JP2003018611A - 撮像装置 - Google Patents
撮像装置Info
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- JP2003018611A JP2003018611A JP2001203906A JP2001203906A JP2003018611A JP 2003018611 A JP2003018611 A JP 2003018611A JP 2001203906 A JP2001203906 A JP 2001203906A JP 2001203906 A JP2001203906 A JP 2001203906A JP 2003018611 A JP2003018611 A JP 2003018611A
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Cameras In General (AREA)
- Blocking Light For Cameras (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 特に色再現範囲がひろく（ワイド・ガミュー
ト）、かつ撮影対象となる物体反射光と再現画像との色
差の小さく、忠実な色再現を行うこと。 【解決手段】 ＣＩＥ １９３１ＸＹ等色関数から青、
緑及び赤のスペクトル３原色を基底にとった線形変換を
行って求められた第１の等色関数から、当該関数におけ
る負の分光感度の波長領域が実質的になくなるような線
形変換を行って求められた第２の等色関数に近似し、更
に第２の等色関数をガウス関数で近似して得られる分光
感度を固体撮像素子４にもたせるようにカラー・フィル
ター３を構成している。
ト）、かつ撮影対象となる物体反射光と再現画像との色
差の小さく、忠実な色再現を行うこと。 【解決手段】 ＣＩＥ １９３１ＸＹ等色関数から青、
緑及び赤のスペクトル３原色を基底にとった線形変換を
行って求められた第１の等色関数から、当該関数におけ
る負の分光感度の波長領域が実質的になくなるような線
形変換を行って求められた第２の等色関数に近似し、更
に第２の等色関数をガウス関数で近似して得られる分光
感度を固体撮像素子４にもたせるようにカラー・フィル
ター３を構成している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば動画を撮像
するビデオカメラや静止画を撮像する電子スチルカメラ
等の撮像装置に関する。
するビデオカメラや静止画を撮像する電子スチルカメラ
等の撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】青、緑、赤のレーザー・スペクトルを三
原色（プライマリー・カラー）とするディスプレーの色
再現範囲は、XY色度図上で、色三角形の頂点はスペクト
ル軌跡上に位置する。そのような、青、緑、赤のレーザ
ーを三原色とするディスプレーとしては、グレーティン
グ・ライト・バルブ(GLV)プロジェクターが公知であ
る。
原色（プライマリー・カラー）とするディスプレーの色
再現範囲は、XY色度図上で、色三角形の頂点はスペクト
ル軌跡上に位置する。そのような、青、緑、赤のレーザ
ーを三原色とするディスプレーとしては、グレーティン
グ・ライト・バルブ(GLV)プロジェクターが公知であ
る。
【０００３】GLVプロジェクターに使用される青、緑、
赤のレーザーのように、三原色の波長を、例えば、青45
7ナノメートル、緑532ナノメートル、赤642ナノメート
ルに選ぶと、図２５に示すように、色再現範囲は従来の
NTSC規格よりも、さらに広い色再現範囲を包含すること
になる。
赤のレーザーのように、三原色の波長を、例えば、青45
7ナノメートル、緑532ナノメートル、赤642ナノメート
ルに選ぶと、図２５に示すように、色再現範囲は従来の
NTSC規格よりも、さらに広い色再現範囲を包含すること
になる。
【０００４】図２７に示されるように、GLVプロジェク
ターの場合、赤から緑までの色再現範囲がスペクトル軌
跡とほぼ重なっている。よって、特に赤から緑までの範
囲で高い飽和度の色再現が可能である。
ターの場合、赤から緑までの色再現範囲がスペクトル軌
跡とほぼ重なっている。よって、特に赤から緑までの範
囲で高い飽和度の色再現が可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ビデオカメラ等の固体撮像装置は、NTSC規格や、CRT蛍
光体の色再現範囲を前提としていたため、このような撮
像装置によって撮像された画像を高い飽和度の色再現が
可能なGLVプロジェクターで再現したとしても撮像対象
物を小さな色差で忠実に色再現することができない、と
いう問題がある。
ビデオカメラ等の固体撮像装置は、NTSC規格や、CRT蛍
光体の色再現範囲を前提としていたため、このような撮
像装置によって撮像された画像を高い飽和度の色再現が
可能なGLVプロジェクターで再現したとしても撮像対象
物を小さな色差で忠実に色再現することができない、と
いう問題がある。
【０００６】かかる事情に鑑み、本発明の主たる目的
は、特に色再現範囲がひろく（ワイド・ガミュート）、
かつ撮影対象となる物体反射光と再現画像との色差の小
さく、忠実な色再現を可能とする撮像装置を提供するこ
とにある。すなわち、例えばGLVプロジェクターのよう
な高い飽和度の色再現が可能なディスプレーに表示する
のに好適な画像を撮像する好適な撮像装置を実現するこ
とにある。
は、特に色再現範囲がひろく（ワイド・ガミュート）、
かつ撮影対象となる物体反射光と再現画像との色差の小
さく、忠実な色再現を可能とする撮像装置を提供するこ
とにある。すなわち、例えばGLVプロジェクターのよう
な高い飽和度の色再現が可能なディスプレーに表示する
のに好適な画像を撮像する好適な撮像装置を実現するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の主たる観点に係る撮像装置は、青、緑及び
赤の３原色の各光量を計測する撮像素子と、ＣＩＥ １
９３１ＸＹＺ等色関数から青、緑及び赤のスペクトル３
原色を基底にとった線形変換を行って求められた第１の
等色関数から、当該関数における負の分光感度の波長領
域が実質的になくなるような線形変換を行って求められ
た第２の等色関数に近似するような分光感度を前記撮像
素子にもたせるように光の所定波長領域を吸収または分
離する手段とを具備することを特徴とするものである。
め、本発明の主たる観点に係る撮像装置は、青、緑及び
赤の３原色の各光量を計測する撮像素子と、ＣＩＥ １
９３１ＸＹＺ等色関数から青、緑及び赤のスペクトル３
原色を基底にとった線形変換を行って求められた第１の
等色関数から、当該関数における負の分光感度の波長領
域が実質的になくなるような線形変換を行って求められ
た第２の等色関数に近似するような分光感度を前記撮像
素子にもたせるように光の所定波長領域を吸収または分
離する手段とを具備することを特徴とするものである。
【０００８】本発明では、ＣＩＥ １９３１ＸＹＺ等色
関数から青、緑及び赤のスペクトル３原色を基底にとっ
た線形変換を行って求められた第１の等色関数から、当
該関数における負の分光感度の波長領域が実質的になく
なるような線形変換を行って求められた第２の等色関数
に近似するような分光感度を撮像素子にもたせるように
しているので、特に色再現範囲がひろく（ワイド・ガミ
ュート）、かつ撮影対象となる物体反射光と再現画像と
の色差の小さく、忠実な色再現をすることが可能とな
る。
関数から青、緑及び赤のスペクトル３原色を基底にとっ
た線形変換を行って求められた第１の等色関数から、当
該関数における負の分光感度の波長領域が実質的になく
なるような線形変換を行って求められた第２の等色関数
に近似するような分光感度を撮像素子にもたせるように
しているので、特に色再現範囲がひろく（ワイド・ガミ
ュート）、かつ撮影対象となる物体反射光と再現画像と
の色差の小さく、忠実な色再現をすることが可能とな
る。
【０００９】本発明の一の形態によれば、前記光吸収・
分離手段が、前記第２の等色関数をガウス関数で近似し
て得られる分光感度をもたせる青、緑及び赤の各カラー
・フィルターであることを特徴とするものである。
分離手段が、前記第２の等色関数をガウス関数で近似し
て得られる分光感度をもたせる青、緑及び赤の各カラー
・フィルターであることを特徴とするものである。
【００１０】本発明の一の形態によれば、前記光吸収・
分離手段が、前記第２の等色関数をガウス関数で近似し
て得られる分光感度をもたせる青、緑及び赤の各一対の
干渉フィルターとバンド・パス・フィルターとの組み合
わせであることを特徴とするものである。そして、前記
バンド・パス・フィルターはバンド・パス・フィルター
用多層膜がプリズム斜面上、もしくは光軸に対して一定
角度傾けた平板上に形成され、その膜面が前記干渉フィ
