すべての測色量は、同じスペクトルを異なる観点から評価するものです。等色関数x̄(λ)、ȳ(λ)、z̄(λ)は色覚を再現するものであり、これらで重み付けを行うことで、スペクトル全体が3つの数値に集約されます。物理的に異なる2つのスペクトルが同じ3つの数値を示し、その結果同じように見えることがあります――これが条件等色（メタメリズム）です。これは、色度だけでは光源を記述できない理由でもあります。すなわち、色度が同一である2つのランプでも、演色性は明らかに異なる場合があります。
どの標準観測者が用いられたかは、常に数値とともに示されるべきです。CIE 1931の2°観測者は狭い視野を、CIE 1964の10°観測者は広い視野を表します。同じスペクトルであっても、両者は異なる色度を与えます――特に狭帯域のLEDスペクトルにおいて顕著です。異なる観測者による色度は比較できません。
下の表に、記号と単位とともに測色量を示します。定義、区分、および準拠する規格を含めた詳細は、光学量の用語集に記載しています。
色彩測定量の一覧
| 量 | 記号 | 単位 |
|---|---|---|
| 三刺激値 | X, Y, Z | — |
| 標準観測者（2°および10°） | CIE 1931 / CIE 1964 | — |
| 色度座標 | x, y | — |
| CIE 1960 UCS色度 | u, v | — |
| CIE 1976 UCS色度 | u′, v′ | — |
| CIELAB色空間 | L*, a*, b* | — |
| DIN99色空間（Lab99） | L99, a99, b99 | — |
| 色差 | ΔE | — |
| 色温度および相関色温度 | T, Tn | K, CCT |
| プランク軌跡からの偏差 | Δuv | — |
| 平均演色評価数 | Ra | —, CRI |
| 特殊演色評価数 | R1〜R15 | — |
| IES TM-30の忠実度指数 | Rf | — |
| IES TM-30の色域指数 | Rg | — |
| 彩度およびクロマ | S, C* | — |
| 色相角 | h | °, hab |
| 主波長 | λd | nm |
| 色純度 | pe | % |
| マクアダム楕円 | SDCM | Stufen |
スペクトルから色度へ
三刺激値X、Y、Zは、分光分布に3つの等色関数を重み付けして積分することで得られます。Yは明るさに対応するよう定義されており、光源の場合、Yは照度に比例します。他のすべての測色量は、この3つの数値からの変換によって求められます。
色度座標x, y――色度図
X、Y、Zをそれらの和で正規化すると、明るさを除いた色度が得られます:x = X/(X+Y+Z)、y = Y/(X+Y+Z)。この値の組は馬蹄形の色度図上にプロットされ、白色点はx = 0.33、y = 0.33付近に位置します。この図は視覚的にわかりやすい一方、知覚的に均一ではありません。緑の領域では、同じ幾何学的距離が青の領域よりもはるかに小さな知覚差に相当します。
u′, v′――均等色度図
そのため、色度間の距離にはCIE 1976 UCS色度図が用いられます:u′ = 4X/(X+15Y+3Z)、v′ = 9Y/(X+15Y+3Z)。この図では、Δu′v′が0.0054程度の距離が、どの位置でもおおよそ弁別閾に相当します。LEDバッチのばらつきや照明器具の許容差については、MacAdam楕円のステップ数(SDCM)とともに、Δu′v′が一般的な尺度として用いられます。
プライムなしのu, vには注意
uとvを用いた古いCIE 1960 UCS色度図は消えたわけではなく、相関色温度やプランク軌跡からの距離Δuvは今日でもこの図に基づいて定義されています。uは両方の図で同一ですが、vはそうではありません――v′ = 1.5・v。この2つを混同すると、誤った色温度になります。
色温度と黒体軌跡からの偏差
色温度Tとは、光源の色度と一致する黒体放射体の温度のことです。実際のランプでは、これが厳密に当てはまることはほとんどありません。そのため、通常はCIE 1960 UCS色度図上で最も近い距離にある黒体放射体の温度である相関色温度Tn（CCT）が用いられます。温白色は2700～3000 K、昼白色は4000 K、昼光色は5300 K以上です。
色温度だけでは情報として不完全です。2つの4000 Kのランプであっても、色度が黒体軌跡から異なる距離にある場合、見た目には明らかに異なる色に見えることがあります。この距離はΔuvと呼ばれ、正の値は緑がかった色、負の値は赤みがかった色として現れます。ANSI C78.377では、白色LED製品についてこれを±0.006以内に制限しています。|Δuv| ≈ 0.005を超えると、相関色温度はその意味を失います。つまり、その色度はもはや、温度を意味のある形で割り当てられるような白色ではなくなるのです。
演色性:Ra、R9、TM-30
CIE 13.3:1995の一般演色評価数Raは、8種類の標準化された試験色の色度を、被試験光源下と、同じ色温度の基準光源下とで比較する。基準光源は5000 K未満ではプランク放射体、それ以上では昼光光源である。平均色差からRa = 100 − 4.6 · ΔE̅が導かれる。90を超えると非常に良好、80を下回ると室内用途には不十分とされる。
