光学用語集等色関数

等色関数とは、ヒトの色覚に関して、特定の波長の光と等色に感じるような原刺激3種の混合比率を、波長に対して表した曲線のことをいいます。RGBやXYZなど幾つかの定義があります。

三刺激値

ヒトの目には、網膜の光感受性受容器である視細胞があり、明所で機能する錐体と暗所で機能する桿体の2種類があります。ヒトの錐体には3種類の細胞があり、それぞれ吸収波長が異なり、L錐体(赤錐体)、M錐体(緑錐体)、S錐体(青錐体)と呼ばれています。これら3種類の錐体の興奮の割合の違いを利用して色を区別しています。なお、桿体は1種類しかありません。

等色実験

同じ波長スペクトルをもつ光は、当然ながら同じ色として認識されます。(完全等色)これに対して、異なるスペクトル分布の光でも同じ色に見えることがあります。これを条件等色(メタメリズム、metamerism)といいます。 等色実験とは、この条件等色を調べる実験のことです。同じ色と知覚される光源同士は、スペクトル分布が異なっていても同じ三刺激値を持っています。

仕切りのある白色板の片方に単波長の光、他方に3波長にピークをもつ光(R: 700, G: 546.1, B: 435.8 [nm])を任意の比率で混合して照射させ、各単波長と同じ色に見える比率を求めます。 可視光域でこれをプロットしたものが、以下のRGB等色関数です。

Wright & Guild 1931 RGB等色関数

このRGB等色関数は、Rの500nm前後をはじめ、いずれも負の値をとる部分があります。これは、加色だけでは彩度が不足してしまうのが原因です。3原色の混色比率をどのように変えても、鮮やかさ(彩度)が単波長光に及ばず、等色にならないことを意味しています。この場合、3原色のいずれかを単色光側へ移動させることで、等色となる条件を求めています。

R,G,Bの等色関数をそれぞれr(λ)、g(λ)、b(λ)とすると、ある光Cが放射量a(λ)を持つ場合

という計算により、三刺激値を定量的に表すことができます。G,Bも同様に表せます。 さらに、「R + G + B = 1」という制約を加えて、平面に表したものが、右側の色度図になります。

CIE 1931 XYZ等色関数

RGB色空間の座標は基底ベクトルの線形結合で表されているので、負の値をとらないよう都合のよい基底ベクトルを選んだものがXYZ表色系です。 RGBと同様に、「X + Y + Z = 1」の制約を与えて平面表示したものが、右側のxyY色度図です。

なお、三刺激値は、目の中の錐体細胞の分布状況により、観察者の視野に依存し変動するので、等色関数は2°視野と10°視野の場合がCIEで採用されています。

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