JP2010156652A - 分光測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、精度良く分光感度特性を測定可能な分光測定装置を提供する。
【解決手段】分光測定装置は、測定光をＲＧＢ各色に分光し、分光した各光をそれぞれ受光して受光信号に変換する受光部と、これら受光部で変換された受光信号に基づいて、測定値を演算するＣＰＵと、を備える。ここで、各色受光部の分光感度特性は、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数を、一次線形変換したＸａＹａＺａ変換関数の分光感度特性に基づいて、適宜設定される。このとき、ＸａＹａＺａ変換関数は、Ｘａの分光感度特性が第一ピークおよび第二ピーク間の波長域において、相対分光感度が正の値を採るように変換され、Ｒ受光部は、Ｘａの第二ピークの分光感度特性となるように、Ｇ受光部は、Ｙａの分光感度特性となるように、Ｂ受光部は、Ｚａの分光感度特性となるように、各分光感度特性が設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定物から出力される光の分光特性値を三刺激値直読法により測定する分光測定装置に関する。

従来、液晶ディスプレイやプロジェクタなどの表示装置の色再現性の検査では、多くの場合、ＣＩＥ（Commission Internationale de l'Eclairage:国際照明委員会）が提唱するＣＩＥ表色系に準拠して色を計測する。色を計測する方法としては、三刺激値直読法や分光測定法が知られているが、分光測定法では、光学系が複雑で高価であるという問題がある。一方、三刺激値直読法は、簡単な光学系の組み合わせにより比較的安価に、かつ迅速な測定が実現可能となり、以下、特許文献１に示すような三刺激値直読法を利用した色再現方法が知られている。

特許文献１に記載のものは、ＣＩＥ ｘｙ色度図において、スペクトル軌跡に外接する三角形の頂点で示される原刺激データの組み合わせで色を再現する色再現方法である。この色再現方法では、レッドの分光感度のブルー領域はブルーの分光感度で、また、ブルーの分光感度のレッド領域はレッドの分光感度で代用する方法が採られている。

特開平０５−３０３４４号公報

ところで、三刺激値直読法により分光特性値を計測する場合、一般に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の波長成分を光学フィルタにより分離し、これらの分離された各色光を受光素子で受光させて受光信号に変換し、受光信号に基づいて、分光特性値である三刺激値ＸＹＺを計測する。ここで、ＣＩＥ１９３１表色系に準拠した測定値を得るためには、各フィルタの透過率と受光素子の分光感度との積を、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数に合わせる必要がある。
しかしながら、図１２に示すように、Ｘの分光特性は、４４２ｎｍの波長近傍に現れる第一ピークＸ１と、５９９ｎｍの波長近傍に現れる第二ピークＸ２とがあり、このような２つのピークを有するフィルタを製造することは困難となる。ここで、図１２は、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数における分光感度特性を示す図である。
上記問題を回避する方法として、第一ピークＸ１に対応するフィルタと、第二ピークＸ２に対応するフィルタを設ける構成も考えられるが、部品点数の増加や回路構成の複雑化などの問題がある。

一方、図１２からも分かるように、第一ピークＸ１が現れる波長とＺのピークが現れる波長とが略一致し、Ｚのピークが第一ピークＸ１のピークの約５倍であることから、Ｘ１≒Ｚ／５と近似し、Ｘ´´＝Ｘ１＋Ｘ２≒Ｚ／５＋Ｘ２と近似する方法がある。上記した特許文献１も第一ピークＸ２をＺのピークのみを用いて近似する方法であるため、この方法と同様の色再現方法である。
しかしながら、Ｚの形状とＸ１の形状とは異なるため、このような近似では、図１３に示すように、誤差が生じる。図１３は、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数の分光感度特性と、第一ピークＸ２をＺの１／５として近似したＸ´´ＹＺ色空間関数の分光感度特性とを示す図である。また、図１４は、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数に対応したスペクトル軌跡と、第一ピークＸ２をＺの１／５として近似したＸ´´ＹＺ色空間関数のスペクトル軌跡との差を示すｘｙ色度図である。図１３に示すような誤差は、分光感度特性を示す図では小さな値と予想されるが、図１４に示すように、ｘｙ色座標に変換すると最大０．１００程度の誤差となり、色再現精度、測定精度が低下するという問題がある。

本発明は、上述のような問題に鑑みて、簡単な構成で、精度良く分光感度特性を測定可能な分光測定装置を提供することを目的とする。

本発明の分光測定装置は、入射光から赤色光を分離し、分離した赤色光を受光するＲ受光部、入射光から緑色光を分離し、分離した緑色光を受光するＧ受光部、および入射光から青色光を分離し、分離した青色光を受光するＢ受光部を有し、受光量に応じた受光信号を出力する受光手段と、受光信号に基づいて分光特性値を測定する測定部と、を備えた分光測定装置であって、Ｒ受光部は、基準ＸＹＺ等色関数のＸ成分を線形変換して得られるＸａ成分の分光感度特性が有する２つのピークのうち、高波長域に形成される第二ピークの分光感度特性を有し、Ｇ受光部は、基準ＸＹＺ等色関数のＹ成分を線形変換して得られるＹａ成分の分光感度特性を有し、Ｂ受光部は、基準ＸＹＺ等色関数のＺ成分を線形変換して得られるＺａ成分の分光感度特性を有し、前記線形変換は、基準ＸＹＺ等色関数を当該線形変換することにより得られるＸａ，Ｙａ、Ｚａのうち、Ｘａの分光感度特性が、Ｚａの分光感度特性と略同一波長でピークとなる第一ピークと、第一ピークよりも高波長域でピークとなる第二ピークとを有し、これら第一ピークおよび第二ピークの間の波長域で、分光感度が０よりも大きくなるように、前記基準ＸＹＺ等色関数を処理する変換である
ことを特徴とする。
ここで、Ｒ受光部、Ｇ受光部、およびＢ受光部は、入射光から所定の色光を分離するための光学フィルタ、および光学フィルタにより分離された色光を受光する受光素子を有するものであり、これらの受光部における分光感度特性は、光学フィルタの分光透過率と、受光素子の分光感度の積により設定される。したがって、この分光感度特性が所望の値となるように、光学フィルタおよび受光素子を設計することで、分光測定装置の測定精度を正確に設定することが可能となる。

