解 説

人の美しさを光で測る，光で創る

近赤外分光画像でみる化粧品の保湿効果
中村睦子＊・中内茂樹＊＊

Moisturizing Effect of Skin Care Using NIR Imaging
Mutsuko NAKAMURA＊ and Shigeki NAKAUCHI＊＊
It is important for cosmetics makers to provide customers with product information in an easy-tounderstand format. For skin-care cosmetics, charts and graphs are often used to explain functionality.
However, it is difficult to express their effects on various parts of the face at a glance. To more easily
explain those effects, we devised a method of expressing facial conditions with images. Contact devices
that measure moisture in the stratum corneum using electrical principles are utilized to examine themoisturizing action of skin-care products, as they digitize the moisturizing action and present a numericvalue. Furthermore, near-infrared spectroscopy provides both numeric values and images. However, noimaging device with high versatility has been presented for widespread use. Herein, we improved nearinfrared imaging spectroscopy for showing the moisture condition of the whole face and used it tomeasure moisture when skin-care cosmetics were used.
Key words: NIR, imaging, hydration, skin, cosmetics

化粧品に関する情報は，商品やブランドのリーフレッ

分量測定装置は，角層の電気特性から角層水分量を推定す

ト，テレビ CM やポスター，美容・化粧品専門雑誌，インる方法（コンダクタンス 1）やキャパシタンス 2）など）を用

ターネットなどさまざまな媒体を通して消費者に伝えらいており，プローブと接触する狭い範囲（点）の皮膚の角れ，消費者は自身の判断に基づいて情報を選択している．

層水分量が数値データとして得られる．そのため，スキン

そのため，化粧品メーカーとしては，消費者の感性に響くケア化粧品使用時の測定点の角層水分量の変化を提示するようなわかりやすい情報を提供することが重要になる．化

ことはできるが，顔全体のように広い範囲を一度にグラフ

粧品は，大きく分けるとスキンケア化粧品とメイクアップ化することはできない．一方，皮膚に非接触の状態で広い化粧品に分類される．スキンケア化粧品の場合，メイク範囲（面）の皮膚の水分量を計測する技術に近赤外分光画

アップ化粧品のようにその効果を目で見てすぐに感じるこ像法がある3，4）が，対象物や実験条件が限られており，汎とは難しいため，効果を伝える手段として，一般に数値が用性はない．そこで，近赤外分光画像法を応用し，実使用用いられる．しかし，数値だけでは感性に響くような情報条件下で画像による水分計測を行うことを考えた．

として伝えることは困難である．そこで筆者らは，実際に本稿では，近赤外分光画像を用い，スキンケア化粧品使

スキンケア化粧品を顔に使用した場合のよさを一目でわか用時の顔全体の保湿状態をとらえた研究について報告する．

るような情報にするために，顔全体におけるスキンケア化
粧品の効果を画像化することを考えた．
スキンケア化粧品において 保湿 は基本機能として考1.

水分の可視化原理

1. 1 水の近赤外域のスペクトル 5，6）

えられており，保湿性を計測するためにはさまざまな原理

近赤外分光法とは，物質による近赤外光の波長域（800〜の水分量測定法が応用されている．汎用されている角層水2500 nm）の吸収，反射，発光に基づく分光法をいう．図 1＊（株）カネボウ化粧品スキンケア研究所（〒250―0002 小田原市寿町 5―3―28） E-mail: nakamura.mutsuko@kanebocos.co.jp
豊橋技術科学大学情報・知能工学系（〒441―8580 豊橋市天伯町雲雀ヶ丘 1―1）＊＊39 巻 11 号（2010）

529（ 13 ）図 1 水の吸収スペクトル．に水の吸収スペクトルを示す．水は 1940 nm にきわめて強い吸収（1 次ピーク）をもつため，波長域Ⅰ（1800〜2500nm）では水分含有率 20％以上の試料を測定対象とするとスペクトルが飽和する．次に強い 2 次ピークは 1450 nmで，波長域Ⅱ（1100〜1800 nm）にある．1450 nm の水の吸収は吸光係数にして 1940 nm の約三分の一と小さいた
め，水分を 50〜60％の高比率で含有する対象物に対して
図 2 乾燥コットンと水分を含んだコットン．（a）1450 nmの吸光画像，（b）1060 nm と 1450 nm の差分吸光画像．

