JP2744323B2 - 光学的ローパスフィルター - Google Patents
光学的ローパスフィルターInfo
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- JP2744323B2 JP2744323B2 JP2086170A JP8617090A JP2744323B2 JP 2744323 B2 JP2744323 B2 JP 2744323B2 JP 2086170 A JP2086170 A JP 2086170A JP 8617090 A JP8617090 A JP 8617090A JP 2744323 B2 JP2744323 B2 JP 2744323B2
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/30—Polarising elements
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
- G02B27/46—Systems using spatial filters
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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なうCCDなどの
固定撮像素子の入射光路中に配置され、キヤリア成分の
影響を抑制する光学的ローパスフイルターに関する。
固定撮像素子の入射光路中に配置され、キヤリア成分の
影響を抑制する光学的ローパスフイルターに関する。
第４図（Ａ）、（Ｂ）は一般的な固体撮像素子の画像
配列を示す図で、pHが水平方向のサンプリングピツチン
グ、pVが垂直方向のサンプリングピツチをそれぞれ示
す。同図（Ａ）ではYe、Mg、Cy、Grの補色カラーフイル
ターが水平方向に２画素、垂直方向に４画素の周期で同
図に示す様にモザイク状に配置され、また同図（Ｂ）で
はＲ、Ｇ、Ｂの純色カラーフイルターのうちＧが垂直方
向にストライプ状に、Ｒ、Ｂは垂直方向に２画素ずつ交
互に配置された実施例を示す。
配列を示す図で、pHが水平方向のサンプリングピツチン
グ、pVが垂直方向のサンプリングピツチをそれぞれ示
す。同図（Ａ）ではYe、Mg、Cy、Grの補色カラーフイル
ターが水平方向に２画素、垂直方向に４画素の周期で同
図に示す様にモザイク状に配置され、また同図（Ｂ）で
はＲ、Ｇ、Ｂの純色カラーフイルターのうちＧが垂直方
向にストライプ状に、Ｒ、Ｂは垂直方向に２画素ずつ交
互に配置された実施例を示す。
このような格子状の配列パターンにより被写体光がサ
ンプリングされるわけであるが、サンプリング定理より
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再現することができず、これ
以上の周波数成分を持つ像が固体撮像素子上に形成され
ると、偽信号となって現われることとなる。この偽信号
は一般に折返り歪（エイリアシス）と呼ばれている。
ンプリングされるわけであるが、サンプリング定理より
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再現することができず、これ
以上の周波数成分を持つ像が固体撮像素子上に形成され
ると、偽信号となって現われることとなる。この偽信号
は一般に折返り歪（エイリアシス）と呼ばれている。
第４図（ａ）、（ｂ）に示された固体撮像素子は、一
般に第５図に示した空間周波数面上に示す位置に輝度お
よび色差信号の有害となるキヤリア成分が発生すること
が知られている。すなわち、（fH＝1/pH、fV＝０）を中
心とする輝度信号キヤリア成分は黒白のきめ細かい縦ス
トライプ状の被写体に対し、モワレやビートを生じさ
せ、又（fH＝1/2pH、fV＝０）を中心とする色差信号キ
ヤリア成分はやや荒い縦ストライプ状の被写体に対し、
グリーン、マゼンタ等の色を生じさせ、いわゆる偽色信
号を生じさせる。一方、（fH＝０、fV＝1/pV）を中心と
する輝度信号キヤリア成分は黒白のきめ細かい横ストラ
イプ状の被写体に対し、モワレやビートを生じさせる。
般に第５図に示した空間周波数面上に示す位置に輝度お
よび色差信号の有害となるキヤリア成分が発生すること
が知られている。すなわち、（fH＝1/pH、fV＝０）を中
心とする輝度信号キヤリア成分は黒白のきめ細かい縦ス
トライプ状の被写体に対し、モワレやビートを生じさ
せ、又（fH＝1/2pH、fV＝０）を中心とする色差信号キ
ヤリア成分はやや荒い縦ストライプ状の被写体に対し、
グリーン、マゼンタ等の色を生じさせ、いわゆる偽色信
号を生じさせる。一方、（fH＝０、fV＝1/pV）を中心と
する輝度信号キヤリア成分は黒白のきめ細かい横ストラ
イプ状の被写体に対し、モワレやビートを生じさせる。
したがって、これらの有害なキヤ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、
fH＝V2pH以上の水平周波数成分、およびfV＝1/2pV以上
の垂直周波数成分を除去し、さらに水平方向にはfH＝1/
2pHの点に色差信号のキヤリア成分があるため、fH＝1/2