ルターの膜面と平行にならないようにすることが好まし
い。これにより、有害な多重反射を制限することができ
るからである。また、前記干渉フィルターの前後に長波
長側をカットするフィルターが挿入されていることが好
ましい。これにより、干渉フィルターとバンド・パス・
フィルターとの組み合わせによって除去しえないガウス
関数で近似される撮像素子の分光感度のリップルを除去
し、色差を改善することが可能となる。
分離手段が、前記第２の等色関数をガウス関数で近似し
て得られる分光感度をもたせる青、緑及び赤の各一対の
干渉フィルターとバンド・パス・フィルターとの組み合
わせであることを特徴とするものである。そして、前記
バンド・パス・フィルターはバンド・パス・フィルター
用多層膜がプリズム斜面上、もしくは光軸に対して一定
角度傾けた平板上に形成され、その膜面が前記干渉フィ
ルターの膜面と平行にならないようにすることが好まし
い。これにより、有害な多重反射を制限することができ
るからである。また、前記干渉フィルターの前後に長波
長側をカットするフィルターが挿入されていることが好
ましい。これにより、干渉フィルターとバンド・パス・
フィルターとの組み合わせによって除去しえないガウス
関数で近似される撮像素子の分光感度のリップルを除去
し、色差を改善することが可能となる。
【００１１】本発明の一の形態によれば、前記第２の等
色関数をガウス関数で近似して分光感度を得ようとする
とき、前記三原色のスペクトル波長を赤642ナノメート
ル、緑532ナノメートル、青457ナノメートルで近似し、
青のガウス関数の中心波長を454±5ナノメートル、青の
ガウス関数の標準偏差を23±1ナノメートル、緑のガウ
ス関数の中心波長を544±5ナノメートル、緑のガウス関
数の標準偏差を33±1ナノメートル、赤のガウス関数の
中心波長を584±5ナノメートル、赤のガウス関数の標準
偏差を39±1ナノメートルのガウス関数で近似すること
を特徴とするものである。
色関数をガウス関数で近似して分光感度を得ようとする
とき、前記三原色のスペクトル波長を赤642ナノメート
ル、緑532ナノメートル、青457ナノメートルで近似し、
青のガウス関数の中心波長を454±5ナノメートル、青の
ガウス関数の標準偏差を23±1ナノメートル、緑のガウ
ス関数の中心波長を544±5ナノメートル、緑のガウス関
数の標準偏差を33±1ナノメートル、赤のガウス関数の
中心波長を584±5ナノメートル、赤のガウス関数の標準
偏差を39±1ナノメートルのガウス関数で近似すること
を特徴とするものである。
【００１２】本発明の一の形態によれば、前記光吸収・
分離手段が、色分解プリズムであり、前記色分解プリズ
ムは、第２の等色関数をGram Schmidtの直交化法を用い
て直交化した青、緑、赤の第３の等色関数を求め、青の
分光感度が緑の分光感度より大きい波長帯から、その反
対に青の分光感度が緑の分光感度より小さくなる波長帯
への遷移波長を第１の波長、緑の分光感度が赤の分光感
度より大きい波長帯から、その反対に緑の分光感度が赤
の分光感度より小さくなる波長帯への遷移波長を第２の
波長としたときの、これらの第１及び第２の波長を前記
第３の等色関数から求め、前記求められた第１及び第２
の波長で色分解するものであることを特徴とするもので
ある。
分離手段が、色分解プリズムであり、前記色分解プリズ
ムは、第２の等色関数をGram Schmidtの直交化法を用い
て直交化した青、緑、赤の第３の等色関数を求め、青の
分光感度が緑の分光感度より大きい波長帯から、その反
対に青の分光感度が緑の分光感度より小さくなる波長帯
への遷移波長を第１の波長、緑の分光感度が赤の分光感
度より大きい波長帯から、その反対に緑の分光感度が赤
の分光感度より小さくなる波長帯への遷移波長を第２の
波長としたときの、これらの第１及び第２の波長を前記
第３の等色関数から求め、前記求められた第１及び第２
の波長で色分解するものであることを特徴とするもので
ある。
【００１３】本発明の一の形態によれば、前記三原色の
スペクトル波長を赤642ナノメートル、緑532ナノメート
ル、青457ナノメートルで近似するとき、前記第１の波
長は490ナノメートル±5ナノメートル、前記第２の波長
は580ナノメートル±5ナノメートルであることを特徴と
するものである。
スペクトル波長を赤642ナノメートル、緑532ナノメート
ル、青457ナノメートルで近似するとき、前記第１の波
長は490ナノメートル±5ナノメートル、前記第２の波長
は580ナノメートル±5ナノメートルであることを特徴と
するものである。
【００１４】本発明の別の観点に係る撮像装置は、光を
第１の光路と第２の光路とに分離する半透明鏡プリズム
又はビーム・スプリティッング・プリズムと、前記第１
の光路に分離された光を赤と青とに分離する色分解プリ
ズムと、前記第２の光路上に配置された緑用カラー・フ
ィルター及び第１の撮像素子と、前記色分解プリズムの
赤色分離側に配置された赤用カラー・フィルター及び第
２の撮像素子と、前記色分解プリズムの青色分離側に配
置された青用カラー・フィルター及び第３の撮像素子と
を具備することを特徴とするものである。かかる構成に
より、各撮像素子に対して最適化されたカラー・フィル
ターを使用することができる。そして、このように最適
化されたカラー・フィルターを用いることで、色差を非
常に小さくすることが可能である。
第１の光路と第２の光路とに分離する半透明鏡プリズム
又はビーム・スプリティッング・プリズムと、前記第１
の光路に分離された光を赤と青とに分離する色分解プリ
ズムと、前記第２の光路上に配置された緑用カラー・フ
ィルター及び第１の撮像素子と、前記色分解プリズムの
赤色分離側に配置された赤用カラー・フィルター及び第
２の撮像素子と、前記色分解プリズムの青色分離側に配
置された青用カラー・フィルター及び第３の撮像素子と
を具備することを特徴とするものである。かかる構成に
より、各撮像素子に対して最適化されたカラー・フィル
ターを使用することができる。そして、このように最適
化されたカラー・フィルターを用いることで、色差を非
常に小さくすることが可能である。
【００１５】本発明の一の形態によれば、前記各カラー
・フィルターは、ＣＩＥ １９３１ＸＹＺ等色関数から
青、緑及び赤のスペクトル３原色を基底にとった線形変
換を行って求められた第１の等色関数から、当該関数に
おける負の分光感度の波長領域が実質的になくなるよう
な線形変換を行って求められた第２の等色関数を求め、
更に前記第２の等色関数をガウス関数で近似して得られ
る分光感度を前記各撮像素子にもたせるものであること
を特徴とするものである。
・フィルターは、ＣＩＥ １９３１ＸＹＺ等色関数から
青、緑及び赤のスペクトル３原色を基底にとった線形変
換を行って求められた第１の等色関数から、当該関数に
おける負の分光感度の波長領域が実質的になくなるよう
な線形変換を行って求められた第２の等色関数を求め、
更に前記第２の等色関数をガウス関数で近似して得られ
る分光感度を前記各撮像素子にもたせるものであること
を特徴とするものである。
【００１６】本発明の一の形態によれば、前記各カラー
・フィルターに代えて、それぞれ一対の青、緑及び赤用
の干渉フィルターとバンド・パス・フィルターとの組み
合わせを用いたことを特徴とするものである。
・フィルターに代えて、それぞれ一対の青、緑及び赤用
の干渉フィルターとバンド・パス・フィルターとの組み
合わせを用いたことを特徴とするものである。
【００１７】本発明の一の形態によれば、前記バンド・
パス・フィルターにはバンド・パス・フィルター用多層
膜がプリズム斜面上、もしくは光軸に対して一定角度傾
けた平板上に形成され、その膜面が前記干渉フィルター
の膜面と平行にならないようにされていることを特徴と
するものである。
パス・フィルターにはバンド・パス・フィルター用多層
膜がプリズム斜面上、もしくは光軸に対して一定角度傾
けた平板上に形成され、その膜面が前記干渉フィルター
の膜面と平行にならないようにされていることを特徴と
するものである。
【００１８】本発明の一の形態によれば、前記干渉フィ
ルターの前後に長波長側をカットするフィルターが挿入
されていることを特徴とするものである。
ルターの前後に長波長側をカットするフィルターが挿入
されていることを特徴とするものである。
【００１９】本発明の一の形態によれば、前記第２の等
色関数をガウス関数で近似して分光感度を得ようとする
とき、前記三原色のスペクトル波長を赤642ナノメート
ル、緑532ナノメートル、青457ナノメートルで近似し、
青のガウス関数の中心波長を454±5ナノメートル、青の
ガウス関数の標準偏差を23±1ナノメートル、緑のガウ
ス関数の中心波長を544±5ナノメートル、緑のガウス関
数の標準偏差を33±1ナノメートル、赤のガウス関数の
中心波長を584±5ナノメートル、赤のガウス関数の標準
偏差を39±1ナノメートルのガウス関数で近似すること
を特徴とするものである。
