JP2507041B2

JP2507041B2 - 光学的ロ―パスフィルタ

Info

Publication number: JP2507041B2
Application number: JP1109330A
Authority: JP
Inventors: 正明中山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPH02287422A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、２次元のサンプリングを行うCCDなどの固
体撮像素子の入射路中に配置され、キャリア成分の影響
を抑圧する光学的ローパスフィルタに関する。

従来の技術第17図は、固体撮像素子の画素配列および開口例を示
すもので、同図において、Ｈが水平走査方向、Ｖが垂直
走査方向を示す。隣接する２本の水平ラインの一方に
は、緑色フィルタ1Gおよび青色フィルタ1BがP_xの水平走
査方向の画素間隔で交互に配置され、その他方には緑色
フィルタ2Gおよび赤色フィルタ2RがP_xの間隔で交互に配
される。この垂直走査方向の画素間隔がP_yとされる。

このような格子状の開口パターンにより複写体光がサ
ンプリングされるわけであるが、サンプリング定理にお
いて明らかなように、サンプリング周波数の1/2の周波
数以上の周波数成分は原理的に忠実にサンプリングして
再現することができず、これ以上の周波数成分が固体撮
像素子上に導かれると、偽信号となって現れることとな
る。

上述の固体撮像素子の場合には、第18図の空間周波数
スペクトラムに示すように、（f_x＝0,f_y＝０）の位置を
中心とするベースバンド成分（2G,R,Bのベクトルで示
す）の他に、複数の有害なキャリア成分が発生する。第
18図の横軸f_x，縦軸f_yは、各々P_x/2πおよびP_y/2πによ
り正規化された水平周波数および垂直周波数を表してい
る。（f_x＝1,f_y＝０）の位置を中心として生じるキャリ
ア成分は、垂直方向に延びる黒白のストライプからなる
きめ細かい縞模様の時にモアレを生じさせ、（f_x＝1/2,
f_y＝０）の位置を中心として生じるキャリア成分は、や
や荒い縦ストライプ時に緑色およびマゼンタが生じるク
ロスカラー現象（偽色信号）を生じさせ、この偽信号は
単板でカラー信号を得ることによって生じるもので画質
に与える影響が最も大きい。（f_x＝0,f_y＝１）の位置を
中心として生じるキャリア成分は、細かい横ストライプ
の時にモアレを生じさせる。

従って、これらの有害なキャリア成分を除去するため
には、サンプリング定理に従って、入射光のうち、正規
化水平周波数でf_x＝1/2以上の水平周波数成分，および
正規化垂直周波数でf_y＝1/2以上の垂直周波数成分およ
び水平方向にはf_x＝1/2の点で色信号をサンプリングし
ている為、f_x＝1/2の点を中心に色信号の周波数帯域分
の水平周波数成分を除去する必要がある。このような理
想的な光学的周波数特性を第19図に示す。同図で（Ａ）
は水平周波数特性、（Ｂ）は垂直周波数特性を表す。

このような特性を目標とした光学的ローパスフィルタ
の第１の従来例としては、特開昭60−164719号公報に示
されるものがある。これは、固体撮像素子の水平走査方
向に対して、45度近傍で常光成分と異常光成分とを分離
する第１の複屈折板と、水平走査方向と平行に常光成分
と異常光成分とを分離する第２の複屈折板と、水平走査
方向に対して、−45度近傍で常光成分とを分離する第３
の複屈折板よりなり、第２の複屈折板が中間に位置する
ように、第１の複屈折板，第２の複屈折板および第３の
複屈折板が積層配置され、１本の入射光を７もしくは８
本に分離する光学的ローパスフィルタの基本的な技術を
示したものであるが、実施例としては第1,第2,第３の複
屈折板による常光成分と異常光成分との分離距離（それ
ぞれ、d₁，d₂，d₃とする。）の関係が、d₂P_xで且つの関係にある例が示されている。このような従来の光学
的ローパスフィルタによっては、１本の入射光は第20図
に示すように分離され、その周波数特性は第21図に示す
ようになる。

第21図において（Ａ）は水平方向の周波数特性を示
し、同図201の曲線で示すf_x＝1/2,3/2…にトラップポイ
ントを有するCOSカーブと、同図202の曲線で示すf_x＝1,
3,…にトラップポイントを有するCOS²カーブを合成した
曲線203が総合の水平方向の通過特性となる。また第21
図において（Ｂ）は垂直方向に周波数特性を示すが、f_y
＝P_y／P_xの奇数倍の周波数にトラップポイントを有する
COS²カーブ（同図204の曲線）が垂直方向の通過特性と
なる。

