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【YUJILEDS】LED照明色評価：視覚効果が違う原因

2021年4月15日 / 最終更新日時 : 2021年5月18日 unipole ブログ知識

【YUJILEDS】LED照明色評価：視覚効果が違う原因

問題１：お好み色の商品を選ぶ時、お店から出して太陽の下で見ると色が変わったり、自宅やオフィスでも色が変わったりすることを経験したことがありますか。

図1.1–異なる光源の下での手袋

問題２：2015年に最も注目され、世界中で広まったこの写真（図1.2）を今でも覚えていますか？

図1.2–黒または金？

問題3：演色性を評価するための最も一般的な指標はCRI（演色評価数）です。したがって、高演色光源の元では色が鮮やかなはずですが、予想とは異なる場合もあります（図1.3 ）。

図1.3– Raは同じですが、なぜ視覚効果が異なるのですか？

上記問題の原因は何ですか？

現象の背後にある科学

問題1を明らかにするには、まずメタメリズム（条件等色）を理解する必要があります。

メタメリズムとは、対照色の三刺激値が類似しているが、スペクトル（分光分布）が異なることを意味します。理解のために、2つの異なる光源で実験を処理しました（図2.1）。

図2.1–同じ色度座標の例

図の通り、Light Source＃1とLight Source＃2の座標は1ステップのマクアダム楕円であるため、同じ色であると見なすことができます、即ち、似ている三刺激値です。

色が同じなので、スペクトルも同じでしょうか？違いますが、スペクトルはまったく異なります（図2.2）。

図2.2–図2.1の光源のスペクトル

Light Source＃1はRGBW LEDであり、この6500Kスペクトルは、W（3200K）に基づいて単色チップR / G / Bを調整することによって調整され、最終的なCRI（Ra）は78です。Light Source＃2はYUJILEDS®VTCシリーズ6500K、CRI（Ra） Ra95です。Light Source＃2は、Light Source＃1と比較して、広く均一なスペクトルを持っていることがわかります。

メタメリズムは、異なる光源の下で色を評価するための重要な概念です。Konica Minolta、X-Rite、Datacolor、International Color Consortium、HunterLab、ColorBasics.comなどの団体が説明しています。CIEは、メタメリズム度を評価するための定量的基準を定義します：MIvis（可視条件等色指数）およびMIuv（UV条件等色指数）。印刷業界では、ISO3664：2009の標準に基づき、光源はMIvis <1.0およびMIuv <1.5である必要があります。

色の評価は複雑で、人々は少なくとも次のような要素によって色を知覚します。

光源

これで、光源が色を判断するための重要な要素であることがわかりました。光源が異なれば物体は完全に異なるように見える場合があるため（図2.3）、最も重要なのは優れた光源を選択することです。

図2.3–異なる光源または時間の下での同じ車

CIEは、画像や色を比較するための理論的な可視光源である標準光源（図2.4）を定義しています。理想的には、表示光源のSPD（スペクトル）を標準光源に近づけて、メタメリズムを可能な限り低減する必要があります。

図2.4–典型的な標準光源の正規化されたスペクトル

しかし、現実的には、標準光源のSPDとまったく同じ人工光源を作ることは不可能であり、現在、ほとんどの企業は、フルスペクトルを持っている蛍光管ランプ（図2.5）で標準光源をシミュレートしています。

図2.5–人工D50光源VSCIE標準光源D50

性別、年齢

一般的な統計結果に基づいて、男性の約8％と、世界の女性の0.5％は色覚異常いるので、平均的、女性は男性よりも優れた色知覚を持っています。

または、60歳以上の人は身体的な変化が起こり、色知覚能力に影響を与える可能性があります。黄斑色素の層（図2.6）は、人間目網膜中央の黄色い領域を覆っています。4°よりも広い視野で物体を観察すると、視界の中央に赤みスポットがあります。これはマクスウェルのスポットと呼ばれます。年齢が上がるにつれて、黄斑色素はますます黄色になります。これは、特に青では、高齢者が異なる色感度を得る可能性があることを意味します。