色関数をガウス関数で近似して分光感度を得ようとする
とき、前記三原色のスペクトル波長を赤642ナノメート
ル、緑532ナノメートル、青457ナノメートルで近似し、
青のガウス関数の中心波長を454±5ナノメートル、青の
ガウス関数の標準偏差を23±1ナノメートル、緑のガウ
ス関数の中心波長を544±5ナノメートル、緑のガウス関
数の標準偏差を33±1ナノメートル、赤のガウス関数の
中心波長を584±5ナノメートル、赤のガウス関数の標準
偏差を39±1ナノメートルのガウス関数で近似すること
を特徴とするものである。
【００２０】本発明の更なる目的と利益は以下の実施形
態によって明らかにされる。
態によって明らかにされる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。
に基づき説明する。
【００２２】図１は本発明の一実施形態に係る撮像装置
の構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
【００２３】図１に示すように、撮像装置１は、撮像レ
ンズ２と、色分解プリズムやカラー・フィルター等の光
吸収・分離手段３と、3板の固体撮像素子４と、その出
力を変換しXY座標として出力するマトリックス回路５を
備えるものである。
ンズ２と、色分解プリズムやカラー・フィルター等の光
吸収・分離手段３と、3板の固体撮像素子４と、その出
力を変換しXY座標として出力するマトリックス回路５を
備えるものである。
【００２４】ここで、忠実な色再現のためには、カラー
・フィルター等の光吸収・分離手段３の設計と、これに
応じたマトリックス回路５の調整が重要である。
・フィルター等の光吸収・分離手段３の設計と、これに
応じたマトリックス回路５の調整が重要である。
【００２５】固体撮像素子４としては、一般的な200万
画素のフルHD方式でプログレッシブスキャン方式のもの
を想定しているが、特に動画に限定されるものではな
い。
画素のフルHD方式でプログレッシブスキャン方式のもの
を想定しているが、特に動画に限定されるものではな
い。
【００２６】色分解プリズムやカラー・フィルター等の
光吸収・分離手段３と固体撮像素子素子４からなるセン
サーの分光感度は、例えば色分解プリズム上の誘電体多
層膜によって実現できる分光反射率特性に限定される。
光吸収・分離手段３と固体撮像素子素子４からなるセン
サーの分光感度は、例えば色分解プリズム上の誘電体多
層膜によって実現できる分光反射率特性に限定される。
【００２７】一方、理想とするセンサーの分光感度は、
人間の目の、三種の錐体の分光感度を線形変換したもの
であり、これを等色関数と呼ぶ。
人間の目の、三種の錐体の分光感度を線形変換したもの
であり、これを等色関数と呼ぶ。
【００２８】等色関数は、照明光とディスプレーの三原
色が決まれば、CIE 1931ＸＹＺ等色関数を線形変換して
求めることができる。すなわち、三原色から行列
色が決まれば、CIE 1931ＸＹＺ等色関数を線形変換して
求めることができる。すなわち、三原色から行列
【数１】
【００２９】を定義する。照明光よりベクトル
【数２】
【００３０】を定義し
【数３】
【００３１】より求めたベクトル
【数４】
【００３２】の成分と前述の三原色の行列Mの行列成分
を用いて、行列
を用いて、行列
【数５】
【００３３】を作成し、CIE 1931ＸＹＺ等色関数からRG
B等色関数を以下のように作成する。
B等色関数を以下のように作成する。
【数６】
【００３４】ここで光源色としてCIE標準D光源のうちD6
5と、GLVプロジェクターの三原色を用いて具体的に計算
した。
5と、GLVプロジェクターの三原色を用いて具体的に計算
した。
【００３５】図２は、その計算結果として得られたRGB
等色関数である。横軸は波長である。縦軸はカラー・セ
ンサーの分光感度である。
等色関数である。横軸は波長である。縦軸はカラー・セ
ンサーの分光感度である。
【００３６】ここで変換行列は
【数７】
【００３７】である。
【００３８】もしRGB等色関数が実現可能であれば、そ
のような分光感度を有するカラー・センサーで計測し、
結果をするには、センス信号を前述の行列M0で変換すれ
ばＸＹ出力が得られる。
のような分光感度を有するカラー・センサーで計測し、
結果をするには、センス信号を前述の行列M0で変換すれ
ばＸＹ出力が得られる。
【００３９】ところで、図２に示したRGB等色関数を実
際のカラー・センサーとして実現するのは、等色関数の
一部に負の分光感度を有しているから、物理的は困難で
ある。しかし、もしRGB等色関数を線形変換したものが
実現可能であれば、この変換された等色関数でセンス
し、変換分も含めて変換マトリックスで戻してやり、Ｘ
Ｙ出力すればよい。
際のカラー・センサーとして実現するのは、等色関数の
一部に負の分光感度を有しているから、物理的は困難で
ある。しかし、もしRGB等色関数を線形変換したものが
実現可能であれば、この変換された等色関数でセンス
し、変換分も含めて変換マトリックスで戻してやり、Ｘ
Ｙ出力すればよい。
【００４０】どのような変換を行うかについては任意性
があるが、ここでは負の分光感度が発生しないことを優
先した。その変換行列は
があるが、ここでは負の分光感度が発生しないことを優
先した。その変換行列は
【数８】
【００４１】において
【数９】
【００４２】である。
【００４３】図３に変換後のRGB等色関数を示す。これ
を等価なRGB等色関数と呼ぶことにする。
を等価なRGB等色関数と呼ぶことにする。
【００４４】このような変換後のRGB等色関数は良好に
ガウス関数で近似することができる。図４にガウス関数
で近似した変換後のRGB等色関数を示す。
ガウス関数で近似することができる。図４にガウス関数
で近似した変換後のRGB等色関数を示す。
【００４５】図4では、
赤：xbar=584nm σ=38.5nm
緑：xbar=544nm σ=32.8nm
青：xbar=454nm σ=23nm
となっている。
【００４６】なお、変換行列の合成行列は
【数１０】
【００４７】である。
【００４８】ここで、変換後のRGB等色関数のうち、例
えば赤について考えると、透過率0%から100%までほぼ波
長100ナノメートルにわたって透過率がゆっくり変化し
ている。このような大きな波長変化幅は誘電体多層膜で
実現するのは困難である。従って、本発明には、色ガラ
ス・フィルターのような無機の吸収フィルターや、TAC
ベースの有機色素フィルターが好適であると考えられ
る。
えば赤について考えると、透過率0%から100%までほぼ波
長100ナノメートルにわたって透過率がゆっくり変化し
ている。このような大きな波長変化幅は誘電体多層膜で
実現するのは困難である。従って、本発明には、色ガラ
ス・フィルターのような無機の吸収フィルターや、TAC
ベースの有機色素フィルターが好適であると考えられ
る。
【００４９】図５はそのような色ガラス・フィルターを
使用した撮像装置の構成の一例である。
使用した撮像装置の構成の一例である。
【００５０】図５において、６は撮像レンズを示してい
る。７は撮像レンズを通過した光（像）を第１の光路７
ａと第２の光路７ｂとに分離する半透明鏡プリズム又は
ビーム・スプリティッング・プリズム、８は第１の光路
７ａに分離された光を赤と青とに分離する色分解プリズ
ムである。
る。７は撮像レンズを通過した光（像）を第１の光路７
ａと第２の光路７ｂとに分離する半透明鏡プリズム又は
ビーム・スプリティッング・プリズム、８は第１の光路
７ａに分離された光を赤と青とに分離する色分解プリズ
ムである。
【００５１】第２の光路７ｂ上には、緑用カラー・フィ
ルター９ａ及び第１の撮像素子９ｂが配置され、色分解
プリズム８の赤色分離側には、赤用カラー・フィルター
１０ａ及び第２の撮像素子１０ｂが配置され、色分解プ
リズム８の青色分離側には、青用カラー・フィルター１
１ａ及び第３の撮像素子１１ｂが配置されている。
ルター９ａ及び第１の撮像素子９ｂが配置され、色分解
プリズム８の赤色分離側には、赤用カラー・フィルター
１０ａ及び第２の撮像素子１０ｂが配置され、色分解プ
リズム８の青色分離側には、青用カラー・フィルター１
１ａ及び第３の撮像素子１１ｂが配置されている。
【００５２】ここで、赤と青の組み合わせと緑は最初の
半透明鏡プリズム又はビーム・スプリティッング・プリ
ズム７で分離される。赤と青の分離は両者のカラー・フ
ィルターの分光透過率特性が波長500 ナノメートルで交
わるので、分解波長を500ナノメートルに設計した色分
解プリズム８で行われる。
半透明鏡プリズム又はビーム・スプリティッング・プリ
ズム７で分離される。赤と青の分離は両者のカラー・フ
ィルターの分光透過率特性が波長500 ナノメートルで交
わるので、分解波長を500ナノメートルに設計した色分
解プリズム８で行われる。
【００５３】ガウス関数で近似したRGB等色関数でセン
スしたときのCIELAB色差公式による、平均色差はΔE=1.
