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加法混色は比較的単純で、その理解も容易でしょう。
加法混色は色光同士の混合が人間の視覚系に反映した現象です。光を足して行った時だんだん明るくなって、最後飽和状態の白になる、と言うことはイメージし易い。
加法混色の基礎はスペクトルです。同時に人間の目がカラーを認識するシステムも加法混色です。
「スペクトルとカラー」の復習になりますが、連続的に変化するスペクトルの、それぞれ1/3ずつの領域をまとめると、波長の長い順から、赤(Red)、緑(Green)、青(菫青-Blue)が得られます。
これを「加法三原色」、或いは「光の三原色」と言い、それぞれのイニシャルを取って、一般的にはRGBカラー、或いは単にRGBと呼びます。
加法三原色は加法混色の素材となります。
■加法混色加法三原色の色光(R・G・B)を、適切な割合で再混合することによって、スペクトルに含まれるあらゆる色光を再現することが出来ます。
元々、加法三原色-RGB自体、スペクトルの構成成分である以上当然とも言えます。
RGB全ての混合は、太陽光線と同じく白色光になります。
加法混色は、直接、光を混ぜ合わせることでカラーを作るシステムです。舞台照明やカラーTV、コンピュータのモニタ画面表示等に関わる現象です。
加法混色の考え方加法混色の理解は比較的容易だと思います。
懐中電灯1個で照らすより、2個、3個と照明を増やすことで明るさが増しますが、イメージとしては同じことです(右図)。
照明の量が少ないうちは、その量を増やすごとに明るさも増して行きますが、ある程度になると、それ以上に照明を増やしても明るさは変わらない状況になります。
つまり飽和状態になった訳です。
加法混色でも、三原色光の混合によって出来る色は、原色より常に明るくなり、三原色それぞれ最高輝度の混色は飽和状態の白になります(右上図)。
加法混色には次の三種類が有ります。
同時的加法混色加法混色の基本的な方式です。
右図のように、光が重なっている場合です。舞台照明、カクテル光線など。
CG等、コンピュータのカラーシステムでは、R・G・B それぞれを256階調に分けることで、その組み合わせとして256の3乗、つまり16,777,216万色を表現できるようになっています。
なおカクテル光線一個一個の光源は、通常カラーフィルタで色光を作っています。
このこと自体は「減法混色」です。
今は光そのものに色がついているLEDが開発されて、フィルタを必要としなくなっているかも知れません。
併置的加法混色非常に近い位置で隣り合っているカラーを見た場合、それらが一緒になって一つのカラーに見えます。 例えば、点描絵画、色の違う縦糸と横糸で折られた布の色等。
カラーTV・モニタ等も併置的加法混色です。
カラーモニタは、RGB3色にそれぞれ感応する蛍光体が並んでおり、そこに電子銃からのビームを走査させて発光させます。
我々は、ごく近い位置に並んだRGB三色を同時に見ることにより、その組み合わせで様々なカラーを感じます。
又、インクジェットカラープリンタ等も、次ページで説明する「減法混色」と合わせ、「併置的加法混色」を使い、様々なカラーを作り出しています。
継時(続)的加法混色違うカラーを連続的に見た時、交じり合って一つのカラーに見えます。
回転面に別々なカラーを配したコマを廻した時、カラーが交じり合って中間のカラーが出現すると言う様な場合です。
上記カクテル光線の例では、光による混色で完全な加法混色と言えます。カラーの追加が明るさの上昇に繋がります。
しかし他の、併置的加法混色と、継時的加法混色の例は、別なカラーを追加するとその分他のカラーの配分が減り、従って明るさが増す、と言うことは有りません。
そのためこの二つの方式を「中間的加法混色」等とも言います。
ただし、併置的加法混色で有っても、カラーモニタは完全な加法混色と言えるかも知れません。つまり電子銃ビームの量を自由に調整することで、個々のピクセル(画素)の輝度を調整できるからです。ピクセル個々の輝度が変われば、画面全体の輝度も当然変化します。
