(57)【要約】【課題】色再現性が良好となるフィルタを提供する。【解決手段】ＣＩＥ−ＸＹＺ分光特性を満足する各分光特性（ｓ１，ｓ２，ｓ３）が負の値をもたない、単独ピークをもつ山形であり、それぞれの分光曲線のピーク値が等しく、かつ分光曲線のピーク値が等しく分光曲線のすその部分での重なりはできるだけ少なくするという条件を満たしたフィルタである。このフィルタはピーク波長が５８２ｎｍ，５４３ｎｍ，４４６ｎｍにあって、ｓ１のピーク波長が５８０±４ｎｍ，ｓ２のピーク波長が５４３±３ｎｍ，ｓ３のピーク波長が４４６±７ｎｍである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各分光特性（ｓ１，ｓ２，ｓ３）がＣＩＥ−ＸＹＺ分光特性から、
負の値を持たない、単独ピークを持つ山形であり、それぞれの分光感度曲線のピーク値が等しく、かつ分光感度曲線のピーク値が等しく分光感度の曲線の重なりはできるだけ少なくするという条件から等価変換した略下記の特性をもつフィルタ。
記
ピーク波長            半値幅                １／１０幅
ｓ１    ５８２ｎｍ      ５２３〜６２９ｎｍ      ４９１〜６６３ｎｍ
ｓ２    ５４３ｎｍ      ５０６〜５８９ｎｍ      ４６４〜６３２ｎｍ
ｓ３    ４４６ｎｍ      ４２３〜４７８ｎｍ      ４０９〜５０８ｎｍ
【請求項２】
請求項１記載のフィルタにおいて、
分光特性ｓ１のピーク波長が５８０±４ｎｍ、分光特性ｓ２のピーク波長が５４３±３ｎｍ、分光特性ｓ３のピーク波長が４４６±７ｎｍの範囲で移動しても実質的に画質を損なわないことを特徴とするフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤイメージングデバイス等の撮像素子の全面に配置され、カメラ装置に使用される分光フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤを撮像素子としたカメラ装置では、ＣＣＤの前面にＣＣＤに対応して分光フィルタが配置されている。ＣＣＤカメラに関しては非特許文献１「ＣＣＤカメラ技術入門」竹村裕夫著，コロナ社（１９９７）、あるいはその他の一般文献に掲載されている。これらのフィルタは、例えば赤緑青の３原色に対応するＣＣＤの光電面の前面に置かれ、それぞれ赤緑青の分光特性をもったものである。フィルタは赤緑青のそれぞれの光路チャネル上で、各チャネル上の光を分光して該当する成分のみを通過させ、各ＣＣＤ撮像素子の光電面にそれぞれ入力している。
【非特許文献１】竹村裕夫著  「ＣＣＤカメラ技術入門」  コロナ社  １９９７年
【０００３】
一方、広色域の動く対象物体に対応してチャネル数を増やすことも可能である。例えば、この種のカメラ装置に関する特許文献の一例として、特願２００４−３６９３７号「広色域動画カメラ」を挙げることができる。
特願２００４−３６９３７号によれば、広色域動画カメラはレンズ系と、光ビームスプリッタと、４つの色フィルタと、４つの光学センサと、演算処理装置とを備えて構成したものである。レンズ系は対象物体からの入射光を、光ビームスプリッタを介して光学センサの表面に結像させ、その倒立像をＣＣＤ等のセンサの光電変換面上に生成する。色フィルタはそれぞれ異なった波長域の、ＣＩＥ色度図上に定められたＸＹＺの分光特性に等しい波長域成分の光ビームを通過させる。光ビームスプリッタは単純な構成例としてあるが、各色フィルタに入射する光パワーの減衰量がそれぞれ相等しいものとする必要がある。４つのＣＣＤ等のセンサは入射光に対して光電変換を行い、対象物体に対応した投影像をその光電変換面上に形成する。ＣＣＤ等のセンサはそれぞれ広い色域に対して十分な感度特性をもつものとする。
【０００４】
４つのＣＣＤ等のセンサから得られた、それぞれ異なった色フィルタに対応する色域の実像の映像信号は、それぞれ演算処理装置に入力される。演算処理装置は高速で動作し、対象物体の色についての色度値をリアルタイムで得る。演算処理装置による演算は、例えば、Ａ．Ｎ．Ｎetravali and  Ｂ．Ｇ．Ｈaskell著 “Ｄigital  Ｐictures ”（1988, 
Plenum Press) Ｃhapter1:Ｎumerical  Ｒepresentation of  Ｖisual Ｉnformation  に記載の方法に従った計算方式と理論的概念によって計算される。すなわち、これは人の視感度特性に基づいて３原色波長を７００．０ｎｍ（Ｒ0 ），５４６．１ｎｍ（Ｇ0 ），４３５．８ｎｍ（Ｂ0 ）としたとき、得られる色マッチング関数(color matching function) 〔ｒ0 （λ），ｇ0 （λ），ｂ0 （λ）〕を求め、カメラ出力を演算処理装置によって計算する方式である。カメラ装置では各フィルタの分光特性を計算値に合致させることが理想的であるが、現実には困難性が高いのが課題である。
【特許文献１】特願２００４−３６９３７号