9であることを、マクベス色票18色で確認した。
スしたときのCIELAB色差公式による、平均色差はΔE=1.
9であることを、マクベス色票18色で確認した。
【００５４】図６はガウス関数で近似したカラー・フィ
ルターを用いたときの色差/レーザー三原色を示してい
る。ここで横軸はマクベスの色票の番号である。
ルターを用いたときの色差/レーザー三原色を示してい
る。ここで横軸はマクベスの色票の番号である。
【００５５】図７はこのような評価に用いた色票のX,Y
色度点を示している。
色度点を示している。
【００５６】これらの色票の色再現における色差の評価
はCIELAB色差公式を用いた。すなわち、
はCIELAB色差公式を用いた。すなわち、
【数１１】
【００５７】より求めた
【数１２】
【００５８】で評価した。
【００５９】比較のために、NTSC規格の、赤、緑、青の
蛍光体を３原色とするディスプレーにおいては、RGB等
色関数は図８に示す如くである。
蛍光体を３原色とするディスプレーにおいては、RGB等
色関数は図８に示す如くである。
【００６０】この図８に示したRGB等色関数を線形変換
した後ガウス関数で近似した分光感度曲線をもつセンサ
ーでセンスしたときの色差は、図９に示す通りである。
した後ガウス関数で近似した分光感度曲線をもつセンサ
ーでセンスしたときの色差は、図９に示す通りである。
【００６１】これにより、マクべス色票18色において平
均色差ΔE=2.75であることを確認した。ここにガウス関
数で近似したセンサー感度は 赤：xbar=577nm σ=39nm 緑：xbar=542nm σ=31nm 青：xbar=452nm σ=21nm である。
均色差ΔE=2.75であることを確認した。ここにガウス関
数で近似したセンサー感度は 赤：xbar=577nm σ=39nm 緑：xbar=542nm σ=31nm 青：xbar=452nm σ=21nm である。
【００６２】従って、レーザー・スペクトルを３原色と
すると、蛍光体を３原色とするものより、原理的には色
差が小さくなる傾向にある。これは前者の方がRGB等色
関数の負の部分の面積が小さいことに関係していると考
えられる。
すると、蛍光体を３原色とするものより、原理的には色
差が小さくなる傾向にある。これは前者の方がRGB等色
関数の負の部分の面積が小さいことに関係していると考
えられる。
【００６３】次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００６４】上述した実施形態では、吸収フィルターの
使用を前提にした設計であったが、この実施形態では、
色分解プリズムの使用を前提にした設計である。変換後
のRGB等色関数から出発して、青、緑、赤のセンサー感
度が互いに直交するようにGram Schmidtの直交化を行
う。
使用を前提にした設計であったが、この実施形態では、
色分解プリズムの使用を前提にした設計である。変換後
のRGB等色関数から出発して、青、緑、赤のセンサー感
度が互いに直交するようにGram Schmidtの直交化を行
う。
【００６５】その変換行列は以下のようになる。
【数１３】
【００６６】ここで、
【数１４】
【００６７】図１０（ａ）及び（ｂ）は正規直交化等色
関数であり、λ0=420nm， λ1=490nm, λ2=570nm,
λ3=630nmである。ここで、波長λ1は青と緑の等色関
数の交点（第１の波長）、波長λ2は青との等色関数の
交点（第２の波長）である。さらにλ0とλ3を定義し
て、図１０（ｂ）に示すように、青：λ0〜λ1、緑：λ
1〜λ2、赤：λ2〜λ3で一定の透過率を有する色分解プ
リズムを考える。いまi番目のセンサーの感度をベクト
ルsiで表すとき、行列Aをベクトルsiと正規直交等色関
数の内積で以下のように定義すると、
関数であり、λ0=420nm， λ1=490nm, λ2=570nm,
λ3=630nmである。ここで、波長λ1は青と緑の等色関
数の交点（第１の波長）、波長λ2は青との等色関数の
交点（第２の波長）である。さらにλ0とλ3を定義し
て、図１０（ｂ）に示すように、青：λ0〜λ1、緑：λ
1〜λ2、赤：λ2〜λ3で一定の透過率を有する色分解プ
リズムを考える。いまi番目のセンサーの感度をベクト
ルsiで表すとき、行列Aをベクトルsiと正規直交等色関
数の内積で以下のように定義すると、
【数１５】
【００６８】センサー感度は近似的に以下のようにかけ
る。
る。
【数１６】
【００６９】ここでAは試作品の色分解プリズムの分光
感度曲線より計算した。これより変換行列は
感度曲線より計算した。これより変換行列は
【数１７】
【００７０】である。
【００７１】色分解プリズムの場合、センサー感度が
青、緑、赤で独立で、重なり合いの部分が少なく、図５
に示した実施形態の構成と比し、半透明鏡あるいはビー
ム・スプリティッング・プリズムの使用の必要性がない
から、2倍明るい。
青、緑、赤で独立で、重なり合いの部分が少なく、図５
に示した実施形態の構成と比し、半透明鏡あるいはビー
ム・スプリティッング・プリズムの使用の必要性がない
から、2倍明るい。
【００７２】図１１にこの実施形態に係る色分解プリズ
ムのみを用いた撮像装置の構成例を示す。
ムのみを用いた撮像装置の構成例を示す。
【００７３】図１１において、１２は撮像レンズを示し
ている。この撮像レンズ１２を通過する光軸上には第１
及び第２の色分解プリズム１３、１４が順番に配置され
ている。第１の色分解プリズム１３により分離された緑
の光は、全反射プリズム１５反射して第１の撮像素子１
６ａに入射し、第２の色分解プリズム１４により分離さ
れた赤と青の各光は、それぞれ第２の撮像素子１６ｂ、
第３の撮像素子１６ｃに入射されるようになっている。
ている。この撮像レンズ１２を通過する光軸上には第１
及び第２の色分解プリズム１３、１４が順番に配置され
ている。第１の色分解プリズム１３により分離された緑
の光は、全反射プリズム１５反射して第１の撮像素子１
６ａに入射し、第２の色分解プリズム１４により分離さ
れた赤と青の各光は、それぞれ第２の撮像素子１６ｂ、
第３の撮像素子１６ｃに入射されるようになっている。
【００７４】図１１に示した撮像装置を実際に試作した
もののセンサーの分光感度を図１２に示す。図１２にお
いて縦軸の単位は％である。
もののセンサーの分光感度を図１２に示す。図１２にお
いて縦軸の単位は％である。
【００７５】図１２をみてわかるように、上述した実施
形態では緑から赤への色分解プリズムの分離波長が570
ナノメートルであったところが、試作品の色分解プリズ