本発明では、上記のような光学フィルタと受光素子との組み合わせを設計するために、これら光学フィルタおよび受光素子により決定される受光部の分光感度特性を適正な値に設定する。このために、上述のように、基準ＸＹＺ表色系を線形変換したものを利用する。ここで、基準ＸＹＺ等色関数としては、例えばＣＩＥで規定されたＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数などが例示できる。
本発明では、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数を一次線形変換してＸａＹａＺａ変換関数とし、Ｒ受光部をＸａの第二ピークの分光感度特性に、Ｇ受光部およびＢ受光部をそれぞれＹａおよびＺａの分光感度特性に設定する。この時、図１２に示すようなＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数を一次線形変換したＸａＹａＺａ変換関数の分光感度特性が図１に示すような特性となるように、線形変換を実施する。すなわち、線形変換により得られるＸａ、Ｙａ、Ｚａの各分光感度特性がそれぞれ全波長において、０以上で、かつ、Ｘａが第一ピークＸａ１および第二ピークＸａ２を有し、これら第一ピークＸａ１および第二ピークＸａ２間で０より大きい分光感度特性を有する（０とならない）ような、変換を実施する。
これにより得られるＸａの分光感度特性ｘ_ａは、第一ピークＸａ１の分光感度特性ｘ_ａ１（λ）と、第二ピークＸａ２の分光感度特性ｘ_ａ２（λ）との和により表すことができ、第一ピークＸａ１の分光感度をＺａの分光感度特性ｚ_ａ（λ）を用いて近似した際、正確にＸａの曲線に近似することができる。
すなわち、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ特色関数では、Ｘの分光感度特性ｘ（λ）において、第一ピークＸ１と第二ピークＸ２との間（５００ｎｍ近傍）に分光感度が０となる極小点が存在する。一方、Ｚの等色関数では、この極小点において、０とならず、約０．３の分光感度特性値を有する。したがって、Ｘの第一ピーク山Ｘ１の分光感度特性ｘ_１（λ）をＺの分光感度特性ｚ（λ）の１／５として、ｘ（λ）＝ｘ_１（λ）＋ｘ_２（λ）として近似すると、図１３に示すような誤差が生じる。これに対して、本願発明では、Ｘａの極小点が０とならないため、第二ピークＸａ２の分光感度特性を適切に設定し、第一ピークＸａ１の分光感度特性ｘ_ａ１（λ）をＺａの分光感度特性ｚ_ａ（λ）で近似することで、Ｘａの分光感度特性ｘ_ａ（λ）をＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数に対応する分光感度特性により精度良く近似することが可能となる。以上により、Ｒ受光部、Ｇ受光部、およびＢ受光部の分光感度特性を、それぞれ第二ピークＸａ２の分光感度特性、Ｙａの分光感度特性、Ｚａの分光感度特性に設定することで、ＣＩＥ１９３１表色系を精度良く再現可能となり、測定される分光特性値もより正確にできる。また、新たなフィルタを設ける必要などがないため、構成が複雑化せず、簡単な構成で、上記のような高精度測定が可能な分光測定装置を提供することが可能となる。

本発明の分光測定装置では、Ｒ受光部、Ｇ受光部、およびＢ受光部の分光感度特性は、全波長域において正の値の分光感度を有し、かつピーク波長が１つであることを特徴とする。

この発明では、Ｒ受光部、Ｇ受光部、およびＢ受光部は、全波長において、正の値であり、ピーク波長が単一である分光感度特性を有している。すなわち、１つの受光部において、２つ以上のピークを有する分光感度特性が設定されるようなフィルタ設計は、困難であり、コストも高くなるため、製造上で不利となる。これに対して、本発明では、Ｒ受光部では、Ｘａの第二ピークＸａ２の分光感度特性、Ｇ受光部およびＢ受光部は、それぞれＹａおよびＺａの分光感度特性を有するため、フィルタ設計が容易であり、コストも低減させることができ、製造効率の向上が図れる。これに加えて、各受光部における分光感度特性は、全波長において正の値となるため、複雑な演算回路などを使用することなく、精度の良い色再現性を実現することができる。

本発明の分光測定装置では、前記線形変換は、次式（１）により、基準ＸＹＺ等色関数をＸａＹａＺａ変換関数に変換し、この式（１）における変数ｒ、ｓ、ｔは、それぞれ、０．３０≦ｒ≦０．４０、−１０．００≦ｓ≦−０．３０、−０．０８≦ｔ≦−０．１０の範囲に設定されることが好ましい。

この発明では、上記式（１）において、変数ｒ、ｓ、ｔをそれぞれ上述のような範囲で設定した場合でもＣＩＥ１９３１表色系に極めて近い色再現性を実現することができ、各受光部における設計の自由度を広げることができる。すなわち、Ｒ受光部は、ピーク波長が５５９±５ｎｍ、半値波長が５１２±５ｎｍおよび６１５±５ｎｍである分光感度特性から、ピーク波長が５９５±５ｎｍ、半値波長が５４４±５ｎｍおよび６３３±５ｎｍである分光感度特性までの自由度内で設定することができ、Ｇ受光部は、ピーク波長が５４３±５ｎｍ、半値波長が５０６±５ｎｍおよび５８８±５ｎｍである分光感度特性に設定でき、Ｂ受光部は、ピーク波長が４４６±５ｎｍ、半値波長が４２４±５ｎｍおよび４７８±５ｎｍである分光感度特性に設定することができる。

