解 説

人の美しさを光で測る，光で創る

肌の透明感測定桑原智裕Measurement of Skin Translucency
Tomohiro KUWAHARA
Many Japanese women are concerned about the translucency of the skin, and this trend is gradually
growing stronger. Therefore, in cosmetic companies, there is a demand for objective evaluation methods
for skin translucency to develop the products related to skin translucency. In recent years, there has been
the progress in the investigation of the relationship between skin physiological characteristics and skintranslucency, and some useful methods for measuring skin translucency are suggested with the advanceof optical skin measuring technologies. In this paper, I introduce the objective evaluation methods for thetranslucency, especially of the bare skin, and also refer to definition suggestions for skin translucency
and its plausible physiological causes.
Key words: translucency, transparency, diffuse reflection, internally reflected light, skin

日本人女性の感じているさまざまな肌の悩みの中で，肌1.

透明感の定義の透明感に関する悩みは幅広い年代に共通して強く，年々肌を構成する皮膚組織は層構造になっており，最外層とその割合は高まってきている．こうした肌の透明感を改善

なる角層から順に，表皮，真皮，皮下組織とおおまかに分したいという声に応えていくことは，化粧品会社にとって類される．表皮にはメラニン色素，真皮には血液中に含ま商品を開発していくうえで重要な課題となっている．「透れるヘモグロビンが多く存在しており，肌の色を構成する明感」という表現には必然的に感覚的な要素が含まれておおもな要因となっている．また，表面の微細な凹凸を形成り，個人の主観や経験など心理的な要因にも左右される指する皮溝と皮丘からなる表面形態は一般的に「きめ」（肌標ととらえられる．しかし，商品の効果を実証し，より説理）とよばれており，「しわ」はこれよりも大きな凹凸の得力のある商品開発を進めるうえでは，肌の透明感を客観状態として認識されている．このような皮膚組織の構造・的に評価する技術が求められており，その本質の科学的な状態は肌の外観に及ぼす影響も大きいと考えられる．

解明に向けた試みが行われてきている．

では，「透明感のある肌」とはどういう肌の状態を意味

従来，客観的に肌の透明感を評価することは，専門の訓しているのであろうか．征矢ら1）は女性の「透明感のある練を受けた美容技術者が担ってきた．しかし，視感による肌」に対する意識について言語的概念からの分析を試みて評価は長期間での比較などでは精密な評価が困難な場合もいる．他の肌表現語との関連度調査の結果，「透明感のあ多く，機器測定による客観的な評価が望まれていた．近る肌」との関連度の高い表現として「にごりのない肌」「き年，透明感と皮膚生理特性との関係についての研究が進めの整った肌」といった表現が高い関連度を示し，クラスみ，皮膚の光学的な計測技術の進歩と相まって，機器によター分析を行った結果，若年層では「色・形態の均一，にる透明感の実用的な測定法が提案されてきている．本稿できび」「うるおい」「きめ・生まれたての肌」の，中高年層

は，透明感の定義・要因についての知見とともに，特に素では「きめ・うるおい」「色・形態の均一」「乾燥・にきび」

肌の透明感を客観的に評価する測定技術について紹介する．の複合概念であったと報告している．「透明感のある肌」という表現の中には，視覚的な要素だけでなく，理想的な資生堂リサーチセンター（〒224―8558 横浜市都筑区早渕 2―2―1） E-mail: tomohiro.kuwahara@to.shiseido.co.jp

524（ 8 ）光学

図 2 肌での光の伝播経路および光学測定のモデル．
図 1 皮膚生理パラメーターの皮膚透明感への寄与率．

深さ・角層水分量・メラニン量・ヘモグロビン量の 5 項目
状態の肌に対するイメージも含まれている様子がうかがえであり，角層水分量およびきめの深さについては正の寄与る．しかし，具体的にどういう状態を意味するのかは人に率を示し，きめの間隔・メラニン量・ヘモグロビン量につよってあいまいな部分もあることが，客観的な評価を困難いては負の寄与率を示した．これは透明感の高い肌はきめにさせている一因ともなっていると考えられる．

が深く，細かく，角層水分量が多く，メラニン量およびヘこうした中，日本化粧品工業連合会の効能効果専門委員モグロビン量が少ないことを意味している．

会では，「透明感とは視覚的な表現であり，皮膚がくもりなく透き通ったように見える状態を言う．肌の透明感には3.