ムの分離波長は580ナノメートルとなっている。この試
作品の色分解プリズムについて、マクベスの色票を用い
て、再現色の色差を評価すると、図１３に示す通りであ
る。ここで、図１３では色分解プリズムを用いてセンス
したときの色差／レーザー三原色であり、平均色差はΔ
E＝７である。試作品の色分解プリズムの赤、緑の分離
波長は580ナノメートルで、青、緑の分離波長は490ナノ
メートルであるが、その前後5ナノメートルの範囲で、
ΔEは最小で、その平均値は7.2程度であることを確認し
た。
形態では緑から赤への色分解プリズムの分離波長が570
ナノメートルであったところが、試作品の色分解プリズ
ムの分離波長は580ナノメートルとなっている。この試
作品の色分解プリズムについて、マクベスの色票を用い
て、再現色の色差を評価すると、図１３に示す通りであ
る。ここで、図１３では色分解プリズムを用いてセンス
したときの色差／レーザー三原色であり、平均色差はΔ
E＝７である。試作品の色分解プリズムの赤、緑の分離
波長は580ナノメートルで、青、緑の分離波長は490ナノ
メートルであるが、その前後5ナノメートルの範囲で、
ΔEは最小で、その平均値は7.2程度であることを確認し
た。
【００７６】同様に蛍光体を３原色とするディスプレー
において、色分解プリズムを用いてセンスしたときの色
差は、図１４に示す通りである。ここで、図１４では分
解プリズムを用いてセンスしたときの色差/蛍光体三原
色であり、ΔEの平均値は7.5程度で、ほぼ同等である。
において、色分解プリズムを用いてセンスしたときの色
差は、図１４に示す通りである。ここで、図１４では分
解プリズムを用いてセンスしたときの色差/蛍光体三原
色であり、ΔEの平均値は7.5程度で、ほぼ同等である。
【００７７】以上、色分解プリズムを用いた本実施形態
につきまとめると、マクべス・チャートの色票の範囲で
あるが、レーザーを３原色とするディスプレーと、蛍光
体を３原色とするディスプレーの色差が同等であるなら
ば、色再現範囲の広い前者が勝る。
につきまとめると、マクべス・チャートの色票の範囲で
あるが、レーザーを３原色とするディスプレーと、蛍光
体を３原色とするディスプレーの色差が同等であるなら
ば、色再現範囲の広い前者が勝る。
【００７８】さらに最初に示した実施形態におけるガウ
ス関数型カラー・フィルターと比較すると、色分解プリ
ズムを用いた方が、ガウス関数型カラー・フィルターよ
り原理的に明るいが、色差をΔEで平均5以下にするのは
困難であるが、ガウス関数型カラー・フィルターの場
合、カラー・プリンターに迫る色差が実現されると結論
される。
ス関数型カラー・フィルターと比較すると、色分解プリ
ズムを用いた方が、ガウス関数型カラー・フィルターよ
り原理的に明るいが、色差をΔEで平均5以下にするのは
困難であるが、ガウス関数型カラー・フィルターの場
合、カラー・プリンターに迫る色差が実現されると結論
される。
【００７９】なお、図４に示したガウス関数の中心波長
及び標準偏差はについては、以下の範囲であっても構わ
ない。 （１）青のガウス関数の中心波長は454±5ナノメート
ル、ガウス関数の標準偏差は23±1ナノメートル （２）緑のガウス関数の中心波長は544±5ナノメート
ル、ガウス関数の標準偏差は33±1ナノメートル （３）赤のガウス関数の中心波長は584±5ナノメート
ル、ガウス関数の標準偏差は39±1ナノメートル ここで、ガウス関数の波長標準偏差の許容範囲について
考察する。
及び標準偏差はについては、以下の範囲であっても構わ
ない。 （１）青のガウス関数の中心波長は454±5ナノメート
ル、ガウス関数の標準偏差は23±1ナノメートル （２）緑のガウス関数の中心波長は544±5ナノメート
ル、ガウス関数の標準偏差は33±1ナノメートル （３）赤のガウス関数の中心波長は584±5ナノメート
ル、ガウス関数の標準偏差は39±1ナノメートル ここで、ガウス関数の波長標準偏差の許容範囲について
考察する。
【００８０】実際に波長標準偏差を変化させ、CIELABの
色差の平均値の変化をみる。色差の平均値の極小解の近
傍では、赤、緑、青カラーセンサーの波長標準偏差のう
ち、青は概して独立であるが、赤と緑は従属しており、
これを図示すると図１５に示す通りである。ここで横
軸、縦軸は、赤と緑の標準偏差の相対値XとYである。
色差の平均値の変化をみる。色差の平均値の極小解の近
傍では、赤、緑、青カラーセンサーの波長標準偏差のう
ち、青は概して独立であるが、赤と緑は従属しており、
これを図示すると図１５に示す通りである。ここで横
軸、縦軸は、赤と緑の標準偏差の相対値XとYである。
【００８１】このXとYを用いると解を通る直線のうち、
色差の変化が最小になる直線はY-1.028〜0.7(X-1.049)
のように近似され、これに直交する方向に、色差の変化
が数倍大きい。このXと青の標準偏差の相対値Zをパラメ
ータに色差の平均値の最小を求めた。色差の平均値の最
小を与えるのは、X=1.0584、Y=1.03458、Z=0.9212であ
った。ここで、図1６は赤のガウス関数型カラーセンサ
ーの標準偏差に対する色差を示している。色差について
赤と緑のガウス関数型カラーセンサーの標準偏差は従属
関係にあるから、色差の変化について最急勾配方向と最
緩勾配方向が存在する。
色差の変化が最小になる直線はY-1.028〜0.7(X-1.049)
のように近似され、これに直交する方向に、色差の変化
が数倍大きい。このXと青の標準偏差の相対値Zをパラメ
ータに色差の平均値の最小を求めた。色差の平均値の最
小を与えるのは、X=1.0584、Y=1.03458、Z=0.9212であ
った。ここで、図1６は赤のガウス関数型カラーセンサ
ーの標準偏差に対する色差を示している。色差について
赤と緑のガウス関数型カラーセンサーの標準偏差は従属
関係にあるから、色差の変化について最急勾配方向と最
緩勾配方向が存在する。
【００８２】ΔXに対して、最緩勾配方向と、最急勾配
方向で、色差の平均値の変化をプロットすると図１６に
示すようになり、最急勾配方向の赤と緑の標準変化誤差
の組み合わせで考えると、色差の平均値を5以下にする
には、ΔX<0.015にする必要がある。ところで赤の標準
偏差は39ナノメートルであったから、その±1.5%は±0.
6ナノメートルである。
方向で、色差の平均値の変化をプロットすると図１６に
示すようになり、最急勾配方向の赤と緑の標準変化誤差
の組み合わせで考えると、色差の平均値を5以下にする
には、ΔX<0.015にする必要がある。ところで赤の標準
偏差は39ナノメートルであったから、その±1.5%は±0.
