IchigoJamとフルカラーLEDを使って学ぶ光の3原色実験

ガンプラにLEDを組み込みたいと思いLEDについて調べ始め、ワイヤレスLEDやLEDストリングを使ってきました。

ガンプラに学ぶモノづくり技術
ガンプラとは、ガンダムのプラモデルです。子供の頃は様々なプラモデルを作りました。プラモデルとの再会は、2000年代にAmazonでシャア専用ズゴックが500円程度で売っているのをみつけてからで、ガンプラに使われている技術や工作などについてまとめています。

これまで使ってきたのは単色のLEDですが、今ではフルカラーのLEDも購入することができます。

ここでは、IchigoJam(イチゴジャム)とフルカラーLEDを使って3原色の実験について説明します。

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光の3原色と色の3原色の違い

3原色について調べてみると、光の3原色と色の3原色の2種類の3原色があることを知りました。

下図に、光の3原色と色の3原色の図を示します。

光の3原色(RGB)

光の3原色(RGB)

図1 光の3原色(RGB)

色の3原色(CMYK)

色の3原色(CMYK)

図2 色の3原色(CMYK)

光の3原色と色の3原色の違いを説明します。

光の3原色

光の3原色は、

の3色が基本で、3色重なり合った部分が白色になります。

光の色は、RGBの各値を0~255までの256段階で組み合わせて色を表します。

例えば、Red(赤)、Green(緑)、Blue(青)の各色は、を0~255までの256段階で下表の様に表されます。

Rの値Gの値Bの値
赤(Red)25500
緑(Green)02550
青(Blue)00255

表1 RGB値の例

参考までに、パソコンのソフトで図形(オブジェクト)の色を指定する場合のRGBの値の例(LibreOffice 6.4のオブジェクトの「色の選択」画面)を下図に示します。

RGBによる色の指定例(LibreOffice 6.4のオブジェクトの「色の選択」画面)

RGBによる色の指定例(LibreOffice 6.4のオブジェクトの「色の選択」画面)

図3 RGBによる色の指定例

(LibreOffice 6.4のオブジェクトの「色の選択」画面

色の3原色

色の3原色は、

  • シアン
  • マゼンタ
  • イエロー(黄色)

の3色が基本で、理論的には3色重なり合った部分は黒色になります。

色の3原色は、CMYKの各値を0~100の値の組み合わせで表します。

例えば、シアン(Cyan)、マゼンダ(Magenda)、イエロー(Yellow)、黒(Black)は、下表の様に表されます。

Cの値Mの値Yの値Kの値
シアン(Cyan)100000
マゼンダ(Magenda)010000
イエロー(Yellow)001000

表2 CMYK値の例

参考までに、パソコンのソフトで図形(オブジェクト)の色を指定する場合のCMYKの値の例(LibreOffice 6.4のオブジェクトの「色の選択」画面)を下図に示します。

CMYKによる色の指定例(LibreOffice 6.4のオブジェクトの「色の選択」画面)

CMYKによる色の指定例(LibreOffice 6.4のオブジェクトの「色の選択」画面)

図4 CMYKによる色の指定例

(LibreOffice 6.4のオブジェクトの「色の選択」画面)

なお、インクジェットプリンターの4色インクは、

  • シアン、マゼンタ、イエロー

に加えて、

の計4色からなっています。

理論的には3色でよいのですが、4色インクになっているのは、黒色の印刷が多いためと、黒の方が発色がよいためのようです。

補足情報:CMYKからRGBへの変換はできますが、RGBからCMYKへの変換は近似値となり、元のCMYKには戻せません。不可逆変換と呼ばれます。
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IchigoJamを使ったフルカラーLEDの実験準備

IchigoJamを使いフルカラーLEDで3原色の実験をしました。

使用したLEDは、下表の通りです。

  • 2020年4月現在の情報です。詳細は以下のホームページをご確認ください。

秋月電子通商

<http://akizukidenshi.com/>

品名通販コード価格(税込)