R9が仕様に含まれるべき理由
Raは彩度の低い8色にわたる平均値である。飽和赤はその中に含まれておらず、そのために特殊演色評価数R9がある。赤色成分の弱い白色LEDはRa 85に達してもR9は20を下回ることがあり、その場合、肉、木材、肌が鈍く見える。色を評価する者は、R9に加えて、肌色用のR13やR15も明示的に求めるべきである。特殊演色評価数R1からR15は負の値になることがある。
IES TM-30:RfとRg
IES TM-30-15は、実際の表面を反映し色空間全体を均等にカバーする99種類の色見本を用い、均等色空間CAM02-UCSで計算することにより、従来の方法に取って代わる。忠実度指数Rfは0から100の範囲をとる。色域指数Rgは、色が基準光源下と比べてより彩度が高く見えるか(100超)、より淡く見えるか(100未満)をさらに示す。両者と色ベクトル図を合わせて見て初めて全体像が得られる。高いRgは、目を引くが忠実とはいえない過飽和の赤に起因することがある。RfとRaは互いに換算することはできない。
支配波長、彩度、色相角
色度や演色性のほかに、分光放射計は色の印象を直接表す3つの量を出力します。
支配波長 λd
白色点から色度点を通る直線を引き、スペクトル軌跡まで延長します。その交点の波長が支配波長です。これは知覚される色相を表し、有色LEDにとって決定的なビニング量となります。スペクトルの物理特性に由来するピーク波長λpとは異なり、LEDの場合、両者は数ナノメートル異なることがあります。紫系の色では交点が存在しないため、代わりに補色波長が示されます。
彩度 S とクロマ C*
クロマC*は、CIELABにおける無彩色軸からの距離であり、C*ab = √(a*² + b*²)で表されます。彩度Sはこれを明度と関連付けたもので、S = C*/L*として表され、色の明るさに依存しない色の印象を表します。
色相角 h
色相角はa*b*平面における極角であり、hab = arctan(b*/a*)で表され、0〜360度の範囲で示されます（0°は赤、90°は黄、180°は緑、270°は青）。これにより色相が明度およびクロマから分離されます。無彩色軸付近では不定になりやすく、クロマが非常に低い場合、色の印象が変化していなくても色相角は大きく変動します。
物体色：CIELAB、Lab99、ΔE
光源ではなく表面の色については、CIELAB空間が用いられ、L*は明度、a*は赤と緑の度合い、b*は黄と青の度合いを表します。この空間には基準白色が必要であり、通常はD65またはD50が用いられます。色差ΔEはこの空間における2点間の距離であり、ΔE*abはユークリッド距離、ΔE00はCIEDE2000に基づき重み付け関数を用いたものです。DIN 6176によるDIN99空間はCIELABを歪めることで、単純なユークリッド距離ΔE99が再び知覚的に均一になるようにしています。どの計算式が適用されているかを明示する必要があります。同じ2色であっても、計算式によって異なる数値が得られるためです。
測色量の測定と参照
測色量は広帯域放射計では求めることができません。これらの量にはスペクトル全体が必要です。というのも、それぞれの量は同じスペクトルに対する異なる重み付けにすぎず、単一の数値しか出力しない機器ではそれらを区別できないからです。どの機器であれば区別できるかについては分光放射計と広帯域放射計で解説しており、代表的なランプのスペクトルはスペクトルデータベースエクスプローラで比較できます。
以下の用語集は、このコレクションのうち測色量に関する部分を示しています。残りのグループ（放射量、測光量、重み付け量）については、光学量用語集の全文をご覧ください。
測色量に関するよくある質問
色温度Tは、色度が黒体軌跡上に正確に存在する光源、すなわち実質的には熱放射体にのみ適用されます。それ以外の光源については、相関色温度Tnが示されます。これは、CIE 1960 UCS色度図上で最小距離にある黒体放射体の温度です。色度が軌跡からどれだけ離れているかはΔuvで示され、この値がなければCCTの数値は不完全です。
錐体は網膜上に均等に分布していないためです。目は中心2度の視野と10度にわたる視野とでは見え方が異なります。CIEはこの両方のケースを別々の等色関数のセットとして規定しました。2°用のCIE 1931と、10°用のCIE 1964です。broadband光源では差はわずかですが、narrow-bandのLEDスペクトルでは差が大きくなります。異なる観測者による色度は比較してはいけません。
Raは8つの弱飽和なテスト色の平均値であり、飽和した赤はその中に含まれていないためです。そのために特殊演色評価数R9があり、赤成分の弱い白色LEDではRaが崩れなくてもR9が20を下回ることがあります。色を評価する際には、R9、R13、R15も併せて確認するか、あるいはIES TM-30に基づくRfとRgを最初から求めるべきです。
分光放射計です。色度、色温度、演色評価数は全波長域の重み付けによって求められるため、単一の数値しか出力できない広帯域機器ではこれらを区別できません。ここで重要となるのは分光分解能であり、分離すべき線の間隔よりも小さくなければならないこと、そしてトレーサビリティのとれた校正がなされていることです。