pHの点を中心に色差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６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わす。
ためには、サンプリング定理に従って、入射光のうち、
fH＝V2pH以上の水平周波数成分、およびfV＝1/2pV以上
の垂直周波数成分を除去し、さらに水平方向にはfH＝1/
2pHの点に色差信号のキヤリア成分があるため、fH＝1/2
pHの点を中心に色差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６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わす。
このような特性を目標とした、光学ローパスフイルタ
ーが例えば特開昭60−164719号公報で提案されている。
該公報の実施例によると、固体撮像素子の水平走査方向
に対し、順位45゜、０゜、−45゜の方向に、入射した光
線を夫々２本に分離する第１、第２、第４の複屈折板で
光学ローパスフイルターを構成し、それぞれの分離距離
をd1、d2、d3とすると、 の関係を満足させている。この光学的ローパスフイルタ
ーによっては、１本の入射光は第７図に示す様に分離さ
れ、その周波数特性は第８図に示されるようになる。同
図（ａ）は水平方向、（ｂ）は垂直方向のMTF特性であ
る。同図より明らかなように、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６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。
ーが例えば特開昭60−164719号公報で提案されている。
該公報の実施例によると、固体撮像素子の水平走査方向
に対し、順位45゜、０゜、−45゜の方向に、入射した光
線を夫々２本に分離する第１、第２、第４の複屈折板で
光学ローパスフイルターを構成し、それぞれの分離距離
をd1、d2、d3とすると、 の関係を満足させている。この光学的ローパスフイルタ
ーによっては、１本の入射光は第７図に示す様に分離さ
れ、その周波数特性は第８図に示されるようになる。同
図（ａ）は水平方向、（ｂ）は垂直方向のMTF特性であ
る。同図より明らかなように、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６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。
すなわち、特開昭60−164719号公報に於ては第７図の
ように分離された入射光の垂直方向の分離距離が垂直方
向のサンプリングピツチpVに依存することなく画素の水
平方向のサンプリングピツチpHにより決定されているた
めに垂直方向のMTF特性の理想の遮断周波数は垂直方向
のピツチpVに関連した周波数1/2pVであるべきところが
水平方向のピツチpHに依存した周波数1/pHの点となって
いる。
ように分離された入射光の垂直方向の分離距離が垂直方
向のサンプリングピツチpVに依存することなく画素の水
平方向のサンプリングピツチpHにより決定されているた
めに垂直方向のMTF特性の理想の遮断周波数は垂直方向
のピツチpVに関連した周波数1/2pVであるべきところが
水平方向のピツチpHに依存した周波数1/pHの点となって
いる。
したがって1/pHが1/2pVに近い値をとる固体撮像素子
では、上述した光学ローパスフイルターでは十分な垂直
方向MTF特性が得られるが、pHが2pVより小さくなって、
つまりより水平方向のピツチが細かくなって、1/pHの値
が1/2pVの値と大きく異なる固体撮像素子用には充分な
特性が得られなくなる。
では、上述した光学ローパスフイルターでは十分な垂直
方向MTF特性が得られるが、pHが2pVより小さくなって、
つまりより水平方向のピツチが細かくなって、1/pHの値
が1/2pVの値と大きく異なる固体撮像素子用には充分な
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NVがテレビジヨン方式に基づい
て決定される値（NTSC方式で約500画素、PAL方式で約60
0画素）に固定されているためpVが一定であるのに対
し、pHは水平方向の画素数NHにより変化して、よりNHが
多くなるとpHとpVの比は小さくなる。特に、固体撮像素
子の水平画素数NHはカメラの水平解像度に比例するた
め、カメラのスペツク上非常に重要なパラメータであ
る。
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NVがテレビジヨン方式に基づい
て決定される値（NTSC方式で約500画素、PAL方式で約60
0画素）に固定されているためpVが一定であるのに対
し、pHは水平方向の画素数NHにより変化して、よりNHが
多くなるとpHとpVの比は小さくなる。特に、固体撮像素
子の水平画素数NHはカメラの水平解像度に比例するた
め、カメラのスペツク上非常に重要なパラメータであ
る。
ところで一般に水平画素数NHの固体撮像素子を有する
ビデオカメラの水平解像度は約0.6NHTV本といわれてい