RGBフルカラーLED 5mm カソードコモン

OSTA5131A-R/PG/B

I-024761個 ¥50

IchigoJamとフルカラーLEDの接続

下図が使用したLEDです。

フルカラーLED

フルカラーLED

図5 フルカラーLED

IchigoJamとフルカラーLEDの接続は、下図の通りです。

IhigoJamのOUTポートに直接差し込んでいますが、IchigoJamとLED保護のため抵抗を追加することをお勧めします。
IchigoJamとフルカラーLEDの接続状態

IchigoJamとフルカラーLEDの接続状態

図6 IchigoJamとフルカラーLEDの接続状態

フルカラーLEDとIchigoJamは、以下の様に接続しています。

フルカラーLEDIchigoJam
緑(Green)OUT 1
青(Blue)OUT 2
カソード(Common Cathode)GND
赤(Red)OUT 3

表3 IhigoJamとフルカラーLEDの接続箇所

IchigoJamのGNDに接続するフルカラーLEDの足は、オス-メスのジャンパー線を使いました。

フルカラーLEDを点灯させるプログラミング

単純に点灯させるだけであれば、

OUT 1

を実行することで、IchigoJamのOUT 1に接続したフルカラーLEDの色が点灯します。

ここでは、光の3原色の実験をするため、3つのカーソルキー(左、下、右)を押すとIchigoJamのOUT 1、2、3に接続したフルカラーLEDの色が点灯するようにしました。

IchigoJamに入力したプログラムは、以下の通りです。

10 OUT 1,BTN(LEFT)
20 OUT 3,BTN(DOWN)
30 OUT 4,BTN(RIGHT)
40 GOTO 10

実行(RUN)すると、カーソルキーでフルカラーLEDの各色を点灯させることができます。

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IchigoJamによるフルカラーLEDの3原色実験結果

光の3原色の実験結果を説明します。

なお、点灯させたときのLEDの色が分かりにくいので、LEDの上に画用紙を載せて写真を撮っています。

はかせ
はかせ

目でると分かりやすいのですが、写真のできがよくなくて申し訳ありません。

LED光拡散キャップを使うとよいようです。

下図は、フルカラーLEDを赤、緑、青を1色ごと点灯させたときの写真です。

フルカラーLEDを1色ごと点灯させた状態

フルカラーLEDを1色ごと点灯させた状態

図7 フルカラーLEDを1色ごと点灯させた状態

下図は、フルカラーLEDの3色(赤、緑、青)のうち2色を同時に点灯させたときの写真です。

フルカラーLEDの3色中2色を同時に点灯させた場合

フルカラーLEDの3色中2色を同時に点灯させた場合

図8 フルカラーLEDの3色中2色を同時に点灯させた場合

下図は、フルカラーLEDの3色を同時に点灯させたときの写真です。

左から緑、緑+青、緑+青+赤を点灯させた場合です。

フルカラーLEDの3色を同時に点灯させた状態

フルカラーLEDの3色を同時に点灯させた状態

図9 フルカラーLEDの3色を同時に点灯させた状態

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参考:色と配色について

光と色の3原色は、発色方法としては、加法混色、減法混色と呼ばれます。

その他、彩度やトーンなど、ボリューム大ですが、色について以下のサイトが参考になります。

デザイナーじゃなくても知っておきたい色と配色の基本 | knowledge / baigie
デザイナーじゃなくても知っておきたい色と配色の基本 | knowledge / baigie

まとめ

ここでは、IchigoJamでフルカラーLEDを使い光の3原色実験について、以下の項目で説明しました。

  • 光の3原色と色の3原色の違い
    • 光の3原色
    • 色の3原色
  • IchigoJamを使ったフルカラーLEDの実験準備
    • IchigoJamとフルカラーLEDの接続
    • フルカラーLEDを点灯させるプログラミング
  • IchigoJamによるフルカラーLEDの3原色実験結果
  • 参考:色と配色について
はかせ

振動制御を学ぶことで実験・計測とCAE、モデリングに制御と幅広く学び、出会いとチャンスにも恵まれ工学博士になりました。
CAEが珍しくない今だからこそ、実験やリアルなモノづくり体験が必要だと考えています。

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