従来の光学的ローパスフィルタの他の例（第２の従来
例）としては、第23図に示すように、水平走査方向に異
常光成分と正常光成分を距離d₁（＝P_x）だけ分離する第
１の複屈折板221と、水平走査方向に異常光成分と正常
光成分を距離d₂（＝P_x/2）だけ分離する第２の複屈折板
222と、垂直走査方向に異常光成分と正常光成分とを距
離d₃（＝P_v）だけ分離する第３の複屈折板223とをそれ
ぞれ第1,第２のλ/4位相板224,225を介して順に積層し
た構成のものがあり、この第２の従来例の光学的ローパ
スフィルタによっては、１本の入射光は第24図に示すよ
うに分離され、その周波数特性は、第25図に示すように
なる。

第25図において（Ａ）は水平走査方向の周波数特性を
示し、f_x＝1/2,3/2…にトラップポイントを有するCOSカ
ーブと（同図曲線241）、f_x＝1,2…にトラップポイント
を有するCOSカーブ（同図曲線242）を合成（積算）した
同図曲線243のカーブの特性となる。また第25図におい
て（Ｂ）は垂直方向の周波数特性を示すが、f_y＝1/2,3/
2…にトラップポイントを有するCOSカーブ（同図曲線24
4）が垂直方向の通過特性となる。以上の特性は、ほぼ
第19図に示した理想特性に近い値となっている。

更に、従来の光学的ローパスフィルタの他の例（第３
の従来例）としては、第26図に示すように、第23図に示
した第２の従来例から第３の複屈折板と第２のλ/4位相
板を除去したものがある。この第３の従来例によって
は、１本の入射光は第27図に示すように分離される。そ
の周波数特性は、水平走査方向の周波数特性は第25図
（Ａ）に示した第２の従来例の水平走査方向の周波数特
性と同一特性となり、垂直走査方向には減衰特性を有さ
ない特性となる。この第３の従来例は、垂直走査方向の
特性を無視して、小型・低コスト化を主目的とした例で
ある。なお、この例でも第２の従来例と同じく水平方向
の周波数特性は、ほぼ理想的特性に近い値となる。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上述した従来の光学的ローパスフィル
タには下記のような問題点がある。

第１の従来例における問題点は大きく２つあり、その
第１は、水晶複屈折板が３板必要であり、小型化・低コ
スト化を大きく阻害することである。ちなみに、上述の
ような光学的ローパスフィルタの価格は、ほぼその構成
枚数に比例する。

第２は、下記のように垂直方向の遮断特性が不満足と
なる場合が存在することである。つまり、上述した従来
の光学的ローパスフィルタの通過特性のうち、水平方向
の特性は本来遮断すべき周波数成分は遮断されていて第
19図（Ａ）に示した理想特性に近い特性が得られている
が、垂直方向の特性には次のような問題点がある。

第20図のように分離された１本の入射光の垂直方向の
分離距離は、P_x/2を基準としたものであり、画素の水平
方向間隔P_xにより決定されていて、画素の垂直方向間隔
P_yにょっては決定されていない。従って垂直方向の周波
数特性の通過特性のトラップポイントは理想値が1/2で
あるのに対しP_y/2πで正規化した垂直周波数のP_y／P_xの
点（およびその奇数倍の周波数）となり、P_xとP_yの関係
によってトラップ点が変化することとなる。したがって
P_y／P_xが1/2に近い値をとる固体撮像素子では、上述し
た従来の光学的ローパスフィルタでは必要な垂直方向通
過特性が得られるが、P_xが2P_yより小さくなってP_y／P_x
が1/2と大きく異なる値となる固体撮像素子用には必要
な特性が得られなくなる。このような状態は、水平解像
度を上げる為に水平方向の画素数を多くした固体撮像素
子において発生する。つまり、垂直方向の画素数n_vがテ
レビジョン方式に基づいて決定される値（NTSC方式では
約500画素・PAL方式では約600画素）に固定されている
ためP_yが一定であるのに対し、P_xは水平方向画素数n_Hの
変化により変化し、従ってn_Hが多くなるとP_y／P_xは大き
くなる。例えばNTSC様式で水平方向画素数が670画素の
場合には、テレビジョン画素の縦・横比が3:4（500:6
70）であるので、P_xP_yとなる。このような場合の、従
来の光学的ローパスフィルタの垂直方向の通過特性は、
第22図211の曲線に示す特性となり、同図212の曲線に示
す理想特性との遮断周波数域の被写体として表れる確率
の高い、低い周波数領域における特性差が大きくなり、
偽信号が大きくなる。（ちなみに、水平画素数が約400
と少ない場合には、P_y／P_x＝3/500/4/4000.6となり、
この場合の特性は同図213の曲線となり、遮断域の低周
波数領域での理想性との差は少なく、従来の光学的ロー
パスフィルタで十分な特性が得られている。）第２の従来例の問題点は、周波数特性はほぼ理想に近
い特性が得られるが、フィルタの構成枚数が複屈折板３
枚とλ/4位相板２枚の計５枚となり、小型化・低コスト
化特に低コスト化を大きく阻害することである。

