学習目標
このセクションの終わりまでに、次のことができるようになります：
- 色覚の簡単な理論を説明する。
- 光源の着色特性を概説する。
- 色覚の網膜理論を説明する。
色の存在により、視覚という才能はより豊かなものになりました。 物体や光は、私たちの目や脳、感情を刺激する何千もの色相で溢れています。
色覚のシンプルな理論
色が可視電磁波の波長と関連していることは、すでに述べました。 私たちの目が純粋な波長の光を受けたとき、いくつかの色しか見えない傾向があります。 そのうちの6色（最もよくリストアップされる）は、赤、オレンジ、黄、緑、青、そして紫です。 これは、白色光を波長ごとに分散させたときにできる虹のような色です。 このほかにも、私たちが知覚できる色相は何千種類もあります。 ブラウン、ティール、ゴールド、ピンク、ホワイトなどです。 色覚の簡単な理論では、これらの色相はすべて、異なる波長の組み合わせに対する目の反応であると考えられています。
網膜にある光を感じる細胞（視細胞）には、大きく分けて杆体と錐体があります
持ち帰りの実験では、杆体と錐体の色を観察します。 杆体と錐体
- 明るい部屋から暗い部屋へ、または太陽の下で外から暗い部屋に入ります。 形がはっきり見えるようになるのに、どのくらい時間がかかりましたか？ 色についてはどうでしょうか？ 明るい部屋に戻ります。 ものがはっきり見えるようになるまで、数分かかりましたか？
- foveal visionの感度を実証してください。 ROGERSという単語の中のGという文字を見てください。 Gの両隣の文字の鮮明さはどうでしょうか？
図1. この図は、3種類の錐体の相対的な感度を示したもので、感度が最も高くなる波長によって名前がつけられている。 桿体は約1000倍の感度を持ち、その曲線は約500nmでピークとなる。 錐体は、網膜の中心部である鳩目に最も多く存在しています。 ここには桿体（かんたい）はない。 鳩目は黄斑の中心にあり、直径5mmの領域で私たちの中心視を担っています。 錐体は明るいところで最もよく働き、高解像度の視覚を担っています。 人間の網膜には、約600万個の錐体があります。 図1に示すように、錐体には3種類あり、それぞれ異なる波長域に感度をもっています。 私たちが識別できる何千もの色相は、3種類の錐体の刺激のさまざまな組み合わせによって作り出されます。 カラーテレビは、赤・緑・青の3色の蛍光体を同数ずつ画面に配置した3色方式を採用しています。 この3色の組み合わせによって、さまざまな色相を見ることができるのです。 例えば、赤と緑が正しい比率で照射されていれば、黄色を感じることができます。 また、3色すべてを照らすと白に感じられるかもしれません。 ということは、3原色をさまざまな割合で加えることで、すべての色相を作り出すことができそうです。 しかし、色覚はもっと高度なものであることが示唆されている。 3原色は一意に決まるものではありません。 黄、緑、青の3色で構成されたものもあります。 さらに、より複雑な色覚理論の必要性を示すものとして、さまざまな異なる組み合わせで同じ色相を作り出すことができることがある。 黄色は黄色の光で、赤と緑は赤と緑の光で、そして紫を取り除いた白色の光で感じることができる。
なぜ様々なものが色を示すのか、例えば羽毛はなぜ青く、真紅のバラ科の植物はなぜ赤いのか、考えてみてください。 物体の本当の色は、その物体が持つ吸収性や反射性によって決まります。 図2は、純青、純赤、純黒の3種類の物体に白色光が当たっている様子と、白い物体に純赤色の光が当たっている様子を示している。 その他の色相は、より複雑な吸収特性によって生み出される。 例えば、ガラパゴスオウムのピンク色は、赤色以外のすべての色の吸収が弱いために起こります。 また、白色以外の光の下では、物体は別の色に見えることがあります。 例えば、真っ青な物体に真っ赤な光を当てると、落ちてくる赤い光をすべて吸収してしまうので、黒く見えてしまいます。
同様に、光源の色も、それが発する波長によって定義されます。 ヘリウム・ネオン・レーザーは純粋な赤色光を発します。 実際、「純粋な赤色光」という言葉は、レーザー光の特徴であるシャープな拘束スペクトルを持つことで定義されています。 図3のように、太陽は黄色く広いスペクトルを、蛍光灯は青白い光を、白熱灯は赤白色の光を出している。 これらの色は、光源を直接見たときや、白いものを照らしたときに感じるものであることは言うまでもない。 7936>
家庭でできる実験。
この実験では、色の違うプラスチックシートを使うと、より多くの光を目に通すことができるため、最適です。 しかし、薄い紙や布を使うこともできます。 色の違うものを重ね合わせ、白色光にかざす。 観察した色を、先ほどの理論で説明しましょう。
図3. 様々な光源に対する発光スペクトルを示す。 曲線Aは地表の平均的な太陽光、曲線Bは蛍光灯の光、曲線Cは白熱灯の出力である。 ヘリウムネオンレーザー（曲線D）のスパイクは、その純粋な波長発光によるものである。
色の恒常性と修正色覚理論