6ナノメートルである。
【００８３】一方、図１７は青のガウス関数型カラーセ
ンサーの標準偏差に対する色差を示している。青の場合
ΔZ<0.06にする必要がある。ところで青の標準偏差は23
ナノメートルであったから、その±6%は±1.4ナノメー
トルである。青のマージンが赤に比べひろく見えるが、
赤の場合は従属する緑の誤差分も含んだワーストケース
であることを勘案して、各色のガウス関数型フィルター
の標準偏差の許容値を一律に±1ナノメートルとする。
ンサーの標準偏差に対する色差を示している。青の場合
ΔZ<0.06にする必要がある。ところで青の標準偏差は23
ナノメートルであったから、その±6%は±1.4ナノメー
トルである。青のマージンが赤に比べひろく見えるが、
赤の場合は従属する緑の誤差分も含んだワーストケース
であることを勘案して、各色のガウス関数型フィルター
の標準偏差の許容値を一律に±1ナノメートルとする。
【００８４】ガウス関数型フィルターの中心波長精度に
ついても赤と緑については従属性があるから、比較的独
立な青の場合を吟味し、赤と緑はこれに準拠するものと
する。
ついても赤と緑については従属性があるから、比較的独
立な青の場合を吟味し、赤と緑はこれに準拠するものと
する。
【００８５】図１８は青のガウス関数型カラーセンサー
の中心波長に対する色差を示している。
の中心波長に対する色差を示している。
【００８６】図１８に示すように、青の中心波長誤差が
5ナノメートルあっても色差の平均値は5.3程度である。
これより赤、緑、青のガウス関数型フィルターの中心波
長精度を±5ナノメートルとすればよい。
5ナノメートルあっても色差の平均値は5.3程度である。
これより赤、緑、青のガウス関数型フィルターの中心波
長精度を±5ナノメートルとすればよい。
【００８７】上述した実施形態では、このガウス関数型
フィルターとして吸収フィルターを用いていたが、吸収
フィルター以外に、干渉フィルターとバンド・パス・フ
ィルターの組み合わせでガウス関数型フィルターを比較
的容易に実現できる。
フィルターとして吸収フィルターを用いていたが、吸収
フィルター以外に、干渉フィルターとバンド・パス・フ
ィルターの組み合わせでガウス関数型フィルターを比較
的容易に実現できる。
【００８８】以下の実施形態は、図５に示した撮像装置
の変形であって、図５に示した撮像装置では吸収フィル
ターによってガウス関数型フィルターを近似していたも
のを、これに代えて干渉フィルターとバンド・パス・フ
ィルターの組み合わせを用いて実現する方法を示してい
る。
の変形であって、図５に示した撮像装置では吸収フィル
ターによってガウス関数型フィルターを近似していたも
のを、これに代えて干渉フィルターとバンド・パス・フ
ィルターの組み合わせを用いて実現する方法を示してい
る。
【００８９】干渉フィルターは厚さd、屈折率nの中間層
の両側を振幅反射率rmの薄膜で挟んだもので、その分光
透過率はローレンツ型関数で近似される。その中心波長
をλとするとき、中間層の光学的厚みはnd=λ／２であ
る。中間層の両側の振幅反射率rmの薄膜は、高屈折率
nH、低屈折率nLのλ／４膜の多層膜で実現され、ここで
は図１９に示すように干渉フィルタの膜を4層膜とし
た。図２０には干渉フィルタの分光透過率を示す。
の両側を振幅反射率rmの薄膜で挟んだもので、その分光
透過率はローレンツ型関数で近似される。その中心波長
をλとするとき、中間層の光学的厚みはnd=λ／２であ
る。中間層の両側の振幅反射率rmの薄膜は、高屈折率
nH、低屈折率nLのλ／４膜の多層膜で実現され、ここで
は図１９に示すように干渉フィルタの膜を4層膜とし
た。図２０には干渉フィルタの分光透過率を示す。
【００９０】ここで青は、nH=2.4、nL=1.4、nd=111ナノ
メートルで、中心波長はλ＝444ナノメートル、緑は、n
H=2.2、nL=1.4、nd=134.5ナノメートルで、中心波長は
λ＝538ナノメートル、赤は、nH=2.0、nL=1.4、nd=144.
5ナノメートルで、中心波長はλ＝578ナノメートルであ
る。
メートルで、中心波長はλ＝444ナノメートル、緑は、n
H=2.2、nL=1.4、nd=134.5ナノメートルで、中心波長は
λ＝538ナノメートル、赤は、nH=2.0、nL=1.4、nd=144.
5ナノメートルで、中心波長はλ＝578ナノメートルであ
る。
【００９１】図２１はこのようなバンド・パス・フィル
ターと干渉フィルターの組み合わせを実現するための構
成図である。図２１において、１７は撮像レンズを示し
ている。この撮像レンズ１７を通過する光軸上には赤外
カットフィルター１８、偏光ビームスプリッター１９、
半波長板２０、青バンドパスフィルター２１、赤バンド
パスフィルター２２が順番に配置されている。
ターと干渉フィルターの組み合わせを実現するための構
成図である。図２１において、１７は撮像レンズを示し
ている。この撮像レンズ１７を通過する光軸上には赤外
カットフィルター１８、偏光ビームスプリッター１９、
半波長板２０、青バンドパスフィルター２１、赤バンド
パスフィルター２２が順番に配置されている。
【００９２】偏光ビームスプリッター１９により反射さ
れたｓ偏光は、緑バンドパスフィルター２３で緑干渉フ
ィルター２４を介して第１の撮像素子２５に入射し、透
過したｐ偏光は半波長板２０を通りｓ偏光となし青バン
ドパスフィルター２１により分離された青の光は、赤カ
ットフィルター２６及び青干渉フィルター２７を介して
第２の撮像素子２８に入射し、赤バンドパスフィルター
２２により分離された赤の光は、赤干渉フィルター２９
を介して第３の撮像素子３０に入射するようになってい
る。なお、偏光ビームスプリッター１９により反射され
たｓ偏光を半波長板を通したｐ偏光が緑バンドパスフィ
ルター２２側へ、透過したｐ偏光が青バンドパスフィル
ター２０側に分離されるようにしても構わない。
れたｓ偏光は、緑バンドパスフィルター２３で緑干渉フ
ィルター２４を介して第１の撮像素子２５に入射し、透
過したｐ偏光は半波長板２０を通りｓ偏光となし青バン
ドパスフィルター２１により分離された青の光は、赤カ
ットフィルター２６及び青干渉フィルター２７を介して
第２の撮像素子２８に入射し、赤バンドパスフィルター
２２により分離された赤の光は、赤干渉フィルター２９
を介して第３の撮像素子３０に入射するようになってい
る。なお、偏光ビームスプリッター１９により反射され
たｓ偏光を半波長板を通したｐ偏光が緑バンドパスフィ
ルター２２側へ、透過したｐ偏光が青バンドパスフィル
ター２０側に分離されるようにしても構わない。
【００９３】このような構成の撮像装置によれば、特に
バンド・パス・フィルターがバンド・パス・フィルター
用多層膜が光軸に対して一定角度傾けて形成され、その
膜面が前記干渉フィルターの膜面と平行にならないよう
にされているので、有害な多重反射を制限することがで
きる。また、干渉フィルターの前後に長波長側をカット
するフィルター１８、２６が挿入されているので、干渉
フィルターとバンド・パス・フィルターとの組み合わせ
によって除去しえないガウス関数で近似される撮像素子
の分光感度のリップルを除去し、色差を改善することが
可能となる。
バンド・パス・フィルターがバンド・パス・フィルター
用多層膜が光軸に対して一定角度傾けて形成され、その
膜面が前記干渉フィルターの膜面と平行にならないよう
にされているので、有害な多重反射を制限することがで
きる。また、干渉フィルターの前後に長波長側をカット
するフィルター１８、２６が挿入されているので、干渉
フィルターとバンド・パス・フィルターとの組み合わせ
によって除去しえないガウス関数で近似される撮像素子
の分光感度のリップルを除去し、色差を改善することが
可能となる。
【００９４】なお、ここでバンドパス・フィルターは45
°入射を仮定している。一方、上述した実施形態では垂
直入射が仮定されていた。バンドパス・フィルターは反
射モードで使用されるから、入射光と反射光が空間的に
分離される斜め入射が現実的である。斜め入射の場合、
分光反射率特性に偏光依存性がある。一般には、自然光
はp偏光成分強度とs偏光成分強度が等しいと考えられる
から、一方の偏光についてセンスしてもよい。本発明の
場合s偏光成分に対してバンドパス・フィルターを設計
した。そこで、図２１中の半透明鏡は可視帯域の偏光板
と半波長板の組み合わせであってもよい。
°入射を仮定している。一方、上述した実施形態では垂
直入射が仮定されていた。バンドパス・フィルターは反
射モードで使用されるから、入射光と反射光が空間的に
分離される斜め入射が現実的である。斜め入射の場合、
分光反射率特性に偏光依存性がある。一般には、自然光
はp偏光成分強度とs偏光成分強度が等しいと考えられる
から、一方の偏光についてセンスしてもよい。本発明の
場合s偏光成分に対してバンドパス・フィルターを設計
した。そこで、図２１中の半透明鏡は可視帯域の偏光板
と半波長板の組み合わせであってもよい。
【００９５】また、実際に設計したバンド・パス・フィ
ルターは高屈折率と高屈折率のｌ／４膜の１１層膜であ
る。ここで青は、ｎH=1.68、ｎL=1.4、ndcosθ=109ナノ
メートルで、中心波長はλ=436ナノメートル、緑は、ｎ
H=1.75、ｎL=1.4、ndcosθ =132.5ナノメートルで、中
心波長はλ=530ナノメートル、赤は、ｎH=1.68、ｎL=1.