る。例えば、水平解像度250TV本のビデオカメラでは水
平画素数はNH1≒410となりこのとき水平方向のサンプリ
ングピツチをpH1とするとpV/pH1≒0.60である。
ビデオカメラの水平解像度は約0.6NHTV本といわれてい
る。例えば、水平解像度250TV本のビデオカメラでは水
平画素数はNH1≒410となりこのとき水平方向のサンプリ
ングピツチをpH1とするとpV/pH1≒0.60である。
また、水平解像度400TV本のビデオカメラでは水平画
素数はNH2≒670となり、このとき、水平方向のサンプリ
ングピツチをpH2とするとpV/pH2≒1.00である。
素数はNH2≒670となり、このとき、水平方向のサンプリ
ングピツチをpH2とするとpV/pH2≒1.00である。
さらに、水平解像度480TV本のビデオカメラでは水平
画素数NH3≒800となり、このとき水平方向のサンプリン
グピツチpH3とするとpV/pH3≒1.17である。
画素数NH3≒800となり、このとき水平方向のサンプリン
グピツチpH3とするとpV/pH3≒1.17である。
このようなビデオカメラに上述の光学ローパスフイル
ターを用いて水平方向のMTF特性を第８図（ａ）801に示
すような特性にした場合、垂直方向のMTF特性は、水平
解像度250本のカメラでは実線802に示す様になる。又40
0TV本のカメラでは点線803で示す様に、更に480TV本の
カメラでは１本鎖線804で示すようになる。実線802で示
されるMTF特性は第６図（ｂ）に示す理想特性と近く、
充分なものであるが、点線803、１点鎖線804は理想特性
から大きく異なっており充分な周波数成分の遮断が行な
われているとは言えない。従って、上述の光学ローパス
フイルターは水平解像度250TV本程度の低解像度のビデ
オカメラには好適であるが、それ以上高い水平解像度の
ビデオカメラに用いることはできない。
ターを用いて水平方向のMTF特性を第８図（ａ）801に示
すような特性にした場合、垂直方向のMTF特性は、水平
解像度250本のカメラでは実線802に示す様になる。又40
0TV本のカメラでは点線803で示す様に、更に480TV本の
カメラでは１本鎖線804で示すようになる。実線802で示
されるMTF特性は第６図（ｂ）に示す理想特性と近く、
充分なものであるが、点線803、１点鎖線804は理想特性
から大きく異なっており充分な周波数成分の遮断が行な
われているとは言えない。従って、上述の光学ローパス
フイルターは水平解像度250TV本程度の低解像度のビデ
オカメラには好適であるが、それ以上高い水平解像度の
ビデオカメラに用いることはできない。
これに対し、特開昭63−269118号公報により開示され
た光学ローパスフイルターがある。該公報の実施例によ
ると、固体撮像素子の水平走査方向に対し、順に45゜、
０゜、−45゜の方向に、入射した光線を２本に分離する
第１、第２、第３の複屈折板で光学ローパスフイルター
を構成し、それぞれの分離距離をd1、d2、d3とすると、 の関係を満たすようにしてある。この光学ローパスフイ
ルターによっては、１本の入射光は第９図に示すように
分離され、その周波数特性は第10図に示されるようにな
る。同図（ａ）は水平方向、（ｂ）は垂直方向のMTF特
性である。
た光学ローパスフイルターがある。該公報の実施例によ
ると、固体撮像素子の水平走査方向に対し、順に45゜、
０゜、−45゜の方向に、入射した光線を２本に分離する
第１、第２、第３の複屈折板で光学ローパスフイルター
を構成し、それぞれの分離距離をd1、d2、d3とすると、 の関係を満たすようにしてある。この光学ローパスフイ
ルターによっては、１本の入射光は第９図に示すように
分離され、その周波数特性は第10図に示されるようにな
る。同図（ａ）は水平方向、（ｂ）は垂直方向のMTF特
性である。
第10図（ａ）に示すように上述の従来の光学ローパス
フイルターは水平方向では、fH＝1/2pHに第１のトラツ
プポイントＤを持ち、そしてfH＝f0（1/2pH＜f0＜1/pH
なる周波数f0に第２のトラツプポイントＥを持つ特性を
示す。さらに、垂直方向ではfV＝f0なる周波数f0にトラ
ツプポイントＦを持つ特性を示す。このような光学的ロ
ーパスフイルターは水平解像度400TV本すなわち水平画
素数NH2＝670程度の固体撮像素子、換言すると水平方向
のサンプリングピツチpHと垂直方向のサンプリングピツ
チpVの比がpV/PH≒1.00程度の撮像素子に対して良好な
ローパス効果を与えることができる。尚、1/2pH≒1/2
pV、そして1/pH≒1/pVであるから、上述の水平方向の第
２のトラツプポイントＥの周波数f0をこの中間、すなわ
ちf0＝3/4pH≒3/4pVとしてやれば、水平、垂直とも、そ
れぞれのナイキスト周波数と輝度信号のキヤリア周波数
の間の領域である1/2pH＜fH＜1/pHと1/2pV＜fV＜1/pVの
点を中心として遮断特性をほぼ極小にすることができ
る。このとき である。そして水平、垂直のMTF特性を示したものが第1
0図の実線1001と第10図（ｂ）の実線1002で示した曲線
である。両曲線とも第６図（ａ）、（ｂ）に示した理想
特性に近く、充分な特性と言える。
フイルターは水平方向では、fH＝1/2pHに第１のトラツ