第３の従来例の問題点は、垂直走査方向の周波数特性
を割り切って低コスト化を目指しているにもかかわら
ず、その構成枚数が３枚であり、コストと性能のバラン
スが悪いことである。

以上述べたように、従来の光学的ローパスフィルタに
は、小型・低コスト化を阻害するという第１の問題点
と、低コスト化を目標としたものは、コストダウン比率
に比し性能の劣化が大きいという第２の問題点がある。

課題を解決するための手段上述した課題を解決するため、第１の発明は、固体撮
像素子の水平走査方向に対して、略45度の角度で距離d₁
だけ常光成分と異常光成分とを分離する第１の複屈折板
と、上記水平走査方向に対して略平行に距離d₂だけ常光
成分と異常光成分とを分離する第２の複屈折板とよりな
り、上記第1,第２の複屈折板が積層配置された光学的ロ
ーパスフィルタである。

また、第２の発明は、固体撮像素子の水平走査方向に
対して、略の角度で距離d₃だけ常光成分と異常光成分とを分離する
第１の複屈折板と、上記水平走査方向に対して略平行に
距離d₄だけ常光成分と異常光成分とを分離する第２の複
屈折板とよりなり、上記第1,第２の複屈折板が積層配置
された光学的ローパスフィルタである。

また、第３の発明は、固体撮像素子の水平走査方向に
対して、略垂直にd₅だけ常光成分と異常光成分とを分離
する第１の複屈折板と、上記水平走査方向に対して略45
度の角度で距離d₆だけ常光成分と異常光成分とを分離す
る第２の複屈折板と、上記水平走査方向に対して、略平
行に距離d₇だけ常光成分と異常光成分とを分離する第３
の複屈折板とよりなり、上記第２の複屈折板が中間に位
置するように、上記第1,第2,第３の複屈折板が積層配置
された光学的ローパスフィルタである。

作用本発明は、上記した構成の光学的ローパスフィルタ
で、小型・低コストを達成し、更に、固体撮像素子の水
平画素間隔P_xと垂直画素間隔P_yとの関係がP_y／P_xの値が
1/2と大きく異なる場合にも、水平方向のみならず垂直
方向の周波数特性も理想特性に近い値を達成して、偽信
号の発生の少ない固体撮像装置を実現するものである。

実施例以下本発明について図面を参照して説明する。第１図
は第１の発明の一実施例における第１の複屈折板11,第
２の複屈折板12の光学的特性の説明に用いるものであ
る。同図において、レンズを介された入射光は、図面の
用紙面に直交する方向で複屈折板11,12に供給される。
複屈折板11は、入射光を常光線および異常光線に分離
し、これらの常光線および異常光線が存在する図面の用
紙面と垂直に延びる主要面13が水平走査方向Ｈに対して
略45度の角度をなすものである。複屈折板12は、常光線
および異常光線が存在する主要面14が水平走査方向と略
一致するものである。これら２個の複屈折板11,12は積
層され、第１もしくは第２の複屈折板が固体撮像素子に
最も近い位置に来るように入射光略中に配される。な
お、以降の説明は第２の複屈折板が固体撮像素子に最も
近い位置に配されているとして説明を行う。また、２枚
の複屈折板11,12の主要面の互いのなす角度は、相対的
なものであり、角度の計測方法は時計回り、反時計回り
のいずれであっても良い。

