JP2605703B2

JP2605703B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP2605703B2
Application number: JP61313859A
Authority: JP
Inventors: 公一伊勢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-12-24
Filing date: 1986-12-24
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: US4878737A; CA1305884C; JPS63161425A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、光学的ローパスフィルタを供えた単管式カ
ラービデオカメラや固体撮像素子を用いたカラービデオ
カメラ等の撮像装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、少なくとも第１及び第２の周期構造から
成り、一方向或いは２方向以上のMTFが遮断空間周波数
（カットオフ空間周波数）以下のMTF（Modulation Tran
sfer Function）を所定値より高く保ちながら、遮断空
間周波数以上のMTFが低い領域を遮断空間周波数の２倍
以上広く取ることにより、高コントラスト、低偽信号の
画像が得られるようにしたものである。

〔従来の技術〕

一般にストライプ状色分解フィルタを使用した単管式
カラービデオカメラや、離散的画像構造を有する固体撮
像素子を用いたカラービデオカメラでは、被写体像を光
学的に空間サンプリングして撮像出力を得る。

このようなカラービデオカメラの取扱うことのできる
絵柄の細かさはサンプリング周波数に関連して決まり、
それ以上の高空間周波数成分が含まれると偽信号（偽色
信号、モアレ）発生の原因となる。

たとえば今、被写体の像が上記ストライプ状色分解フ
ィルタ上に形成された時に、このストライプ状色分解フ
ィルタの空間周波数と同一の周波数成分が被写体像に混
在していた場合、この同一の周波数成分により偽信号が
発生し、再生画像に被写体の色と無関係な色がついてし
まう。

このためカメラでは被写体の高空間周波数成分を制限
する光学的ローパスフィルタが撮像光学系に必要とな
る。

従来、光学的ローパスフィルタとして、水晶の複屈折
を利用したものがある。水晶を使用した光学的ローパス
フィルタは、水晶の複屈折を利用して、ストライプ状色
分解フィルタの空間周波数成分の画像に対して、光学的
なぼけを与え、この空間周波数の属する周波数帯域より
も低い空間周波数に対しては極力高い鮮像度を維持する
ものであり、水晶の厚さで光学的ローパスフィルタとし
ての特性を変えることができるという特徴をもってい
る。しかし、水晶の原料コストが高く、また固体撮像素
子の場合のように数枚の水晶が必要となると、その製造
上の問題が多く量産性に適さない。

そこでプラスチック等の位相ノイズ型光学的ローパス
フィルタが提案されている。

位相ノイズ型光学的ローパスフィルタは結像光学系の
瞳関数の自己相関関数がこの系の伝達関数（MTF）を与
えることに注目し、この瞳関数に積極的に波面収差をも
たせて目的とする任意の特性を得るものである。

たとえば位相差を与える縞状の薄膜を透明な基板上に
形成し、これを光学系に挿入することによって瞳関数の
位相項を変えて、光学的ローパスフィルタの特性をもた
せるようにしたものである。

光学的ローパスフィルタの特性としては条件１）遮断空間周波数以下のMTFが十分に高いこと
（高コントラストが得られる）、条件２）遮断空間周波数以上のMTFが低い領域を十分広
く取ること（低偽信号が得られる）、が必要であるが、従来の位相ノイズ型光学的ローパスフ
ィルタでは不十分であった。

そこで本出願人は周期構造及びMTF設計を工夫した位
相ノイズ型光学的ローパスフィルタを先に提案した（特
開昭61-126532号）。この位相ノイズ型光学的ローパス
フィルタによれば上述の条件１）及び２）を略々満足す
るMTF特性が得られた。第５図はその一例を示すもので
ある。この第５図より遮断空間周波数f_c以下のMTFが高
く、MTFが低いf_cｆf_dの領域が広いことがわかる。
但し、f_dはMTFが第２回目に零となる点の周波数であ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、撮像素子及び色分解フィルタの種類によっ
ては更に高空間周波数のMTFを十分に落とす必要があ
り、また、ズームレンズ付カラービデオカメラではズー
ミング中に特に偽信号が目立つ等の理由によりｆf_cで
のMTFを第５図の特性よりも更に改良する必要が生じる
場合がある。ここで問題になるのは特にｆf_d領域での
MTFの立ち上がりである。

この発明は斯る点に鑑みてなされたもので、遮断空間
周波数以下のMTFが十分に高く、しかも遮断空間周波数
以上のMTFが低い領域を十分に広く取ることが可能な位
相ノイズ型光学的ローパスフィルタを提供するものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明による光学的ローパスフィルタは、少なくと
も第１及び第２の位相格子を含み、１方向又は２方向以
上に対して、遮断空間周波数f_c以下の周波数領域におい
てMFTがMFT特性図のMTF＝1.0（空間周波数ｆ＝０）と遮
断空間周波数f_c（MTF＝0.0）を結ぶ直線より上側の範囲
にあり、遮断空間周波数f_c以上の周波数領域において遮
断空間周波数f_cの２倍以上の周波数領域までMTF≦0.3で
ある。