限られた加法三原色の混合だけで、あらゆる色を作り出せると言う、加法混色についての基本原理を実証し、体系化したものとして、「グラスマンの法則」(1853年)があります。
これは後に、CIE XYZ表色系の基礎ともなり、現在に応用されています。
「グラスマンの法則」覚書
グラスマンの法則を知る前に、等色実験について理解しておく必要が有ります。
下の図のように、用意された色光の組み合わせや強さを調整して、サンプル光と同じ色にすることを「等色」と言います。
人間の眼が色彩を感知するシステムは加法混色です。
……と言うより、人間にそのシステムが備わっているからこそ、R・G・B 三色の混合であらゆるカラーを作り出せると言う現象が成り立つのでしょう。
条件等色(メタメリズム)からも分かるように、上記「グラスマンの法則」で表される、加法混色の法則性は、人間の眼が色を認識するシステムに基づいています。 つまり人間は物理的な光の組成ではなく、網膜上の3つの錐体への刺激をもとに色を感じているのです。
人間の眼の網膜には、錐体と杆体という二種類の視細胞が並んでおり、色の認識は錐体が担っています。
人間の錐体は三種類あり、それぞれ長波長域、中波長域、短波長域の光に感応しています。
そしてその波長構成の違いを、この三種類の錐体への刺激として捉え、脳の中で色の感覚を作り出しています。
光に含まれる波長の構成により、三種類の錐体への刺激の割合が変化し、色の感覚信号となります。
このとき、三錐体への刺激が同じであれば、光の波長構成は違っても、眼は同じ色だと感覚するのです。
つまり物理現象としての光の波長特性を、必ずしも忠実に反映している訳では有りません。
例えば、600nmにピークを持つ1つの光と、550nm及び650nmピークを持つ2つの光との2つのケースが有った場合、各錐体が受ける刺激の比率は、どちらも同じと言うことが有り得ます。 錐体が受ける刺激の比率が同じ場合 、眼はこの2ケースの光の「色」を区別することが出来ず、どちらも同じ色、この場合では「黄色」と判断します。
ドの音(C)とミの音(E)の2つの音を同時に聞いたとして、人間の耳は2つの音として聞き分けます。混合して一つの中間のレ(D)の音として聞こえる訳では有りません。
しかし視覚は、同時或いは極めて近い位置で複数のカラーを見た場合、網膜の錐体刺激が結果的に同じレベルになるならば、その波長構成を問わず、混合された一つの同じ色として見ると言うことです。耳に比べて目の、この一種曖昧さが混色の前提となっているんでしょうね。
このように三つの錐体が受ける刺激の比率によって、様々な「色」を合成して感じる訳ですが、その刺激は上記の様に、錐体の感度ピークに一致している必要は無く、特にどの波長の光でなければならない、と言うことも有りません。
錐体は色の違いを識別し視力も良いのですが、錐体が機能するためには多量の光刺激が必要で、暗いところでは機能しません。 つまり、暗いところでは色を感じることが出来ず、次に述べる杆体の機能である明暗の違いだけが感覚されます。
杆体は一種類だけです。 従って光の波長構成の違いを区別することが出来ず、色の感覚を持つことが出来ません。 光の強度、つまり明暗の違いだけを識別します。
スペクトルの全領域に反応しますがピーク波長は約510nm。
光に対する感受性はきわめて高く、光子1個に対しても感応するそうです。 逆に昼間や明るい照明の元では、大量の光で飽和状態となり機能せず、錐体だけが機能しています。
杆体は専ら、暗いところでの視力を担っています。
実線は錐体です。錐体は三種類あります。
点線は杆体の感度曲線です。ピークは510nm。
S錐体、又は青錐体(B錐体)短波長域、400~500nmに感受性を示し、ピークは430nm。
中波長域、500~600nmに感受性を示し、ピークは530nm。
長波長域、550~650nmに感受性を示し、ピークは560nm。
赤錐体のピークは必ずしもRed域では有りません、どちらかと言うと、黄緑から黄色域です。
ではなぜ人間は、幅広い電磁波の波長域の中で、上記波長域にのみ感度を示し、「可視光線」となっているのでしょうか。