プポイントＤを持ち、そしてfH＝f0（1/2pH＜f0＜1/pH
なる周波数f0に第２のトラツプポイントＥを持つ特性を
示す。さらに、垂直方向ではfV＝f0なる周波数f0にトラ
ツプポイントＦを持つ特性を示す。このような光学的ロ
ーパスフイルターは水平解像度400TV本すなわち水平画
素数NH2＝670程度の固体撮像素子、換言すると水平方向
のサンプリングピツチpHと垂直方向のサンプリングピツ
チpVの比がpV/PH≒1.00程度の撮像素子に対して良好な
ローパス効果を与えることができる。尚、1/2pH≒1/2
pV、そして1/pH≒1/pVであるから、上述の水平方向の第
２のトラツプポイントＥの周波数f0をこの中間、すなわ
ちf0＝3/4pH≒3/4pVとしてやれば、水平、垂直とも、そ
れぞれのナイキスト周波数と輝度信号のキヤリア周波数
の間の領域である1/2pH＜fH＜1/pHと1/2pV＜fV＜1/pVの
点を中心として遮断特性をほぼ極小にすることができ
る。このとき である。そして水平、垂直のMTF特性を示したものが第1
0図の実線1001と第10図（ｂ）の実線1002で示した曲線
である。両曲線とも第６図（ａ）、（ｂ）に示した理想
特性に近く、充分な特性と言える。
しかし、このような光学ローパスフイルターでさえも
400TV本を超える解像度を持つビデオカメラに用いよう
とすると、次のような問題がある。
400TV本を超える解像度を持つビデオカメラに用いよう
とすると、次のような問題がある。
このような解像度を持つ固体撮像素子では一般に水平
方向のピツチが垂直方向のピツチに比べ小さく、即ちpH
＜pVの関係を満足する。例えば水平解像度480TV本のビ
デオカメラでは、水平方向のサンプリングピツチをpHと
するとpH≒pV/1.17の関係が成り立つ。ここでこの撮像
素子に上述の特開昭63−269118号公報が開示する光学ロ
ーパスフイルターを用いることを考える。このとき、水
平方向のMTF特性を第10図（ａ）の曲線1001に示す理想
特性に近いものにしようとすると、曲線1001における第
１のトラツプポイントＤはfH＝1/2pH、第２のトラツプ
ポイントＥはfH＝f1＝3/4pHである。一方、垂直方向のM
TF特性は、トラツプポイントＦがfV＝f1≒0.88・1/pVと
なるため、第10図（ｂ）に点線で示す曲線1003となる。
この特性は第６図（ｂ）に示す理想特性に充分近いとは
言えず、垂直方向に対して充分な遮断特性を与えること
ができなくなってくる。このため垂直方向の折返り歪が
増加することとなる。
方向のピツチが垂直方向のピツチに比べ小さく、即ちpH
＜pVの関係を満足する。例えば水平解像度480TV本のビ
デオカメラでは、水平方向のサンプリングピツチをpHと
するとpH≒pV/1.17の関係が成り立つ。ここでこの撮像
素子に上述の特開昭63−269118号公報が開示する光学ロ
ーパスフイルターを用いることを考える。このとき、水
平方向のMTF特性を第10図（ａ）の曲線1001に示す理想
特性に近いものにしようとすると、曲線1001における第
１のトラツプポイントＤはfH＝1/2pH、第２のトラツプ
ポイントＥはfH＝f1＝3/4pHである。一方、垂直方向のM
TF特性は、トラツプポイントＦがfV＝f1≒0.88・1/pVと
なるため、第10図（ｂ）に点線で示す曲線1003となる。
この特性は第６図（ｂ）に示す理想特性に充分近いとは
言えず、垂直方向に対して充分な遮断特性を与えること
ができなくなってくる。このため垂直方向の折返り歪が
増加することとなる。
逆に垂直方向の折り返り歪を抑制しようとして、曲線
1003を1002に、すなわちトラツプポイントＦ′の周波数
f1をf0に近づけようとすると、同図（ａ）における水平
方向のMTF特性における特性における第２トラツプポイ
ントＥの周波数f1が小さくなり、このときは水平方向の
輝度信号のキヤリア成分の周波数1/pHにおけるMTF特性
が大きくなりすぎ、充分な遮断特性が得られなくなる。
1003を1002に、すなわちトラツプポイントＦ′の周波数
f1をf0に近づけようとすると、同図（ａ）における水平
方向のMTF特性における特性における第２トラツプポイ
ントＥの周波数f1が小さくなり、このときは水平方向の
輝度信号のキヤリア成分の周波数1/pHにおけるMTF特性
が大きくなりすぎ、充分な遮断特性が得られなくなる。
上述した問題点は固体撮像素子の水平方向の画素数NH
が増加するほど顕著になる。特に近年固体撮像素子の高
画素化が進んでおり、水平画素数約800あるいはそれ以
上のものも種々開発されている。このような固体撮像素
子に上述の光学ローパスフイルターは用いることができ
ない。
が増加するほど顕著になる。特に近年固体撮像素子の高
画素化が進んでおり、水平画素数約800あるいはそれ以
上のものも種々開発されている。このような固体撮像素
子に上述の光学ローパスフイルターは用いることができ
ない。
水平方向にPH、垂直方向にPVなるサンプリングピッチ
を有し、且つ、 PH＜PV なる関係を有する固体撮像素子に対して、入射した光線
を前記固体撮像素子の水平走査方向に対して、時計回り
あるいは反時計回りに45゜の方向に距離d1だけ分離する
第１の複屈折板と、入射した光線を前記水平走査方向に
