光源の光色と演色性

点灯中の光源の光の色には、青みがかったものや黄みがかったものがあります。これを光源の光色といいます。光源の光色は色温度で客観的にあらわすことができます。光源の光色は白色光と有色光とに大別できますが、色温度という概念を適用できるのは白色光に対してだけであり、有色光については色温度を定めることはできません。

白色光とは、光源のみかけの光色が白いとか、黄色味を帯びているとかいう光源自体の色のことではなく、人間が見ることができるすべての光（可視光）をほぼひととおり含んでいるような光源の光色のことをいいます。このような光色をもつ光源を白色光源といい、一般照明用の光源のほとんどが白色光源であります。例えば、昼光色蛍光ランプはいくぶん青みを帯びた光色を持ち、白熱電球はいくぶん黄色みを帯びた光色を有していますが、可視光をひととおり含んでおり、ともに白色光源です。

白色光に対して、特定の色だけを発する光源の光色を有色光源といい、このような光色を持つ光源を有色光源といいます。黄色の光だけを発する低圧ナトリウムランプやカラード蛍光ランプなどは有色光源です。

白色光源の特徴は、一見、いくぶん青みを帯びているとか、黄色味を帯びているとか、それぞれの光色を持っている光源であっても、その光源で照明された室内にある程度以上の時間滞在していると、これらの光がいずれもほぼ白色光に見えてきます。このような現象は、人間の眼の機能のなかで、光源の光色を白色に見せるように補正する働きによって生ずるもので、これを「色順応」といいます。

白色光源の光色を、われわれが主観的に感ずる白さの度合で表わそうとすると、色順応という現象があるためにかえって非常に不正確なものとなるので、物理的かつ客観的な尺度が必要となります。このために用いられる客観的な尺度が「色温度」です。
光源の「色温度」は、次のように定められます。物理学的に定義される“真っ黒な物体”（黒体といいます）を外部から熱して温度を高めていくと、この物体の色が、黒色から暗赤色、暗赤色から赤色、さらに、赤色から淡いピンク色、黄色、オレンジ色、白色、青白色へとしだいに変化していきます。この黒体の光色と、ある光源の見かけの光色とが等しくなったとき、黒体の絶対温度（K：ケルビン）で示したのがその光源の色温度です。したがって、ある光源の色温度が低いということは、赤色を帯びたほうへ寄った光色であることを意味し、逆に色温度が高いということは、その光源の光色が青味を帯びたほうへ寄っていることを意味します。

一般に、約3,000K以下の光源はやや赤みがかった光色を、約7,000K以上の光源はやや青みがかった光色を有しています。

光色と温涼感（温かい－涼しいといった感覚）の関係については、個人差や地域・季節の違いによって異なるため必ずしも一定していませんが、JIS（日本工業規格）では相関色温度と温涼感について次のように整理しています^1）。つまり、相関色温度が5,300K以上の光源のもとでは涼しい感じが得られ、逆に3,300K以下の光源のもとでは暖かい感じが得られ、5,300K～3,300Kの範囲の光源のもとではそれらの中間の感じが得られるとしています。

（2）光色・照度レベルと雰囲気

光源の色温度は、この光源を用いて照明された室内の人間に、以下のような心理的効果をもたらすことがクルイトフ（Kruithof）により1941年に発表されました^2）。

1. a.

   色温度の低い光源を用いて照明された室内は、落ち着いた、暖かい雰囲気になり、色温度の低い光源は、比較的低い照度の照明に適します。

2. b.

   色温度の高い光源を用いて照明された室内は、低い照度では、やや寒々とした陰気な雰囲気になり、色温度の高い光源は、比較的高い照度の照明に適し、これを用いた照明は、数千ルクスの高い照度でも快適な雰囲気が得られます。

但しクルイトフ（Kruithof）の実験で用いた光源としては、色温度の低い領域では電球、色温度の高い領域では演色性の低い蛍光ランプが使用されており、色温度だけでなく演色性、光の拡散性（モデリング）も同時に変化しているなどの実験方法の問題点が指摘されています^3）。
また、色順応の影響が考慮されているのか否か述べられていないという問題点もあります。さらに、他の研究では特定の照度と色温度の範囲では、上記の結果は成立しないことが報告されています^4）5）。同じ光色の部屋に長い時間滞在している場合、その部屋にいる人の眼は色順応のために、光源の光色は色温度に関わりなく白く見えるようになり、おのずから前述のような光色の心理的効果は弱くなります。従って、いつも前述のような効果が現れるとは限りません。しかし以下のような場合、光色の心理的効果は強く表われることがあります。