次に本実施例における２枚の複屈折板によって入射光
が分離される分離距離の一般解について説明する。

いま第１の複屈折板による常光線と異常光線の分離距
離をd₁、第２の複屈折板による常光線と異常光線の分離
距離をd₂とし、の条件にあるときに、この２枚の複屈折板の上記した組
合せによる入射光の分離された結果は第２図に示すよう
になる。つまり、第２図の原点に入射された１本の光
は、第１の複屈折板11により、水平走査方向に対し45度
の方向に距離d₁だけ分離され、（第２図の実線の矢印で
示す。）各々等しい強度の２本の光線となる。次にこれ
らの光線は第２の複屈折板12によって、各々水平走査方
向に対して平行に距離d₂だけ分離され（第２図の破線の
矢印で示す。）、最終的に第２図に示すような、各々強
度の等しい21〜24の４本の光線に分離される。

この光学的ローパスフィルタは、水平方向にはP_x/2π
で正規化した水平周波数の1/2・P_x／d₂（＝f_x01）の奇
数倍の点にトラップポイントを有するCOSカーブの周波
数特性と、の奇数倍の点にトラップポイント有するCOSカーブの周
波数特性との積の周波数特性を有し、垂直方向には、の奇数倍の点にトラップポイントを有するCOSカーブの
周波数特性を有している。つまり、本実施例の光学的ロ
ーパスフィルタの水平方向の周波数特性はCOS・f_x／f
_x01・π/2×COS f_x／f_x02・π/2の特性となり、垂直方
向にはCOS f_y／f_y01・π/2の周波数特性を有する。

次にこの実施例において、第１の従来例の課題の項で
引用したような、P_xとP_yが略等しい場合に、望ましい水
平および垂直周波数特性が得られるように、d₁およびd₂
の値を決定した場合の特性について述べる。

いまとすると、（従って、であり、第１の従来例のとは大きく異なる）f_0x1＝1/2・f_0x2＝1.5/2,f_0y2＝1.5
/2となり、水平方向の周波数特性は、第３図（Ａ）の曲
線31に示すCOS f_x／f_x01・π/2の曲線と、32に示すCOS
f_x／f_x02・π/2の曲線を合成した曲線33の特性となり、
第21図（Ａ）曲線203に示す第１の従来例の特性と同じく曲線30に示す理想特性（第19図（Ａ）の
曲線を再掲）に近い遮断特性が得られている。

また、垂直方向の周波数特性は、第３図（Ｂ）の曲線
34に示す特性となり、同図曲線36に示す従来例の特性
（第21図曲線204を再掲）に近い特性となっている。

以上の例の一般解について考察する。本発明では、従
来例（第１の従来例）のように、に固定、従って、f_xo2＝２・f_x01，f_y01＝P_y／p_x・2f
_x01に固定されるのではなく、d₁をp_yの値をも考慮して
決定して、f_x01＜f_x02＜２・f_x01の値とし、従ってf_y01
＝P_y／P_x・f_x02＜P_y／P_x・2f_x01とすることができ、垂
直方向の周波数特性は第１の従来例と同様に理想特性か
ら少し異なった値となるものの、第１の従来例より少な
い枚数の構成で水平・垂直双方の周波数特性ともにほぼ
良好な特性が得られる。

なお、一般解として、d₁の値の望ましい範囲は次のと
おりである。つまりf_x02をf_x01より小さな値に設定する
と、水平方向の周波数特性の本来通過させるべき周波数
領域での特性が劣化（通過パワーが小さくなりすぎる）
してしまうので、1/2＝f_x01＜f_x02の値に設定するのが
現実的である。

この条件をd₁，d₂，P_xの関係に書き改めると、となる。また、従来例の説明の項で説明したように、従
来例のようにf_x02＝2.f_x01とすると問題点が生じ、f_x02
＜２・f_x01とする必要があるので、この条件を含めた
d₁，d₂，P_xの望ましい関係はのようになる。

なお、以上の説明ではd₂P_x、従ってf_x01＝1/2とし
た例を説明したが、この時にf_x02がf_x01に近くなると、
水平方向の通過特性が劣化（通過パワーが小さくなる）
しすぎるので、これを防止するには、f_x01の値を1/2よ
り少し大きくする（従ってd₂をP_xより少し小さくす
る。）ことで、遮断特性をあまり劣化させることなく達
成できる。

