DE69127390T2

DE69127390T2 - Optisches Tiefpassfilter

Info

Publication number: DE69127390T2
Application number: DE69127390T
Authority: DE
Inventors: Aikihiko Shiraishi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1991-03-28
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: DE69127390D1; US5452129A; EP0449325A2; JP2744323B2; EP0449325B1; EP0449325A3; JPH03284714A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Tiefpaßfilter mit den Merkmalen des oberbegriffs von Anspruch 1, das vor einer Abbildungsvorrichtung, wie beispielsweise einer CCD anzuordnen ist, zum Durchführen von zweidimensionaler Abtastung, und das dazu dient, den Einfluß von Trägerkomponenten zu unterdrücken,. Ein optisches Tiefpaßfilter mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus EP-A-0204469 bekannt.
Die Figuren 4A und 4B zeigen Bildelement-Anordnungen in einer allgemein verwendeten Festkärper- Abbildungsvorrichtung. Das Bezugszeichen pH bezeichnet den Abtastabstand in der horizontalen Richtung, und das Bezugszeichen PV bezeichnet den Abtastabstand in der vertikalen Richtung. In der in Fig. 4A gezeigten Bildelement-Anordnung sind komplementäre Farbfilter von Ye, Mg, Cy und Gr in einer mosaikartigen Weise angeordnet, mit einer Periode von zwei Bildelementen in der horizontalen Richtung und einer Periode von vier Bildelementen in der vertikalen Richtung. In der in Fig. 4B gezeigten Bildelement-Anordnung werden Filter für reine Farben von R, G und B verwendet, wobei die G-Bildelemente in einer streifenartigen Weise in der vertikalen Richtung angeordnet sind, und die R- und B-Filter abwechselnd in der vertikalen Richtung mit einer Periode von zwei Bildelementen angeordnet sind.
Diese gitterartigen Anordnungsmuster werden bei einer Subjekt-Licht-Abtastung verwendet. Wie aus dem Abtasttheorem bekannt ist, kann eine Frequenzkomponente, die oberhalb der halben Abtastfrequenz ist, theoretisch nicht reproduziert werden. Wenn ein Bild mit einer Frequenzkomponente oberhalb diesem Niveau auf einer Festkärper-Abbildungsvorrichtung erzeugt wird, wird diese Frequenzkomponente in der Form dessen, was allgemein ein "alias" genannt wird, erscheinen.
Wie im Stand der Technik wohlbekannt ist, ist mit der in den Fig. 4A und 4B gezeigten Festkörper- Abbildungsvorrichtung im allgemeinen die Erzeugung von schädlichen Trägerkomponenten der Beleuchtung und von Farbdifferenzsignalen an den in der in Fig. 5 gezeigten räumlichen Frequenzebene angegebenen Positionen verbunden. D.h., die Beleuchtungssignal-Trägerkomponente mit ihrem Zentrum an dem Punkt (fH = 1/P-H, fV = 0) verursacht Moiré- Streifen und Interferenz in dem Bild eines Subjekts, das ein feines vertikales streifenartiges Muster aus Schwarz und Weiß zeigt, und die Farbdifferenz- Signalträgerkomponente mit dem Zentrum am Punkt (fH = 1/2pH, fV = 0) verursacht ein sogenanntes fehlerhaftes Farbsignal, das Farben wie beispielsweise Grün und Magenta in dem Bild eines Subjekts erzeugt, das ein relativ grobes vertikal-streifenförmiges Muster zeigt. Die Beleuchtungssignal-Trägerkomponente mit dem Zentrum am Punkt (fH = =, fV = 1/pV) verursacht Moiré-Streifen und Interferenz in dem Bild eines Subjekts, das ein feines horizontal-streifenartiges Muster aus Schwarz und Weiß zeigt.
Entsprechend dem Abtasttheorem ist es notwendig, von dem einfallenden Lichtstrahl die horizontale Frequenzkomponente, bei der fH = 1/2pH oder mehr ist, und die vertikale Frequenzkomponente, bei der fV = 1/2pV oder mehr ist, zu entfernen, bevor diese schädlichen Trägerkomponenten beseitigt werden können. Ferner muß, da die Farbsignal-Trägerkomponente in der horizontalen Richtung bei dem Punkt vorliegt, an dem fH = 1/2pH, die horizontale Frequenzkomponente, die dem Frequenzband des Farbsignals mit dem Zentrum bei diesem Punkt entspricht, entfernt werden. Die Figuren 6A und 6B zeigen die somit erhaltenen idealen Frequenz-Charakteristiken. In diesen Zeichnungen zeigt Fig. 6A die horizontale Frequenz- Charakteristik, und Fig. 6B zeigt die vertikale Frequenz- Charakteristik.
