立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第31号) 2022

［ 研究助成 (A) ］

先天性色覚障がい者の色識別能力を改善する
演色性の良い照明光源の試作
Combination of LED lights to improve the color discrimination for people with color blindness2201010

研究代表者

和歌山県立医科大学

医学部

教授

茂里康

性を数値化する方法として，演色評価数がある。

[研 究 の 目 的]

そこで演色性を考慮した光源についてシミュ
先天性色覚障がい者，いわゆる赤緑色盲は男性の 6〜 8 % が該当するといわれている [1]。

レーション画像を利用する人間工学実験によって効果を検証した。

そのタイプはⅠ型とⅡ型に区別され，石原式色[研究の内容，成果]

覚検査表・SPP-1 に代表される色覚検査表は，色覚障がい者にとって識別困難な色の組み合わせの究極事例であり，通常の環境光下では正し石原式色覚検査表を用いた実験では，28 種

く読めない。以前カラー LED 光を利用するこ類 の 照 明 条 件 下 (LED 波 長 660, 660+630,とにより，Ⅱ型色覚者の色識別能力が改善され660+605, 660+590, 660+525, 660+470, 660+

ることを見出し [2]，さらに波長が 600 nm 以

450 ; for 630, 630+605, 630+590, 630+525,

上の赤色 LED 光の利用が有効であることを見

630+470, 630+450 ; for 605, 605+590, 605+

出 し た [3]。こ の 実 験 で は，7 種 類 の 波 長525, 605+470, 605+450 ; for 590, 590+525,(色) のカラー LED 光のみを単独で使用した。

590+470, 590+450 ; for 525, 525+470, 525+

しかしながら，単色光のみの光環境下では部屋450 ; for 470, 470+450 ; and 450 nm) で，6 人全体の色に偏りが生じ，また光源の演色性も悪のⅠ型色覚障がい者 (protan) と 8 人のⅡ型色い事が懸念される。例えば波長が 630 nm のみ

覚障がい者 (deutan) と 11 人の正常色覚者でを点灯した場合，Ⅱ型色覚障がい者の石原式色実験を実施した。その際の誤答率を図 1 に記載

覚検査表の正答率は 75% に改善されるが平均し た。そ の 結 果，昼 光 色 の D65 蛍 光 灯 (300

演色評価数 (Ra) は 15.4 と低い (蛍光灯ではlx) では，11 人の正常色覚者の誤答率は 0 %Ra は 60 程度，白色 LED では 90 程度である)。

であった。一方，Ⅰ型色覚障がい者とⅡ型色覚

そこでまず 2 種の LED 光のみを利用した場合

障がい者の誤答率は，それぞれ 98.9% と 86.7%

について，Ⅱ型色覚者に加えⅠ型色覚者の色識であった。これらの結果から，石原式色覚検査別能力が改善どのようになるかを，人間工学実表が，赤・緑の色覚異常のスクリーニングに適験と理論とによって検証する事にする。またしていることが確認された。次に 28 種類の照我々が物体 (非発光) を見る時には，太陽光や明条件下では，正常色覚者は，メインの LED