対して平行に距離d2だけ分離する第２の複屈折板と、入
射した光線を前記第１の複屈折板の分離方向に対して垂
直に距離d1だけ分離する第３の複屈折板から構成され、
前記第２の複屈折板は前記第１と第３の複屈折板の中間
に位置するように前記第１、第２、第３の複屈折板を積
層配置し、且つ上記分離距離d1、d2が、 なる条件式を満足することを特徴とする光学的ローパス
フィルターあるいは、この光学的ローパスフィルターを
備えるビデオカメラを提供することにある。
を有し、且つ、 PH＜PV なる関係を有する固体撮像素子に対して、入射した光線
を前記固体撮像素子の水平走査方向に対して、時計回り
あるいは反時計回りに45゜の方向に距離d1だけ分離する
第１の複屈折板と、入射した光線を前記水平走査方向に
対して平行に距離d2だけ分離する第２の複屈折板と、入
射した光線を前記第１の複屈折板の分離方向に対して垂
直に距離d1だけ分離する第３の複屈折板から構成され、
前記第２の複屈折板は前記第１と第３の複屈折板の中間
に位置するように前記第１、第２、第３の複屈折板を積
層配置し、且つ上記分離距離d1、d2が、 なる条件式を満足することを特徴とする光学的ローパス
フィルターあるいは、この光学的ローパスフィルターを
備えるビデオカメラを提供することにある。
本発明は、上記した構成の光学ローパスフイルター
で、固体撮像素子の水平方向のサンプリングピツチpHと
垂直方向のサンプリングピツチpVとの関係がpH＜pVとな
るような、水平方向に高い画素数を有する固体撮像素子
においても、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、折返り歪の発生の少
ない固体撮像カメラを達成するものである。
で、固体撮像素子の水平方向のサンプリングピツチpHと
垂直方向のサンプリングピツチpVとの関係がpH＜pVとな
るような、水平方向に高い画素数を有する固体撮像素子
においても、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、折返り歪の発生の少
ない固体撮像カメラを達成するものである。
以下、本発明に関する実施例について図面を参照しな
がら説明する。
がら説明する。
第１図（Ａ）は、本発明に関するビデオカメラの光学
系を中心とする断面図で、１は撮影レンズ、10は本発明
に関する光学的ローパスフイルター、11は撮影レンズ１
が形成する光学像を電気的エネルギーに変換する撮像素
子である、第１図（Ｂ）は光学的ローパスフイルター10
で物体側より順に、第１の複屈折板11、第２の複屈折板
12、第３の複屈折板13から構成される。尚、図に於いて
矢印Ｈは撮像素子の水平走査方向を示し、各複屈折板に
付けた矢印は各複屈折板が入射光線を常光線と異常光線
に分離する分離方向を示す。
系を中心とする断面図で、１は撮影レンズ、10は本発明
に関する光学的ローパスフイルター、11は撮影レンズ１
が形成する光学像を電気的エネルギーに変換する撮像素
子である、第１図（Ｂ）は光学的ローパスフイルター10
で物体側より順に、第１の複屈折板11、第２の複屈折板
12、第３の複屈折板13から構成される。尚、図に於いて
矢印Ｈは撮像素子の水平走査方向を示し、各複屈折板に
付けた矢印は各複屈折板が入射光線を常光線と異常光線
に分離する分離方向を示す。
第２図は、光学的ローパスフイルターを射出した光線
の分離状態を示す。
の分離状態を示す。
まず、撮影レンズ１を射出した光線は、第１の複屈折
板11で水平走査方向Ｈに対して略45゜の角度を持つ方向
に光を２点に分離する。次に第２の複屈折板12は、第１
の複屈折板11を射出した光線を水平走査方向と平行にそ
れぞれ２点に分離する。更に第３の複屈折板13は第２の
複屈折板12を射出した各光線を第１の複屈折板11の分離
方向に対して垂直な方向にそれぞれ２点に分離する。そ
して最終的に分離された光線はそれぞれ強度の等しい８
本の光線に分離されて撮像素子へ到達することになる。
板11で水平走査方向Ｈに対して略45゜の角度を持つ方向
に光を２点に分離する。次に第２の複屈折板12は、第１
の複屈折板11を射出した光線を水平走査方向と平行にそ
れぞれ２点に分離する。更に第３の複屈折板13は第２の
複屈折板12を射出した各光線を第１の複屈折板11の分離
方向に対して垂直な方向にそれぞれ２点に分離する。そ
して最終的に分離された光線はそれぞれ強度の等しい８
本の光線に分離されて撮像素子へ到達することになる。
尚、第１、第２、第３の複屈折板は、光線の分離距離
をそれぞれd1、d2、d3としたとき、d3≒d1、そして が満足されるように、その厚さがそれぞれ決定されてい
る。つまり水平走査方向へのd1の射影成分がd2の射影成
分に比べて長くなるように設定している。
をそれぞれd1、d2、d3としたとき、d3≒d1、そして が満足されるように、その厚さがそれぞれ決定されてい
る。つまり水平走査方向へのd1の射影成分がd2の射影成
分に比べて長くなるように設定している。
ところで、この光学的ローパスフイルターの２次元MT
F特性は、 なる式で示される。
F特性は、 なる式で示される。
ここで、水平解像度480TV本のビデオカメラ即ちpH＝p