Ein optisches Tiefpaßfilter, bei dem beabsichtigt ist, daß es solch eine Charakteristik erzielt, wird beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift JP-A-60164719 beschrieben. In einer dort beschriebenen Ausführungsform ist ein optisches Tiefpaßfilter durch eine erste, eine zweite und eine dritte doppelbrechende ("sub-refractive") Platte gebildet, die geeignet ist, einen einfallenden Lichtstrahl in zwei Strahlen in den Richtungen von jeweils 45º, 0º und -45º zu trennen. Unter der Annahme, daß die jeweiligen Trennabstände von diesen doppelbrechenden Platten d&sub1;, d&sub2; und d&sub3; sind, sind die Beziehungen: d&sub2; = pH und d&sub1; = d&sub3; = d&sub2; 2 erfüllt. Dieses optische Tiefpaßfilter trennt einen einzelnen einfallenden Lichtstrahl in der in Fig. 7 gezeigten Weise, und die dadurch erhaltenen Frequenz-Charakteristiken sind in den Figuren 8A und 8B gezeigt, in denen Fig. 8A die MTF-Charakteristik in der horizontalen Richtung und Fig. 8B die MTF-Charakteristik in der vertikalen Richtung zeigt. Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist die Charakteristik in der horizontalen Richtung fast äquivalent zu der in Fig. 6A gezeigten idealen Charakteristik, wobei die unerwünschten Frequenzkomponenten entfernt sind. Die Charakteristik in der vertikalen Richtung hat andererseits das nachstehend beschriebene Problem:
In der vorstehend erwähnten japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-A-64164719 ist der Trennabstand in der vertikalen Richtung des einfallenden Lichts, das in der in Fig. 7 gezeigten Weise getrennt ist, durch den Bildelement-Abtastabstand pH in der horizontalen Richtung bestimmt und hängt nicht von dem Abtastabstand Pv in der vertikalen Richtung ab. Als Ergebnis wird die ideale Abschneidefrequenz der MTF-Charakteristik in der vertikalen Richtung durch den Punkt mit der Frequenz 1/pH dargestellt, der von dem Abstand pH in der horizontalen Richtung abhängt, während sie eine Frequenz sein sollte, die durch einen Frequenzpunkt von 1/2pV dargestellt ist, der mit dem Abstand Pv in der vertikalen Richtung in Beziehung steht.
Somit kann, obwohl das vorstehend beschriebene optische Tiefpaßfilter eine zufriedenstellende MTF-Charakteristik in der vertikalen Richtung bereitstellen kann, wenn es in einer Festkörper-Abbildungsvorrichtung verwendet wird, in der der Wert von 1/pH nahe dem von 1/2pV ist, es kein zufriedenstellendes Niveau der MTF-Charakteristik in der vertikalen Richtung bereitstellen, wenn es in einer Festkörper-Abbildungsvorrichtung verwendet wird, in der pH < 2pV ist, d.h. in der der Abstand in der horizontalen Richtung so klein ist, daß die Differenz zwischen dem Wert von 1/pH und dem von 1/2pV sehr groß ist.
Es ist wahrscheinlich, daß solch eine Bedingung in einer Festkörper-Abbildungsvorrichtung vorliegt, die mit einer großen Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung angeordnet ist, im Hinblick darauf, ein hohes Niveau der horizontalen Auflösung zu erhalten. In solch einer Abbildungsvorrichtung ist die Anzahl von Bildelementen NV in der vertikalen Richtung auf einen Wert festgelegt, der entsprechend dem verwendeten Fernsehsystem bestimmt ist (annähernd 500 in dem Fall eines NTFC-Systems, und ungefähr 600 in dem Fall eines PAL-Systems), so daß der Wert von PV konstant bleibt, während pH entsprechend der Anzahl von Bildelementen NH in der horizontalen Richtung variiert; das Verhältnis von pH zu PV nimmt ab, wenn NH zunimmt. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang anzumerken, daß die Anzahl an Bildelementen NH in der horizontalen Richtung einer Festkörper Abblidungsvorrichtung einen sehr wichtigen Parameter im Sinne der Spezifizierung der Kamera, auf die sie angewendet wird, darstellt, da die Anzahl proportional zur horizontalen Auflösung der Kamera ist.
Die horizontale Auflösung einer Videokamera mit einer Festkörper-Abbildungsvorrichtung, deren Anzahl an Bildelementen in der horizontalen Richtung NH ist, beträgt im allgemeinen etwa 0,6NH TV. In einer Videokamera, deren horizontale Auflösung 250 TV beträgt, ist die Anzahl an Bildelementen NHI in der horizontalen Richtung ungefähr 410. Unter der Annahme, daß der Abtastabstand in der horizontalen Richtung in diesem Fall PH1 ist, ist PV/PH1 ungefähr 0,6. Im Fall einer Videokamera, deren horizontale Auflösung 400 TV ist, ist die Anzahl an Bildelementen NH2 in der horizontalen Richtung ungefähr 670. Unter der Annahme, daß der Abtastabstand in der horizontalen Richtung in diesem Fall PH2 ist, ist PV/PH2 ungefähr 1,0.