眼・脳の色覚系は、さまざまなものを見比べることで、光の状態が変化してもそのものの色を認識できる能力を「色の恒常性」という。 例えば、白いテーブルクロスは、太陽光でも蛍光灯でもロウソクの光でも白と感じることができます。 図3のグラフが示すように、目に入る波長はそれぞれ大きく異なるが、色覚はテーブルクロスとその周囲を比較することで、本当の色を見分けることができる。 画像の下にある階段状のグラフは、上記の模様の実際の光量を示しています。 グラフが一様に見えるのは、グレーの縞模様も一様に見えるからですが、そうではありません。 むしろ、その下のグラフに描かれているように、エッジの暗い側でより暗く、明るい側でより明るく認識される。
図4.次のステップの始まりでスパイクを持つステップグラフを示したものである。 エッジの重要性を示している。 灰色の帯は、そのすぐ下のグラフが示すように、一様に陰影がついているが、全く一様には見えていない。 むしろ、下のグラフに示すように、エッジの暗い側でより暗く、明るい側でより明るく知覚される。 これは、目の神経インパルス処理によるものです。
色の恒常性を考慮した理論は、知覚の研究だけでなく、解剖学的な証拠も多く含まれています。 網膜上の光受容体の間には神経接続があり、脳への神経接続は杆体や錐体の数よりはるかに少ないのです。 つまり、情報が脳に送られる前に、目の中で信号処理が行われているのです。 例えば、図4に見られるように、眼は隣接する光受容体同士を比較し、エッジに対して非常に敏感です。
さまざまな要素を考慮した理論として、ポラロイド社の創始者であるエドウィン・ランド（1909～1991年）が提唱したものがあります。 ランドは、数々の優美な実験をもとに、3種類の錐体がレティネックスと呼ばれるシステムに組織化されていることを提唱したのである。 このため、ロウソクで照らされた白いテーブルクロスを、周囲の一般的な赤みと比較し、白だと判断することができる。 このレティネックス色覚説は、色覚の微妙な違いを説明しようとする修正色覚説の一例である。 ランドが行った印象的な実験は、ある種の画像比較によって色覚が生じる可能性を示している。 白黒フィルムで2枚の写真を撮り、一方は赤のフィルターで、もう一方は青のフィルターで撮影する。 白黒のスライドをスクリーンに投影し、重ね合わせると、予想通り白黒の画像が得られる。 次に、赤のフィルターで撮影したスライドの前に赤のフィルターを置き、再びスクリーン上で重ね合わせる。 ピンクの様々な色調の画像を期待するところですが、そうではなく、人間には元の光景の色調をすべて含んだフルカラーの画像に見えるのです。 これは、白黒の映像と赤の映像を比較することで、色覚が誘導されることを意味している。 色覚については、完全に理解・説明されているわけではなく、レティネックス説も完全に受け入れられているわけではありません。
PhET Explorations.com（英語）: “Color vision is much subtler than what a first look impression”（色覚は初見ではわからないもの）。 色覚
赤、緑、青の光を混ぜて虹を作ろう。 単色光の波長を変えたり、白色光をフィルターにかけたりする。
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セクション概要
- 目には4種類の光受容体（桿体）と3種類の色感性錐体がある。
- 杆体は夜間視、周辺視、動きの変化に対応し、錐体は中心視と色に対応します。
- 私たちは、波長の混ざった光から多くの色相を知覚します。
- 色覚の簡易理論では、3つの原色があり、それは3種類の錐体に対応し、原色のさまざまな組み合わせがすべての色相を生み出すと述べています。 7456>
- 色の恒常性とは、さまざまな光源に照らされた物体の真の色を識別する眼・脳システムの能力である。
- 色覚の網膜理論では、高度な情報を得るために比較される3種類の錐体に関連する3つの網膜または画像システムの存在を仮定することによって、色の恒常性を説明します。
概念的質問
- 黒い背景にある純赤色の物体は、純緑色の光を照射すると消えて見えることがあります。 その理由を説明しなさい。
- 色の恒常性とは何か、その限界は何か。
- 色覚異常には、錐体の種類の違いに関係した種類があります。 片目だけ色覚異常の人や、両目で色覚異常のタイプが異なる珍しい人を研究することが、なぜ特に有用なのでしょうか？
- 杆体は錐体の約1000倍暗い光を感知できることから、その機能だけを研究する方法を提案してください。
用語集
色相：スペクトルに特に関連する色の同一性
杆体および錐体。 杆体は低光量での視覚を担い、錐体は高光量で活動する
simplified theory of color vision: three primary colors, which correspond to the three types of cones
color constancy: 色の恒常性。 様々な条件下で色を認識し、色にある程度の一貫性を見ることができる視覚認識システムの一部
retinex: 色や明るさの認識と恒常性を説明するために提唱された理論。視覚情報の処理を担う網膜と皮質という言葉を組み合わせたもの
retinex theory of color vision: 環境色の環境下で色を認識する能力
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