V/1.17なる条件を満足する撮像素子に対して望ましい水
平及び垂直の周波数特性が得られる様にd1,d2の値を決
定した場合の特性について述べる。
V/1.17なる条件を満足する撮像素子に対して望ましい水
平及び垂直の周波数特性が得られる様にd1,d2の値を決
定した場合の特性について述べる。
一例として とすると上述の（１）の式は となる。そしてこの水平方向そして垂直方向のMTF特性
をそれぞれ第３図（ａ）、（ｂ）に示しておく。水平方
向のMTF特性は、先ずfH＝0.64/pHの点で、一次微分係数
が零となるトラツプポイントを有し、又fH＝1/pHに第２
のトラツプポイントを持つことになる。従ってfH＝1/pH
にある輝度信号のキヤリア周波数は零となり、又fH＝1/
2pHにある色差信号のキヤリア周波数のMTFは 実用上、さしつかえない程度に抑えることができる。一
方、垂直方向のMTFは、第３図（ｂ）に示す通りになり
水平、垂直とも第６図（ｂ）に示す理想曲線に近づける
ことができる。
をそれぞれ第３図（ａ）、（ｂ）に示しておく。水平方
向のMTF特性は、先ずfH＝0.64/pHの点で、一次微分係数
が零となるトラツプポイントを有し、又fH＝1/pHに第２
のトラツプポイントを持つことになる。従ってfH＝1/pH
にある輝度信号のキヤリア周波数は零となり、又fH＝1/
2pHにある色差信号のキヤリア周波数のMTFは 実用上、さしつかえない程度に抑えることができる。一
方、垂直方向のMTFは、第３図（ｂ）に示す通りになり
水平、垂直とも第６図（ｂ）に示す理想曲線に近づける
ことができる。
次に以上の実施例と式（１）、（２）と参照しなが
ら、本発明に関するd2、d1のとるべき望ましい値につい
て考察してみる。
ら、本発明に関するd2、d1のとるべき望ましい値につい
て考察してみる。
まず第２の複屈折板12が決定する分離距離d2は、第３
図に示す主に水平方向に関するトラツプポイントＢを決
定しているが、 0.4pH≦d2≦0.6pH の範囲にd2を抑えることで実用上問題ない程度の水平方
向の輝度信号のキヤリア成分を良好におさえることがで
きる。
図に示す主に水平方向に関するトラツプポイントＢを決
定しているが、 0.4pH≦d2≦0.6pH の範囲にd2を抑えることで実用上問題ない程度の水平方
向の輝度信号のキヤリア成分を良好におさえることがで
きる。
もしこの不等式の下限を越えるとトラツプポイントＢ
が高周波側へシフトして輝度信号の折り返り歪が増加す
る。又上限を越えるとトラツプポイントＢが逆に低周波
側へシフトすることになり水平解像度が劣化する傾向と
なり望ましくない。
が高周波側へシフトして輝度信号の折り返り歪が増加す
る。又上限を越えるとトラツプポイントＢが逆に低周波
側へシフトすることになり水平解像度が劣化する傾向と
なり望ましくない。
ところで一方第１、第３の複屈折板11、13の分離距離
d1、d3（≒d1）は、第３図に示す水平方向と垂直方向に
対するトラツプポイントＡ、Ｃを決定されることになる
が、特に前述した通り水平方向に対するd1、d3（≒d1）
の投射成分をd2より長くする、つまり とすることでd2で決定されるトラツプポイントＢより低
周波側に１次微分係数が零となるトラツプポイントＡが
くることになる。このことは従来例として特性である第
８図（ａ）や第10図（ａ）が示す様に１次微分係数が零
とならないポイントが１次微分係数が零となるポイント
より低周波側にシフトされた特性に比べて、より低周波
側のトラツプポイント、つまりトラツプポイントＡの範
囲をより広く確保できることを意味する。
d1、d3（≒d1）は、第３図に示す水平方向と垂直方向に
対するトラツプポイントＡ、Ｃを決定されることになる
が、特に前述した通り水平方向に対するd1、d3（≒d1）
の投射成分をd2より長くする、つまり とすることでd2で決定されるトラツプポイントＢより低
周波側に１次微分係数が零となるトラツプポイントＡが
くることになる。このことは従来例として特性である第
８図（ａ）や第10図（ａ）が示す様に１次微分係数が零
とならないポイントが１次微分係数が零となるポイント
より低周波側にシフトされた特性に比べて、より低周波
側のトラツプポイント、つまりトラツプポイントＡの範
囲をより広く確保できることを意味する。
従って、又d1、d3（≒d1）は垂直方向に関するMTF特
性に対して１次微分係数が零Ｃとなる点を決定すること
にもなるのだが、垂直方向の輝度信号のキヤリア成分と
水平方向の色差信号のキヤリア成分の抑制のためのとり
得るd1（つまり複屈折板の厚さ）の範囲が広くよりフレ
キシブルな選択が可能となる。これは又、水平走査方向
のピツチpHが垂直方向のピツチpVに比べて小さくなった
場合、垂直方向の輝度信号のキヤリアの抑制と、水平方
向の色差信号のバランスを図るうえで、又、光学ローパ
スフイルターのコンパクト化、ローコスト化を図るうえ
で有効となる。すなわち、垂直方向のキヤリア抑制のた
め、トラツプ点（第３図（ｂ））の位置を最適化した
際、トラツプ点Ａの位置が水平方向のキヤリア抑制に最
適な位置と多少ずれても、MTF特性に影響を受けない。
また、ローコスト、コンパクト化のため、光学ローパス
フイルターを構成する複屈折板の厚さを薄くすると、ト