Ferner ist in dem Fall einer Videokamera, deren horizontale Auflösung 480 TV ist, die Anzahl an Bildelementen NH3 in der horizontalen Richtung ungefähr 800. Unter der Annahme, daß der Abtastabstand in der horizontalen Richtung in diesem Fall PH3 ist, ist PV/PH3 ungefähr 1,17.
Wenn die MTF-Charakteristik in der horizontalen Richtung, die durch die Kurve 801 von Fig. 8A dargestellt ist, erreicht wird, indem man das vorstehend beschriebene optische Tiefpaßfilter an diese Videokameras anlegt, ist die MTF-Charakteristik in der vertikalen Richtung durch die durchgezogenen Linie 802 im Fall der Kamera, deren horizontale Auflösung 250 ist, darzustellen. In dem Fall der Kamera, deren horizontale Auflösung 400 ist, ist die MTF-Charakteristik in der vertikalen Richtung durch die gepunktete Linie 803 darzustellen. Im Fall der Kamera mit einer horizontalen Auflösung von 480 TV, ist sie durch die gestrichelte Linie 804 darzustellen. Die durch die durchgezogene Linie 802 dargestellte MTF-Charakteristik ist nahe an der in Fig. 6B gezeigten idealen Charakteristik, d.h. mit einem zufriedenstellenden Niveau, während die durch die gepunktete Linie 803 und die gestrichelte Linie 805 dargestellten Charakteristiken sich deutlich von der idealen Charakteristik unterscheiden, was heißt, daß das Abschneiden der Frequenzkomponente nicht in einem zufriedenstellenden Niveau in diesen Fällen bewirkt wird.
Somit kann, obwohl das vorstehend beschriebene Tiefpaßfilter für eine Videokamera mit einer relativ niedrigen horizontalen Auflösung von 250 TV oder so ähnlich geeignet ist, kann sie nicht auf eine Videokamera angewendet werden, deren horizontale Auflösung größer als dieser Wert ist.
In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 63-269118 wird ein optisches Tiefpaßfilter beschrieben, das durch eine erste, eine zweite und eine dritte doppelbrechende Platte gebildet ist, die geeignet sind, einen einfallenden Lichtstrahl in zwei Strahlen mit den Richtungen von: 45º, 0º und 45º jeweils zu trennen, in Bezug auf die horizontale Abtastrichtung der entsprechenden Festkörper Abbildungsvorrichtung. Unter der Annahme, daß die jeweiligen Trennabstände dieser doppelbrechenden Platten d&sub1;, d&sub2; und d&sub3;, sind, sind die Beziehungen d&sub3; = d&sub1;, d&sub2; = pH und pH/ 2 < d&sub1; < 2 pH erfüllt. Dieses optische Tiefpaßfilter trennt einen einzelnen einfallenden Lichtstrahl in der in Fig. 9 gezeigten Weise, und die dadurch erhaltenen Frequenz-Charakteristiken sind in den Fig. 10A und 10B gezeigt, von denen Fig. 10A die MTF- Charakteristik in der horizontalen Richtung zeigt, und Fig. 10B die MTF-Charakteristik in der vertikalen Richtung zeigt.
Wie in Fig. 10A gezeigt, hat das vorstehend erwähnte optische Tiefpaßfilter des Stands der Technik in der horizontalen Richtung einen ersten Einfangspunkt D, an dem fH = 1/2pH und einen zweiten Einfangspunkt E bei einer Frequenz, bei der fH = f&sub0; (1/2pH < f&sub0; < 1/pH). In der vertikalen Richtung hat es einen Einfangspunkt F bei einer Frequenz f&sub0;, bei der fV = f&sub0;. Solch ein Tiefpaßfilter kann ein zufriedenstellendes Niveau eines Tiefpaßeffekts bereitstellen, wenn in einer Festkörper Abbildungsvorrichtung verwendet, deren horizontale Auflösung ungefähr 400 TV ist, d.h. in der die Anzahl an Bildelementen NH2 in der horizontalen Richtung ungefähr 670 ist, mit anderen Worten in einer Festkörper- Abbildungsvorrichtung, in der das Verhältnis des Abtastabstands Pv in der vertikalen Richtung zu dem Abtastabstand pH in der horizontalen Richtung ungefähr 1,00 ist. Ferner ist 1/2pH ungefähr gleich 1/2pV, d.h. 1/pH ist ungefähr gleich 1/pV, so daß, wenn die Frequenz f&sub0; des vorstehend erwähnten zweiten Einfangspunkts E zwischen diesen Werten liegt, d.h. wenn f&sub0; = 3/4pH 3/4pV, die erhaltenen Abschneidecharakteristik im wesentlichen minimiert werden, im Hinblick auf sowohl die horizontale als auch die vertikale Richtung, rund um Punkte zwischen den entsprechenden Nyquist-Frequenzen und den Beleuchtungssignal-Trägerfrequenzen, d.h. in den Bereichen, in denen 1/2pH < fH < 1/pH und 1/2pV < fV < 1 (PV. Unter dieser Bedingung gilt die folgende Beziehung:
Die horizontale und vertikale MTF-Charakteristiken sind durch die Kurve 1001 mit durchgezogener Linie von Fig. 10A, und die Kurve 1002 mit durchgezogener Linie von Fig. 10B dargestellt. Diese beiden Kurven mit durchgezogenen Linien sind fast jeweils äquivalent zu den in den Figuren 6A und 6B gezeigten idealen Charakteristiken, d.h. sie haben ein zufriedenstellendes Niveau.
Selbst dieses optische Tiefpaßfilter hat jedoch folgende Probleme, wenn in einer Videokamera verwendet, deren Auflösung jenseits von 400 TV liegt:
In einer Festkörper-Abbildungsvorrichtung mit solch einer Auflösung ist der Abstand in der horizontalen Richtung im allgemeinen kleiner als der Abstand in der vertikalen Richtung. D.h., die Beziehung pH < PV ist erfüllt. Beispielsweise gilt in einer Videokamer, deren horizontale Auflösung 480 TV ist, die Beziehung : pH pV/1,17, wobei pH der Abtastabstand in der horizontalen Richtung ist. Hier wird ein Fall betrachtet, in dem das in der japanischen Offeniegungsschrift Nr. 63-269118 beschriebene Tiefpaßfilter in dieser Festkörper-Abbildungsvorrichtung verwendet wird. Wenn in diesem Fall die MTF-Charakteristik in der horizontalen Richtung in die Nähe der durch die __ Kurve 1001 von Fig. 10A dargestellten Charakteristik zu bringen ist, wird die sich ergebende Bedingung so sein, daß fH = 1/2pH bei dem ersten Einfangspunkt D und fH= f&sub1; =3/4pH bei dem zweiten Einfangspunkt E (in der Kurve 1001). Die MTF- Charakteristik in der vertikalen Richtung ist andererseits durch die Kurve 1003 mit gepunkteter Linie von Fig. 10B dargestellt, da fV = f&sub1; 0,88 * 1/pV bei dem Einfangspunkt F. Man kann nicht sagen, daß diese Charakteristik ausreichend dicht bei der idealen Charakteristik, die in Fig. 6B gezeigt ist, liegt, was bedeutet, daß ein zufriedenstellendes Niveau der Abschneideeigenschaft nicht in Bezug auf die vertikale Richtung erhalten werden kann. Als Ergebnis nimmt die Alias-Verzerrung in der vertikalen Richtung zu.
Unter der Annahme, daß, um die Alias-Verzerrung in der vertikalen Richtung zu unterdrücken, die Kurve 1003 in die Nähe der Kurve 1002 gebracht wird, d.h. die Frequenz f&sub1; bei dem Einfangspunkt F' dicht an f&sub0; gebracht wird, nimmt die Frequenz f&sub1; bei dem zweiten Einfangspunkt E in der MTF- Charakteristik in der horizontalen Richtung, die in Fig. 10A gezeigt ist, ab. In diesem Fall wird die MTF- Charakteristik bei der Frequenz 1/pH der Beleuchtungssignal-Trägerkomponente in der horizontalen Richtung übermäßig groß, mit dem Ergebnis, daß ein zufriedenstellendes Niveau der Abschneideeigenschaft nicht erhalten werden kann.
Das vorstehende Problem wird deutlicher, wenn die Anzahl an Bildelementen NH in der horizontalen Richtung der Festkörper-Abbildungsvorrichtung zunimmt. In letzter Zeit ist die Anzahl an Bildelementen in einer Festkörper- Abbildungsvorrichtung erhöht worden, und zahlreiche Typen von Vorrichtungen mit ungefähr 800 Bildelementen oder mehr in der horizontalen Richtung sind entwickelt worden. Solche Festkörper-Abbildungsvorrichtungen lassen nicht die Anwendung des vorstehenden beschriebenen optischen Tiefpaßfilters zu.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Tiefpaßfilter, das insbesondere für eine Festkörper Abbildungsvorrichtung geeignet ist, bei der der Abtastabstand in der horizontalen Richtung kleiner als der in der vertikalen Richtung ist, ebenso wie eine Videokamera, die mit einem solchen Tiefpaßfilter ausgerüstet ist, bereitzustellen.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein optisches Tiefpaßfilter, das vor einer Abbildungsvorrichtung anzuordnen ist, umfassend: eine erste doppelbrechende ("sub-refractive") Platte, die geeignet ist, einen einfallenden Lichtstrahl um einen Trennabstand d&sub1; in einer Richtung, die um 45º im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn im Bezug auf die horizontale Abtastrichtung der Abbildugsvorrichtung abweicht, zu trennen;
eine zweite doppelbrechende Platte, die geeignet ist, einen einfallenden Lichtstrahl um einen Trennabstand d&sub2; in einer Richtung parallel zu der horizontalen Abtastrichtung zu trennen; und
