JP2003116065A - 撮像光学系および撮像カメラ装置 - Google Patents
撮像光学系および撮像カメラ装置Info
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Abstract
の低減または偽解像の低減のために光学ローパスフィル
タを最適化する。 【解決手段】 イメージセンサ220におけるサンプリ
ング周波数に対応した撮像光の分離を行うように、光学
ローパスフィルタ120によるカットオフ周波数がイメ
ージセンサ220におけるサンプリング周波数によりも
高いものとし、さらに光学ローパスフィルタ120によ
るカットオフ周波数とレンズ110による空間周波数光
性とを合成した周波数特性がイメージセンサ220にお
けるサンプリング周波数の10%以下あるいは20%以
下のレベルであるものとする。また、カラー画像を撮像
する本例のイメージセンサ220では、サンプリング周
波数が画素ピッチであるものとし、モノクロ画像を撮像
するイメージセンサでは、サンプリング周波数を画素ピ
ッチの半分であるものとする。
Description
パスフィルタを通して撮像素子により撮像する撮像カメ
ラ装置に関する。
式の撮像素子によって実現するために、撮像素子の受光
面上に各色成分に対応する色フィルタを市松パターン等
の離散的なパターンに配列したものが知られている。と
ころが、このようなカラー画像の撮像装置において、画
素ピッチ程度の高い解像度を有するレンズを用いた場合
には、隣り合った画素の色フィルタの違いにより色偽信
号が発生する。そこで従来は、上述のような撮像素子に
おける色偽信号の発生を低減する手段として、撮像素子
の有するカットオフ周波数(画素ピッチの逆数)と同じ
カットオフ周波数性能を有する光学ローパスフィルタを
光路中に設けることが行われている。
おいては、カットオフ周波数での折り返しにより偽解像
が発生する。この場合、高い周波数の縞模様が結像され
た際に、縞が反転して見えてしまう現象(モアレ)にな
って現れる。そこで、このような偽解像の発生を低減す
るためには、1/2画素ピッチのカットオフ周波数を有
する光学ローパスフィルタが用いられている。
メラが携帯端末等の小型商品に搭載されることになり、
その小型化かつ低価格化が急速に進んでいる。その結
果、撮像光学系では撮像レンズの枚数を減らさざるをえ
なくなってきた。そのため、多くの光学系ではレンズ枚
数が1枚玉か2枚玉程度までに削減されてきている。し
たがって、レンズ枚数が減ったことにより、レンズ全体
の性能も必然的に高いものを望むことができなくなって
いる。
に顕著な変化として解像力性能の低下がある。すなわ
ち、現状で、できるかぎりレンズ設計の最適化を行った
としても、従来のレンズ枚数6枚から8枚以上用いてい
たものに比べて歴然とした差が出てしまう。このため、
元々解像力の低いレンズに従来仕様の光学ローパスフィ
ルタを用いると、設計上の工夫によって可能なかぎり引
き出した解像力性能を光学ローパスフィルタにより低下
させてしまうことになってしまう。つまり、これは、不
適合な光学ローパスフィルタによって、画質を必要以上
に劣化させてしまっていることになる。
トオフ周波数の異なる光学ローパスフィルタを用いた場
合の空間周波数とMTF(変調伝達関数)との関係を示
す説明図である。なお、縦軸はMTFを示し、横軸は空
間周波数を示しており、サンプリング周波数として後述
する実施例と同様に70lp/mmを用いた例を示して
いる。ここで、光学系における空間周波数とMTFとの
関係が後述する実施例で図2に示すような周波数特性を
有するものとすると、図5に示すように、不適合な光学
ローパスフィルタを用いることにより、大幅に乖離した
周波数特性となってしまう。
たものであり、その目的とするところは、少ないレンズ
枚数の光学系における色偽信号の低減または偽解像の低
減に最適な光学ローパスフィルタを有する撮像光学系お
よび撮像カメラ装置を提供することを目的とする。
された撮像光に対して幾何学的に離散的なサンプリング
を行う撮像素子の受光部に撮像光を結像させる結像素子
と、前記撮像素子の受光部に入射される撮像光を複数に
分離する機能を有する光学ローパスフィルタとを有する
撮像光学系であって、前記光学ローパスフィルタは、撮
像素子に対して光路上の任意の位置に設けられ、かつ前
