率性が低下し、分光が変化します。 体にわたって、安定した光出力とカラー品質が一貫して維持され 初期の変化は、分光の赤とオレンジの領域に影響します。赤成 ます。 分が減り、光出力が低下して紫外線成分が増えます。この変化 は徐々に表れるもので、肉眼では分かりません。それでも色の さらに、フィルタを使用するタングステンハロゲン技術には、多 判断には大きく影響します。正確な色再現に必要な光源レベ 様なサンプルを評価できる柔軟性があります。指向性光源によ ル、色温度、分光出力を維持するために、蛍光ランプは3000～ り、貴金属などの指向性を持つサンプル、金属サンプル、真珠光 5000時間ごとに交換することが推奨されます。 沢または光沢塗料サンプル、プラスティックサンプル、高光沢織 フィルタを使用するタングステンハロゲンによっ 物または指向性を持つテキスタイルの評価に適しています。 て、紫外線エネルギーが最も正確かつ安全に再現さ 一方、蛍光技術は拡散性光源であるため、上記の用途には推奨さ れる理由 れません。 自然光には紫外線が含まれています。UV AやUV Bなどの短波長 の紫外線は、人間の目にとって有害です。フィルタ付き長波長 自然光には多面的な要素があります。色の決定は損益を大きく左 UVランプであれば、自然光に含まれる近紫外線の量をシミュ 右するため、慎重な検討が求められます。自然光シミュレーショ レートできます。さらに、フィルタを使用したタングステン自 ン技術のメリットと限界について明確に理解する必要がありま 然光システムに含まれているフィルタ付きUVランプは、自然光 す。 に含まれる量の5倍の近紫外線を発生させます。この機能によ そのため世界中の多数の社内標準や業界標準が、信頼性に優れた り、光学的光沢剤、白色剤、蛍光染料、色素の存在を簡単に検 自然光シミュレーションと高精度の色評価のために、フィルタを 出できます。 使用するタングステンハロゲン技術を導入しています。 エックスライトライト社 〒135-0064 東京都江東区青海2-5-10 X-RIte WoRld HeadQuaRteRs テレコムセンタービル西棟6F TEL:03-6374-8734 Grand Rapids, Michigan USA • (800) 248-9748 • +1 616 803 2100 URL:https://www.xrite.co.jp/ © 2021, X-Rite, Incorporated. All rights reserved. L10-394 (04/09)