第４図および第５図はそれぞれ第１の発明の第2,第３
の実施例における入射光の分離の様子を示す図である。
第４図の例は第１の実施例と同一構成でd₂P_x，としたものであり、水平走査方向の周波数特性は、P_x/2
πで正規化した水平周波数の1/2の奇数倍の点にトラッ
プポイントを有するCOSカーブと、１の奇数倍の点にト
ラップポイントを有するCOSカーブを積算したものとな
り、第６図（Ａ）の曲線61に示す特性となり、ほぼ満足
のゆく特性が得られる。垂直走査方向の周波数特性は、
P_y/2πで正規化した垂直周波数の1/2P_y／P_x/2の奇数倍
の点にトラップポイントを有するCOSカーブとなり（第
６図（Ｂ）曲線62）、P_y／P_x/2１の固体撮像素子では
ほぼ満足のゆく特性が得られ、またこの条件にない固体
撮像素子においても、垂直走査方向の特性の理想特性か
らのずれを許容すれば、水平走査方向の特性は、ほぼ理
想特性にあるので十分使用可能である。

第５図の例は、第１の実施例と同一構成で、d₂P_x/
2, とした第３の実施例を示すものであり、水平走査方向の
周波数特性は第２の実施例と同一で、第６図（Ａ）の曲
線61に示す特性となる。垂直走査方向の周波数特性は、
P_y/2πで正規化した垂直周波数の1/2・P_y／P_xの奇数倍
の点にトラップポイントを有するCOSカーブとなり（第
６図（Ｂ）曲線63）P_y／P_x１の固体撮像素子において
ほぼ満足のゆく特性が得られる。

以上のように、第１の発明では、複屈折板２板だけの
簡単な構成の光学的ローパスフィルタでほぼ満足のゆく
特性が得られる。少なくとも、水平走査方向の周波数特
性に関しては、水平走査方向の画素間隔P_xと垂直走査方
向の画素間隔P_yとの比に関係なく、理想に近い特性を得
ることができる。

次に第２の発明の一実施例について図面を参照して説
明する。第７図は、この実施例における第１の複屈折板
71,第２の複屈折板72の光学的特性の説明に用いるもの
である。同図において、レンズを介された入射光は、図
面の用紙面に直交する方向で複屈折板71,72に供給され
る。複屈折板71は、入射光を常光線および異常光線に分
離し、これらの常光線および異常光線が存在する図面の
用紙面と垂直に延びる主要面73が水平走査方向Ｈに対し
て略の角度をなすものである。複屈折板72は、常光線および
異常光線が存在する主要面74が水平走査方向と略一致す
るものである。これら２個の複屈折板11,12は積層さ
れ、第１もしくは第２の複屈折板が固体撮像素子に最も
近い位置に来るように入射光路中に配される。なお、以
降の説明は第２の複屈折板が固体撮像素子に最も近い位
置に配されているとして説明を行う。また、２枚の複屈
折板71,72の主要面の互いのなす角度は、相対的なもの
であり、角度の計測方法は時計回り，反時計回りいずれ
であっても良い。

次に本実施例における２枚の複屈折板によって入射光
が分離される分離距離および分離された光の強度につい
て説明する。

いま第１位の複屈折板による常光線と異常光線の分離
距離をd₃とすると、第８図の原点に入射された１本の光
は、第１の複屈折板71により、水平走査方向に対しの方向に距離d₃だけ分離され、（第８図の実線の矢印で
示す。）各々等しい強度の81および82の２本の光線とな
る。次にこれらの光線は第２の複屈折板72に入射するわ
けであるが、この２本の光線の第２の複屈折板72に対す
る異常光成分と常光成分は次のようになる。まず光線81
は第１の複屈折板71における常光成分であるので、その
主要面73に対して垂直に振動する成分だけである（第８
図光線81のベクトルE₁）。従って、この光線81のうち第
２の複屈折板72に対して常光成分となるのは、第２の複
屈折板72の主要面74に対して垂直に振動する成分である
のでE₁COSβとなり、異常光成分となるのは主要面74に
対して平行に振動する成分E₁sinβである。また、光線8
2は第１の複屈折板71における異常光成分であるので、
その主要面73に対して平行に振動する成分だけである
（第８図光線82のベクトルO₁）。従って光線81のときと
同様に、光線82のうち、第２の複屈折板72に対して常光
成分はE₁sinβ、異常光成分はE₁COSβとなる。なお、上
記した光線81,82のベクトル振幅O₁とE₁は、それぞれが
等しく、しかもベクトル和が入射光に一致するので、入射光の強度を１とすると、
それぞれとなることは明かである。従って、上記の２つの光線8
1,82が第２の複屈折板72によって、水平走査方向に距離
d₂（d₂＝d₁COSα）だけ常光成分と異常光成分に分離さ
れると、第９図に示すように、光線91〜94となる。それ
ぞれの強度は、つまりエネルギーは、それぞれのベクト
ル振幅の２乗で表されるので、光線91は光線93はとなり、となるよう角度βを選んであるので、それぞれ1/3,1/6,
1/6,1/3となる。