4、ndcosθ=144ナノメートルで、中心波長はλ=576ナノ
メートルである。また基板の屈折率は1.76である。な
お、バンド・パス・フィルターの最終層は高屈折率膜で
終わっているが、膜厚１／２の低屈折率保護膜をつけて
もよい。
ルターは高屈折率と高屈折率のｌ／４膜の１１層膜であ
る。ここで青は、ｎH=1.68、ｎL=1.4、ndcosθ=109ナノ
メートルで、中心波長はλ=436ナノメートル、緑は、ｎ
H=1.75、ｎL=1.4、ndcosθ =132.5ナノメートルで、中
心波長はλ=530ナノメートル、赤は、ｎH=1.68、ｎL=1.
4、ndcosθ=144ナノメートルで、中心波長はλ=576ナノ
メートルである。また基板の屈折率は1.76である。な
お、バンド・パス・フィルターの最終層は高屈折率膜で
終わっているが、膜厚１／２の低屈折率保護膜をつけて
もよい。
【００９６】図２２はこのようなバンド・パス・フィル
ターの分光透過率特性（45°入射、s偏光）を示してい
る。
ターの分光透過率特性（45°入射、s偏光）を示してい
る。
【００９７】そして、このバンド・パス・フィルターに
前述の干渉フィルターと、シリコンセンサー総合分光感
度を組み合わせると、図２３の分光透過率特性が得られ
る。すなわち、図２３はバンド・パス・フィルターと干
渉フィルターの組み合わせ分光透過率特性を示してい
る。
前述の干渉フィルターと、シリコンセンサー総合分光感
度を組み合わせると、図２３の分光透過率特性が得られ
る。すなわち、図２３はバンド・パス・フィルターと干
渉フィルターの組み合わせ分光透過率特性を示してい
る。
【００９８】これより色差を計算すると、図２４のよう
になり、平均色差で2.06であった。なお、図２４はバン
ド・パス・フィルターと干渉フィルターの組み合わせで
実現される色差を示している。
になり、平均色差で2.06であった。なお、図２４はバン
ド・パス・フィルターと干渉フィルターの組み合わせで
実現される色差を示している。
【００９９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
特に色再現範囲がひろく（ワイド・ガミュート）、かつ
撮影対象となる物体反射光と再現画像との色差の小さ
く、忠実な色再現を行うことができる。
特に色再現範囲がひろく（ワイド・ガミュート）、かつ
撮影対象となる物体反射光と再現画像との色差の小さ
く、忠実な色再現を行うことができる。
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像素子の構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るカラー・センサーの
分光感度特性を示す図である。
分光感度特性を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る負の領域をなくすよ
うな変換後のRGB等色関数を示す図である。
うな変換後のRGB等色関数を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るガウス関数で近似し
た変換後のRGB等色関数を示す図である。
た変換後のRGB等色関数を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る撮像装置の構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図６】本発明に係るガウス関数で近似したカラーフィ
ルタを用いたときの色差/レーザー三原色を示す図であ
る。
ルタを用いたときの色差/レーザー三原色を示す図であ
る。
【図７】本発明に係る評価に用いた色票のX,Y色度点を
示す図である。
示す図である。
【図８】蛍光体三原色を用いたときの等色関数を示す図
である。
である。
【図９】ガウス関数で近似したカラーフィルタを用いた
ときの色差/蛍光体三原色を示す図である。
ときの色差/蛍光体三原色を示す図である。
【図１０】本発明に係る正規直交化等色関数を示す図で
ある。
ある。
【図１１】本発明の更に別の実施形態に係る撮像装置の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示した撮像装置の試作品の色分解プ
リズムと固体撮像素子からなるセンサーの分光感度を示
す図である。
リズムと固体撮像素子からなるセンサーの分光感度を示
す図である。
【図１３】本発明に係る色分解プリズムを用いてセンス
したときの色差/レーザー三原色を示す図である。
したときの色差/レーザー三原色を示す図である。
【図１４】色分解プリズムを用いてセンスしたときの色
差/蛍光体三原色を示す図である。
差/蛍光体三原色を示す図である。
【図１５】本発明の係る赤、緑ガウス関数型カラーセン
サーの標準偏差の関数としての色差を示す図である。
サーの標準偏差の関数としての色差を示す図である。
【図１６】本発明に係る赤のガウス関数型カラーセンサ
ーの標準偏差に対する色差を示す図である。
ーの標準偏差に対する色差を示す図である。
【図１７】本発明に係る青のガウス関数型カラーセンサ
ーの標準偏差に対する色差を示す図である。
ーの標準偏差に対する色差を示す図である。
【図１８】本発明に係る青のガウス関数型カラーセンサ
ーの中心波長に対する色差を示す図である。
ーの中心波長に対する色差を示す図である。
【図１９】本発明に係る 干渉フィルタの膜の構成を示
す図である。
す図である。
【図２０】図１９に示した干渉フィルタの分光透過率を
示す図である。
示す図である。
【図２１】本発明の更に別の実施形態に係るバンド・パ
ス・フィルターと干渉フィルターの組み合わせを実現す
る構成図である。
ス・フィルターと干渉フィルターの組み合わせを実現す
る構成図である。
【図２２】上記のバンド・パス・フィルターの分光透過
率特性（45°入射、s偏光）を示す図である。
率特性（45°入射、s偏光）を示す図である。
【図２３】バンド・パス・フィルターと干渉フィルター
の組み合わせ分光透過率特性を示す図である。
の組み合わせ分光透過率特性を示す図である。
【図２４】バンド・パス・フィルターと干渉フィルター
の組み合わせで実現される色差を示すずである。
の組み合わせで実現される色差を示すずである。
【図２５】XY色度図である。
１ 撮像装置
２ 撮像レンズ
３ 分解プリズムやカラー・フィルター等の光吸収・分
離手段 ４ 固体撮像素子 ５ マトリックス回路 ６ 撮像レンズ ７ 半透明鏡プリズム又はビーム・スプリティッング・
プリズム ８ 色分解プリズム ９ａ 緑用カラー・フィルター ９ｂ 第１の撮像素子 １０ａ 赤用カラー・フィルター １０ｂ 第２の撮像素子 １１ａ 青用カラー・フィルター １１ｂ 第３の撮像素子 １２ 撮像レンズ １３ 第１の色分解プリズム １４ 第２の色分解プリズム １５ 全反射プリズム １６ａ 第１の撮像素子 １６ｂ 第２の撮像素子 １６ｃ 第３の撮像素子 １７ 撮像レンズ １８ 赤外カットフィルター １９ 偏光ビームスプリッター ２０ 半波長板 ２１ 青バンドパスフィルター ２２ 赤バンドパスフィルター ２３ 緑バンドパスフィルター ２４ 緑干渉フィルター ２５、２８、３０ 撮像素子 ２６ 赤カットフィルター ２７ 青干渉フィルター ２９ 赤干渉フィルター
離手段 ４ 固体撮像素子 ５ マトリックス回路 ６ 撮像レンズ ７ 半透明鏡プリズム又はビーム・スプリティッング・
プリズム ８ 色分解プリズム ９ａ 緑用カラー・フィルター ９ｂ 第１の撮像素子 １０ａ 赤用カラー・フィルター １０ｂ 第２の撮像素子 １１ａ 青用カラー・フィルター １１ｂ 第３の撮像素子 １２ 撮像レンズ １３ 第１の色分解プリズム １４ 第２の色分解プリズム １５ 全反射プリズム １６ａ 第１の撮像素子 １６ｂ 第２の撮像素子 １６ｃ 第３の撮像素子 １７ 撮像レンズ １８ 赤外カットフィルター １９ 偏光ビームスプリッター ２０ 半波長板 ２１ 青バンドパスフィルター ２２ 赤バンドパスフィルター ２３ 緑バンドパスフィルター ２４ 緑干渉フィルター ２５、２８、３０ 撮像素子 ２６ 赤カットフィルター ２７ 青干渉フィルター ２９ 赤干渉フィルター