ラツプ点Ａ、Ｃ（第３図（ａ）、（ｂ））は高い周波数
側にシフトするが、この影響も小さくてすむ。
性に対して１次微分係数が零Ｃとなる点を決定すること
にもなるのだが、垂直方向の輝度信号のキヤリア成分と
水平方向の色差信号のキヤリア成分の抑制のためのとり
得るd1（つまり複屈折板の厚さ）の範囲が広くよりフレ
キシブルな選択が可能となる。これは又、水平走査方向
のピツチpHが垂直方向のピツチpVに比べて小さくなった
場合、垂直方向の輝度信号のキヤリアの抑制と、水平方
向の色差信号のバランスを図るうえで、又、光学ローパ
スフイルターのコンパクト化、ローコスト化を図るうえ
で有効となる。すなわち、垂直方向のキヤリア抑制のた
め、トラツプ点（第３図（ｂ））の位置を最適化した
際、トラツプ点Ａの位置が水平方向のキヤリア抑制に最
適な位置と多少ずれても、MTF特性に影響を受けない。
また、ローコスト、コンパクト化のため、光学ローパス
フイルターを構成する複屈折板の厚さを薄くすると、ト
ラツプ点Ａ、Ｃ（第３図（ａ）、（ｂ））は高い周波数
側にシフトするが、この影響も小さくてすむ。
そして望ましくは、d1の値を以下の不等式を満足する
ようにすることにより 上記不等式を満足することにより、垂直方向の輝度信号
のキヤリア成分と、水平方向の色差信号のキヤリア成分
とを同時に良好に抑制することが可能である。もし不等
式の下限を越えると、垂直の輝度信号の折り返り歪が増
加し、上限を越えると、水平方向のMTF特性が落ちす
ぎ、水平解像度が劣化して望ましくない。
ようにすることにより 上記不等式を満足することにより、垂直方向の輝度信号
のキヤリア成分と、水平方向の色差信号のキヤリア成分
とを同時に良好に抑制することが可能である。もし不等
式の下限を越えると、垂直の輝度信号の折り返り歪が増
加し、上限を越えると、水平方向のMTF特性が落ちす
ぎ、水平解像度が劣化して望ましくない。
以上説明したように、本発明によれば水平方向、垂直
方向ともに良好な特性の光学ローパスフイルターを得る
ことができ、特に従来例に対して垂直方向の特性を改良
することができ、固体撮像カメラ、特に水平画素数が相
対的に多い固体撮像素子を用いた高解像度のカメラの画
質を改善することができる。
方向ともに良好な特性の光学ローパスフイルターを得る
ことができ、特に従来例に対して垂直方向の特性を改良
することができ、固体撮像カメラ、特に水平画素数が相
対的に多い固体撮像素子を用いた高解像度のカメラの画
質を改善することができる。
第１図は本発明に関する一実施例を示す構成図、 第２図は本発明による入射光線の分離される様子を示す
図、 第３図は本発明のMTF特性図、 第４図は本発明を適用する固体撮像素子の画素配置を示
す図、 第５図は第４図の撮像素子により得られる空間周波数ス
ペクトラム図、 第６図は第４図の撮像素子に必要な光学ローパスフイル
ターの理想特性を示す図、 第７図は従来の光学的ローパスフイルターによる光線分
離の様子を示す図、 第８図は従来の光学的ローパスフイルターのMTF特性
図、 第９図は従来の光学的ローパスフイルターによる光線分
離の様子を示す図、 第10図は従来の光学的ローパスフイルターのMTF特性図
である。 10……光学ローパスフイルター 11……第１の複屈折板 12……第２の複屈折板 13……第３の複屈折板
図、 第３図は本発明のMTF特性図、 第４図は本発明を適用する固体撮像素子の画素配置を示
す図、 第５図は第４図の撮像素子により得られる空間周波数ス
ペクトラム図、 第６図は第４図の撮像素子に必要な光学ローパスフイル
ターの理想特性を示す図、 第７図は従来の光学的ローパスフイルターによる光線分
離の様子を示す図、 第８図は従来の光学的ローパスフイルターのMTF特性
図、 第９図は従来の光学的ローパスフイルターによる光線分
離の様子を示す図、 第10図は従来の光学的ローパスフイルターのMTF特性図
である。 10……光学ローパスフイルター 11……第１の複屈折板 12……第２の複屈折板 13……第３の複屈折板
Claims (2)
- 【請求項１】水平方向にPH、垂直方向にPVなるサンプリ
ングピッチを有し、且つ、 PH＜PV なる関係を有する固体撮像素子に対して、入射した光線
を前記固体撮像素子の水平走査方向に対して、時計回り
あるいは反時計回りに45゜の方向に距離d1だけ分離する
第１の複屈折板と、入射した光線を前記水平走査方向に
対して平行に距離d2だけ分離する第２の複屈折板と、入
射した光線を前記第１の複屈折板の分離方向に対して垂
直に距離d1だけ分離する第３の複屈折板から構成され、
前記第２の複屈折板は前記第１と第３の複屈折板の中間
に位置するように前記第１、第２、第３の複屈折板を積
層配置し、且つ前記分離距離d1、d2が、 なる条件式を満足することを特徴とする光学的ローパス
フィルター。 - 【請求項２】水平方向にPH、垂直方向にPVなるサンプリ
ングピッチを有し、且つ、 PH＜PV なる関係を有する固体撮像素子に対して、入射した光線
を前記固体撮像素子の水平走査方向に対して、時計回り
あるいは反時計回りに45゜の方向に距離d1だけ分離する
第１の複屈折板と、入射した光線を前記水平走査方向に
対して平行に距離d2だけ分離する第２の複屈折板と、入
射した光線を前記第１の複屈折板の分離方向に対して垂