記撮像素子におけるサンプリング周波数に対応した撮像
光の分離を行うことを特徴とする。
に対して幾何学的に離散的なサンプリングを行う撮像素
子と、前記撮像素子の受光部に撮像光を結像させる結像
素子と、前記撮像素子の受光部に入射される撮像光を複
数に分離する機能を有する光学ローパスフィルタとを有
する撮像カメラ装置であって、前記光学ローパスフィル
タは、撮像素子に対して光路上の任意の位置に設けら
れ、かつ前記撮像素子におけるサンプリング周波数に対
応した撮像光の分離を行うことを特徴とする。
スフィルタのカットオフ周波数を撮像素子のサンプリン
グ周波数に対応して最適化することにより、光学ローパ
スフィルタによる必要以上の解像度低下を避けることが
できる。これにより、少ないレンズ枚数でも最適化した
レンズ設計で実現した高い画質を最低限の劣化で抑える
ことができる。特に高域の周波数における解像度を得る
ことができるので、画質のシャープ感(クッキリ感)を
向上することが可能となる。
ば、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を撮像素
子のサンプリング周波数に対応して最適化することによ
り、光学ローパスフィルタによる必要以上の解像度低下
を避けることができる。これにより、少ないレンズ枚数
でも最適化したレンズ設計で実現した高い画質を最低限
の劣化で抑えることができる。特に高域の周波数におけ
る解像度を得ることができるので、画質のシャープ感
(クッキリ感)を向上することが可能となる。
いて図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の
形態による撮像光学系を用いた撮像カメラ装置の構成例
を示す断面図である。この撮像カメラ装置は、撮像光学
系を設けた鏡筒部100と固体撮像部200とを結合し
たものである。鏡筒部100には、レンズ110および
光学ローパスフィルタ120が配置されている。レンズ
110には、プラスチックレンズ、ガラスレンズ、ある
いはバイナリオプチックス等が用いられている。また、
光学ローパスフィルタ120には、回折格子型ローパス
フィルタが用いられ、固体撮像部200に対する光路上
の任意の位置に適宜位置調整されて配置されている。
10内に2次元イメージセンサ220等の固体撮像素子
チップを設けたものであり、パッケージ210の上面開
口部には透明キャップ230が設けられている。2次元
イメージセンサ220は、それぞれ撮像画素に対応する
多数のフォトセンサをマトリクス状に配置した受光部を
有しており、この受光部上に色フィルタ(図示せず)を
配置したものである。この色フィルタは、イメージセン
サ220の各画素に対応してRGBの色フィルタを市松
模様等の配列で離散的に配置したものである。2次元イ
メージセンサ220は、この色フィルタを通して撮像光
か入射された各フォトセンサの信号電荷を読み出して電
圧信号に変換し、撮像信号として出力するものであり、
信号電荷を取り出す方式によりCCD型センサあるいは
MOS型センサ等が用いられている。そして、この2次
元イメージセンサ220の撮像信号は、さらに後段の信
号処理回路等において色フィルタ配列に対応する幾何学
的に離散的なサンプリングを行い、各色成分毎の撮像信
号を生成する。
イメージセンサ220および光学ローパスフィルタ12
0のカットオフ周波数およびサンプリング周波数の関係
について説明する。本例においては、イメージセンサ2
20におけるサンプリング周波数に対応した撮像光の分
離を行うように、以下のような方法によって、光学ロー
パスフィルタ120のカットオフ周波数を最適化するも
のである。なお、カラー画像を撮像する本例のイメージ
センサ220では、サンプリング周波数が画素ピッチで
あるものとする。また、モノクロ画像を撮像するイメー
ジセンサでは、サンプリング周波数を画素ピッチの半分
とする。
るカットオフ周波数がイメージセンサ220におけるサ
ンプリング周波数によりも高いものとし、第1の実施例
として、光学ローパスフィルタ120によるカットオフ
周波数とレンズ110による空間周波数光性とを合成し
た周波数特性がイメージセンサ220におけるサンプリ
ング周波数の20%以下のレベルであるものとする。ま
た、第2の実施例として、光学ローパスフィルタ120