人工光源に照らされた結果の色によって配色のの 波 長 が 660，630，605 nm の 場 合，サ ブ の判断を行う。光によって異なる物体色の見え方

LED の波長に関わらず誤答率は 0 % でした。

を演色，あるいは演色性という [4]。光源の特一方Ⅰ型色覚障がい者とⅡ型色覚障がい者の場― 1 ―立石科学技術振興財団

605+525 nm で 16.7%) が著しく上昇した。これまで，より長波長 (630 nm または 660 nm)の LED 光を照射すると，石原式色覚検査表および Farnsworth Panel D-15 テストにおいて，Ⅱ型色覚障がい者の赤−緑識別能力が向上することを報告した [3]。従って，525 nm の LED
光 (緑色の光) は，Ⅰ型色覚障がい者 (赤盲目) とⅡ型色覚障がい者 (緑盲目) の両方に対して，より長い波長の LED 光の効果 (誤答率を下げる) を打ち消す可能性がある。Ⅰ型色覚障がい者とⅡ型色覚障がい者の間では，サブのLED の波長が 525 nm，メイン LED の波長が660 nm，630 nm，605 nm の場合，Ⅰ型色覚障がい者の誤答率がⅡ型色覚障がい者の誤答率よりも大きくなった。サブの LED の波長が 525nm での誤答率に比べて，470 nm または 450nm での波長の LED の場合，誤答率はⅠ型及びⅡ型色覚障がい者は共に非常に小さかった。
特に，Ⅰ型色覚障がい者よりもⅡ型色覚障がい者の誤答率は小さく，サブの LED の波長が470 nm ま た は 450 nm の 場 合，10% 以 下 であった。メインの LED の波長が 590 nm の場
合，図 1 に示すように，正常色覚者の誤答率は12.7% で，Ⅰ型及びⅡ型色覚障がい者の誤答率図1よりもはるかに小さかった。また，Ⅰ型及びⅡ合，メインの LED の波長が 660 nm，630 nm，型色覚障がい者の両方において，サブの LED605 nm で，サブの LED の波長が 590 nm 以上の波長が 525 nm の時の誤答率は，470 nm やの場合，誤答率は 20% 以下でした。特にサブ450 nm の場合の誤答率よりも大きかった。さの LED の波長が 590 nm の場合，Ⅰ型色覚障ら に，サ ブ の LED の ど の 波 長 (525，470，がい者の誤答率は，Ⅱ型色覚障がい者の誤答率450 nm) においても，Ⅰ型色覚障がい者の誤よりも著しく大きかった。つまりⅠ型色覚障が答率はⅡ型色覚障がい者の誤答率よりも大きく，い者は，長波長に対する感度，すなわち赤色色正常色覚者の誤答率は，Ⅰ型及びⅡ型色覚障が素を持たないため，正しく識別するためには，い者の誤差率よりも小さかった。またメインのⅡ型色覚障がい者よりも明るい赤色光を必要とLED の主波長が 525 nm，470 nm，450 nm のする可能性がある。それとは対照的に，サブの場合，正常色覚者の誤答率は 50% 以上に上昇

LED の波長が 525 nm のいわゆる緑色の光の場した。同様に，Ⅰ型及びⅡ型色覚障がい者は健合，Ⅰ型色覚障がい者の誤答率 (660+525 nm

常者よりもさらに大きな誤答率を示した。理由で 96.7%，630+525 nm で 100%，605+525 nm

として，Ⅰ型及びⅡ型色覚障がい者の光に対すで 92.2%) と Ⅱ 型 色 覚 障 が い 者 の 誤 答 率る感度が，正常色覚者よりも低く，石原式色覚(660+525 nm で 44.2%，630+525 nm で 11.7%，検査表 (No. 3，29) 等で測定した反射スペク― 2 ―Tateisi Science and Technology Foundation

トルの差は，文字と背景で 20% 以下であった事が考えられる。さらに，11 人の正常色覚者，6 人のⅠ型色覚障がい者と 8 人のⅡ型色覚障がい者の，すべての石原式色覚検査表に対応する誤答率を図 2-1，2-2，2-3 に示した。
SPP-1 テストは，赤−緑の色覚障がいをスクリーニングし，色覚障がい者を定性的に診断するために設計された [5]。
SPP-1 テストでは，28 種類の照明条件下で，6 人のⅠ型色覚障がい者，8 人のⅡ型色覚障が図4い者，11 人の正常色覚者の誤答率を図 3 に示した。D65 蛍光灯 (300 lx) の下で，正常色覚均誤差率を示した。SPP-1 のテストプレート

者，Ⅰ型とⅡ型色覚障がい者の誤答率はそれぞ「No. 7, 4」と「No. 13, 8」では，サブの LED のれ 0 %，72.2%，92.5% であり，SPP-1 テスト