透明感測定の考え方

角質層の光透過性が大きく影響している．角質層の光透過

日本化粧品工業連合会の定義案にあるように，透明感の性，すなわち入射光に対する透過光の比率が高いほど透明ある肌では入射光に対する透過光の比率が高いとした場感が高いと考えられ，角質層の水分量や肌表面のきめの整合，知覚的には皮膚内部から光が多く戻ってくる肌としてい具合などの要素により左右される」との定義案をまとめとらえていると考えることができる．Anderson ら3）によりている．透明感の物理的な側面について端的にまとめた定提案されている皮膚における光の伝播に対する光学モデル義案となっており，計測による客観的評価への可能性を示を，図 2 に示す．皮膚に入射した光は約 5％が表面で反射している．本稿で紹介する測定手法においても，基本的なされ，皮膚内に入った光のうち，おもに表皮領域に分布す考え方はこの定義案を踏襲している．

るメラニンや血液中のヘモグロビンなどで吸収される光以外は，表皮や真皮で散乱されて戻ってくる．このモデルに透明感の要因

2.

基づき，肌の透明感は光が皮膚の内部へ透過して，皮膚内計測可能な皮膚生理指標との関連性を調べることで透明部から反射されて戻ってくる内部反射光に起因すると考え感を説明する試みも行われている．舛田らは肌に透明感がられる．皮膚表面からの反射光は鏡面反射光であり，皮膚ある女性 15 名と透明感がない女性 15 名の 30 名（25〜64

内部から戻ってくる光は皮膚内部での散乱により拡散反射歳）について，頬部を対象に皮膚生理測定を実施してい光としてとらえられる．そこで，皮膚からの反射光（鏡面2）る ．ここでは，専門の訓練を受けた美容技術者の視感評

反射光と拡散反射光の総和）のうち，拡散反射光を分離し価を透明感評価の基準としている．透明感と肌状態の関連て計測することで透明感の定量的評価が可能になる．

性を明らかにするために，美容技術者の透明感評価値と皮膚生理特性間で PLS 解析（partial least square analysis）を実施した結果，計測した皮膚生理特性である角層水分量・皮脂量・きめの深さ・きめの乱れ・皮溝の間隔および分光4.

拡散反射光の測定
上記の考えに基づき，実用的な透明感測定法として開発された偏光ゴニオメーターを用いた手法を紹介する．

測色スペクトルより解析したメラニン量・ヘモグロビン

舛田らは皮膚からの反射光を鏡面反射光と拡散反射光と量・ヘモグロビン酸素飽和度の 8 項目による透明感の説明に分離して詳細に計測する手法として，偏光ゴニオメー分散の総和は 54.41％を示し，説明分散の高い上位 4 因子

ターを独自に開発している3）．投光角度を−45 度に固定において 53.35％とそのほとんどを占めた．4 因子の説明分し，受光部の角度を 0〜68 度までの範囲で変化させて皮膚散に因子負荷量を乗算することで算出した各皮膚生理特性の反射率を計測するゴニオメーターをベースとし，その投の透明感への寄与率を図 1 に示す．この中で透明感への寄光部と受光部の双方に偏光フィルターを組み込んだ形と与率が 5％以上を示す皮膚生理特性は，きめの間隔およびなっている（図 3）．

39 巻 11 号（2010）

525（ 9 ）図 3 偏光ゴニオメーター．

図 4 拡散および鏡面反射光の反射率と透明感との関係．

表面反射光では入射光の偏光状態が保たれ，拡散反射光
4）れた肌（15 名）と，透明感がほとんどない，もしくは少しでは偏光性が失われていることから，小島ら の研究を参あると判断された肌（10 名）について，偏光ゴニオメー考に，投光側と受光側の偏光フィルターを直交に配置してターを用いた測定結果を図 4 に示す．透明感のある群とな計測した光量を 2 倍することで拡散反射成分（D）を，偏い群において鏡面反射光はほぼ同程度で，両者に大きな違光フィルターを平行に配置して計測した光量から直交に配いはみられなかった．一方，拡散反射光は透明感のある肌