【０００５】
そこで、以下に３原色について、理想的分光特性からの物理的波長のずれ（色差）と、人間が判定してずれが感じられる範囲の関係を考察する。
ルータ条件を満たす目標とする総合分光特性は理想的である。しかし、この様な理想的な総合分光曲線を実現することは困難である。そこで、総合分光曲線の中心波長を１ｎｍづつ、ずらした場合について考える。どの程度ずらすと平均色差がある一定以上となるかを調べる。
【０００６】
ある一定の色差として、非特許文献２による色差の分類（表１参照）中の「３級色差」を用いた。ただし、ここでいう色差は、ＣＩＥＬＡＢ色区間における色差ΔＥab*であり、基準白色はＤ６５，データベースにはＳＯＣＳデータベース（非特許文献３参照）の「calib 」カテゴリを除くすべてのデータを用いた。
結果を表２に示す。これより１ｎｍ以上ずらすと「３級色差」に収まらなくなることがわかる。
【非特許文献２】日本色彩学会：「新編  色彩科学ハンドブック〔第２版〕」  東京大学出版会  １９９８年
【非特許文献３】日本規格協会：「ＴＲＸ００１２  色再現評価用標準物体分光データベース（ＳＯＣＳ）」  日本規格協会  １９９９年
【０００７】
【表１】
2005257827.tif 000003
【０００８】
【表２】
2005257827.tif 000004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする課題は、ルータ条件を満たすフィルタと比較して現実のフィルタでは分光特性に視感度上の色差が認められる点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ルータ条件を満たすフィルタにおいて、各分光特性（ｓ１，ｓ２，ｓ３）が負の値を持たない、単独ピークを持つ山形である上、それぞれの分光特性曲線のピーク値が等しく、かつ各分光特性曲線の重なりができるだけ少なくする条件から等価交換した特性をもつものを実現する手段である。
【発明の効果】
【００１１】
得られたフィルタの分光特性に視感度上の色差のずれが認められないので、異なったカメラ間で色の相違が感じられず、色の再現性が良好になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
特定の受像装置を想定しない、ルータ条件を満たす撮像装置の総合分光特性は第１の条件として負をもたないこと、第２の条件として単独のピークを持つこと、第３の条件として総合分光感度同士の重なりが最小であること、の３条件のもとで導出される。ここでは、最大値が最大となるバンドの最大値を１．０に規格化して計算を実行する。各バンドの等エネルギスペクトルに対する出力値が等しくなる条件で計算している。
【００１３】
受光素子の分光感度が、各波長領域でフラットな場合を考えてみる。このとき、最大値が１であるような総合分光感度を実現するためには、一部のバンドで最大の分光透過率が低いフィルタを用いなくてはならない。シャッタスピード等を各バンドで変えることができない、単版式の同時式のカラー撮像方式の場合には、入射光の有効利用という観点では好ましくない。そこで、最大値を１．０にする条件で解き直す必要がある。解き方としては、条件１，２までは全く同じで、条件３を求める際に最大値を規格化して計算を実行する。
【実施例】
【００１４】
ＣＩＥＸＹＺ等色関数には３６０〜８３０ｎｍまで、１ｎｍごとにデータが与えられているものを用いる。このため、本来、ＣＩＥＸＹＺ等色関数で成立する、等エネルギスペクトルに対する三刺激値、
【数１】
2005257827.tif 000005
が等しいという条件が成立しない。そこで、式（１），式（２）に示すように規格化する。
【００１５】
【数２】
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（１）
【００１６】
【数３】
2005257827.tif 000007
（２）
【００１７】
求める総合分光特性Ｓ（λ）は、変換の係数をｇ1 〜ｇ3 とすると、式（３）のようになる。
【００１８】
【数４】
2005257827.tif 000008
（３）
【００１９】
ここで、Ｓ（λ）は式（４）のように規格されているものとする。
【００２０】
【数５】
2005257827.tif 000009
（４）
【００２１】
式（２），式（３）および式（４）より式（５）が成立する。
Ｗ＝１／（ｇ1 ＋ｇ2 ＋ｇ3 ）                  （５）
【００２２】
ここで、ｐ（λ），ｑ（λ），ｒ（λ）を、式（６）〜（８）のように定義する。
【００２３】
【数６】
2005257827.tif 000010
（６）
【００２４】
【数７】
2005257827.tif 000011
（７）
【００２５】
【数８】
2005257827.tif 000012
（８）
【００２６】
式（５）および式（６）〜（８）から、式（３）は式（９）となる。
【００２７】