eine dritte doppelbrechendet Platte, die geeignet ist, einen einfallenden Lichtstrahl im Wesentlichen um einen Trennabstand d&sub1; in einer Richtung senkrecht zur Trennrichtung der ersten doppelbrechenden Platte zu trennen;
wobei die zweite doppelbrechende Platte zwischen der ersten und dritten doppelbrechenden Platte angeordnet ist;
und wobei die Bedingung d&sub1; > 2 * d&sub2; erfüllt ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß unter der Annahme, daß der Abtastabstand der Abbildungsvorrichtung in der horizontalen Abtastrichtung pH und der Abtastabstand der Abbildungsvorrichtung in der vertikalen Richtung pV ist, die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung wird die Aufgabe gelöst durch eine Abbildungsvorrichtung, umfassend:
eine photographische Linse;
eine Festkörper-Abbildungseinrichtung, die an einer vorbestimmten Position der Bildebene der photographischen Linse angeordnet ist; und
ein optisches Tiefpaßfilter, das vor der Festkörper Abbildungseinrichtung angeordnet ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß das optische Tiefpaßfilter ein wie vorstehend definiertes optische Tiefpaßfilter ist.
Selbst wenn es in einer Festkörper-Abbildungsvorrichtung verwendet wird, die eine relativ große Anzahl an Bildelementen in der horizontalen Richtung hat, d.h. in der der Abtastabstand pH in der horizontalen Richtung kleiner als der Abtastabstand PV in der vertikalen Richtung ist, hilft das optische Tiefpaßfilter der vorliegenden Erfindung, eine im wesentlichen ideale Frequenzcharakteristik nicht nur in der horizontalen Richtung, sondern auch in der vertikalen Richtung zu erzielen. Entsprechend kann mit dem optischen Tiefpaßfilter der Erfindung eine Festkörper-Abbildungskamera, in der die Erzeugung von Alias-Verzerrung zu einem beträchtlichen Grad vermieden werden kann, verwirklicht werden.
Die Figuren 1A und 1B sind Diagramme, die den Aufbau einer Ausführungsform der Erfindung zeigen;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Art zeigt, in der ein einfallender Lichtstrahl gemäß der Erfindung getrennt wird;
die Figuren 3A und 3B sind Diagramme der MTF-Charakteristik der Erfindung;
die Figuren 4A und 4B sind Diagramme, die Bildelementanordungsmuster in einer Festkörper Abbildungvorrichtung zeigen, auf die die Erfindung angewendet wird;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das das räumliche Frequenzspektrum zeigt, das durch die Abbildungsvorrichtung von Fig. 4 erhalten wird;
die Figuren 6A und 6B sind Diagramme, die die idealen Charakteristiken eines für die Abbildungsvorrichtung von
Fig. 4 erforderlichen optischen Tiefpaßfilter zeigen;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Art zeigt, in der ein Lichtstrahl durch ein herkömmliches optisches Tiefpaßfilter getrennt wird;
die Figuren 8A und 8B sind Diagramme, die die MTF- Charakteristiken eines herkömmlichen optischen Tiefpaßfilters zeigen;
Fig. 9 ist ein Diagrammm, das die Art zeigt, in der ein Lichtstrahl durch ein herkömmliches optisches Tiefpaßfilter getrennt wird; und
die Figuren 10A und 10B sind Diagramme, die die MTF- Charakteristiken eines herkömmlichen optischen Tiefpaßfilters zeigen.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.
Fig. 1A ist eine Querschnittsansicht, die sich im Wesentlichen auf das optische System einer Videokamera gemäß der Erfindung konzentriert. Das gezeigte System umfaßt eine photographische Linse 1, ein optisches Tiefpaßfilter 10 gemäß der Erfindung und eine Abbildungsvorrichtung 11, um die durch die photographisches Linse 1 erzeugten optischen Bilder in elektrische Energie zu verwandeln. Fig. 1B zeigt das optische Tiefpaßfilter 10 von Fig. 1A. Dieses optische Tiefpaßfilter ist aus einer ersten doppelbrechenden Platte 11, einer zweiten doppelbrechenden Platte 12 und einer dritten doppelbrechenden Platte 13 zusammengesetzt, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. In der Zeichnung bezeichnet ein Pfeil H die horizontale Abtastrichtung der Abbildungsvorrichtung, und die entsprechenden Pfeile der doppelbrechenden Platten geben die Richtung an, in denen diese doppelbrechenden Platten einene einfallenden Lichtstrahl in ordentliche und außerordentliche Strahlen trennen.