波長が 630，605，590，470，450 の場合，正常が先天性赤緑異常を検出するための有効なスク

色覚者の誤答率は 90% 前後と比較的高い値をリーニングテストであることが確認された。

示した。一方，サブの LED の波長が 525 nm

石 原 式 色 覚 検 査 表 と は 異 な り，メ イ ン のの場合，正常色覚者の誤答率は 0 % でした。

LED の波長が 660，630，605，590 nm の場合，そこで，SPP-1 のテストプレート「No. 13, 8」

正常色覚者の誤答率は 20〜35% であった。しをさらに分析し，テストプレート「No. 13, 8」

かしサブの LED の波長が 525 nm の場合，正のドットの CIELAB 座標の L* a*, b* 値を算出

常色覚者の誤答率は 0 % に減少した。図 4-1

し た。LED (660, 660+590, 660+525, 660+には，様々な LED 照射条件の元で，すべての470 nm) と D65 蛍光灯の強度分布は，照度分

SPP-1 テストに対応する正常色覚者 11 人の平光計 CL-500A (コニカミノルタ社製) で観察した。また，のテストプレート「No. 13, 8」の反射スペクトルを分光測色計 CD100 (横河計測社製) で測定した。計算式 [6] に従って算出した CIELAB 値を図 5 に示す。
図 5 に 示 し た よ う に，サ ブ の LED の 波 長

図2525 nm において，数字 (■) と背景のドット(□) の a* と b* の値が比較的離れていた。つ図3

図5― 3 ―

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まりサブの LED が 525 nm の場合，正常色覚が，色覚異常者の色識別能力を向上させるため者は SPP-1 テストでより良い識別力を示すこには，照度を最適化する必要がある。今後の研とが示唆された。また図 3 に示した様に，Ⅰ型

究では，今回の結果を高齢者にも拡大して，色とⅡ型色覚障がい者の場合，メインの LED の覚障がい者の視覚を改善する方法をより深く理波 長 が 660，630，605，590 nm で，サ ブ の解していきたい。

LED の波長が 590 nm より大きい場合は，正常

上記の実験は，1 あるいは 2 種の LED のみ色覚者と同様に，誤答率が 20〜40% となった。

を使用した。そのため，昼光，白色 LED，蛍サブの LED の波長が 525 nm の場合は，石原光灯などと異なり，演色性が悪いことが予想さ

式色覚検査表と同様にⅠ型とⅡ型色覚障がい者れる。の誤答率が 50% 以上増加し，525 nm の波長の630 nm，630-470 nm の光源では CIE (国際LED (緑色光) が，波長の長い LED による誤照明委員会) が定義した式で計算した演色評価答率を低下する効果を打ち消している事が判っ

数 Ra [7] は，それぞれ 15.4, 0 と悪く，特にた。サブの LED の波長が 470 nm または 450

正常色覚者にとっては，非日常的な光環境であnm の場合，Ⅰ型とⅡ型色覚障がい者のいずれることが判った。

も，525 nm の LED の場合と同程度かそれ以上

Flinkman らは，23 種類の波長の LED を組の誤答率となった。メインの LED の波長がみ合わせ，昼光に近い色の光源を使用すること

525，470，450 nm の場合，図 3 に示すように，で，Ⅰ型，Ⅱ型色覚者の石原式色覚検査表と正常色覚者，Ⅰ型とⅡ型色覚障がい者の各被験Panel D-15 テストの誤答が減少することを報者の誤答率に有意な差は見られなかった。さら告している [8]。に，すべての SPP-1 テストプレートに対応す

しかしながら，色覚の改善に有効な光源の分る正常色覚者 11 名，Ⅰ型色覚障がい者 6 名，

光分布スペクトルは 3 種の LED によるもので，Ⅱ型色覚障がい者 8 名の誤答率を，石原式色覚昼光は使用されておらず，演色性に関する記述

検査表と同様に図 4-1，4-2，4-3 に示した。

は無い。そこで今回，下記の 2 種類の光源を，LED 照明がⅠ型とⅡ型色覚障がい者等の色シミュレーションによって考案した。2 種類の覚障がい者の色識別に及ぼす影響を調べるため

LED の光源の実験では協力者が来所して実施に，7 種 類 の LED (660，630，605，590，525， したが，この方式での期間中は閉鎖空間での人470，450 nm) を組み合わせた 28 種類の照明同士の接触が危険なため，シミュレーションに実験を，石原式色覚検査表と SPP-1 テストを変更した。ここでのシミュレーションとは，用いて行い，色識別能力を評価しました。メイ