本発明の分光測定装置において、前記変数ｓは、ｓ＝−０．３０に設定されることが好ましい。

この発明では、変数ｓをｓ＝−０．３０に設定することで、測定精度および色の高分解能を実現することができる。すなわち、ｓを−０．３０に設定した場合、色再現性をｘｙ色座標で表示した際、ＣＩＥ１９３１表色系との誤差をより小さくできるが、分解能が低下してしまう。一方、ｓ＝−０．３０に設定した場合では、他の値にした場合に比べて、ＣＩＥ１９３１表色系に対する誤差が小さく、かつＣＩＥ１９３１表色系と略同一分解能を実現することができる。

本発明の分光測定装置では、前記Ｒ受光部の分光感度特性である第二ピークの分光感度特性は、次式（２）〜（４）により規定されることが好ましい。

（ただし、ｘ_ａ２は、第二ピークの分光感度特性であり、ｚ_ａ（λ）は、Ｚａの分光感度特性であり、ｘ_ａ（λ）は、Ｘａの分光感度特性であり、ｍａｘ（ｘ_ａ（λ））はＸａにおけるピークの最大分光感度、ｍａｘ（ｚ_ａ（λ））は、ｚ_ａにおけるピークの最大分光感度を示す）

この発明では、上記（２）式により、Ｘａの分光感度特性ｘ_ａを、第二ピークＸａ２の分光感度特性ｘ_ａ２と、Ｚａの分光感度特性により、より正確に近似することができる。したがって、このような分光感度特性ｘ_ａ２を有するＲ受光部、および分光感度特性ｚ_ａを有するＢ受光部を用いることで、測定部において、Ｘａの分光感度特性をＣＩＥ１９３１表色系のＸ値により適切に近似させた測定を実施することができる。

本発明の分光測定装置では、測定部は、Ｒ受光部、Ｇ受光部、およびＢ受光部にて受光された光の光量に応じて出力される受光信号値に対して、前記線形変換の逆変換となる変換マトリクスに逆線形変換し、基準ＸＹＺ等色関数に基づいたＸＹＺ値を演算することが好ましい。

この発明では、測定部は、例えば上述した式（１）の逆変換により、測定された各受光信号値を、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数に対応した三刺激値に変換する。このため、簡単な演算処理により、ＣＩＥ１９３１表色系に準拠した測定値を精度良く求めることができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る分光測定装置について、図面に基づいて説明する。
図２は、本発明に係る一実施の形態の分光測定装置の概略構成を示す図である。

〔分光測定装置の構成〕
図２において、分光測定装置１０は、受光部１１と、Ｉ／Ｖ変換回路１２と、信号増幅回路１３と、Ａ／Ｄ変換回路１４と、測定部としてのＣＰＵ１５と、記憶部１６と、表示部１７とを備えている。
受光部１１は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）のそれぞれの基本色に対応して、赤色光を受光するＲ受光部１１Ｒ、緑色光を受光するＧ受光部１１Ｇ、および青色光を受光するＢ受光部１１Ｂと、を備えている。これらの各色受光部１１は、それぞれ光学フィルタ１１１と、受光素子１１２とにより構成されている。すなわち、Ｒ受光部１１Ｒは、Ｒ光学フィルタ１１１Ｒと、Ｒ受光素子１１２Ｒと、を備え、Ｇ受光部１１Ｇは、Ｇ光学フィルタ１１１Ｇと、Ｇ受光素子１１２Ｇと、を備え、Ｂ受光部１１Ｂは、Ｂ光学フィルタ１１１Ｂと、Ｂ受光素子１１２Ｂと、を備えている。

各光学フィルタ１１１は、例えば複数のレンズにより構成される図示しない光入射部から入射した光を、波長毎に分離し、分離した色光を受光素子１１２に射出する。例えばＲ光学フィルタ１１１Ｒは、入射光から赤色光である例えば６００ｎｍ近傍の波長を透過し、それ以外の波長の光を例えば吸収して遮断する。同様に、Ｇ光学フィルタ１１１Ｇは、緑色光である例えば５５０ｎｍ近傍の波長の光を透過し、Ｂ光学フィルタ１１１Ｂは、青色光である例えば４５０ｎｍ近傍の波長の光を透過し、その他の波長の光を遮断する。

各受光素子１１２は、各光学フィルタ１１１を透過した各色光を受光し、受光量に応じた受光信号（信号電流）をＩ／Ｖ変換回路１２に出力する。
また、上述した各光学フィルタ１１１の分光透過率と、これらの各受光素子１１２分光感度との積により、分光感度特性が決定される。一般に、被測定物の分光特性を測定するためには、基準ＸＹＺ表色系であるＣＩＥ１９３１表色系であるＸＹＺ等色関数が用いられる。したがって、分光測定装置１０において、測定値をＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数にいかに近く近似できるかにより、測定精度が左右される。本実施の形態の分光測定装置１０では、測定値をＣＩＥ１９３１表色系に準拠した値に、より適切に近似するために、各受光部１１における分光感度特性を適切に設定する。なお、この分光感度特性の設定についての詳細な説明は後述する。

