色とは？

色は可視光線という視覚で感じられる電磁波である

可視光線が無いと見えないので光源が必要である
反射で見える表面色と透かして見える透過色がある
色の濃淡は反射率と透過率で表す
濃度表から濃度の変化に比べて光の量の変化が大幅に大きい
人間の眼は明るさの比を差として感じている
特に反射率で100％〜95％の差と5％〜0.05％の差を不透明度で比較すると2000倍位違う
つまり暗部になるほど鈍感である
ーーー余談ーーー
印刷ではかつて写真のリバーサルフィルムを透過原稿、印画紙の写真を反射原稿と云った
透過原稿 Dmax:3.3ーDmin:0.3＝Drange:3.0（Dmax:最高濃度、Dmin:最低濃度）
反射原稿 Dmax:2.0ーDmin:0.3＝Drange:1.7（Drange:濃度範囲）
反射原稿に比べ透過原稿は10倍程濃度領域が広い
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光の屈折

光は真空中での伝搬が一番早く透過できる物質では減速する
プリズムのように入射角があると減速のタイミングがズレるため屈折する
プリズムの中では赤より紫の光の方が経路が長くなる
ガラスの中では赤より紫の光の方が減速する
プリズムから出ると速度は回復し屈折する

ガラス

窓ガラスに代表されるソーダガラスは主成分は硅砂に炭酸ナトリウム
試験管とかビーカーに使われる耐熱ガラスは炭酸ナトリウムの代りに酸化カリウムを含むカリガラス
透明度の高い石英ガラスは水晶か石英でできている

ガラスの中で光が減速するのはなぜ？
光はガラスを通過するイメージだが実際はガラスの分子を伝搬していく
透明に見えるガラスは可視光線以外には不透明だそうだ
例えば遠赤外線はガラスの分子に吸収されると再放出せず共振を起こす
吸収された遠赤外線のエネルギーは周囲のガラス分子の熱運動エネルギーとなって温度を上昇させる
日差しの強い窓ガラスが熱くなるのはこのため

光の反射と吸収

鏡は光を正反射するため物体が映る
白い紙は全ての色を乱反射するので物体は映り込まない

光の回折

赤い光の方が曲がり難いが拡散しやすい
紫の光の方が曲がり易いが広がりにくい
DVDドライブが赤色レーザーからブルーレイ（BL）化した理由でもある

光の偏光

光には振動の方向がある
太陽光や一般の照明器具は色々な振動方向の光が均等に含まれている
電磁波において水平方向のアンテナから送信された電波は水平偏波と云われ電場の方向が水平になる
光の電場振動が特定方向に偏った光を偏光という

光とは？

宇宙空間の闇の中で一筋の光線が通過しても見えない 木漏れ日や夜道でヘッドライトが光線として見えるのは光の道筋にあるチリや水滴により光が錯乱されるため

光は粒子の集まりである〔ニュートン〕｛∵影ができる｝
光は波である〔ホイヘンス〕｛∵光同士が衝突しても向きが変わらない 干渉縞ができる｝

マクスウェルは電磁波の速度は1秒間に30万kmであることを導き出し可視光の速さと一致することから光は電磁波の一種であると考えた

電磁波はエネルギーの塊で、その最小単位が光子:Photonである〈光量子論〉〔アインシュタイン〕

光速度不変の原理［アインシュタイン］

光の速さは光源が動こうが観測者が動こうが誰から見ても一定で
世の中で最速の（30万km/s（真空中｠である
客観的では無く主観的なスピードだ

地上で50km/hで走る車から前向きに100km/hのボールを投げたら
ボールのスピードは150km/hになる
2段ロケットの速度では
推進剤（燃料）を後方に噴出させる質量の反作用で推進力を得るロケットでは不可能なスピードであるが
15万km/sで飛行するロケットから20万km/sで2段目を発射しても35万km/sとはならない
この宇宙における最高速度は光速の（30万km/s）である
ボールの速度もロケットの式に入れて計算できる
光速が桁外れに速いので分母は限りなく1になる≃無視できる

まぁ 世の中ユークリッド幾何学における平行線の公理を始め公式や定理
絶対は無く適応できる範囲や条件があるのは常
まさかの条件で落ちるプログラム　言い訳は　“仕様です”
　 アインシュタインは自分が光速（30万km/s）で飛んでるとして
前向きに鏡を見て顔からの光が鏡面で反射して自分の顔が映るか？
との疑問に“映る”と考えた
相対性理論から考えると観測者から見てのそれぞれの光速である

日常は大地を基準に乗り物が動いている
地球は自転しながら太陽を公転し太陽も銀河系を約220km/hで動いている
宇宙の中に完全に静止して基準になる場所は無い
もし存在するとしたらビッグバンを起こした場所がそうなのかもしれない？
光は誰から見ても 30万km/s 宇宙の最高速度で一定である
ここから先は時空間となって光速が一定ならば時間軸を変化させる相対性理論の世界になる

