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【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

ホワイトペーパー

自然光に関する誤解を解く:技術概要

■ 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にあります。大気の条件、季節の変化、時刻、大気汚染、高度、さらには現在地、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ります。

■ 自然光シミュレーションについてよく見られる4つの誤った通念
① 誤った通念#1: 自然光シミュレーターはどれも同じである誤り
② 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
③ 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
④ 誤った通念#4: 蛍光灯の性能が向上しているため、フィルタを使用するタングステンハロゲン技術と同等の効果が低価格で得られる

■ 詳細はホワイトペーパーをダウンロードしご覧いただくか、エックスライト(X-Rite)社にお気軽にお問い合わせ下さい。

■ 積分球分光測色計、多角度分光測色計、インラインでご使用いただける機種も含む非接触分光測色計、標準光源装置、色彩調色ソフトウェア(CCM:コンピュータ・カラー・マッチング)、色彩管理ソフトウェア等、色のコミュニケーション(カラーコミュニケーション)に課題をお持ちのお客様に、最適なソリューションを提案します。是非お問い合わせください。

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ドキュメント名 【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
ドキュメント種別 ホワイトペーパー
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このカタログの内容

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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、
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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。
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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。
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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)