Ｉ／Ｖ変換回路１２は、各受光素子１１２に対してそれぞれ設けられ、各受光素子１１２から出力される受光信号（信号電流）を電圧（信号電圧）に変換する。すなわち、受光素子１１２により光電変換により出力される電流は微弱であるが、Ｉ／Ｖ変換回路１２は、このような微弱な受光信号電流を、処理しやすい電圧に変換する。そして、Ｉ／Ｖ変換回路１２は、変換した電圧を信号増幅回路１３に出力する。
信号増幅回路１３は、Ｉ／Ｖ変換回路１２により変換された信号電圧を、さらに処理しやすい値に増幅し、Ａ／Ｄ変換回路１４に出力する。
Ａ／Ｄ変換回路１４は、入力された電圧信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ１５に出力する。

ＣＰＵ１５は、入力されたデジタル信号に基づいて、受光部１１にて受光された測定光の分光特性値を、演算処理により算出、すなわち測定する。また、ＣＰＵ１５は、演算により得られた測定値を例えば記憶部１６や表示部１７に出力する。なお、ＣＰＵ１５における具体的な測定値演算処理の説明は後述する。

記憶部１６は、ＣＰＵ１５による演算処理に用いられる各種データやプログラムなどを記憶する。この記憶部１６としては、例えばＨＤＤやメモリ、ＣＤやＤＶＤなどの記録媒体を駆動するドライブなどが挙げられる

表示部１７は、ＣＰＵ１５から入力される画像データに基づいて、図示しない表示領域に画像を表示させる。この画像としては、例えば、測定した測定光の分光特性値などが挙げられる。なお、表示部１７を分光測定装置１０に一体的に設ける例を示すが、これに限定されず、別体とし、分光測定装置１０に接続される構成などとしてもよい。

〔分光感度特性の設定〕
次に、上述した各受光部１１における分光感度特性の設定について説明する。
上記したように、分光測定装置１０は、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数に準拠した測定を実施することが測定精度上重要であり、このために、各受光部１１における分光感度特性を適切に設定し、この分光感度特性を実現可能な光学フィルタ１１１および受光素子１１２を選択する必要がある。
本実施の形態では、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数の分光感度特性を一次線形変換したＸａＹａＺａ変換関数の分光感度特性に基づいて、各受光部１１における分光感度特性を設定する。
ここで、図３に、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のスペクトル軌跡をＸＹＺ色空間座標に表現した図を示す。分光感度特性の設定では、図３に示すように、まず、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数におけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を、次式（５）に基づいて一次線形変換し、ｘ_ａ軸、ｙ_ａ軸、ｚ_ａ軸に変換（ＸａＹａＺａ変換関数に変換）し、ｘ（λ）、ｙ（λ）、ｚ（λ）のスペクトル軌跡をそれぞれｘ_ａ（λ）、ｙ_ａ（λ）、ｚ_ａ（λ）のスペクトル軌跡に変換する。

なお、上記式（５）は、上述した式（１）において、変数ｒ、ｓ、ｔとしてそれぞれｒ＝０．３５、ｓ＝−０．３０、ｔ＝−０．０８を採用した式である。
図１は、ＸＹＺ等色関数を一次線形変換したＸａＹａＺａ変換関数におけるＸａ、Ｙａ、Ｚａの各分光感度特性を示す図である。
上記式（５）により得られるｘ_ａ（λ）、ｙ_ａ（λ）、ｚ_ａ（λ）の分光感度特性は、図１に示すものとなる。ここで、ＣＩＥ１９３１表色系のＸ成分を線形変換したＸａの分光感度特性ｘ_ａ（λ）は、図１に示すように、第一ピークＸａ１と第二ピークＸａ２との２つのピークを有し、これらピーク間の波長域において、相対分光感度が０より大きい正の値となる。したがって、Ｘａの分光感度特性ｘ_ａ（λ）は、第二ピークＸａ２の分光感度特性ｘ_ａ２（λ）と、第一ピークＸａ１の分光感度特性ｘ_ａ１（λ）により、ｘ_ａ（λ）＝ｘ_ａ１（λ）＋ｘ_ａ２（λ）により表すことができる。また、第一ピークＸａ１の分光感度特性ｘ_ａ１（λ）は、Ｚａの分光感度特性ｚ_ａ（λ）を用いて高精度に近似することができ、これにより、Ｘａの分光感度特性ｘ_ａ（λ）は、第二ピークＸａ２の分光感度特性ｘ_ａ２（λ）と、Ｚａの分光感度特性ｚ_ａ（λ）により、高精度に近似することができる。

ここで、第二ピークＸａ２に着目し、第二ピークＸａ２が、図１に示すように、波長域λ１〜λ３の間で正の値を取るものとし、第一ピークＸａ１の分光感度特性ｘ_ａ１（λ）が、Ｚａの分光感度特性ｚ_ａ（λ）と、略同一ピーク波長を有し、同一波長域（λ０〜λ２）において、正の値をとるものとする。
このような場合、Ｘａ２の分光感度特性ｘ_ａ２（λ）は、λ１より小さい波長域（ｘ_ａ（λ）≒ｚ_ａ（λ）となる部分）および、λ３よりも大きい波長域（ｘ_ａ２（λ＋１）＝０（λ＝７８０，７７９，７７８・・・））において、ｘ_ａ２（λ）＝０となる。
一方、Ｘａの分光感度特性ｘ_ａ（λ）は、上記したように、ｘ_ａ（λ）＝ｘ_ａ１（λ）＋ｘ_ａ２（λ）で表されるため、λ１〜λ３の波長域では、第二ピークＸａ２の分光感度特性ｘ_ａ２（λ）は、ｘ_ａ２（λ）＝ｘ_ａ（λ）−ｘ_ａ１（λ）となる。ここで、第一ピークの分光感度特性ｘ_ａ１（λ）を、式（３）（４）のように、ｘ_ａ１（λ）≒ｚ_ａ ^＊（λ）と近似すると、λ１〜λ３の波長域では、分光感度特性ｘ_ａ２（λ）は、式（２）により表すことができる。
上記のように算出されるｘ_ａ２（λ）、ｙ_ａ（λ）、ｚ_ａ（λ）の各分光感度特性を図４に示す。