光速は超えられるか？

ロケットの質量で計算した通り光速に近づくほど無限大の質量になってしまう相対性理論では光速以上の速度は出せない
相対性理論では質量がゼロならば光速で移動できる
また重力波も光速で伝搬すると考えられている
そこで「光速を超えるのでは無く光速以上で運動できる物質」
虚数の質量を持つタキオンと云う実在しないであろう仮想粒子を考えた

電磁波

電磁波とは電場と磁場が連鎖的に発生しながら伝播する
その速度は1秒間に30万kmである
電磁波は電界と磁界が互いに影響し合う
ファラデーの実験とマックスウェルの数式化で発展した
電界と磁界どちらが先なのか？
電流によるコントロールのし易さで電界から考えるのが一般的なのであろう
電磁波は波長（周波数）により分類される
表の波長は対数目盛
電磁波は周波数が高いほど直進性が鋭い
船舶無線がLF帯なのは衛星通信が無かった時代に地球に沿って伝わり易い地表波を使用した

ウルトラマンとスーパーマンどちらが強い？

電波の周波数帯の名称が凄まじい
AMラジオが使用する中波から技術進歩で通信に使える周波数が上がっていった
さてウルトラマンとスーパーマンどちらが強いのか？
周波数帯の名前からすると◯◯◯◯マンである
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科学技術の進歩と共にさまざまな分野で分類されたため境界は曖昧だ
電子工学、電気磁気学、光学、原子力、量子力学など周波数により性質が異なって見えるが宇宙的には同質であった
ーーー脱線ーーー
天体望遠鏡は可視光線で観察するのに対し電波望遠鏡は衛星からの電波を集めて観測する
赤外線リモコンは搬送波(キャリア)に900～950nmの赤外線発光ダイオードを使用している
光ファイバーでの通信はかつて東北大学学長の西澤潤一博士が学会で光で通信なんてと馬鹿にされたと仰っていた
当時、公衆通信回線はマイクロ波（6GHz帯）の多重無線による通信であった
電波を導波管というパイプでパラボラアンテナまで伝送するのだが導波管を正確に傷つけず配管するのには無理があった
ケーブルテレビも初期は同軸ケーブルであった
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可視光線は電磁波の中の極一部である
大気は可視光及び赤外線と電波の一部では透過するが、その他の波長ではほとんど不透明
仮説ではあるが、大気中で可視光が透明であることが私たちの目の進化に影響したらしい？

光は電子回路で作れるか？

電磁波である光は電子回路で作れるのだろうか？
全ての電磁波を発生できる万能装置は今の技術では無理なようだ

炎色反応

炎色反応は熱放射では無い
高温になった原子は構成される元素により特有の波長の光（電磁波）を放出する
逆に低温になると同じ波長の光（電磁波）を吸収する
花火の色に利用されている

荷電粒子が動くと電磁波が発生する

物質は原子でできている
原子の化学的な性質を決めるのは陽子である

陽子は＋電荷なので−電荷の電子が原子核の引力に引き寄せられる
安定した原子は原子核の周りを陽子数と釣りあう同数の電子が電子殻（軌道）に内側から2・4・8〜と2^n個づつ埋まって回っている
結果1番外側の軌道にある電子の数によって原子の性質が決まる

外部から何らかのエネルギーを受けると外側の電子軌道に移る
外部からの影響が無くなると外側の電子軌道に移った電子は安定状態の内側の軌道に戻る
その時、軌道エネルギーの差分電磁波（光）を発生する

電子の振動を激しくすると電磁波を発生する
周波数が高いほどエネルギーが高いので大きな電磁波が発生する
白熱電球のような熱放射も高温にすることで原子運動が激しくなり大きな電磁波が発生する

元素が異なると原子核の陽子数（原子番号）が異なるので電子への引力も変わり発生する電磁波も変わる
光のエネルギーは周波数で決まるので元素の種類により特有の光（炎色反応）を放出する

放射線は周波数は非常に高く膨大なエネルギーである
電荷的に中性な原子が放射線に晒されると軌道電子が原子の外まで弾き飛ばされ自由電子となる解離現象すなわち電離（電気解離）を起こし正電荷を持ったイオンとなる
電子軌道の最も外側の軌道に配置された電子を価電子という
元素の周期表で縦は族と云い科学的性質は似ている
この荷電子が弾き飛ばされると物質が変わってしまい生体においては癌を発症したりする
成層圏の外側に発生する電離層もこの状態である

レーザー光

レーザーとはLight Amplification by Stimulated Emission of Radiationの頭文字
＝誘導放出による光増幅放射
一般の光は方向、波長、山や谷の位置がランダムであるがレーザー光はきれいに揃っている
従ってレンズで1点に集光することができる
つまり大きなエネルギーを1点に集められる

電磁波はエネルギーの塊

光は波であるとすると
金属に光（電磁波）を照射すると光のエネルギーを受けた電子が金属から飛び出す光電効果の説明ができない
アインシュタインは電磁波はPhoton: 光子（光量子）というエネルギーの最小単位の塊として進むと考えた《量子力学》
光は伝搬するときは「波」でありエネルギーのやりとりでは「粒」である二面性を持つ
光（電磁波）を照射された物体の中の荷電粒子は電場と磁場の影響（光子の力とも考えられる）で圧力を受ける
太陽光を虫眼鏡で集光すると黒い紙に火がつくのも納得か