1. I.ある光源で照明された室内に長く滞在していて、色温度の異なる光源で照明された他の室へ入った直後の短い時間の間
2. Ⅱ.室内に入らないで室外から見ている人、たとえば商店街を歩いている人が外から異なる色温度の店内を比較して見る場合

上記I.　の場合について色温度の心理的効果を紹介するため、住宅のリビング照明の雰囲気の快適性が照度・色温度の組合せによって、どのように変わるかについて行われた心理評価実験の概略を次に記述します^6）。この実験では、判断基準の前提となる生活行為を、くつろぎとだんらんに決めて、観察者指示を与えて意識を統一した上で、心理評価データを取得しました。
住宅内の人間の行動には色んなパターンがあります。リビングに長時間滞在することもあり、短時間しか滞在しないこともあります。リビングからダイニングへ、あるいは廊下からリビングへと移動することも多いでしょう。今回は、色温度の異なる部屋に入った直後の印象を明らかにするために実験用リビングルームの照度・色温度を変化させて、継時的に比較する方法によって評価しました。まず基準側の照明シーンを1分間呈示し、続いてテストの照明シーンに切り替えて、基準側に対するテスト側の「好き－嫌い」を7段階のカテゴリーで評価しました。

この実験結果をクルイトフ（Kruithof）の結果と比較して、図1と図2に示します。ここでは丸のサイズが大きい程好ましいことを示します。白ヌキのエリアはクルイトフ（Kruithof）の快適領域、ハッチングは同じく不快領域を示します。図1のだんらんの場合の評価においては、照度が100 lxの場合、丸のサイズは小さく、400 lxでは丸のサイズは大きい。クルイトフ（Kruithof）の快適領域の中では、おおむね「どちらでもない」以上の好ましさとなっています。下側の不快領域の中では「どちらでもない」以下です。従って、この評価結果とクルイトフ（Kruithof）の結果は似ています。

図2のくつろぎの場合は、クルイトフ（Kruithof）の不快領域に存在する照度と色温度の組み合せはそれほど好まれていません。これは両者の結果が類似であることを示します。クルイトフ（Kruithof）の快適領域に存在する照度と色温度の組み合わせの中では、800 lxの照明状態がそれほど好まれていません。これはクルイトフ（Kruithof）の結果と異なる点です。

図1：色温度・照度の好ましさへの影響（だんらん）^6）

図2：色温度・照度の好ましさへの影響（くつろぎ）^6）

生活行為がだんらんの場合、クルイトフ（Kruithof）の結果と比較的よく似ていますが、くつろぎの場合は異なる結果となりました。これは生活行為に応じた所要雰囲気の違いが大きな理由の一つではないかと考えられます。即ち、だんらんでは格式ばらない、にぎやかな雰囲気が好まれるのに対して、くつろぎでは落ちついた、静かな雰囲気が好まれる傾向があると言われています。従って、くつろぎの場合は高照度はやや嫌われる結果になったと推察されます。好ましい照度・色温度は、その照明環境の使用者の行為によって異なることは、日常的にも経験することです。
前述の実験でも明らかなように、また他の研究で報告されているように^3）4）5）、クルイトフ（Kruithof）の快適領域に位置する照度と色温度の組合せが、必ずしも不快領域に位置する照度と色温度の組合せよりも快適にならない場合があり得ます。従ってクルイトフ（Kruithof）のカーブに基づいて快適な照明環境を設計するための照度と色温度を求めても、照明以外の環境条件や生活行為によっては余り快適でない雰囲気になってしまうケースも考えられます。特に、快・不快限界線付近での照度・色温度の数値は厳密には成立しないケースも予想されます。
しかし、クルイトフ（Kruithof）のカーブは色温度が低いと低照度が快適であり、色温度が高いと高照度が快適であることを説明するのに便利です。このように日常生活で体験する照度と色温度の雰囲気効果を定性的に説明するのに便利であるので、現在でも用いられることがあります。また、クルイトフ（Kruithof）のカーブは、建築設計者を中心に浸透しており、照明計画の段階で議論の対象になることがあります。クルイトフ（Kruithof）のカーブは、屋外あるいは屋内のどんな構成条件の照明環境で、さらにどんな生活行為の場合に適用できるかについては今後の詳細な検討が望まれます。

光源の光色の違いによって、心理的な明るさ感が影響されるかどうかについては、光源の光色に十分順応した場合、光源の光色（色温度・相関色温度）の違いによって明るさ感はほとんど変わらないことが明らかにされています^7）8）。光源の光色の違いによって明るさ感が異なると言われる場合、（a）比較する光源の光色が異なるだけでなく、演色性も異なっていないかどうか調べておく必要があります。もし演色性が異なる場合は明るさ感は当然異なってきます。（b）比較する二つの光源を同時比較して観察していないかどうかを調べておく必要があります。二つの光源の光色を同時に比較すれば、それぞれの光源の光色のいずれにも色順応できず、かえって対比効果が生ずるため、場合によっては両光源の明るさ感は異なることがあります。

光色は光源から放射される光を直接見て評価されるのに対して、物体の色の見え方は光源から放射された光が物体を照らし、その物体からの反射光を見て評価されます。このように、光色は光源の光の特性だけに関係しますが、物体の色の見え方は、光源の光の特性と対象となる物体の反射特性の両方に関係するため、光色と色の見え方とは明確に区別する必要があります。したがって、光源の光色から物体の色の見え方の特性を判断することはできません。例えば、光源の光色が赤みがかっていても、この光源のもとで赤い物体を赤く見せるとはかぎらないということです。このことは、光源の選択を行なう場合に注意する必要があります。