〔作用〕

位相ノイズ型光学的ローパスフィルタは、少なくとも
第１及び第２の位相格子を含む。少なくとも第１及び第
２の位相格子が互いに補うことによって、１方向、例え
ばｘ方向又はｙ方向、又は２方向以上、例えばｘ及びｙ
方向に対して、MTF特性が改善される。これにより高コ
ントラスト、低偽信号の画像が得られる。

〔実施例〕

以下、この発明の諸実施例を第１図〜第４図に基づい
て詳しく説明する。

第１図はこの発明の第１実施例の構成を模形的に示し
たもので、同図において、（１）は周期長すなわちピッ
チP₀を有する第１の周期構造、（２）はピッチP₀を有す
る第２の周期構造であって、これ等は図示せずも透明基
板の第１及び第２の主表面に互いに対向し且つ直交する
ように配置されている。この第１及び第２の周期構造
（１）（２）は位相格子を構成する。いま、周期構造
（１）はｘ′方向に、周期構造（２）はｙ′方向に第５
図と同じMTF特性を持つものとする。そして、周期構造
（１）及び（２）を夫々垂直軸及び水平軸に対してθだ
け例えば時計方向に回転させて偏位させる。このとき
ｘ′方向とθの角度をなすｘ方向の周期構造（１）のMT
F特性は周期構造（１）と（２）が直交しているときの
ピッチをP₀とすると、ｘ方向に対するピッチＰがとなるので、と変化するがMTF特性の形状は同じで第２図の実線で示
すようになる。但し、f_1cは遮断空間周波数、f_1dはMTF
が第２回目に零となる点の周波数である。

また、周期構造（２）のｘ方向のMTF特性も同様にｘ
方向に対するピッチＰがとなるので、と変化するがMTF特性の形状は同じで第２図の破線で示
すようになる。第２図の特性はθ＝25°の場合である。

そこで周期構造（１），（２）を総合したｘ方向のMT
F特性は瞳関数よりMTFを計算することにより第２図の一
点鎖線で示すようになる。ここで第５図の特性と比較し
て見ると、第２図の一点鎖線のMTF特性は、ｆf_cのMTF
はほとんど変化ないがｆf_cのMTFの低い領域が広がっ
ていることがわかる。特にｆf_d領域のMTFの立ち上が
りが改善されていることがわかる。

また、第２図よりｆf_dのMTFは周期構造（１）のMTF
が支配的であり、ｆf_dのMTFは周期構造（２）のMTFが
支配的となっており、周期構造（１），（２）が互いに
助け合うことによりｘ方向のMTFが改善されることがわ
かる。

また、第１図におけるｙ方向のMTFはｘ方向のMTFに対
する周期構造（１），（２）の役割を交換することによ
り同様のことが成り立ち、すなわち周期構造（１）のｙ
方向のMTFは第２図に破線で示すようになり、周期構造
（２）のｙ方向のMTFは第２図に実線で示すようにな
り、周期構造（１），（２）を総合したｙ方向のMTFは
第２図の一点鎖線で示すようになり、結局ｘ方向の場合
と同じである。

従って、となり、x,y両方向のMTFを周期構造（１），（２）で互
いに補い合うことにより改良可能となる。x,yは水平走
査方向とそれに垂直な方向等画像構成上重要な方向を選
べばよい。

次に周期構造（１），（２）を回転する角度θに付い
て検討して見る。第１図に示すように周期構造（１），
（２）が互いに略々垂直に形成され且つ略々同じ特性を
有するとき、θが小さい場合、θ＝０°すなわち第５図
と略々同じ特性になり効果はない。一方、θが大きい場
合、第２図におけるf_1cとf_2cが近づき、この結果ｆf_c
におけるMTFが低下し、偽信号も大きくなる可能性があ
り、また、第１図におけるｘ′,y′方向の解像度がかな
り落ちる。

従って、θの範囲としては10°θ40°が適当であ
る。ただし、周期構造（１），（２）の特性が大きく異
なる場合或いは周期構造（１），（２）のなす角度が90
°から大きくずれた場合、この限りでない。

