色 色と色覚

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色

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/01/28 02:40 UTC 版)

色と色覚

赤・緑・青の蛍光物質の発光スペクトル。カラーブラウン管の「加法三原色」に使われているもの

スペクトル（色収差）

物理学的には、光学を基礎とし、色の変化は、物体と物体を照らす光との相関を用いて説明される。物体に入射する何らかの波長の光が観測者の方向へ反射（正反射・乱反射を含む）する際に、その物体の物性に応じた特定の波長のみが反射されそれ以外は吸収される（＝波長に応じ反射率が異なる）という現象が起こる。観測者には反射された光だけが届くため、その波長に基づき判断される色が、「その物体の色」として認識される（つまり、光そのものに色という性質はなく、光を受けた器官が色を作っている）。

またそのように観測者に届く光とそれに対する認識とに左右されるため、一般的な色は、人間の視覚すなわち可視光線の範囲内を基準として表現されている。逆に言えば、可視光線の範囲を超えた波長の光について観測すると、可視光域で見た場合に比べて全く別の「色」や模様になっている物体もある。例えばチョウの羽根の模様は紫外線領域では人の肉眼で見る場合とはまた異なる鮮やかな模様を描き出し、真っ黒に焼け焦げた新聞紙などは赤外線領域のある波長では燃えた紙とインクが燃えた部分とで反射率が異なるため書かれていた元の内容を読むことが出来る。

生理学的に言うと、網膜内にある3種類の錐体細胞が吸収する可視光線の割合が色の感覚を生む。これらの錐体細胞は、それぞれ長波長・中波長・短波長に最も反応するタンパク質（オプシンタンパク質）を含み、順にL錐体・M錐体・S錐体と呼ばれる。霊長類におけるL錐体とM錐体はかつて2種類だった色刺激の受容器の片方が進化の過程で分岐したものであるとされており、分光感度特性が近い。錐体が3種類あることはそのまま3種の波長特性を構成する元となるので、L , M , S の各錐体を赤・緑・青でなぞらえることもある。

ある人が視覚を通して受け取る光の波長が変化すると、それに伴って変化する視覚経験の内容が色であると言える。ただし、正常の色覚を持つ者以外に、正常の色覚をもつ人と色知覚が部分的に整合しない人（色覚異常）、1色覚(全色盲)や全盲など色覚を持たない人もいるため、この事例にも例外がある。しかしながらこの事態に限っては、色覚特性があっても知覚可能な波長にあっては事情は同様である。また、1色覚であっても、波長の長短の知覚が成立する場合があり、どちらかといえば長波長を好む傾向がある。

無色の紙のように、全波長において高い反射率で乱反射する物体は白と呼ばれる。一方、全波長において反射がほとんど無い場合、その色は黒と呼ばれる。近似的な黒体は、例えば中空の物体に微小な開口部を設けることで実現できる。この場合、中空の部分に入った光はほとんど吸収され外に出てこないので、反射率はほぼゼロになる。

色にまつわる見解

色を説明する場合に、様々な色彩理論を集合的に概説する場合がある。代表的なものに三原色と反対色性がある。色彩にまつわる現象は様々あり、照度や輝度、反射率の変化に従って、見える色も変化する。ベツォルト・ブリュッケ現象やアブニーシフトなど様々な見解が知られている。

三種の錐体細胞と三原色

人間の錐体細胞 (S, M, L) と桿体細胞 (R) が含む視物質の吸収スペクトル

人間の視覚が色を認識する際には、その光の分光分布を直接計っているのではなく、眼球の錐体細胞に含まれる3つの色素が光を吸収する割合を計っているに過ぎない。そのため、独立した複数の色を合成する事で人間に別の色を感じさせる事ができる。

例えば、黄の波長の光は、赤の波長の光と緑の波長の光の組み合わせによってほぼ同じ刺激を与えることが可能であり、黄は赤と緑の組み合わせの光として表現出来る。そしてこの場合、黄の波長だけが眼球に入っている場合と、赤の波長と緑の波長が組み合わされて眼球に入っている場合を人間は区別できない。

ディスプレイ、印刷、絵具など、色を表現するメディアは様々である。これらを光源、もしくは、透過光および反射光に着眼して分類した場合、特徴的な色の傾向が異なる。これを便宜的に色に着眼してグルーピングして、加法混合と減法混合、RGBWとCMYK、RGBとCMYなど、いくつかに分けて説明する場合がある。

