テクノロジー解説室
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分光測色計とは？測定方法や種類、色彩計との違いを解説
分光測色計は色の測定に欠かせない精密機器ですが、その仕組みは複雑です。どのような方法で色を測定しているのか、また分光測色計と同じく色を測定できる「色彩計」とはどのような違いがあるのでしょうか。
本記事では、分光測色計の基本的な仕組みや代表的な測定方法、種類、色彩計との違いについて解説します。
分光測色計とは、サンプルの反射光や透過光のスペクトルを測定する装置
分光測色計とは、光を波長ごとに分解し、サンプルの反射光や透過光のスペクトルの数値を測定する装置です。測定されたスペクトルの数値データをもとに、色の正確な識別が可能になります。
人間の目は光の三原色（赤・緑・青）に反応する細胞によって色を認識しますが、見え方には個人差や環境の影響があります。分光測色計を用いれば、人間の主観や環境によるばらつきを抑えた客観的な数値で色を捉えることが可能です。そのため、視覚だけでは見分けにくいわずかな色差（ΔE*ab）や、照明条件によって生じる色の見え方の違いも、定量的に評価できます。
このような特性から、分光測色計は製品の色の評価や品質管理の際に欠かせない装置として、さまざまな業界で活用されています。
分光測色計の主な用途
分光測色計は、製品や素材の色を正確に測定できるため、製品の色の均一性や色の違いの評価、色作りの再現性の確認などのために用いられます。
例えば、塗料や印刷物の色がロットごとに微妙に異なっていた場合、製品のクオリティにばらつきが生じてしまいます。分光測色計を用いれば、あらかじめ定めた基準色とどの程度違った色になっているかを数値で管理できるため、作業者間のばらつきのない不良品の判定が可能です。
例えば、人間の目では同じ緑色を見ても「緑色」と答える人もいれば「黄緑色に近い」と答える人もいるケースがあり、属人性による判断の差が生じる可能性は否定できません。また、光源の当たり方によって色の見え方が変わることもあります。このような事例で分かるように、色というものは、①物体を観察する際の照明光の情報、②物体が反射する光の情報、③それを認識する人間の視覚、によって決まる複雑なものです。そのため、正確な色の同一性などの判断のためには、分光測色計で数値化した情報による判断が必要になるのです。
実際に、下記のようにさまざまな産業分野で分光測色計が活用されています。
＜分光測色計の活用事例＞
・塗装の色管理：自動車の塗装などで、色のばらつきを防止
・繊維製品の染色チェック：衣料品やカーペットなどの染色品質を評価
・化粧品の色合わせ：ファンデーションやリップなど、肌になじむ色を再現
・食品包装の印刷管理：ブランドイメージを保つために、印刷色の一貫性を担保
分光測色計の測定方法の違い
分光測色計が色を測定する際には、対象物への照明の当て方、観察する際の目の位置（センサーを置く位置）が重要となります。なぜなら、照明を当てる方向や色を見る向きによって違って見えるためです。
そこで、JIS（日本産業規格）などでは色の測定方法に関する規格が存在し、センサーの受光する方向とサンプルを照らす光の入射方向に関するパターンが決められています。主なパターンは、下記の3種類に分けられます。
単方向照明方式（45˚:0˚または0°:45°方式）
単方向照明方式は、一方向から照明を当てて反射光を計測する方式です。照明と受光器の位置関係によって主に45˚:0˚方式と0°:45°方式に分かれます。
45˚:0˚方式では、受光器をサンプルに対して0度（垂直）付近の位置に設置し、照明を45度の角度に配置して反射光を測定します（下記の図版の「条件a（45˚:n）［45˚:0˚］）。一方、0°:45°方式は、受光器ではなく照明をサンプルに対して0度（垂直）付近に配置し、受光器を45度の角度に配置する方式です（下記の図版の「条件b（n:45°）［0°:45°］」）。
45˚:0˚方式では、照明の配置位置についてもさまざまなパターンがあります。例えば、円周状にムラなく配置する円環照明や、1点にのみ配置する一方向照明、円状に間隔を空けて配置する環状照明などがあります。
■単方向照明方式のイメージ
単方向照明方式の特徴は、光沢の影響をある程度抑えつつ、人間の視覚による見え方に近い条件で測定できることです。
積分球方式（拡散照明方式）
積分球方式（拡散照明方式）は、サンプルを配置した球の内面で光を拡散させ、サンプルに対して全方向から照射された光の反射光を均一に測定する方法です。積分球方式にも照明と受光器の位置関係によっていくつかのパターンがあります。代表的なパターンは下記の4種類です。
＜積分球方式の主なパターン＞
・受光器をサンプルの0度（垂直）方向に対して8度付近の位置に配置するdi:8˚方式（下記の図版の「条件c（D:n）［di:8˚］）