よって、この光学的ローパスフィルタによる周波数特
性は、水平走査方向には1/3（2COS2π・f_x／P_x／d₄＋
１）となり、垂直方向にはCOSπ/2・f_y／f_y01（f_y01＝1
/2・P_y／d₃sinα＝1/2・P_y／d₄tanα）となる。

第10図に上記の第２の発明の構成の光学的ローパスフ
ィルタにおいて、d₄2/3P_x，とした時の周波数特性を示す。同図（Ａ）は水平走査方
向の周波数特性であり、1/3（２・COS2π・2/3f_x＋１）
の曲線となる。この特性は、f_xが１以上での遮断特性は
悪いが、f_xが１以下ではほぼ良好な特性が得られてい
て、光学的ローパス以外にも撮影レンズも光学的なロー
パス効果を有している（つまりレンズ収差等の為に高周
波域は解像できない）ことを考慮すると、十分使用可能
な特性である。また同図（Ｂ）は垂直走査方向の周波数
特性であり、の曲線となる。この特性は、のときには、ほぼ理想に近い特性となる。

第11図に、同様に、第２の発明の構成の光学的ローパ
スフィルタにおいて、d₄P_x，とした時の周波数特性を示す。同図（Ａ）は水平走査方
向の周波数特性であり、1/3（２・COS2π・f_x＋１）の
曲線となり、f_x＝1/3,2/3にトラップポイントを有す
る。このような特性は、第12図に例を示すような固体撮
像素子の水平走査方向の３つの画素毎に１つの色がくり
返されるような色フィルタを配した撮像素子用の光学的
ローパスフィルタに要求される特性であり、このような
撮像装置に使用できる。なお、第12図の例は水平走査方
向の各画素毎に12赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の色フ
ィルタを配した例であり、１色のフィルタは水平方向の
１つの画素毎に割り当てられている。（つまり色フィル
タの１色の幅は水平走査方向の画素間隔P_xに等しい。）
また、第11図（Ｂ）は垂直走査方向の周波数特性を示
し、の曲線となる。この特性は、のときにほぼ理想に近い特性となる。

以上のように、第２の発明でも、複屈折板２枚だけの
簡単な構成の光学フィルタでほぼ満足のゆく特性が得ら
れる。少なくとも水平走査方向の周波数特性に関して
は、水平走査方向の画素間隔P_xと垂直走査方向の画素間
隔P_yとの比に関係なく、理想に近い特性を得ることがで
きる。

次に本発明の第３の発明の一実施例について図面を参
照して説明する。第13図は、この一実施例における第１
の複屈折板131,第２の複屈折板132,第３の複屈折板133
の光学的特性の説明に用いるものである。同図におい
て、レンズを介された入射光は、図面の用紙面に直交す
る方向で複屈折板131,132,133に供給される。複屈折板1
31は、入射光を常光線および異常光線に分離し、これら
の常光線および異常光線が存在する図面の用紙面と垂直
に延びる主要面134が水平走査方向Ｈに対して略90度の
角度をなすものである。複屈折板132は、常光線および
異常光線が存在する主要面135が水平走査方向に対して
略45度の角度をなすものである。複屈折板133は、その
主要面136が水平走査方向Ｈに対して略一致するもので
ある。これら３個の複屈折板131,132,133第２の複屈折
板132が中間に位置するように積層され、第１もしくは
第３の複屈折板が固体撮像素子に最も近い位置に来るよ
うに入射光路中に配される。なお、以降の説明は第３の
複屈折板が固体撮像素子に最も近い位置に配されている
として説明を行う。また、３枚の複屈折板131,132,133
の主要面の互いのなす角度は、相対的なものであり、角
度の計測方法は時計回り，反時計回りいずれであっても
良い。