置して計測した光量を減算することで鏡面反射成分（S）ですべての受光角度において高い値を示している．また，をそれぞれ独立に計測する仕組みとなっている．式で表す

全被験者の測定結果より，受光角 45 度における鏡面反射と以下のようになる．

光および拡散反射光の反射率と，美容技術者による透明感

S＝共I ss＋I pp 兲−共I sp＋I ps 兲の視感評価（5 段階評価）との関係について，スピアマン

D＝2×共I sp＋I ps 兲

順位相関係数検定により解析した結果，透明感と鏡面反射

I は計測された反射率，添え字の s，p は入射光および受光光にはほとんど相関はみられない（スピアマンの順位相関側の偏光フィルターの方向を示しており，例えば Isp は入係数 r＝0.190，p＞0.05）が，一方，拡散反射光には高い

射光側に S 偏光フィルター，受光側に P 偏光フィルターを正 の 相 関 が み ら れ た（ス ピ ア マ ン の 順 位 相 関 係 数 r＝入れたことを表す．

0.699，p＜0.01）．このような結果から，肌の透明感は皮膚

この開発した偏光ゴニオメーターを用い，透明感と皮膚内部からの光と密接な関係にあり，偏光ゴニオメーターに表面からの光（鏡面反射光）および皮膚内部からの光（拡よる拡散反射光の計測により透明感の定量的な解析が可能散反射光）との関連性を検討した結果を以下に示す．

であることが示されている．

被験者 30 名を対象に美容技術者が視感による透明感評価（5 段階評価，1：ほとんどない，2：少しある，3：あ5.

内部反射光の測定る，4：かなりある，5：非常にある）を実施した．評価の偏光ゴニオメーターによる手法では，皮膚の内部を通過結果，透明感がかなりある，もしくは非常にあると判断さする光は多重散乱により偏光性が失われることを利用して526（ 10 ）光学図 5 スリットライトセンサーの測定原理．

図 6 内部反射光の分布状態の違い．

表面反射光と拡散反射光に分離しており，厳密には皮膚のするため，肌の透明度指標の算出を行った．画像解析によ内部を透過する光を直接計測してはいない．そこで筆者らりスリットからの距離に対する明るさの分布状態を解析しは，皮膚の内部を透過する光を内部反射光として直接計測た結果を図 6 に示す．内部反射光の輝度が，スリットから5）するスリットライトセンサーの開発を行った ．図 5 に，の距離が大きくなるにつれて減衰していく様子を示していシステムの構成および測定原理を示す．光源からの光を肌る．この内部反射光の分布状態の変化をカーブフィッティに当てて，その反射光を CCD カメラで検知するという基ングにより解析したところ，以下の式のように距離の指数本構造であるが，先端に肌と密着するスリットを配置する関数で表されることがわかった．

形となっている．光源からの光はスリットを通して肌に照Rslit 共r兲＝C1exp共−C2r 兲

射され，表面での反射はスリットで遮られることから，肌ここで，Rslit 共r兲 は輝度，r はスリットからの距離，C1，C2内部を通った光だけを検知することができる．図 5 中央は変数を示す．このモデルにおいては式の中の C1 と C2 がに，真上から見た測定のイメージを示す．スリットの隙間分布状態に応じて変化するパラメーターとなる．異なる透を通し，細いライン状に光が当てられることになり，実際明度の肌のモデルを計測したところ，透明度が高いほど上に CCD カメラで撮像されるのは点線内の四角い領域であのほうにグラフがシフトし，パラメーター C2 が小さくなる．図 5 右に，この装置で肌の内部反射光の分布状態を可る結果が得られた．パラメーター C2 はグラフの傾きに相視化した画像を示す．画像の左端にはスリット側面が写っ当することから，傾きが緩やかなほどスリットからの距離ており，このきわから右方向へ内部反射光が広がっている

r に対する減衰が小さく，透明度が高いということを表し様子がわかる．ている．そこで C2 の逆数である 1/C2 を肌の透明度の指標開発したスリットライトセンサーにて取得した皮膚の内部反射光画像から，皮膚内部を透過する光を定量的に解析
39 巻 11 号（2010）とした．
図 7 に，美容技術者の判定した視感による肌の透明感と，527（ 11 ）ディング成分を制御することで透明感を変化させた CG を作成する試みも行われている11）．
このような素肌における透明感研究の成果は透明感のあるファンデーションなどメーキャップ製品の開発への応用にも試みられている12）．しかし，粉体による拡散反射光の増加など，内部反射光だけの測定では評価できない現象もあり，化粧肌における透明感の評価においては必ずしも素肌と同じ手法がそのまま適用できるとは限らないため，注意が必要である．
本稿で紹介したように，肌の透明感は機器による光学的図 7 肌の透明度と視感評価の関係．