Fig. 2 zeigt die Art, in der ein von einem optischen Tiefpaßfilter austretender Lichtstrahl getrennt wird.
Zuerst wird der Lichtstrahl, der aus der photographischen Linse 1 austritt, durch die erste doppelbrechende Platte 11 in zwei Punkte getrennt, die in einer Richtung von ungefähr 45º in Bezug auf die horizontale Abtastrichtung H abweichen. Darauffolgend trennt die zweite doppelbrechende Platte 12 die Lichtstrahlen, die von der ersten doppelbrechenden Platte 11 austreten, jeweils in zwei Punkte in zu der horizontalen Abtastrichtung parallelen Richtungen. Ferner trennt die dritte doppelbrechende Platte 13 die von der zweiten doppelbrechenden Platte 12 austretenden Lichtstrahlen jeweils in zwei Punkte in einer Richtung senkrecht zur Trennrichtung der ersten doppelbrechenden Platte 11. Als Ergebnis wird der einfallende Lichtstrahl in acht Strahlen mit der selben Intensität geteilt, die zu der Abbildungsvorrichtung transmittiert werden.
Die jeweiligen Dicken der ersten, zweiten und dritten doppelbrechenden Platte sind so bestimmt, daß unter der Annahme, daß der jeweilige Trennabstand der doppelbrechenden Platten d&sub1;, d&sub2; und d&sub3; sind, die folgenden Bedingungen erfüllt sind: d&sub3; = d&sub1;, und d&sub1; > 2 d&sub2;. D.h., diese Dicken sind so bestimmt, daß die Projektionskomponente von d&sub1; zur horizontalen Abtastrichtung größer als die von d&sub2; ist. Die zweidimensionale MTF-Charakteristik von diesem optischen Tiefpaßfilter kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
Unter der Annahme, daß der Wert von d&sub1; und d&sub2; in solch einer Weise bestimmt ist, daß die erwünschte Frequenzcharakteristik in der horizontalen und vertikalen Richtung für eine Videokamera mit einer horizontalen Auflösung von 480 TV erhalten werden kann, d.h. für eine Festkörper-Abbildungsvorrichtung, in der die Bedingung pH = pV/1,17 erfüllt ist, werden die folgenden Charakteristiken erhalten werden:
Unter der Annahme von beispielsweise
und d&sub2; = pH/2,
wird das folgende von der vorstehenden Gleichung (1) erhalten:
Die Figuren 3A und 3B zeigen jeweils die MTF-Charakteristik in der horizontalen und vertikalen Richtung in diesem Fall. In der MTF-Charakteristik in der horizontalen Richtung liegt ein Einfangspunkt, an dem der primäre Differentialkoeffizient 0 ist, bei einem Punkt vor, an dem fH = 0,64/pH. Ferner liegt ein zweiter Einfangspunkt vor, wo fH =1/pH. Entsprechend ist die Trägerfrequenz des Beleuchtungssignals an dem Punkt, an dem fH = 1/pH, Null, und die MTF der Trägerfrequenz des Farbdifferenzsignals bei dem Punkt, an dem fH =1/2pH, kann wie folgt ausgedrückt werden:
Somit können die Trägerkomponenten zu einem praktisch zulässigen Grad unterdrückt werden. Hinsichtlich der MTF in der vertikalen Richtung ist sie wie in Fig. 3B gezeigt. Somit kann die MTF-Charakteristik in die Nähe der in den Figuren 6A und 6B gezeigten idealen Kurven gebracht werden, in Hinblick auf sowohl die horizontale als auch die vertikale Richtung.
Als nächstes werden erwünschte Werte von d&sub2; und d&sub1; gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die vorstehende Ausführungsform und die Gleichungen (1) und (2) betrachtet.
Zuerst wird ein erwünschter Wert des Trennabstands d&sub2; durch die zweite doppelbrechende Platte 12 bestimmt, die den Einfangspunkt B, der in Fig. 3 gezeigt ist, bestimmt, und hauptsächlich mit der horizontalen Richung in Beziehung steht, betrachtet werden. Indem man d&sub2; innerhalb des Bereichs: 0,4pH ≤ d&sub2; ≤ 0,6pH, hält, kann die Beleuchtungssignal-Trägerkomponente in der horizontalen Richtung zufriedenstellend auf einen praktisch zulässigen Grad unterdrückt werden.
Wenn der Wert von d&sub2; kleiner als die untere Grenze der vorstehenden Ungleichung ist, wird der Einfangspunkt B zu der Seite der höheren Frequenz verschoben, mit dem Ergebnis, daß die Alias-Verzerrung des Beleuchtungssignals ansteigt. Wenn umgekehrt der Wert von d&sub2; größer als die obere Grenze der vorstehenden Ungleichung ist, wird der Einfangspunkt B zu der Seite mit niederer Frequenz verschoben, was dazu führt, daß die horizontale Auflösung beeinträchtigt wird.