も適応可能である．水の 3 次ピーク 980 nm，4 次ピーク740 nm はいずれも波長域Ⅲ（1800〜2500 nm）にある．波長域Ⅲでは全体に吸収が弱いため，おもに水分含有率80％以上の多水分系試料の計測に用いられる．皮膚は水を用対数をとることで吸収を表す値となる．つまり式（ 1 ）

約 70％含むため，筆者らは，波長域Ⅱに相当する 900〜

は，水の吸収の影響を受けにくい波長の値を減算すること

1700 nm に感度をもつ近赤外カメラ（Sensors Unlimited,で，1450 nm の吸収から光源むらの影響によって生じる変Inc., SU-320M-1.7RT）を選択した．

化分を引き，水分情報のみを抽出することに相当する．
式（ 1 ）を用いて作成した，乾燥コットンと水分を含ん

1. 2 差分吸光画像法
一波長（1450 nm）を用いて撮影した近赤外分光画像はだコットンの差分吸光画像を，図 2（b）に示す．1450 nm

照明強度の影響を受ける．図 2（a）に，乾燥コットンと水の吸光画像である図 2（a）と比べ，図 2（b）は明瞭に水分分を含んだコットンを並べ，撮影範囲に異なる強度の光を情報のみが抽出，可視化されていることがわかる．さら照射することで光源むらの状態を作り，撮影した 1450 nmに，さまざまな量の水分を含んだコットンを用いて，差分の吸光画像を示す．たしかに 2 枚のコットンはともに背景吸光画像から得られた値と水重量の相関を確認した（図と区別できるが，それぞれのコットンに含まれる水分の多3）．このように，差分吸光画像を用いることで水分を定量

少はこの画像からは識別できず，水のみによる吸収を定量的にとらえることができる．

するためには光源むらの影響を除く必要があることがわか

化粧品の保湿性をみるる．そこで，照明光強度によっては変化するが，水の有無

2.

によっては変化しない波長との差分をとることで補正する

2. 1 分光画像の撮影ことを考え，参照波長として適した波長の選定を行ったと

スキンケア化粧品の肌への保湿効果をとらえるには，使ころ，1060 nm が最適波長であった．補正式を式（ 1 ）に用前後といった経時変化の観察が必要なため，毎回同一撮示す．

影条件を再現することが重要になる．しかし，今回筆者ら

Adiff＝log10 共1/I1450兲−log10 共1/I1060兲＝log10 共I1060/I1450兲

がターゲットとした 顔 は，目や鼻，頬などの大きな凹（1）凸がある動く対象物であった．このような対象物を毎回同I1060，I1450 は各波長の分光画像であり，その逆数の常一条件下で撮影するためには，均一に照明すること，毎回530（ 14 ）光学

図 3 水の重量と画像値との関係．
図 4 顔撮影時の条件．

全く同じ位置に顔を固定すること，が必要である．そこ
で，均一照明に関しては，積分球の考え方に基づき，半球2. 2 画 像 処 理状の筐体で顔を囲むことによって，顔の上方と左右の 3 方

画像処理の一連の流れを図 5 に示す．取得した分光画像向に置いた光源からの光を散乱させ，光源むらと鏡面反射のノイズを除去するために，スムージング処理を行い，の影響を軽減した．さらに，光源からの光を拡散させ，顔1060 nm と 1450 nm の 2 枚の画像を撮影する際や，スキンを囲む半球状の筐体に入射する光を一定にした．次に，顔ケア化粧品使用前後のように時間間隔をあけて連続した状の固定に対してはいくつかの方法を検討し，簡便で再現性態を撮影する際に生じるわずかなずれを補正するために，の高かった方法として，顎，額，両耳の 4 点を基準に位置テンプレートマッチングによる位置補正を行った．次に式決めを行い，毎回同じ配置で 4 点を固定する方法を選択し（ 2 ）を用いて差分吸光画像を作成した．式（ 2 ）では式た．図 4 に撮影条件を示す．