によるカットオフ周波数とレンズ110による空間周波
数光性とを合成した周波数特性がイメージセンサ220
におけるサンプリング周波数の10%以下のレベルであ
るものとする。図2は、本例の光学系における空間周波
数とMTFとの関係を示す説明図であり、縦軸はMTF
を示し、横軸は空間周波数を示している。そして、図3
は、第1の実施例によって最適化された光学ローパスフ
ィルタを用いた場合の空間周波数とMTFとの関係を示
す説明図であり、図4は、第2の実施例によって最適化
された光学ローパスフィルタを用いた場合の空間周波数
とMTFとの関係を示す説明図である。なお、図2〜図
4は、サンプリング周波数を70lp/mmとした場合
を示している。図示のように、それぞれ最適化された光
学ローパスフィルタにより、図5に示す例に比較して周
波数特性を改善でき、高い画質を実現できる。
ンサ220)におけるサンプリング周波数に対して光学
ローパスフィルタ120によるカットオフ周波数と結像
素子(レンズ110)による空間周波数とを合成した周
波数特性が所定のレベル以下となるように最適化するこ
とにより、有効な光学ローパスフィルタの機能を得るこ
とができ、従来の撮像光学系および撮像カメラ装置に対
して極めて顕著な効果を得ることが可能となる。なお、
上記各実施例で採用した20%あるいは10%の値は一
例であり、撮像素子におけるサンプリング周波数に対し
て光学ローパスフィルタによるカットオフ周波数と結像
素子による空間周波数とを合成した周波数特性を所定の
レベル以下とする場合の値は適宜に選択できるものであ
る。また、上記実施例では、RGB系の原色フィルタを
用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、例えば補色フィルタを用いたものに
ついても同様の効果を得ることができるものである。
では、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を撮像
素子のサンプリング周波数に対応して最適化することに
より、光学ローパスフィルタによる必要以上の解像度低
下を避けることができる。これにより、少ないレンズ枚
数でも最適化したレンズ設計で実現した高い画質を最低
限の劣化で抑えることができる。特に高域の周波数にお
ける解像度を得ることができるので、画質のシャープ感
(クッキリ感)を向上することが可能となる。
光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を撮像素子の
サンプリング周波数に対応して最適化することにより、
光学ローパスフィルタによる必要以上の解像度低下を避
けることができる。これにより、少ないレンズ枚数でも
最適化したレンズ設計で実現した高い画質を最低限の劣
化で抑えることができる。特に高域の周波数における解
像度を得ることができるので、画質のシャープ感(クッ
キリ感)を向上することが可能となる。
撮像カメラ装置の構成例を示す断面図である。
を示す説明図である。
の第1の実施例を示す説明図である。
の第1の実施例を示す説明図である。
明図である。
ローパスフィルタ、200……固体撮像部、210……
パッケージ、220……2次元イメージセンサ、230
……透明キャップ。
Claims (16)
- 【請求項1】 受光部に入射された撮像光に対して幾何
学的に離散的なサンプリングを行う撮像素子の受光部に
撮像光を結像させる結像素子と、前記撮像素子の受光部
に入射される撮像光を複数に分離する機能を有する光学
ローパスフィルタとを有する撮像光学系であって、 前記光学ローパスフィルタは、撮像素子に対して光路上
の任意の位置に設けられ、かつ前記撮像素子におけるサ
ンプリング周波数に対応した撮像光の分離を行う、 ことを特徴とする撮像光学系。 - 【請求項2】 モノクロ撮像素子におけるサンプリング
周波数が画素ピッチの半分であることを特徴とする請求
項1記載の撮像光学系。 - 【請求項3】 カラー撮像素子におけるサンプリング周
波数が画素ピッチであることを特徴とする請求項1記載
の撮像光学系。 - 【請求項4】 前記光学ローパスフィルタによるカット
オフ周波数が前記撮像素子におけるサンプリング周波数
によりも高いことを特徴とする請求項1記載の撮像光学
系。 - 【請求項5】 前記撮像素子におけるサンプリング周波