原色はどの色なのかと問う人がいるが、実際に選択される塗料やインク、あるいはカラーフィルターその他が形成する「原色」の色合いが、常に特別に優越される色合いだという訳ではない。減法混合においては彩度が高い状態において明るいものにある種の優位性が伴う。効果的に色を表現できる着色材料は重宝されるが、一定の方向性、共通性はあってもその色相や色調は一致しない。原色の説明はあくまで単純化された抽象論に過ぎない。その上、理想的な原色は実在しない。

色の混合

ここで挙げるのはあくまで、一般的な色覚を持つ人間を基準にした色の混合の様態である。二色型の色覚を持つ人は、2つの完全な原色でその人が知覚可能な全ての色を合成することができると考えられており、4つないしそれ以上の錐体（もしくはそれに相当するもの）を持つ生物にとっては、4つないしそれ以上の「原色」が必要になる。また、ヘビの赤外線検知器であるピットの情報は脳の視覚野に入っており、視覚情報として処理されていることが証明されている。つまり、ピットを持つヘビ（マムシなど）にとっては温度情報もまた原色の一つであろう。人間は偏光をハイディンガーのブラシと呼ばれる現象を除いてほとんど知覚できないが、水中生物の一部や昆虫など、知覚できる生物が存在する。それらは透明なものを偏光の回転程度の違いにより見ることができたり、曇り空でも太陽の正確な方向がわかると考えられている。そのような生物には、人間が実際の色に近いと判断する写真も、実物と明らかに異なる色合いに見えると考えられる。

加法混合(RGB)

色光の三原色による加法混合

有色の光線によって色を演出する場合、光を加える形で色を合成する（加法混合）。このとき、積極的な発光によらない、黒さ（暗さ）を表現できる仕組みが求められる。この結果、効率的に光の透過を抑えることが出来る塩素を含む顔料が採用される場合が多くなる。

白色の光を合成するための波長を「光の三原色」や「色光の三原色」と言い、下記の三色を用いる。カラーフィルターを用いる場合に採用される顔料の一例を上げると、赤がPigment Red 254に少量のPigment Orange 71、緑がPigment Green 36に少量のPigment Yellow 138、青がPigment Blue 15:6に少量のPigment Violet 23、などである。これはあくまで例であり、これ以外の顔料の組み合わせは使用されている。以前は「橙」「緑」「紫」の組み合わせも試みられたが成功しなかった。カラーフィルターのスペクトルは下記の波長とは性格が異なり、一致しない。

• R:赤（波長: 625-740 nm 周波数: 405-480 THz）
• G:緑（波長: 500-565 nm 周波数: 530-600 THz）
• B:青（紫みの青、群青色）（波長: 450-485 nm 周波数: 620-665 THz）

減法混合(CMYK)

色料の三原色による減法混合

一方、物体の表面を特定の色にするためにインクなどを塗る場合、元の光を遮る形で色を合成する（減法混合）。その合成の元になる色は一般に「色の三原色」や「色料の三原色」と言われ、シアン、マゼンタ、イエローの三色（下掲）を用いる。この三つの材料を混合すれば、光の三原色の場合と反対に黒を作ることが出来る。しかし、この三色によって白を構成することは出来ない。

故に、印刷などに用いる場合には白色素材の表面に使用することが前提となる上、白色の併用が必要になる場合もある。また、透明性の高い着色材(colorant)を使用しても、三原色の重ねや混合で成立する黒は理想とは異なり、純黒にはならない。このため、より自然に色を現す目的で黒色の着色材が併用され、これは一般にCMYK(Cyan, Magenta, Yellow, Key plate) と呼ばれる。

• C:シアン（緑みの青、藍）（例えば、フタロシアニン青、Pigment Blue 15:3）
• M:マゼンタ（赤紫、紅紫色、紅）（例えば、キナクリドン赤、Pigment Red 122）
• Y:イエロー（黄色）（例えば、アゾ黄、Pigment Yellow 74やPigment Yellow 128など）
• K:ブラック（黒）

反対色性

光の混合においては、橙と青によってマゼンタなどの紫の色相が得られ、橙と緑を混ぜると黄の色相を得ることが可能である。このとき、紫には元の赤味も青味もあるが、黄においてこの印象は寡少である。黄には元の色彩（赤、緑）がないと主張する人がいる。しかし、現実に得られる黄は赤気味であったり、緑気味であったりする。赤気味でも緑気味でもない「理想の黄」が現実に得られるとは断言できない。また、黄と青から白を作る場合も、元の色味が極度に減少する。このような色味を打ち消しあう性質を反対色性、色自体についてはもう一方の色の反対色、補色という。ただし補色という語は厳密な反対色を意味しない場合が多い。