図2.6–人間の目の概略図

輝度

色は少なくとも3次元システム（図2.7）であり、HSL色空間とHSV色空間の両方で定義されているため、色相と彩度が色の視覚効果に影響を与えることは容易に理解できますが。では、なぜ輝度のでしょうか

図2.7 – HSV色空間

人間の目に分布する光受容細胞には、桿体細胞と錐体細胞の2種類があります（図2.8）。一般的に、桿体細胞は明るさを感知するためのものであり、錐体細胞は色を感知するためのものですが、環境の明るさの変化に伴い、役割も変化します。明るい環境（10 – 10 ⁸ cd / m ²）では、錐体細胞が主導的な役割を果たします。これは錐体細胞視力または明所視と呼ばれます。明るさが10^-6 – 10 ^-3.5 cd / m ²に下がると、桿体細胞が機能します。これは桿体細胞視力または暗所視と呼ばれます、これが、光が少ない環境では色の区別がほとんどできない理由です。

図2.8 – 桿体細胞と錐体細胞

人間の目の感度は、明所視と暗所視では異なります（図2.9）。明所視では、最高感度が555 nm付近で、暗所視では、498nm付近で感度が高くなります。

図2.9–明所視と暗所視の視覚機能の比較

または、2002年に3番目の光受容細胞が発見され、それは視覚光ではなく概日リズムをほとんど感知します。

視野

2°視野に基づくCIE1931は、LED製造、ディスプレイ、印刷、および画像業界で広く使用されています。2°視野の穴を通して色を判断する状態であるため、2°視野と呼ばれます。1931年には、目のすべての色感知錐体が中心の2°の弧内にあると考えられていたため、2°の視野が選択され、標準的な観察者を確立するために使用されました。1960年代までに、よりも広い眼の領域に存在することが認識されたため、1964年に10°視野が開発されました（図2.10）。現在、スペクトルを最も良く表すと考えられています。

図2.10– 2°視野と10°視野の比較

2°視野と10°視野の間には、スペクトル三刺激値の違いがあります（図2.11）。

図2.11–2°視野と10°視野のスペクトル三刺激値の比較

違いは明らかではないように見えますが、10°視野のスペクトル三刺激値が相対的に高いです。つまり、人間の目により、2°視野よりも感度が高く、より多くの波長を区別できます。実験結果は、10°視野での波長識別能力が2°視野の3倍であることを示しています。2°視野では、人間は150色を区別できますが、10°では400〜500色です。

実際の生活では、人々は通常、2°視野ではなく10°視野環境にいますが、ほとんどのLEDメーカーはCIE1931の2°視野システムを使用しています。ただし、色彩科学のようないくつかの重要領域でさえ、2°視野と10°視野の差に基づく色差に関する不満はほとんどありません。さらに、CIE1931は、一般照明だけでなく、ディスプレイ、画像検出、写真撮影の場合でも標準として広く認識されており、これらすべての固まった産業を短時間で同時に揺さぶることは困難ですが、いずれにせよ、新しい規格は将来徐々に普及すると考えられます。

主観的要因

色や光のすべての指標は、最終的には人間の目に関するものであるため、主観的な要因が必然的に関与し、人気の傾向が変わる可能性があります。たとえば、Pantone®は「Colorof the Year」（図2.12）を公開して、毎年最も人気のある色を予測すると、人々の色への愛が技術、文化、及び文明の発展とともに変化する可能性があることを示しています。

図2.12 – 2000年以降のPantone®の年間カラー

目の錯覚

問題2では、色の知覚が異なる原因は、色の恒常性の錯覚に関するものです。上記の三刺激値のように、光はレンズを通して目に入り、異なる波長は異なる色に対応します。光は目の後ろの網膜に当たり、色素は視覚野の神経とのつながりを刺激し、大脳皮質はその信号を画像に処理します。ただし、重要なことは、色の知覚は目ではなく脳からのものであるということです。下記は、青または金色の知覚をシミュレートする例です（図2.13）。これで、人々がさまざまな照明環境で青または金色を知覚できることがわかります。同様の錯覚が図2.14と図2.15で発生します。