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０３Ｂ 11/00 Ｇ０３Ｂ 11/00 ５Ｃ０６５
19/02 19/02
Ｈ０４Ｎ 9/097 Ｈ０４Ｎ 9/097
Ｆターム(参考） 2G020 AA08 DA05 DA13 DA31 DA34
DA35 DA65
2H042 CA08 CA14 CA17
2H048 CA04 CA05 CA12 CA14 CA17
CA23 CA24 CA25 GA09 GA12
GA24 GA45 GA51 GA61
2H054 AA01 BB00 BB02 BB07
2H083 AA02 AA11 AA19 AA26 AA27
AA32 AA51 AA54
5C065 AA01 BB48 CC01 DD01 EE01
EE06
Claims (14)
- 【請求項１】 青、緑及び赤の３原色の各光量を計測す
る撮像素子と、ＣＩＥ １９３１ＸＹＺ等色関数から
青、緑及び赤のスペクトル３原色を基底にとった線形変
換を行って求められた第１の等色関数から、当該関数に
おける負の分光感度の波長領域が実質的になくなるよう
な線形変換を行って求められた第２の等色関数に近似す
るような分光感度を前記撮像素子にもたせるように光の
所定波長領域を吸収または分離する手段とを具備するこ
とを特徴とする撮像装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の撮像装置において、 前記光吸収・分離手段が、前記第２の等色関数をガウス
関数で近似して得られる分光感度をもたせる青、緑及び
赤の各カラー・フィルターであることを特徴とする撮像
装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載の撮像装置において、 前記光吸収・分離手段が、前記第２の等色関数をガウス
関数で近似して得られる分光感度をもたせる青、緑及び
赤の各一対の干渉フィルターとバンド・パス・フィルタ
ーとの組み合わせであることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項４】 請求項３に記載の撮像装置において、 前記バンド・パス・フィルターはバンド・パス・フィル
ター用多層膜がプリズム斜面上、もしくは光軸に対して
一定角度傾けた平板上に形成され、その膜面が前記干渉
フィルターの膜面と平行にならないようにされているこ
とを特徴とする撮像装置。 - 【請求項５】 請求項３に記載の撮像装置において、 前記干渉フィルターの前後に長波長側をカットするフィ
ルターが挿入されていることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項６】 請求項２から請求項５のうちいずれか１
項に記載の撮像装置において、 前記第２の等色関数をガウス関数で近似して分光感度を
得ようとするとき、前記三原色のスペクトル波長を赤64
2ナノメートル、緑532ナノメートル、青457ナノメート
ルで近似し、青のガウス関数の中心波長を454±5ナノメ
ートル、青のガウス関数の標準偏差を23±1ナノメート
ル、緑のガウス関数の中心波長を544±5ナノメートル、
緑のガウス関数の標準偏差を33±1ナノメートル、赤の
ガウス関数の中心波長を584±5ナノメートル、赤のガウ
ス関数の標準偏差を39±1ナノメートルのガウス関数で
近似することを特徴とする撮像装置。 - 【請求項７】 請求項１に記載の撮像装置において、 前記光吸収・分離手段が、色分解プリズムであり、 前記色分解プリズムは、第２の等色関数をGram Schmidt
の直交化法を用いて直交化した青、緑、赤の第３の等色
関数を求め、青の分光感度が緑の分光感度より大きい波
長帯から、その反対に青の分光感度が緑の分光感度より
小さくなる波長帯への遷移波長を第１の波長、緑の分光
感度が赤の分光感度より大きい波長帯から、その反対に
緑の分光感度が赤の分光感度より小さくなる波長帯への
遷移波長を第２の波長としたときの、これらの第１及び
第２の波長を前記第３の等色関数から求め、前記求めら
れた第１及び第２の波長で色分解するものであることを
特徴とする撮像装置。 - 【請求項８】 請求項７に記載の撮像装置において、 前記三原色のスペクトル波長を赤642ナノメートル、緑5
32ナノメートル、青457ナノメートルで近似するとき、
前記第１の波長は490ナノメートル±5ナノメートル、前
記第２の波長は580ナノメートル±5ナノメートルである
ことを特徴とする撮像装置。 - 【請求項９】 光を第１の光路と第２の光路とに分離す
る半透明鏡プリズム又はビーム・スプリティッング・プ
リズムと、 前記第１の光路に分離された光を赤と青とに分離する色
分解プリズムと、 前記第２の光路上に配置された緑用カラー・フィルター
及び第１の撮像素子と、 前記色分解プリズムの赤色分離側に配置された赤用カラ
ー・フィルター及び第２の撮像素子と、 前記色分解プリズムの青色分離側に配置された青用カラ
ー・フィルター及び第３の撮像素子とを具備することを
特徴とする撮像装置。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の撮像装置において、 前記各カラー・フィルターは、ＣＩＥ １９３１ＸＹＺ
等色関数から青、緑及び赤のスペクトル３原色を基底に
とった線形変換を行って求められた第１の等色関数か
ら、当該関数における負の分光感度の波長領域が実質的
になくなるような線形変換を行って求められた第２の等
色関数を求め、更に前記第２の等色関数をガウス関数で
近似して得られる分光感度を前記各撮像素子にもたせる
ものであることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項１１】 請求項９又は請求項１０に記載の撮像
装置において、 前記各カラー・フィルターに代えて、それぞれ一対の
青、緑及び赤用の干渉フィルターとバンド・パス・フィ
ルターとの組み合わせを用いたことを特徴とする撮像装
置。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の撮像装置におい
て、 前記バンド・パス・フィルターはバンド・パス・フィル
ター用多層膜がプリズム斜面上、もしくは光軸に対して
一定角度傾けた平板上に形成され、その膜面が前記干渉
フィルターの膜面と平行にならないようにされているこ
とを特徴とする撮像装置。 - 【請求項１３】 請求項１１に記載の撮像装置におい
て、 前記干渉フィルターの前後に長波長側をカットするフィ
ルターが挿入されていることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項１４】 請求項１０から請求項１３のうちいず
れか１項に記載の撮像装置において、 前記第２の等色関数をガウス関数で近似して分光感度を
得ようとするとき、前記三原色のスペクトル波長を赤64
2ナノメートル、緑532ナノメートル、青457ナノメート
ルで近似し、青のガウス関数の中心波長を454±5ナノメ
ートル、青のガウス関数の標準偏差を23±1ナノメート
ル、緑のガウス関数の中心波長を544±5ナノメートル、
緑のガウス関数の標準偏差を33±1ナノメートル、赤の
ガウス関数の中心波長を584±5ナノメートル、赤のガウ
ス関数の標準偏差を39±1ナノメートルのガウス関数で
近似することを特徴とする撮像装置。
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|---|---|---|---|
| JP2001203906A JP4797289B2 (ja) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | 撮像装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003018611A true JP2003018611A (ja) | 2003-01-17 |
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