電磁波は電子を揺り動かす

電磁波は電場の振動であるため荷電粒子（ほとんど電子）は揺り動かされる
電磁波の周波数に比例（量子力学に出てくるプランク定数）してエネルギーが大きくなる
電子レンジのマグネトロンが発生させるマイクロ波（2.45GHz）は分子の中の電子をゆり動かし物体を温める
露光装置において近紫外線で加工するのは可視光での作業性と波長が短くなるほど回折しにくく電磁波エネルギーが大きくなり化学反応が強く起きるため
リンゴに当った光は赤色波長の電磁波を乱反射し他の電磁波は吸収され微弱な熱エネルギーになる
可視光は目の網膜にある視物質分子中の電子を揺り動かし分子構造を変化させる時の信号を視神系に伝える
電磁波は物質に吸収されエネルギーが受け渡される

眼

眼の網膜には光を感じる視細胞がある
暗い光にも反応するが色を識別できない桿体（かんたい）細胞と、明るい光にしか反応しないが色を識別できる錐体（すいたい）細胞である
錐体細胞は可視光波長の長い赤色に感度が高いL錐体、中位の緑色を感じるM錐体、波長の短い青色を感じるS錐体がある
イメージセンサーのようにカラーフィルターでRGBに分光されるわけでは無いようだ
犬、猫等は錐体の視物質が一つ少なく色彩の乏しい世界を見ているそうだし、魚類、鳥類、爬虫類は錐体の視物質が一つ多く紫外線を見ることができ、人とは違った色彩の世界を見ているのかも知れない
桿体細胞は主に網膜の周辺部に1億〜1億3千万個分布している
錐体細胞は黄斑部を中心に600〜700万個分布している
視細胞は目に届いた電磁波を信号として約120万の神経繊維で構成さた視神経により脳に伝達され脳の中で色形としてイメージされるらしい
私たちが見ている世界は電磁波の飛び交う世界で、眩しい光は可視光の波長で強い電磁波があり、赤いリンゴの表面は可視光で波長の長い電磁波が乱反射して目に届いている
決して色鮮やかな世界にいる訳では無いようだ
桿体細胞や錐体細胞には個人差があるそうだ
同じ赤を見ても他人の目にはどう見えているかはわからない
「赤」「青」「緑」と教えられそれなりに見えている
自分の基準で綺麗とか鮮やかとか認識する
ダーウィンの進化論になるが緯度の違いによる日射量や生活環境によっても多様性がある
色より暗闇での視認能力を求められる人達もおられるであろう

色温度

色には温度がある？
暗室で黒い物体は見えない
黒い物体を加熱していくと1900K（ケルビン：絶対温度）でローソクの炎位に赤くなり
温度の上昇と共に青さが増し5500Kで白昼の太陽光になる
一般的にはホワイトバランスの調整である
写真撮影では白ポイントの決定は重要である
白点がずれると全ての色に影響する
フィルムカメラの時代は昼光用のデイライトタイプ（5500K）と屋内（電球）用のタングステンタイプ（3200K）の2種類があった
デジカメは通常ホワイトバランスは自動調整である

モニターの調整
テレビやノートPC等は9300Kが基準であるようだ
これは同じ明るさの照明でも電球色と白色では白い方が明るく感じる
つまり低電力で輝度とコントラストを上げるため
sRGB空間で設定されているモニターは6500K
印刷においては5000K（紙の白さが基本）

環境光も色温度は重要である
印刷物は太陽光での色再現を重視するので色温度5000K、演色性（Ra≧95）を標準光源としている

目には適応性があり暗闇も徐々に見えてくるし真夏の眩しさも慣れる
少々青被りした画面でも見慣れてしまうので明暗赤青など曖昧なものだと思う
とは言っても数値化して基準を決めないと画像Data等の互換性が不安定になる
数値管理は色温度に限らず重要だが数値にとらわれ過ぎると混乱する

カラーサークル

光は可視光域の約780～380nm電磁波である
普通に考えれば赤から紫へのレインボーで終わりだが

不思議なことに脳の中では可視光の波長の端同士が連続的に色として繋がっている

この点から考えても色は脳で作られているようだ

光に色は無い！〔アイザック・ニュートン〕

私たちが見ている世界は電磁波の飛び交う世界

CIE［Commission Internationale de l'Eclairage］

人間は700万〜1000万色識別できると云われる
光に色は無い！
色は物理的な量では無く視覚がつくり出す（目からの情報を脳で処理する）心理的な量
私たちの日常生活で不可欠な視覚として脳の中で物体を形や色として認識している
意味合いは違うが十人十色に見えている
CIE（国際照明委員会（オーストリア＞ウィーン｠が標準的な人間を決め等色実験という検査をしている
R（700nm）G（546.1nm）B（435.8nm）の光を調節して同色に見える波長を探す検査
を多くの人種や民族で行い平均値をとる
結果を等色関数にまとめたものが「色の見え方の基本特性」である