な測定により定量的な評価が可能となりつつある．しかし，光の透過性だけで肌の透明感をすべて説明できている

スリットライトセンサーにて計測した透明度指標 1/C2

わけではなく，その要因についても未解明な部分が残ってとの関係について示す．横軸は 6 段階で評価した透明感のいる．昨今，肌をターゲットとした光計測技術の発展はめグレードを示しており，縦軸は各グレードの女性被験者

ざましく，さまざまな技術が開発されつつある．新たな（計 35 名）の頬を計測して肌の透明度を評価した平均値を計測技術の活用により，より包括的な評価手法の開発に向示している．解析された肌の透明度と透明感は相関係数

けて，肌の透明感に対するさらなる研究の発展が期待さ

r＝0.56 と高い相関を示しており，肌の内部反射光の状態れる．

が透明感に大きな影響を与えていることがわかる．
近年，岩井ら6）の研究において，皮膚の最外層に位置す

文献

ンピューターグラフィックス（CG）にも応用されている．

1）征矢智美，野村美佳，林 照次，長谷川敬： 肌の透明感の意
識構造と皮膚生理特性─若年層と中高年層の比較─ ，日本化粧品技術者会誌，38（2004）115―124.
2）舛田勇二，國澤直美，高橋元次： 肌の透明感測定とその対応化粧品の有用性評価 ，日本化粧品技術者会誌，39（2005）201―
208.
3）R. R. Anderson and J. A. Parrish: “The optics of human skin,”J. Invest. Dermatol., 77（1981）13―19.
4）小島伸俊，羽石秀昭，三宅洋一： 化粧肌の質感推定（II）, 日
本写真学会誌，56（1993）264―269.
5）T. Kuwahara, I. Iwai, Y. Masuda and T. Hirao: In vivo evaluation of optical properties of the stratum corneum,” Int. J.
Cosmet. Sci., 31（2009）313.
6）岩井一郎，桑原智裕，平尾哲二： 角層タンパク質のカルボニル化による肌透明感の低下 ，日本化粧品技術者会誌，42（2008）16―21.
7）松原 晃： 透明感肌の評価 ，Fragrance J., 35（2007）61―63.
8）Z. Jiang and P. D. Kaplan: “Point-spread imaging for measurement of skin translucency and scattering,” Skin Res. Technol.,
14（2008）293―297.
9）H. Jensen, S. Marschner, M. Levoy and P. Hanrahan: “A practical model for subsurface light transport,” Proc. SIGGRAPH（2001）511―518.
10）C. Donner and W. Jensen: “A spectral BSSRDF for shading
human skin,” Eurographics Symposium on Rendering（Cyprus,2006）pp. 409―417.
11）N. Tsumura, R. Usuba, K. Takase, T. Nakaguchi, N. Ojima, N.
Komeda and Y. Miyake: “Image-based control of skin translucency,” Appl. Opt., 47（2008）6543―6549.
12）高橋秀企，高田定樹： 光学特性を応用した最近のファンデー
ション技術 ，Fragrance J., 34 （2006）67―73.

Jensen ら9，10）は肌内部からの反射光に相当する微小面散乱（2010 年 6 月 11 日受理）

る角層中のタンパク質が日常生活における紫外線の影響などでカルボニル化されることにより，角層の透明度が低下することが明らかになり，肌の透明感が低下する要因となっていることが示唆されている．頬の角層は厚さ約 10m m 程度と非常に薄い層であり，その光学特性の変化を肌の上で直接とらえるには高精度な計測手法が必要となってくる．スリットライトセンサーによる精密な内部反射光の計測手法はこのような角層の光学特性の変化に伴う透明感の変化を評価するのに適した手法であると考えられる．
本稿では，おもに素肌を対象とした透明感の計測手法について紹介した．透明感の客観的な評価を試みた研究はほかにもいくつか報告されているが，肌の拡散反射光もしくは内部反射光の状態を評価することが本質となっている．
松原ら7）は Tri-Ring Spectrophotometer というドーナツ型円形光源を内蔵した分光測定器を用い，肌内部の光の透過性の評価を行っている．Jiang ら8）は偏光フィルターとレーザー光源の組み合わせにより拡散反射光の広がりを解析し，透明感との関連を報告している．
内部反射光の状態が透明感に影響を与えていることはコを考慮することで肌の透明感を表現した，よりリアルな CGの作成に成功している．顔の偏光画像を解析し，シェー528（ 12 ）光学