数に対して前記光学ローパスフィルタによるカットオフ
周波数と前記結像素子による空間周波数とを合成した周
波数特性が所定のレベル以下であることを特徴とする請
求項1記載の撮像光学系。 - 【請求項6】 前記所定のサンプリング周波数に対して
前記周波数特性が20%以下であることを特徴とする請
求項5記載の撮像光学系。 - 【請求項7】 前記所定のサンプリング周波数に対して
前記周波数特性が10%以下であることを特徴とする請
求項5記載の撮像光学系。 - 【請求項8】 前記光学ローパスフィルタが回折格子型
であることを特徴とする請求項1記載の撮像光学系。 - 【請求項9】 受光部に入射された撮像光に対して幾何
学的に離散的なサンプリングを行う撮像素子と、前記撮
像素子の受光部に撮像光を結像させる結像素子と、前記
撮像素子の受光部に入射される撮像光を複数に分離する
機能を有する光学ローパスフィルタとを有する撮像カメ
ラ装置であって、 前記光学ローパスフィルタは、撮像素子に対して光路上
の任意の位置に設けられ、かつ前記撮像素子におけるサ
ンプリング周波数に対応した撮像光の分離を行う、 ことを特徴とする撮像カメラ装置。 - 【請求項10】 モノクロ撮像素子におけるサンプリン
グ周波数が画素ピッチの半分であることを特徴とする請
求項9記載の撮像カメラ装置。 - 【請求項11】 カラー撮像素子におけるサンプリング
周波数が画素ピッチであることを特徴とする請求項9記
載の撮像カメラ装置。 - 【請求項12】 前記光学ローパスフィルタによるカッ
トオフ周波数が前記撮像素子におけるサンプリング周波
数によりも高いことを特徴とする請求項9記載の撮像カ
メラ装置。 - 【請求項13】 前記撮像素子におけるサンプリング周
波数に対して前記光学ローパスフィルタによるカットオ
フ周波数と前記結像素子による空間周波数とを合成した
周波数特性が所定のレベル以下であることを特徴とする
請求項9記載の撮像カメラ装置。 - 【請求項14】 前記所定のサンプリング周波数に対し
て前記周波数特性が20%以下であることを特徴とする
請求項13記載の撮像カメラ装置。 - 【請求項15】 前記所定のサンプリング周波数に対し
て前記周波数特性が10%以下であることを特徴とする
請求項13記載の撮像カメラ装置。 - 【請求項16】 前記光学ローパスフィルタが回折格子
型であることを特徴とする請求項9記載の撮像カメラ装
置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001307655A JP4058929B2 (ja) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | 撮像光学系および撮像カメラ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003116065A true JP2003116065A (ja) | 2003-04-18 |
JP4058929B2 JP4058929B2 (ja) | 2008-03-12 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100724885B1 (ko) * | 2005-03-23 | 2007-06-04 | 삼성전자주식회사 | 카메라 렌즈 모듈 |
CN100405825C (zh) * | 2004-12-30 | 2008-07-23 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 数码相机模块 |
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2001
- 2001-10-03 JP JP2001307655A patent/JP4058929B2/ja not_active Expired - Fee Related
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KR100724885B1 (ko) * | 2005-03-23 | 2007-06-04 | 삼성전자주식회사 | 카메라 렌즈 모듈 |
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