D65 標準光源下で認識する色覚検査票の見えンの LED の波長が 660，630，605 nm，サブの方を考案したスペクトル照明環境下での見え方

LED の波長が 660，630，605，590 nm の場合，に変換し [9]，色覚体験ソフト Vischeck ソフ

Ⅰ型とⅡ型色覚障がい者の誤答率は，D65 蛍ト (University of California, Berkeley) で色覚光灯での実験に比べて大幅に改善された。一方，障がい者の見え方を模倣し，正しく認識できる525 nm のサブの LED 照明を使用した場合，Ⅰか否かを，一般色覚者が推測し，誤答率を想定型とⅡ型色覚障がい者の誤答率は，正常色覚者するものである。演色性も，近年 CIE で新た( 0 %) に比べて大幅に増加した。これらの結に定義された Rf も併用した [10]。

果から，長波長の LED による識別能が向上す

・テスト照明 1：630 nm(105 lx)+525 nm(170る効果は，525 nm の緑色 LED によって弱められることが示唆された。それぞれの LED 照明lx)+470 nm (25 lx)
・テスト照明 2：630 nm(170 lx)+470(25 lx)+は同じ照度 (150 lx，合計 300 lx) を利用した― 4 ―

白色電球光 LED nm (105 lx)

Tateisi Science and Technology Foundation

テスト照明 1 は光の 3 原色である 3 種類の波8，11，14) を 3 人の一般色覚者が観察した (茂長の LED : 赤色 (630 nm, 105 lx)，緑色 LED里，多 中，田 村) 結 果，正 答 率 は 0，0，40%(525 nm, 170 lx)，青 色 (470 nm, 25 lx) を 使であった。Ⅱ型のシミュレーション図面 (図 9，用しており，Ⅱ型色覚障がい者の誤答を減少さ12，15) を 3 人の一般色覚者が観察した結果。

せ，かつ，D65 の白色点 (x=0.3127, y=0.329)

正答率はそれぞれ 0，43，67% であった。照明に照明の色を近づけた。検査色票上，300 lx で

1 では演色性 Rf は低圧水銀ランプ (HP1 : Rf=測 定 し た 色 座 標 は (x=0.3503, y=0.3317) で34.9) よ り も 高 く，高 圧 水 銀 ラ ン プ (HP4 :あった。理論上の演色性は Ra=50.3, Rf=69.1である。また，色温度は Tc=4704 K である。
石原式色覚検査表でのⅡ型色覚障がい者の誤答率を 50% に減らすことを目標とした。Ⅰ型色覚障がい者の誤答率の改善は困難と予想している。
テスト照明 2 は演色性の向上と誤答率の低減を目的として試作した。2 種の LED での実験
で，赤色 LED (630 nm)+青色 LED (470 nm)
では誤答率が低下したが，演色性が悪かった。
そこで，3 番目の光源として白色 LED を併用

図7

石原式色覚検査色票・D65 標準光源・一般色覚者

した。この LED は 470 nm にピークを有し，かつ可視光領域全範囲の色を含むからである。
検査色票上，300 lx で測定した色座標は (x=0.43, y=0.2544) であった。演色性は Ra=17.8，Rf=50.7 である。色温度は Tc=1701 K である。
石原式色覚検査表でのⅡ型色覚障がい者の誤答率を 80% 減らし，Ⅰ型色覚障がい者の誤答率を 50% 減らすことを目標とした。図 6 に 2 種のテスト照明の分光スペクトルを示す。
図 7〜図 15 にシミュレーションで使用した
石原式色覚検査色票について，D65 標準光源，

図 8 石原式色覚検査色票・D65 標準光源・Ⅰ型色覚障がい者

照明 1，照明 2 の光環境下での一般色覚障がい者，Ⅰ型色覚障がい者，Ⅱ型色覚障がい者の見え方を示す。Ⅰ型のシミュレーション図面 (図図6

光源の分光分布スペクトル

図 9 石原式色覚検査色票・D65 標準光源・Ⅱ型色覚障がい者― 5 ―立石科学技術振興財団

図 10

石原式色覚検査色票・照明 1・一般色覚者

図 13

石原式色覚検査色票・照明 2・一般色覚者

図 11

石原式色覚検査色票・照明 1・Ⅰ型色覚障がい者

図 14

石原式色覚検査色票・照明 2・Ⅰ型色覚障がい者

図 12

石原式色覚検査色票・照明 1・Ⅱ型色覚障がい者

図 15

石原式色覚検査色票・照明 2・Ⅱ型色覚障がい者[今後の研究の方向，課題]