（ 1 ）に加え，撮影ごとの照明光強度の変化，画像間の露光源には熱カットフィルターを取り付けたハロゲンラン

光時間やフィルターの透過率の違いを補正するため，

プ（LPL 社製，TL-500）を用い，被写体の正面から，干渉1060 nm と 1450 nm の分光画像の基準パッチの値を使用しフィルター（1060 nm，1450 nm）を取り付けた近赤外カメている．

ラを用いて撮影した．補正を行うため，基準パッチを撮影領域内の特定位置に設置し，顔と同時に撮影を行った．

図 5 水分変化を抽出する画像処理の流れ．

39 巻 11 号（2010）

531（ 15 ）図 6 スキンケア化粧品使用前後の差分画像．
（a）化粧水を手で使用した場合，（b）化粧水をコットンで使用した場合，（c）シートマスクを顔全体に使用した場合．濃い灰色の部分が増加領域を表す．

Imagediff＝log10 兵共Image1060 / P1060兲/共Image1450 / P1450 兲其（2）

撮影で同様の結果を得ることができた．よって，画像を用いることで，顔に使用したスキンケア化粧品の保湿効果を一目でわかるような情報にできたと考える．

ここで，Image1060，Image1450 はそれぞれ 1060 nm，1450 nmの波長の分光画像，P1060，P1450 はそれぞれ 1060 nm，1450nm の波長の分光画像の基準パッチの値を示す．

化粧品の保湿効果を一目でわかるような情報として伝えるためには，実際にスキンケア化粧品を使用した顔全体の次に，2 枚の異なる肌状態を撮影した差分吸光画像の差保湿状態を示すことが適していると考え，実使用条件下分画像を作成した．このようにして得られた差分画像は水で，画像による水分検出に取り組んだ．その結果，差分吸分変化の情報をもつ．そこで，水の吸収が増えた部分を濃光画像法を用いることで，顔全体での水分情報の抽出に成い灰色で表示した．

功した．しかし近赤外分光画像には，近赤外光の皮膚への2. 3 スキンケア化粧品使用時の保湿効果

透過深度 7─9）や製剤塗布による角層の光透過性の変化 10，11）

保湿を目的としたスキンケア化粧品には，化粧水や美容などいくつかの課題があり，組成の複雑な化粧品塗布時の液，乳液，クリーム，パック，シートマスクなどがある

肌を考えるうえで計測の精度を上げるためには，これらのが，ここでは例として化粧水とシートマスク使用時の結果課題について，今後のさらなる研究が必要と考えられる．

について紹介する．液状である化粧水を手で使用すると顔実際にスキンケア化粧品を使用する顔において，そのよのすみずみまでむらなく塗布することは難しいため，化粧さを一目でわかるような情報として伝えることは重要であ品メーカーではコットンに含ませて顔全体になじませる方る．一般に使用されている電気特性を応用した角層水分量法を推奨している．また，化粧水や美容液を含浸したシー測定装置を用いた顔の保湿状態の表示は，部位ごとに計測トを，顔全体を覆うように密着させて使用するシートマスした角層水分量値のグラフ表示が限界であったが，画像をクは，顔のすみずみまで同時に保湿する際に有効である．

用いて顔全体の保湿状態をみることで，額や頬など複数部

手で化粧水を使用した場合，コットンで化粧水を顔全体位を同時に把握することができ，手やコットン，シートマになじませた場合，顔全体用シートマスクを使用した場合スクといった方法の違いによる効果の差を表示することがの 3 パターンの分光画像を撮影した結果を図 6 に示す．手可能になった．また，化粧水や乳液など，化粧品アイテムでつけた場合は額や頬の一部分だけが保湿されていたが，を反映した製品の効果を示すことも可能となっている．以

コットンでなじませた場合は顔のすみずみまで保湿されて上より，よりわかりやすく情報を説明する方法として画像いた．さらに，シートマスクを使用した場合は，コットンが有効であることが明らかになった．また，化粧品の機能使用時よりもむらなくすみずみまで保湿されていることが性を計測する方法として，近赤外分光画像を用いた水の可わかった．これらの結果は，従来の方法で顔各部位を点計視化技術は有用であると考える．

測した結果と一致しており，本方法を用いることで従来のように点計測を部位ごとに繰り返し行うことなく，1 回の532（ 16 ）光学

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39 巻 11 号（2010）

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（2010 年 6 月 11 日受理）

533（ 17 ）