このようにして、本実施例では周期構造（１）及び
（２）を直交の状態より角度θが10°〜40°の間で所定
角度偏位させることにより、１方向すなわちｘ方向かｙ
方向或いは２方向以上すなわちｘ方向とｙ方向の間で幾
つかの方向のMTFが遮断空間周波数以下のMTFを所定値す
なわち第２図において、MTF＝1.0とf_cをつなぐ直線ａで
表わされる値より高く保ちながら、遮断空間周波数以上
のMTFが低い領域好ましくはMTF0.3の領域を遮断空間
周波数の２倍以上広く取ることができ、高コントラス
ト、低偽信号の画像が得られる。但し、遮断空間周波数
以下でf_c付近のMTFが直線ａより若干低くなる場合等、
画像のコントラストに影響を与えない場合は、遮断空間
周波数以下の全領域のMTFが直線ａより高い値を保つ必
要はない。なお、上記MTFは光の波長に対する依存性を
有するが、遮断したい特定波長のMTF、使用波長領域で
の総合MTF等代表的なMTFを表わすものとする。

第３図はこの発明の第２実施例の構成を示すもので、
第３図Ａはその平面図、第３図Ｂはその横断面図であ
る。本実施例では透明基板（３）の一方の主表面に実質
的に周期構造（１）及び（２）からなる周期構造（４）
を一体形成したものである。周期構造（４）は２次元位
相格子を構成する。つまり２次元位相ノイズ型光学的ロ
ーパスフィルタを構成している。

周期構造（４）をｘ′方向に対してθだけｘ方向に回
転させて偏位させ、また、ｙ′方向に対してθだけｙ方
向に回転させて偏位させることにより、第１図と同様の
効果が得られ、そのときの総合特性は第２図に一点鎖線
で示すようなものとなる。なおこのとき角度θはｘ′,
y′方向の特性が略々同じ場合10°θ40°の間で選
定するようにする。

このようにして、本実施例でも上述した第１実施例と
略々同様の作用効果を得ることができる。

第４図はこの発明の第３実施例の構成を示すもので、
第１図及び第３図の場合同一のピッチを有する周期構造
を所定角度回転して偏位させることによりピッチを異な
るものとしたが、本実施例では最初からピッチの異なる
ものを用いる場合である。すなわち、第４図において、
ピッチP₁を有する周期構造（５）及びピッチP₂を有する
周期構造（６）を図示せずも透明基板の第１及び第２の
主表面に互いに同一方向に配置する。周期構造（５）
（６）は位相格子を構成する。つまり本実施例は一方向
だけ作用させればよい場合である。この場合も総合特性
は第２図に一点鎖線で示すようなものとなる。

このようにして本実施例でも上述の第１及び第２実施
例と略々同様の作用効果を得ることができる。

なお、上述の実施例では第１及び第２の周期構造の場
合を例にとり説明したが、それ以上の周期構造の場合も
同様に適用できる。また、上述の実施例では透明基板が
一枚の場合であるが、複数枚の場合でも同様に適用で
き、例えば第１及び第２の透明基板を用いた場合、第１
の透明基板の各主表面に夫々第１及び第２の周期構造を
設け、第２の透明基板の各主表面に夫々第３及び第４の
周期構造を設け、第１と第３の周期構造を組合わせ、第
２と第４の周期構造を組合わせて使用するようにしても
よい。

〔発明の効果〕

上述の如くこの発明によれば、位相ノイズ型の光学的
ローパスフィルタを少なくとも第１及び第２の周期構造
よりなる位相格子で構成し、１方向或いは２方向以上に
対して遮断空間周波数以下のMTFが所定値より高い部分
を有し、遮断空間周波数以上のMTFが低い領域を遮断空
間周波数の２倍以上広く取るようになし、特にｆf_d領
域のMTFの立ち上がりを低く抑えたので、高コントラス
ト、低偽信号の画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図の動作説明に供するための特性図、第３図及び第４
図は夫々この発明の他の実施例を示す構成図、第５図は
従来例の特性図である。（１），（２），（４），（５），（６）は周期構造、
（３）は透明基板である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的ローパスフィルタと撮像素子とを有
する撮像装置において、上記光学的ローパスフィルタは
透明基板の主表面に設けられた少なくとも第１及び第２
の位相格子を含み、上記第１又は第２の位相格子は上記
撮像素子の水平走査軸に対して10°と40°の間の所定の
角度θだけ偏倚して配置され、それによって、上記光学
的ローパスフィルタのMTFは、１方向又は２方向以上に
対して、遮断空間周波数f_c以下の周波数領域においてMT
F特性図のMTF＝1.0（空間周波数ｆ＝０）と遮断空間周
波数f_c（MTF＝0.0）を結ぶ直線より上側の範囲であり、
遮断空間周波数f_c以上の周波数領域において遮断空間周
波数f_cの２倍以上の周波数領域までMTF≦0.3となること
を特徴とする撮像装置。
【請求項２】特許請求の範囲１項記載の撮像装置におい
て、上記第１及び第２の位相格子は透明基板の一方の主
表面に配置されていることを特徴とする撮像装置。