・受光器ではなく照明をサンプルの0度（垂直）方向に対して8度付近の位置に配置する8˚:di方式（下記の図版の「条件d（n:D）［8˚:di］）
・di:8˚方式のバリエーションとして、光沢を含めず測定するために受光器の位置の正反射方向側に光トラップを空けたde:8˚方式（下記の図版の「条件c（d:n）［de:8˚］）
・同じく光沢を含めないよう測定するために、8˚:di方式をベースにして照明の位置の正反射方向側に光トラップを空けた8˚:de方式（下記の図版の「条件d（n:d）［8˚:de］）
■積分球方式のイメージ
積分球方式で光沢を測定しないようにすれば、サンプルの表面の状態による影響をできる限り少なくしたサンプルの色を測定できます。主に光沢が強いサンプルや、絨毯などの凹凸が多いサンプルの測定に適しています。
マルチアングル方式
マルチアングル方式は、人の目が物体をさまざまな角度から見るように、複数の観察角度で反射光を測定する方式です。ひとつの照明方向に対して複数の受光角度を設定することで、多面的なデータを取得します。
見る角度によって色の見え方が変わる自動車の塗装や特殊な塗料のメタリック色やパール色などのサンプルについて、角度ごとの色の違いを詳細に分析することができます。
分光測色計の種類
分光測色計には、装置の形状や機能によって複数の種類があり、それぞれに適した使用シーンがあります。下記では、代表的な3種類を紹介します。
ポータブル型
ポータブル型の分光測色計は、軽量で持ち運びが可能なタイプです。ポータブル型であれば、屋外の現場などで迅速に正確な色を測定できます。バッテリー駆動のモデルも多く、使い勝手に優れています。
ベンチトップ型
ベンチトップ型は、作業台や実験台に据え置いて使用するタイプです。耐久性が高く、一般的にポータブル型より高精度な測定が可能で、研究開発や品質管理の現場で広く用いられています。
インライン型
インライン型は、生産ラインに組み込んでリアルタイムで色の測定を行うタイプです。高速で測定でき、大量検査を行うことができます。製造工程の中で常時色の監視を行えるため、不良品の早期発見や生産効率の向上に役立ちます。自動化された品質管理を目指す現場に適しています。
分光測色計と色彩計（色差計）の違い
分光測色計と色彩計（色差計）は、いずれも色を数値で評価する装置ですが、測定の仕組みや精度に違いがあります。
分光測色計は、光を波長ごとに分解して各波長の強度を測定することで、詳細なスペクトルデータを取得します。そのため、正確で多角的な色の分析が可能です。
一方、色彩計は、人間の視覚を模倣して赤・緑・青の3色の光の刺激の強さを測定する装置です。取り扱いが簡便で、色の比較用途などに適していますが、詳細なスペクトル情報は取得できないため、光源が変わった場合の色情報の再計算や、スペクトル形状の違いによる細かな差異などを判別することができません。
例えば、従来の製品の色管理では、ブランドイメージの色見本を生産現場に持ち込み、生産された製品と色見本とのあいだに差がないかどうかを色彩計で測れば十分でした。しかし、ブランドイメージの色見本の劣化によって微妙な色の変化が生じる可能性があったり、グローバルな生産体制が一般的になったりしたことにより、現在では色のスペクトルデータの数値を指定した厳密な管理が求められるケースも出てきています。そのようなケースには分光測色計が欠かせません。
また、色彩計では光の当たり方によって人の捉え方が変わるような素材の色を正しく捉えられないケースがあります。一方、分光測色計は、装置に内蔵した光源により測定環境を一定に保つことができ、さらに分光した波長ごとの情報を得られるため、光の影響を受けにくい色測定ができます。
分光測色計と色彩計は用途に応じて使い分けることが重要で、デザイナーが気になる色を記録する目的であれば、色彩計でも十分に対応可能です。しかし、製品の色を高精度で管理したい場合や、わずかな色差が品質に影響するような現場では、分光測色計の使用が推奨されます。
正確に色を知りたい場合は、分光測色計を活用しよう
分光測色計は対象物が再現すべき色にきちんとなっているかどうかを数値的に管理するのには不可欠な機器です。用途によっては色彩計では困難な高精度な分析が可能で、製品の色の品質管理などさまざまな場面に活用されています。
分光測色計には、さまざまな種類があるため、測定方法や用途に応じて使い分けることが重要です。自社のニーズに合った分光測色計の導入を検討し、色の管理の精度を向上させましょう。
コニカミノルタでも、用途に応じたさまざまな分光測色計をご提供しています。コニカミノルタの測色計の特徴は優れた信頼性と多機能性で、自動車、電機・スマートフォン、化粧品、塗料、プラスチック、建材、繊維など、色に対する測定・管理が要求される業界において、品質管理、生産、研究開発などで幅広く活用されています。正確な色の計測・管理が求められる現場担当者の方は、ぜひお問い合わせください。