Hinsichtlich der Trennabstände d&sub1; und d&sub3; ( d&sub1;) der ersten und dritten doppelbrechenden Platten 11 und 13 bestimmen sie die Einfangspunkte A und C der Figuren 3A und 3B in Bezug auf die horizontale und vertikale Richtung. Insbesondere werden wie vorstehend festgestellt, die jeweiligen Projektionskomponenten von d&sub1; und d&sub3; ( d&sub1;) auf die horizontale Richtung größer als d&sub2; gemacht, d.h., sie werden so bestimmt, daß die Beziehung: d&sub1; > 2d&sub2; erfüllt ist, wodurch verursacht wird, daß der Einfangspunkt A, an dem der primäre Differentialkoeffizient Null ist, auf der Seite mit niedriger Frequenz in Bezug auf den Einfangspunkt B ist, der durch d&sub2; bestimmt ist, vorliegt. Dies bewirkt, daß mit der durch die Erfindung erhaltene Charakteristik ein breiterer Bereich für den Einfangspunkt auf der Seite mit niedriger Frequenz, d.h. den Einfangspunkt A, bereitgestellt werden kann, als im Vergleich mit dem Fall der in den Figuren 8A und 10A gezeigten Charakteristiken des Stands der Technik, bei denen der Punkt, an dem der primäre Differentialkoeffizient nicht Null ist, zu der Seite mit niedriger Frequenz verschoben ist, in Bezug auf den Punkt, an dem der primäre Differentialkoeffizient Null ist.
Entsprechend bestimmen d&sub1; und d&sub3; ( d&sub1;) auch den Punkt C, an dem der primäre Differentialkoeffizient Null ist, in Bezug auf die MTF-Charakteristik in der vertikalen Richtung. In dieser Hinsicht ist ein größerer Bereich für den Wert von d&sub1; (d.h. die Dicke der doppelbrechenden Platte) verfügbar, um die Beleuchtungssignal-Trägerkomponente in der vertikalen Richtung und die Farbdifferenzsignal- Trägerkomponente in der horizontalen Richtung zu unterdrücken, was bedeutet, daß eine flexiblere Auswahl in diesem Zusammenhang getroffen werden kann. Dies ist wirkungsvoll, um die Beleuchtungssignal-Trägerkomponente in der vertikalen Richtung zu unterdrücken und das Farbdifferenzsignal in der horizontalen Richtung auszugleichen, da der Abstand pH in der horizontalen Abtastrichtung kleiner als der Abstand PV in der vertikalen Richtung ist, und ferner zur Verringerung der Größe und der Herstellungskosten des optischen Tiefpaßfilters führt. Somit wird, wenn die Position des Einfangspunkts (Fig. 3B) optimiert wird, um das Trägersignal in der vertikalen Richtung zu unterdrücken, die MTF-Charakteristik nicht durch die MTF-Charakteristik beeinträchtigt, selbst wenn die Position des Einfangspunkts A etwas von der optimalen Position zum Unterdrücken der Trägerkomponente in der horizontalen Richtung abweicht. Ferner ist diese Anordnung dahingehend vorteilhaft, daß, wenn die Dicken der doppelbrechenden Platten, die das optische Tiefpaßfilter aufbauen, in Hinblick auf eine Verringerung der Herstellungskosten und ihrer Größe verringert werden, der Einfluß von dieser Verringerung relativ klein ist.
Ferner wird der Wert von d&sub1; so bestimmt, daß die folgende Ungleichung erfüllt ist:
PV/ 2 ≤ d&sub1; ≤ 2 pH
wodurch die Beleuchtungssignal-Trägerkomponente in der vertikalen und die Farbdifferenz-Trägerkomponente in der horizontalen Richtung gleichzeitig in einer zufriedenstellenden Weise unterdrückt werden können. Wenn der Wert von d&sub1; kleiner als der Wert der vorstehenden Ungleichung ist, steigt die Alias-Verzerrung des vertikalen Beleuchtungssignals an. Wenn umgekehrt der Wert die obere Grenze der Ungleichung überschreitet, wird die MTF- Charakteristik in der horizontalen Richtung übermäßig beeinträchtigt, was zu einer schlechten horizontalen Auflösung führt.
Wie vorstehend beschrieben ermöglicht es die vorliegende Erfindung, ein optisches Tiefpaßfilter zu erhalten, das eine zufriedenstellende Charakteristik sowohl in Hinblick auf die horizontale als auch auf die vertikale Richtung bereitstellt. Insbesondere kann gemäß der vorliegenen Erfindung eine wesentliche Verbesserung über den Stand der Technik in Hinblick auf die Charakteristik in der vertikalen Richtung erzielt werden. Somit ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die Bildqualität einer Festkörper Abbildungskamera zu verbesseren, insbesondere die einer Kamera mit hoher Auflösung unter Verwendung einer Festkörper-Abbildungsvorrichtung, die eine relativ große Anzahl von Bildelementen in der horizontalen Richtung hat.