また、上記式（２）により求められる第二ピークＸａ２の分光感度特性ｘ_ａ２（λ）およびＺａの分光感度特性ｚ_ａ（λ）を用いることで、次式（６）に示すように、Ｘａの分光感度特性ｘ_ａ（λ）を近似することができる。なお、式（６）において、ｘ^＊ _ａ（λ）は、ｘ_ａ（λ）の近似式を示す。

すなわち、Ｘａの分光感度特性ｘ_ａ２（λ）、およびＺａの分光感度特性ｚ_ａ（λ）から、式（６）に示すように、Ｘａの分光感度特性の近似式である分光感度特性ｘ^＊ _ａ（λ）を求めることができる。また、上述した式（５）を逆変換することで、次式（７）に示すように、分光感度特性ｘ^＊ _ａ（λ）、ｙ_ａ（λ）、ｚ_ａ（λ）から、ＸＹＺ等色関数ｘ（λ）、ｙ（λ）、ｚ（λ）に近似したｘ_ａ´（λ）、ｙ_ａ´（λ）、ｚ_ａ´（λ）を得ることが可能となる。なお、以降の説明において分光感度特性ｘ_ａ´（λ）、ｙ_ａ´（λ）、ｚ_ａ´（λ）を有する、ＸＹＺ等色関数に近似する色空間関数をＸ´Ｙ´Ｚ´近似等色関数と称し、分光感度特性ｘ^＊ _ａ（λ）、ｙ_ａ（λ）、ｚ_ａ（λ）を有するＸａＹａＺａ変換関数に近似する色空間関数を、Ｘａ´Ｙａ´Ｚａ´近似変換関数と称する。

なお、各受光部１１における各光学フィルタ１１１および各受光素子１１２の選択では、光学フィルタ１１１の分光透過率と、受光素子の分光感度との積が、それぞれｘ_ａ２（λ），ｙ_ａ（λ），ｘ_ａ（λ）となるように、適宜設定すればよい。

〔本実施の形態における色再現性の検証〕
次に、上記のように各受光部１１の分光感度特性が設定された場合の色再現性について説明する。図５は、Ｘ´Ｙ´Ｚ´近似等色関数の分光感度特性ｘ_ａ´（λ）、ｙ_ａ´（λ）、ｚ_ａ´（λ）と、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数の分光感度特性とを示す図である。図６は、Ｘ´Ｙ´Ｚ´近似等色関数のスペクトル軌跡と、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のスペクトル軌跡とを示すｘｙ色度図である。図７は、Ｘａ´Ｙａ´Ｚａ´近似変換関数のスペクトル軌跡と、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のスペクトル軌跡とを示すｘｙ色度図である。

図５および図６に示すように、分光測定装置１０は、ＸａＹａＺａ変換関数に基づいて設定される分光感度特性ｘ_ａ（λ）、ｙ_ａ（λ）、ｚ_ａ（λ）を用いることで、ＸＹＺ等色関数のｘ（λ）、ｙ（λ）、ｚ（λ）に対してより適切な近似式を導くことができる。したがって、分光測定装置１０は、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数に対して誤差を１％以下にした高精度な分光測定を実施することができ、分光測定の精度を向上させることが可能となる。
また、図７に示すように、上記のように設定されたＸａ´Ｙａ´Ｚａ´近似変換関数のスペクトル軌跡で囲われる色域の面積は、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のスペクトル軌跡により囲われる色域の面積と同程度であることが確認できる。すなわち、Ｘａ´Ｙａ´Ｚａ´近似変換関数の色差分解能は、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数と同程度の色差分解能を有している。

〔受光部の選択の自由度〕
なお、上記実施形態では、式（１）で変数ｒ、ｓ、ｔとしてそれぞれｒ＝０．３５、ｓ＝−０．３０、ｔ＝−０．０８を採用する例を示したが、これに限定されるものではない。すなわち、変数ｒ、ｓ、ｔの選択可能な範囲としては、
０．３≦ｒ≦０．４
−１０≦ｓ≦−０．３
−０．０８≦ｔ≦−０．１０
の範囲内で受光部１１の分光感度特性を設定することができる。
この場合、式（７）も次式（８）に示すように、自由度を有することとなる。

図８は、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数を、変数ｓを変えて一次線形変換した場合の各座標軸の変換状態を示す図である。変数ｒ，ｓ，ｔを範囲外に設定する場合、十分な近似ができないという問題や、ｘ_ａ（λ）、ｙ_ａ（λ）、ｚ_ａ（λ）の値として負の値が算出されるなどの問題がある。これに対して、変数ｒ，ｓ，ｔを上記範囲に設定することにより、ＣＩＥ１９３１表色系に適切に近似できる。