反対色性は網膜から大脳へ効率的に色情報を伝達しようとするために生じると考えられている。なぜなら、それぞれの色は錐体応答間でも高い相関があるからである。そのため、相関が低くなるよう線形変換し、冗長性を低減している。

色覚の認知と比較

同一の個体の色覚は、ふつう安定していると考えられている。光源が多少変化しても同じ物体の色が同様に見えるのは、色覚の恒常性があるからである。

複数の個体間で知覚される色がどのような色であるかを直接すり合わせることは出来ないが、人間同士であれば言語やカラーチャートを用いて情報交換することが可能である。他方で、人間が様々な生物の色覚を知ろうとする試みがあり、色覚の有無や性質が研究されている。

色覚の恒常性

人間が光線の波長そのものを知覚しているのではなく三種類の錐体の出力比を知覚していることを述べた。これだけでは例えば、極端に黄色い照明の下では全てのものが黄色く見えてしまうはずだが、実際には色味のある照明の下でもその照明に支配されない認識が得られる。これを色覚の恒常性という。

人間の視覚には慣れや知識などによる補正があり、多少の光源の色度の違いは補正される。このため昼と夕方とでは日光の波長分布が違うにもかかわらず、物体は同じ色に見える。太陽光と異なる波長分布を持つ照明下でも「白色」のものは白色と感じられる。例えば、「白熱灯」の波長分布はその名に反してかなり赤に偏っているが、その照明下でも白い紙は白く見える。周囲の色々なものの見え方からそのときの照明条件を推定し、その推定に従って色の見え方を補正していると考えられる。

太陽光と同じ波長分布の光が最も自然な白色とされるが、それより青成分の強い光を「爽やかな白」と感じる人が多い。故に多くのディスプレイ上に表現される白色は純白より青味が強い色になっている。そのような青味の白も極端でなければ、日常的に白を吟味していないような多くの人の眼には「青」でなく「爽やかな白」と感じられる。

夜間など十分な光の得られない環境では、錐体の機能が低下する。暗所で働く桿体は錐体と比較して赤色光への感度が低いため夜間には赤と黒の識別が困難になるのだが、そのような環境にあっても赤色であると知っているものは赤く見える場合がある。例えば、黒く塗った林檎を暗い環境下で見せると赤く見える、といったことが起こる。

太陽光線の波長分布は季節や時刻によって異なる。また、周囲に反射した光によっても影響される。例えば周りが青い物ばかりならば反射光によって環境光は青さが増す。だが、周囲の色に引きずられて物の色が違って見えては困るであろう。色の恒常性は、そのような場合でも出来るだけ一定の色覚を保つために発達したとの考えは、ある自然さを持っている。ただし、この補正にも限度があり、極端に偏った波長分布では補正しきれない。

色覚の共有

同じ組成の光を受けた場合でも、それをどのように知覚するかは人それぞれの目と脳の相関関係によって異なるので、複数の人間が全く同一の色覚を共有しているわけではない。同様に、ある人が同じ物を見ても右目と左目では角度や距離が異なり、見えた色も一致しない。他者の色知覚を経験する手段は存在せず、同一の色知覚を共有することも不可能である。

また、知覚した色をどのような色名で呼ぶかは学習によって決定される事柄であり、例えば緑色を見て二人の人間が異なる知覚を得たとしても、二人ともそれを「緑」と呼ぶので、色覚の違いは表面化しない。

色覚の違いが表面化するのは、複数の色の区別に困難が生じるなどの場合である。大多数の人間とはっきり異なる判断をおこすものの色覚特性を指して、その生理については色覚異常、機能については色覚障害と呼ぶ。

いわゆるバリアフリーと呼ばれる動向において、色覚異常の者に対する配慮が必要であるという意見がある。他方で、眼科学においては、1型色覚および2型色覚に代表される多くのケースでは、日常生活に大きな支障をきたしていないという考え方が定説とされている。

標準化団体であるW3C は、HTML の色使いは色覚異常に配慮したコントラストを保つべきだとして綱領を出している。HTML は 16,777,216 色（2^3×8 色）が表現出来るが、環境に依って見え方は左右される。256 色環境で Windows と Macintosh に共通する 216 色（6³ 色）の事をウェブカラーと言い、この 216 色は見え方が環境の違いに左右され難いため、使用が推奨されている。