次に本実施例における３枚の複屈折板によって入射光
が分離される分離距離の一般解について説明する。

いま第１の複屈折板による常光線と異常光線の分離距
離をd₅，第２の複屈折板による常光線と異常光線の分離
距離をd₆，第３の複屈折板による常光線と異常光線の分
離距離をd₇としたときに、この３枚の複屈折板の上記し
た組み合わせによる入射光の分離された結果は第14図に
示すようになる。つまり、第14図の原点に入射された１
本の光は、第１の複屈折板131により、水平走査方向に
対し90度の方向に距離d₅だけ分離され、（第14図の実線
の矢印で示す。）各々等しい強度の２本の光線となる。
次にこれらの光線は第２の複屈折板132によって、各々
水平走査方向に対して45度の方向に距離d₆だけ分離され
（第14図の破線の矢印で示す。）、各々等しい強度を有
する４本の光線となる。次にこれら４本の光線は第３の
複屈折板133によって、各々水平走査方向に平行に距離d
₇だけ分離され（第14図の一点鎖線の矢印で示す。）、
最終的に第14図に示すような、各々強度の等しい141〜1
48の８本の光線に分離される。

この光学的ローパスフィルタは、P_x/2πで正規化した
水平周波数の1/2・P_x／d₇（＝f_x01）の奇数倍の点にト
ラップポイントを有するCOSカーブの周波数特性との奇数倍の点にトラップポイントを有するCOSカーブの
周波数特性との積の周波数特性を有し、垂直方向には、
P_y/2πで正規化した垂直周波数の1/2・P_y／d₅（＝
f_y01）の奇数倍の点にトラップポイントを有するCOSカ
ーブの周波数特性との奇数倍の転移トラップポイントを有するCOSカーブの
周波数特性との積の周波数特性を有している。つまり本
実施例の光学的ローパスフィルタの水平方向の周波数特
性はCOS・f_x／f_x01・π/2×COS f_x／f_x02・π/2の特性
となり、垂直方向にはCOS f_x／f_y01・π/2×COS f_y／f
_y01・π/2の周波数特性を有することとなる。

第15図に、上記第３の発明の光学的ローパスフィルタ
において、d₇P_x，としたとき、つまりf_x011/2,f_x021,f_y011/2,f_y02
P_y／P_xのときの周波数特性を示す。同図（Ａ）曲線15
1は水平走査方向の周波数特性であり、第３の従来例の
特性（第25図（Ａ）曲線）と全く同一の特性が得られ、
良好な特性である。

第15図（Ｂ）曲線152は垂直走査方向の周波数特性で
あり、第３の従来例の特性（第25図（Ｂ）曲線）以上に
同図曲線153に示す理想特性（第19図（Ｂ）の曲線を再
掲）に非常に近い良好な特性である。

同様に、第16図は、上記第３の発明の光学的ローパス
フィルタにおいて、d₇P_x， d₅P_y/2としたとき、つまりf_x011/2,f_x021,f_y01
1,f_y02P_y／P_xのときの垂直走査方向の周波数特性であ
る。この例は上記の第３の発明の第１の実施例では、通
過帯域のエネルギーが低下しすぎる場合に、阻止帯域の
減衰特性を少し犠牲にして、通過帯域の減衰特性を良好
にした例である。なお、この例における水平走査方向の
周波数特性は第15図（Ａ）に示す第１の実施例と同一で
ある。

なお、以上の例では、P_xP_yのときにとしているため）となって、f_x02，f_y02ともに理想に近
い値とすることができるが、P_x≠P_yのときにはとすれば、f_x02，f_y02ともにバランスのとれた値とする
ことができ、水平走査方向，垂直走査方向ともに良好な
周波数特性を得ることができる。

以上のように、第３の発明では、複屈折板３板だけの
構成で、水平走査方向，垂直走査方向ともに独立に周波
数特性を決定でき、従って水平走査方向の画素間隔P_xと
垂直走査方向の画素間隔P_yとの比に関係なく、いずれの
方向にも満足のゆく特性を得ることができる。たとえ
ば、従来例の中で最も特性の良好な第２の従来例と比較
すると、従来例においては、λ/4位相板を含めて５枚構
成であったのに比し、本発明はその構成板数が少なく更
に特性が向上している。