図９は、変数ｓを変化させた場合の、ＸａＹａＺａ変換関数の各分光感度特性を示す図である。図１０は、変数ｓを変化させた場合のＸ´Ｙ´Ｚ´近似等色関数のスペクトル軌跡と、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のスペクトル軌跡とを示すｘｙ色度図である。図１１は、変数ｓを変化させた場合のＸａ´Ｙａ´Ｚａ´近似変換関数のスペクトル軌跡と、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のスペクトル軌跡とを示すｘｙ色度図である。
なお、図９ないし図１１において、ｓ＝−０．３０に設定した際の分光感度特性をｘ_ａ（λ）、ｙ_ａ（λ）、ｚ_ａ（λ）とし、ｓ＝−１．００に設定した際の分光感度特性をｘ_ｂ（λ）、ｙ_ｂ（λ）、ｚ_ｂ（λ）とし、ｓ＝−１０．００に設定した際の分光感度特性をｘ_ｃ（λ）、ｙ_ｃ（λ）、ｚ_ｃ（λ）とする。また、図１０において、ｓ＝−１．００に設定した際の近似変換関数をＸ_ｂ´Ｙ_ｂ´Ｚ_ｂ´変換関数、ｓ＝−１０．００に設定した際の近似変換関数をＸ_ｃ´Ｙ_ｃ´Ｚ_ｃ´変換関数として示し、図１１において、ｓ＝−１．００に設定した際の変換関数をＸ_ｂＹ_ｂＺ_ｂ変換関数、ｓ＝−１０．００に設定した際の変換関数をＸ_ｃＹ_ｃＺ_ｃ変換関数として示す。さらに、変数ｒ、ｔを変動させた場合では、変数ｓを変化させた場合に比べて、ＸａＹａＺａ変換関数の各分光感度特性に大きな変化がなく、ｒ＝０．３５、ｔ＝−０．０８に設定した場合と同様に、ＸＹＺ等色関数の近似が可能となるため、ここでの説明を省略する。

図９に示すように、ｓの値が変化した場合でも、Ｚａの分光感度特性ｚ_ａ（λ）、ｚ_ｂ（λ）、ｚ_ｃ（λ）のピーク波長は変化せず、分光感度も変化しない。また、Ｙａの分光感度特性ｙ_ａ（λ）、ｙ_ｂ（λ）、ｙ_ｃ（λ）は、ピーク波長は変化しないが、分光感度の値が変化する。一方、Ｘａの分光感度特性ｘ_ａ（λ）、ｘ_ｂ（λ）、ｘ_ｃ（λ）は、ピーク波長および分光感度が変化する。つまり、Ｒ受光部１１Ｒの分光感度特性としては、ピーク波長が５５９±５ｎｍ、半値波長が５１２±５ｎｍおよび６１５±５ｎｍである分光感度特性から、ピーク波長が５９５±５ｎｍ、半値波長が５４４±５ｎｍおよび６３３±５ｎｍである分光感度特性までの自由度内で設定することができる。またＧ受光部１１Ｇは、ピーク波長が５４３±５ｎｍ、半値波長が５０６±５ｎｍおよび５８８±５ｎｍである分光感度特性に設定でき、Ｂ受光部１１Ｂは、ピーク波長が４４６±５ｎｍ、半値波長が４２４±５ｎｍおよび４７８±５ｎｍである分光感度特性に設定することができる。すなわち、Ｒ受光部１１、Ｇ受光部１１Ｇ、およびＢ受光部１１は、上記した範囲内で自由に分光感度特性を設定することができる。

また、図１０に示すように、上記のように、変数ｓを変化させた場合でも、各々誤差が発生する波長ポイントが異なるが、いずれも大きな誤差とならず、ＣＩＥ１９３１表色系のスペクトル軌跡に良好に近似させることができる。

一方、図１１に示すように、変数ｓが−０．３０の場合では、ＣＩＥ１９３１表色系のスペクトル軌跡と同程度の面積となるが、変数ｓが−０．３０から−１０．００側に変化するにしたがって、色度図上でスペクトル軌跡に囲われる面積が小さくなり、色差分解能が低下することが確認できる。すなわち、変数ｓとしては、ｓ＝−０．３０を選択することがより好ましく、ＣＩＥ１９３１表色系の良好な再現性と、色差分解能との両立を実現可能となる。

〔ＣＰＵによる測定値算出〕
次に、上記したＣＰＵ１５の測定値演算処理について説明する。
ＣＰＵ１５は、Ａ／Ｄ変換回路１４から受光信号値（デジタル信号）の入力を認識すると、この受光信号値に基づいて、測定値を算出する測定値演算処理を実施する。この測定値演算処置では、ＣＰＵ１５は、上述した式（８）と同様の線形変換処理を実施し、下記式（９）に基づいて、受光信号値から測定値を演算する。

上記式（９）において、Ｘ´_ｍ、Ｙ´_ｍ、Ｚ´_ｍは、それぞれＣＩＥ１９３１表色系に近似した色度測定値であり、Ｘ_ｓ、Ｙ_ｓ、Ｚ_ｓは、Ａ／Ｄ変換回路１４から入力される受光信号値である。ただし、Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれＸ_ｓ、Ｙ_ｓ、Ｚ_ｓの強度補正値であり、予め記憶部１６に記憶されるデータである。