Claims

1. Optisches Tiefpaßfilter (10), das vor einer Abbildungsvorrichtung anzuordnen ist, umfassend:

eine erste doppelbrechende ("sub-refractive") Platte (11), die geeignet ist, einen einfallenden Lichtstrahl um einen Trennabstand d&sub1; in einer Richtung, die um 45º im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn in bezug auf die horizontale Abtastrichtung der Abbildungsvorrichtung abweicht, zu trennen;

eine zweite doppelbrechende Platte (12), die geeignet ist, einen einfallenden Lichtstrahl um einen Trennabstand d&sub2; in einer Richtung parallel zur horizontalen Abtastrichtung zu trennen; und

eine dritte doppelbrechende Platte (13), die geeignet ist, einen einfallenden Lichtstrahl im wesentlichen um einen Trennabstand d&sub1; in einer Richtung senkrecht zur Trennrichtung der ersten doppelbrechenden Platte (11) zu trennen;

wobei die zweite doppelbrechende Platte (12) zwischen der ersten und dritten doppelbrechenden Platte (11, 13) angeordnet ist; und

wobei die Bedingung d&sub1; > 2 d&sub2; erfüllt ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

unter der Annahme, daß der Abtastabstand der Abbildungsvorrichtung in der horizontalen Abtastrichtung pH und der Abtastabstand der Abbildungsvorrichtung in der vertikalen Richtung PV ist, die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

2. Optisches Tiefpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Bedingung 0,4 pH ≤ d&sub2; ≤ 0,6 pH erfüllt ist.

3. Abbildungsvorrichtung, umfassend:

eine photographische Linse (1);

eine Festkörper-Abbildungseinrichtung (11), die an einer vorbestimmten Position der Bildebene der photographischen Linse (1) angeordnet ist; und

ein optisches Tiefpaßfilter (10), das vor der Festkörper-Abbildungseinrichtung (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

das optische Tiefpaßfilter (10) ein optisches Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 und 2 ist.