Rf=77.9) に近いが，特にⅠ型色覚障がい者の色識別能力の向上には寄与しないことが判った。
照明 2 では演色性 Rf は照明 1 よりも低いが，先天性色覚障がい者用の照明については，特色覚障がい者の色識別能力の向上に寄与していにⅠ型色覚障がい者の誤答率の低下を目指すと，た。色覚障がい者の色識別能力を更に向上させ演色性も悪くなってしまう。テスト照明 2 はⅡるためには，照明の演色性が低くなることが避型色覚障がい者の誤答率は 5 % 以下で，Ⅰ型けられない。

色覚障がい者の誤答率も半減できたので，これ― 6 ―Tateisi Science and Technology Foundation

を本プロジェクトでの提言 (提案) とさせて頂きたい。提案者らは以前，後天性色覚障がい者用の照明について提案した [11]。

[ 4 ] 日本色彩学会編：新編 色彩科学ハンドブック【第 2 版】．東京大学出版会, 503 (1998)[5]

Dain S, Gray S, Tran L. Colorimetric analysis andperformance assessment of the Hahn new pseu-

後天性色覚障がい者の人数は全国で 1,000 人と少ないが，65 歳以上の正常色覚者が加齢と共に同様の色覚症状を示すことが最近判明し，その数は先天性色覚障がい者よりも多く，高齢化の加速と共に，増加する。後天性色覚障がい者の間違いやすい色の識別能力を高めるのは波長が 470-590 nm の LED である。これを基に，本プロジェクトで行った異なる波長の LED を追加することにより，後天性色覚障がい者に加え，先天性色覚障がい者用の色の識別能力を向上させる光源の開発を目指したい。

doisochromatic colour vision test. Color Res. Appl.,
23, 69-77 (1998)[ 6 ] Green P, MacDonald L. Colour engineering:achieving device independent colour. Wiley 49-78(2002)[7]

Publication CIE No. 13: Method of measuring andspecifying colour rendering properties of lightsources-1st edition (1965)[ 8 ] Flinkman M, Nakauchi S. Illuminations that
improve color discrimination ability of people with
red-green color vision deficiency. J. Opt. Soc. Am.,
A34, 1914-1923 (2017)[ 9 ] Tamura, S., Okamoto, Y., Shigeri, Y. Image color
conversion by illumination, J. Information Tech.
Software Eng., 7, 1000218 (2017)[10][引用文献]

Publication CIE No. 224: CIE 2017 Colour Fidel-ity Index for accurate scientific use (2017).

[ 1 ] Birch J. Diagnosis of Defective Colour Vision,[11] Tamura, S., Shigeri, Y. Illumination to assist color

Second edition. Butterworth-Heinemann 2001; 51-identification in tritans. J. Sci. Tech. Lighting, 41,99.

53-57 (2018)[2]Tamura, S. Shigeri, Y. Current status of lightsources to assist color identification of congenitalcolor blindness, J. Color Sci. Assoc. Jpn., 40, 167-172(2016)[成果の発表，論文等]
・ Tamura, S., Okamoto, Y., Nakagawa, S., Sakamoto,[ 3 ] Tamura, S., Shigeri, Y., Okamoto, Y., Nakagawa,T., Nishikawa, K., Ohyabu, S., Azumagawa, K.,

S., Sakamoto, T., Ando, M., Shigeri, Y. Light wave-Tanaka, Y., and Shigeri, Y. (2022) Combination oflengths of LEDs to improve the color discrimination

LED lights to improve the color discrimination forin Ishihara test and Farnsworth Panel D-15 test forpeople with color blindness. J. Wakayama Med. Soc.,

deutans. Color Res. Appl., 42, 424-430 (2017)

73, 15-22 (2022).

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