〔本実施の形態の作用効果〕
上述したように、上記実施の形態の分光測定装置１０は、測定光をＲＧＢ各色に分光し、分光した光を受光して受光信号に変換するＲ受光部１１Ｒ、Ｇ受光部１１Ｇ、およびＢ受光部１１Ｂと、これら受光部１１で変換された受光信号に基づいて、式（９）により測定値を演算するＣＰＵ１５と、を備えている。そして、各受光部１１の分光感度特性は、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数を一次線形変換したＸａＹａＺａ変換関数の分光感度特性に基づいて、適宜設定される。このとき、上記一次線形変換では、ＸａＹａＺａ変換関数において、Ｘａの分光感度特性ｘ_ａ（λ）が、第一ピークＸａ１と第二ピークＸａ２とを有し、かつ第一ピークＸａ１および第二ピークＸａ２間の波長域において、相対分光感度が正の値を採るように、ＸＹＺ等色関数をＸａＹａＺａ変換関数に変換する。そして、Ｒ受光部１１Ｒは、Ｘａの第二ピークＸａ２の分光感度特性ｘ_ａ２（λ）となるように、Ｇ受光部１１Ｇは、Ｙａの分光感度特性ｙ_ａ（λ）となるように、Ｂ受光部１１Ｂは、Ｚａの分光感度特性ｚ_ａ（λ）となるように、各分光感度特性が設定される。
上記構成では、Ｒ受光部１１Ｒの分光感度特性ｘ_ａ２（λ）と、Ｂ受光部１１Ｂの受光感度特性ｚ_ａ（λ）により、式（６）に基づいて、一次線形変換後のＸａの分光感度特性ｘ_ａ ^＊（λ）を適切に近似することができる。すなわち、上記のような一次線形変換を実施した場合、第一ピークＸａ１と第二ピークＸａ２との間の波長域で分光感度が０となる点が存在しないため、所定波長域（λ１〜λ３）において正の値を採り、ピークが１つである適切な第二ピークＸａ２の分光感度特性ｘ_ａ２（λ）を与えることで、このｘ_ａ２（λ）とｚ_ａ（λ）により、Ｘａの分光感度特性ｘ_ａ（λ）を正確に近似することができ、この分光感度特性ｘ_ａ（λ）からＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のＸの分光感度特性ｘ（λ）をより正確に再現することができる。したがって、分光測定装置１０は、各受光部１１を上述したような分光感度特性に設定することで、４つ以上の光学フィルタや受光素子を用いることなく、また複雑な回路を設ける必要がなく、さらに、負荷が大きい処理を実施することなく、簡単な構成で、測定精度を向上させることができる。

また、上記したように、各受光部１１は、正の値となる分光感度特性を有し、かつピークが単一となるように設定されている。例えば、Ｒ受光部１１Ｒの分光感度特性ｘ_ａ２（λ）は、単一のピーク（Ｘａ２）を有し、λ１〜λ３の全波長域において、分光感度が正の値となるように設定されている。すなわち、分光感度特性の値が負の値となるような光学フィルタおよび受光素子の組み合わせは、製造上困難であり、精度も低下する。これに対して、分光測定装置１０では、各受光部１１を上記のように構成することで、設計が容易となり、製造上有利となり、かつ複雑な演算を実施しなくても、精度の良い分光特性測定を実施することができる。

さらに、各受光部１１の設計にあたり、式（１）に基づく一次線形変換により分光感度特性を設計する。このとき、変数ｒ，ｓ，ｔは、０．３０≦ｒ≦０．４０、−１０．００≦ｓ≦−０．３０、−０．０８≦ｔ≦−０．１０の範囲に設定されている。
すなわち、Ｒ受光部１１Ｒの分光感度特性としては、ピーク波長が５５９±５ｎｍ、半値波長が５１２±５ｎｍおよび６１５±５ｎｍである分光感度特性から、ピーク波長が５９５±５ｎｍ、半値波長が５４４±５ｎｍおよび６３３±５ｎｍである分光感度特性までの自由度内で設定することができる。またＧ受光部１１Ｇは、ピーク波長が５４３±５ｎｍ、半値波長が５０６±５ｎｍおよび５８８±５ｎｍである分光感度特性に設定でき、Ｂ受光部１１Ｂは、ピーク波長が４４６±５ｎｍ、半値波長が４２４±５ｎｍおよび４７８±５ｎｍである分光感度特性に設定することができる。したがって、各受光部１１の設計の自由度が大きく、光学フィルタや受光素子の製造上で有利となる。

また、上記において、変数ｓ＝−０．３０に設定されている。
このような変数に設定されることで、分光測定装置１０では、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数への適切な色再現性と、良好な色分解能とを両立させることができ、精度のよい分光測定を実施することができる。

さらに、上記式（２）〜（４）に基づいて、第二ピークＸａ２に分光感度特性ｘ_ａ２（λ）を設定することで、ｘ_ａ（λ）をｚ_ａ（λ）およびｘ_ａ２（λ）を用いた簡単な式で表すことができる。したがって、各受光部１１の分光感度特性を容易に適切な値に設定することができる。

そして、ＣＰＵ１５は、式（１）における一次線形変換と逆変換マトリクスを用い、式（９）に基づいて、受光信号値から測定値を算出する。
このため、受光信号値に基づいて、簡単な演算式により、受光信号をＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数に準拠した測定値に変換することができる。したがって、複雑な演算処理を実施する必要がなく、処理負荷の軽減、処理時間の迅速化を図ることができる。

また、測定光として、ＣＩＥ１９３１表色系における全色域をカバーできる。したがって、どのような光源に対して、適切な分光特性値（色度）の測定が可能であり、例えば液晶プロジェクタ、液晶ディスプレイなどの表示装置の光源色であっても、印刷物や写真など光源のスペクトルにより色味が変化する物体色であっても適切な色度の測定ができる。

〔他の実施の形態〕
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

例えば、上記実施の形態では、式（１）に基づいた一次線形変換を用いて、各受光部１１の分光感度特性を設定する際に、ｓ＝−０．３０を採用したが、上述したように、０．３≦ｒ≦０．４、−１０≦ｓ≦−０．３、−０．０８≦ｔ≦−０．１０の範囲内の自由度で、各受光部１１の分光感度特性を設定することができる。

また、上記実施の形態では、基準ＸＹＺ等色関数として、色度を測定する際に一般的に基準とされるＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数としたが、これに限定されない。例えば、所定のＸＹＺ表色系の色空間を有する基準測定器と同一色空間を有する分光測定装置を製造する場合など、他の規格に基づいたＸＹＺ等色関数を基準ＸＹＺ等色関数として、受光部１１の分光感度特性を設定してもよい。