一般に、物体の色は、その物の固有の一定の色と考えがちですが、異なった組成（分光分布）の光で照明すると違った色に見えます。このように、物体の色の見え方に及ぼす光源の性質を演色性といいます。したがって、演色性の良い光源とは、一般に色の見え方の良い特性を持つ光源のことをいいます。演色性は、照明光源の特性の中で極めて重要な特性の一つです。
光源の演色性を定量的に評価することは、演色性の良否を客観的に判断し、所要の光源を選択する場合に重要です。このような演色性を定量的に評価する方法は、大きく二つに分けられます。一つは「色の見えの忠実性の評価方法」であり、他の一つは「色の見えの好ましさの評価方法」であります。色の見えの忠実性の評価方法とは、対象とする光源が基準となる光源（基準光源）にくらべ、どの程度忠実に色を再現しているかを定量的に評価する方法です。これに対して、色の見えの好ましさの評価方法とは、対象とする光源が基準光源と比較すると色ズレをおこしているが、その色ズレが好ましい方向へのズレか好ましくない方向へのズレかを定量的に評価する方法です。
いずれの評価方法も光源の演色性を評価する上で重要ですが、現在までのところCIE（国際照明委員会）やわが国のJISでは、色の見えの忠実性の評価方法しか定められていません。色の見えの好ましさの評価方法については、これまでにいくつかの方法が提案されているものの、標準化された方法は定められていません。このため、次節ではJISの色の見えの忠実性の評価方法について紹介します。

1. a.演色評価数は、対象とする光源の基準光源に対する色の見えの忠実度を数量的に表わしたものであります。したがって、色比較・色検査などの色の見えの忠実性の評価が要求される用途に対してのみ正当な評価が得られる可能性があります。
2. b.演色評価数は、物体の色の見えの好ましさの程度を表わす指数ではありません。Raの値は、対象とする光源の基準光源に対する色ズレの大小を数量的に表わしたものであるため、その色ズレが好ましい方向の色ズレであっても、好ましくない方向の色ズレであってもRaの値は小さくなります。したがって、Raの数値の大小で色彩を好ましく見せるかどうかを判断することはできません。
   例えば、人間の顔色は少し本来の色彩よりもややピンク系にずれている方が好まれますが、黄色もしくは緑色にずれた場合には非常に不快に見えます。
   演色評価数は色ズレが好ましいか不快かについて全く関係なく計算されているので、演色評価数が同じ値であってもその実用価値は全く異なります。
3. c.平均演色評価数Raや特殊演色評価数Riの数値で示される光源の演色性は、この光源の色温度と「同じ色温度」の基準光源との色の見え方の差を数量的に表わしたものであります。このため、例えば色温度の異なる二つの光源の演色評価数の大小を比較して、両者の光源の演色性の良否を厳密に比較・評価しても意味がないと言えます。例えば、色温度が2,800Kの白熱電球と色温度が6,500Kの自然昼光のRaは、ともに100であるが両者の色の見え方は異なります。
4. d.同じ色温度の光源であっても、平均演色評価数Raが低い、例えば60以下のような光源については、Raの大小でその光源の演色性の良否を厳密に比較することはできません。Raは8種類の試験色それぞれに対する色ズレを平均したものです。したがって、例えばRaが50の二つの光源間で、一つの光源は8試験色の色ズレがすべて50点として、他の一つの光源が対象とする試験色によって100点から0点に分布したとすると、当然のことながら両者の光源の実際の色の見え方は異なります。
   しかし、Raが80以上の特性を有する光源間では、8試験色の演色評価数がいずれも高い値を持つ必要があるため、両者の色温度・色度がほぼ等しい場合、いずれも高い演色性を有していると考えられます。
5. e.色差ΔE＝1.0という値は、一般の観察者が二つの物体の色の差をやっと識別できる程度の差です。したがって上述した演色評価数の計算式［（2）式］からわかるように、演色評価数の実用的に意味のある差は約5程度と言えます。
   これより細かい演色評価数の差で、光源の演色性の良否を論じても実用的には意味がないといえます。以上のような点を考えると、演色評価数を用いるにはいくつかの制約があると考えられます。このため、JISの演色性評価方法は光源の色の見え方を知るためのある限られた範囲での尺度とはいえるが、その数字の大小のみで演色性の良否を論じることを慎む必要があります。

光源の使用分野、用途に応じてどのような演色性の光源が適切かについて、JIS（日本工業規格）では一定の基準を設けています。
これによると、Raが80未満の光源は、仕事したり、長い間滞在する室内では使用しないことが望ましいとしています。また、高天井照明や屋外照明は例外となる場合があるが（6m以上の高さに設置して使用する産業用ダウンライト）、絶えず使用されている作業場や安全色彩が識別できなければいけない場所では、より演色性の高い光源を使用し、適切な数値を確保しなければなりません。