Ｓ（λ）＝ｇ1 ｐ（λ）＋ｇ2 ｑ（λ）＋ｒ（λ）        （９）
【００２８】
条件１を満たすためには、全波長領域でＳ（λ）＞０であればよい。これを満たすｇ1 ，ｇ2 の範囲を図１に示す。次に、条件１を満たすｇ1 ，ｇ2 の範囲のうち、条件２を満たす範囲を図２に示す。なお、条件２が満たされる場合には、条件１は重要ではないことが図２，図３から示される。
【００２９】
ルータ条件を満足させる撮像装置の総合分光特性を求める手法は、式（４）に示すように等エネルギスペクトルに対する出力値を規格化して求めている。このようにした場合、図３に示すように、各バンドの最大値が揃わない。ここで、条件１，２を満たす総合分光特性の最大値を、ある値に規格化するとする。規格化後の総合分光特性をＳ’（λ），規格化する係数をαとする。規格化した総合分光感度は式（１０）のようになる。ただし、ｇ1'＝αｇ1 ，ｇ2'＝αｇ2 とする。
【００３０】
Ｓ’（λ）＝αＳ（λ）＝α｛ｇ1 ｐ（λ）＋ｇ2'ｑ（λ）＋ｒ（λ）｝
＝ｇ1'ｐ（λ）＋ｇ2'ｑ（λ）＋αｒ（λ）      （１０）
【００３１】
規格化前の最大値と規格化後の最大値が一致する場合、つまりα＝１．０となる場合を除いて、等エネルギスペクトルに対する出力値を一定にする。条件１，２を満たす係数ｇ1 ，ｇ2 の範囲に、規格化後の係数ｇ1'，ｇ2'が存在することはない。
【００３２】
総合分光特性同士の重なりを最小にする条件は、式（１１）に示す目的関数Ｆを最小にすることにより満たされる。ここで、Ｓi ' （λ）（i ＝１〜３）は、選んだ総合分光特性であり、Ｓ1'（λ）≠Ｓ2'（λ），Ｓ2'（λ）≠Ｓ3'（λ），Ｓ3'（λ）≠Ｓ1'（λ）である。なお、総合分光特性同士の重なりは、有効なビット利用に関連している。つまり、総合分光特性同士の重なりが大きいほど、使われないビットの組み合わせを増加させることになる。
【００３３】
【数９】
2005257827.tif 000013
（１１）
【００３４】
条件１，２を満たし、条件３を比較的よく満たす係数の組み合わせを表３に示す。式（２）を考慮して変換式を求めると、式（１２）のようになる。
【００３５】
【表３】
2005257827.tif 000014
【００３６】
【数１０】
2005257827.tif 000015
（１２）
【００３７】
求めた総合分光特性を図４に示す。図４において、分光特性は次の表４に示すピークの値をもつ。
【表４】
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【００３８】
次に、総合分光特性のずれについて計算結果を記述する。
分光特性が右（または左）に５ｎｍずれた場合の、再現される色の色差についての計算結果を理想的な色差の理論特性と比較すると２〜３倍になる可能性があることがわかった。すなわち、総合分光特性の各バンドを５ｎｍずつ左右にシフトした場合、ＳＯＣＳデータベースのcalib カテゴリを除く全データについて１ｎｍごとに補完し、Ｄ６５光源下における（ＣＩＥＬＡＢ色空間での）平均色差を求めたものを表５に示す。同表では、量子化しない（理論値）と１２bits（線形とする）で量子化した場合の差を示したもので、ＸＹＺに変換するマトリクスは、もとと同じ物を用いている。
【００３９】
【表５】
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【００４０】
以上詳しく説明した実施例について、本発明の範囲で種々の変形を施すことができる。実施例としてマトリクス変換式（１２）による場合を示したが、必ずしもこのような線形変換によらない変換を行なってもよい。非線形変換を積極的に排除する趣旨で変換マトリクスを示したのではない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
ＣＣＤを撮像素子としたカメラ装置は安定性、信頼性が高く、家庭用のみならず産業用、保安用、その他のあらゆる分野に利用されている。こうした分野では正確な色情報の取得や異なったカメラ間で色差が認められないことが強く求められるので、本発明のフィルタはこうした要求を満たすものとして広い利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】フィルタの分光特性に要求される条件１を満たすｇ1 ，ｇ2 の範囲を示す説明図である。
【図２】フィルタの分光特性に要求される条件１，２を満たすｇ1 ，ｇ2 の範囲を示す説明図である。
【図３】本発明による補正を実施しないで求めた総合分光特性を示す説明図である。
【図４】本発明による方式で求めた総合分光特性を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
なし
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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