さらに、分光測定装置１０としては、測定光を分光し、分光した各色光を受光素子により受光する構成を有するいかなる測定器にも適用でき、例えば、色彩照度計、色彩輝度計、二次元色彩輝度計などに応用できる。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。

ＸＹＺ等色関数を一次線形変換したＸａＹａＺａ変換関数におけるＸａ、Ｙａ、Ｚａの各分光感度特性を示す図。 本発明に係る一実施の形態の分光測定装置の概略構成を示す図。 ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のスペクトル軌跡をＸＹＺ色空間座標に表現した図。 各受光部の分光感度特性であるｘ_ａ２（λ）、ｙ_ａ（λ）、ｚ_ａ（λ）を示す図。 Ｘ´Ｙ´Ｚ´近似等色関数の分光感度特性ｘ_ａ´（λ）、ｙ_ａ´（λ）、ｚ_ａ´（λ）と、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数の分光感度特性とを示す図。 Ｘ´Ｙ´Ｚ´近似等色関数のスペクトル軌跡と、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のスペクトル軌跡とを示すｘｙ色度図。 Ｘａ´Ｙａ´Ｚａ´近似変換関数のスペクトル軌跡と、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のスペクトル軌跡とを示すｘｙ色度図。 図３において、変数ｓを変化させてＸＹＺ等色関数を一次線形変換した場合の、各状態を示す図。 変数ｓを変化させた場合の、ＸａＹａＺａ変換関数の各分光感度特性を示す図。 変数ｓを変化させた場合のＸ´Ｙ´Ｚ´近似等色関数のスペクトル軌跡と、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のスペクトル軌跡とを示すｘｙ色度図。 変数ｓを変化させた場合のＸａ´Ｙａ´Ｚａ´近似変換関数のスペクトル軌跡と、ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数のスペクトル軌跡とを示すｘｙ色度図。 ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数における分光感度特性を示す図である。 ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数の分光感度特性と、第一ピークＸ２をＺの１／５として近似した色空間関数（Ｘ´´ＹＺ色空間）の分光感度特性とを示す図。 ＣＩＥ１９３１表色系のＸＹＺ等色関数に対応したスペクトル軌跡と、第一ピークＸ２をＺの１／５として近似した色空間関数のスペクトル軌跡との差を示すｘｙ色度図

１０…分光測定装置、１１…受光部、１１Ｒ…Ｒ受光部、１１Ｇ…Ｇ受光部、１１Ｂ…Ｂ受光部、１５…測定部としてのＣＰＵ。

Claims (6)

1. 入射光から赤色光を分離し、分離した赤色光を受光するＲ受光部、入射光から緑色光を分離し、分離した緑色光を受光するＧ受光部、および入射光から青色光を分離し、分離した青色光を受光するＢ受光部を有し、受光量に応じた受光信号を出力する受光手段と、受光信号に基づいて分光特性値を測定する測定部と、を備えた分光測定装置であって、
   Ｒ受光部は、基準ＸＹＺ等色関数のＸ成分を線形変換して得られるＸａ成分の分光感度特性が有する２つのピークのうち、高波長域に形成される第二ピークの分光感度特性を有し、
   Ｇ受光部は、基準ＸＹＺ等色関数のＹ成分を線形変換して得られるＹａ成分の分光感度特性を有し、
   Ｂ受光部は、基準ＸＹＺ等色関数のＺ成分を線形変換して得られるＺａ成分の分光感度特性を有し、
   前記線形変換は、基準ＸＹＺ等色関数を当該線形変換することにより得られるＸａ，Ｙａ、Ｚａのうち、Ｘａの分光感度特性が、Ｚａの分光感度特性と略同一波長でピークとなる第一ピークと、第一ピークよりも高波長域でピークとなる第二ピークとを有し、これら第一ピークおよび第二ピークの間の波長域で、分光感度が０よりも大きくなるように、前記基準ＸＹＺ等色関数を処理する変換である
   ことを特徴とする分光測定装置。
2. 請求項１に記載の分光測定装置において、
   Ｒ受光部、Ｇ受光部、およびＢ受光部の分光感度特性は、全波長域において正の値の分光感度を有し、かつピーク波長が１つである
   ことを特徴とする分光測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の分光測定装置において、
   前記線形変換は、次式（１）により、基準ＸＹＺ等色関数をＸａＹａＺａ変換関数に変換し、
   

   

   上記式（１）における変数ｒ、ｓ、ｔは、それぞれ、０．３０≦ｒ≦０．４０、−１０．００≦ｓ≦−０．３０、−０．０８≦ｔ≦−０．１０の範囲に設定される
   ことを特徴とする分光測定装置。
4. 請求項３に記載の分光測定装置において、
   前記変数ｓは、ｓ＝−０．３０に設定される
   ことを特徴とした分光測定装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の分光測定装置において、
   前記Ｒ受光部の分光感度特性である第二ピークの分光感度特性は、次式（２）〜（４）により規定される
   

   

   （ただし、ｘ_ａ２は、第二ピークの分光感度特性であり、ｚ_ａ（λ）は、Ｚａの分光感度特性であり、ｘ_ａ（λ）は、Ｘａの分光感度特性であり、ｍａｘ（ｘ_ａ（λ））はＸａにおけるピークの最大分光感度、ｍａｘ（ｚ_ａ（λ））は、ｚ_ａにおけるピークの最大分光感度を示す）
   ことを特徴とする分光測定装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の分光測定装置において、
   測定部は、Ｒ受光部、Ｇ受光部、およびＢ受光部にて受光された光の光量に応じて出力される受光信号値に対して、前記線形変換の逆変換となる変換マトリクスに逆線形変換し、基準ＸＹＺ等色関数に基づいたＸＹＺ値を演算する
   ことを特徴とする分光測定装置。

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