発明の効果以上のように本発明によれば、従来例に比し少ない構
成枚数で、従来例と同等以上の性能の光学的ローパスフ
ィルタを得ることができ、小型化・低コスト化・性能向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の実施例に用いる各複屈折板の光学
的特性の説明に用いる略構成図、第２図は第１の発明の
第１の実施例による入射光線の分離される様子を示す説
明図、第３図は第１の発明の光学周波数特性の一般解を
示す特性図、第４図，第５図は第１の発明の第2,第３の
実施例による入射光線の分離される様子を示す説明図、
第６図はその光学周波数特性図、第７図は第２の発明の
実施例に用いる複屈折板の光学的説明用の略構成図、第
８図，第９図はこの発明による入射光線の分離される様
子を示す説明図、第10図，第11図はこの発明における第
1,第２の実施例の光学周波数特性図、第12図はこの発明
の第２の実施例の光学的ローパスフィルタを適用するの
に適した固体撮像素子の色フィルタ構成図、第13図は第
３の発明に用いる各複屈折板の光学的説明に用いる略構
成図、第14図はこの発明による入射光線の分離される様
子を示す説明図、第15図，第16図はこの発明による第1,
第２の実施例における光学周波数特性図、第17図は本発
明を適用するCCD固体撮像素子の開口パータンの一例の
拡大平面図、第18図はこのCCD固体撮像素子により得ら
れる空間周波数スペクトラム図、第19図はこのCCD固体
撮像素子に必要な光学的ローパスフィルタの理想特性を
示す特性図、第20図は第１の従来例の光学的ローパスフ
ィルタによる光線分離の様子を示す説明図、第21図，第
22図はこの従来例の光学的ローパスフィルタの周波数特
性図、第23,第26図は、それぞれ第2,第３の従来例の光
学的ローパスフィルタの略構成図、第24図，第27図はこ
の従来の光学的ローパスフィルタによる光線分離の様子
を示す説明図、第25図はこの従来例の光学的ローパスフ
ィルタの周波数特性図である。 11…第１の複屈折板、12…第２の複屈折板、13,14…主
要面、71…第１の複屈折板、72…第２の複屈折板、73,7
4…主要面、131…第１の複屈折板、132…第２の複屈折
板、133…第３の複屈折板、134,135,136…主要面。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固体撮像素子の水平走査方向に対して、略
45度の角度で距離d₁だけ常光成分と異常光成分とを分離
する第１の複屈折板と、上記水平走査方向に対して平行
に距離d₂だけ常光成分と異常光成分とを分離する第２の
複屈折板とが積層配置され、且つ距離d1および距離d₂と
固体撮像素子の水平画素間隔P_xとの関係が、且つd₂≒P_xの関係にあることを特徴とする光学的ローパ
スフィルタ。
【請求項２】固体撮像素子の水平走査方向に対して、略
45度の角度で距離d₁だけ常光成分と異常光成分とを分離
する第１の複屈折板と、上記水平走査方向に対して平行
に距離d₂だけ常光成分と異常光成分とを分離する第２の
複屈折板とが積層配置され、且つ距離d₁および距離d₂と
固体撮像素子の水平画素間隔P_xとの関係が、且つd₂≒P_x/2の関係にあることを特徴とする光学的ロー
パスフィルタ。
【請求項３】固体撮像素子の水平走査方向に対して、略
45度の角度で距離d₁だけ常光成分と異常光成分とを分離
する第１の複屈折板と、上記水平走査方向に対して平行
に距離d₂だけ常光成分と異常光成分とを分離する第２の
複屈折板とが積層配置され、且つ距離d₁と距離d₂との関
係が、の関係にあることを特徴とする光学的ローパスフィル
タ。
【請求項４】距離d₂と固体撮像素子の水平画素間隔P_xと
の関係が、d₂≒P_xの関係にあることを特徴とする請求項
３記載の光学的ローパスフィルタ。
【請求項５】距離d₂と固体撮像素子の水平画素間隔P_xと
の関係が、d₂＜P_x但しd₂≒P_xの関係にあることを特徴と
する請求項３記載の光学的ローパスフィルタ。
【請求項６】固体撮像素子の水平走査方向に対して、略
45度の角度で距離d₁だけ常光成分と異常光成分とを分離
する第１の複屈折板と、上記水平走査方向に対して平行
に距離d₂だけ常光成分と異常光成分とを分離する第２の
複屈折板とが積層配置され、且つ距離d₁と距離d₂との関
係が、の関係にあることを特徴とする光学的ローパスフィル
タ。
【請求項７】距離d₂と固体撮像素子の水平画素間隔P_xと
の関係が、d₂≒P_xの関係にあることを特徴とする請求項
６記載の光学的ローパスフィルタ。
【請求項８】距離d₂と固体撮像素子の水平画素間隔P_xと
の関係が、d₂＜P_x但しd₂≒P_xの関係にあることを特徴と
する請求項６記載の光学的ローパスフィルタ。