直に距離d1だけ分離する第３の複屈折板から構成され、
前記第２の複屈折板は前記第１と第３の複屈折板の中間
に位置するように前記第１、第２、第３の複屈折板を積
層配置し、且つ前記分離距離d1、d2が、 なる条件式を満足することを特徴とする光学的ローパス
フィルターを備えるビデオカメラ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2086170A JP2744323B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光学的ローパスフィルター |
| EP91105100A EP0449325B1 (en) | 1990-03-30 | 1991-03-28 | Optical low-pass filter |
| DE69127390T DE69127390T2 (de) | 1990-03-30 | 1991-03-28 | Optisches Tiefpassfilter |
| US08/097,719 US5452129A (en) | 1990-03-30 | 1993-07-27 | Optical low-pass filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2086170A JP2744323B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光学的ローパスフィルター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03284714A JPH03284714A (ja) | 1991-12-16 |
| JP2744323B2 true JP2744323B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=13879286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2086170A Expired - Fee Related JP2744323B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 光学的ローパスフィルター |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5452129A (ja) |
| EP (1) | EP0449325B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| WO1996019747A1 (en) * | 1994-12-22 | 1996-06-27 | Philips Electronics N.V. | Optical low-pass filter comprising two birefringent optical filter elements |
| JPH0969967A (ja) * | 1995-08-31 | 1997-03-11 | Sony Corp | 撮像装置 |
| US6690421B1 (en) * | 1996-10-30 | 2004-02-10 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Structure of solid state image pickup device |
| US6937283B1 (en) * | 1996-12-03 | 2005-08-30 | Eastman Kodak Company | Anti-aliasing low-pass blur filter for reducing artifacts in imaging apparatus |
| US6327085B1 (en) | 1998-03-31 | 2001-12-04 | Nikon Corporation | Optical filter and optical device provided with this optical filter |
| US7116370B1 (en) | 2000-03-31 | 2006-10-03 | Sharp Laboratories Of Ameria, Inc. | Image processing system optical shifting mechanism |
| JP2004126384A (ja) * | 2002-10-04 | 2004-04-22 | Pentax Corp | 光学式ローパスフィルタおよび撮像光学系 |
| JP3989862B2 (ja) * | 2003-03-19 | 2007-10-10 | ペンタックス株式会社 | 光学式ローパスフィルタ |
| US20060170808A1 (en) * | 2005-02-02 | 2006-08-03 | Biernath Rolf W | Article having a birefringent surface for use as a blur filter |
| US20060170797A1 (en) * | 2005-02-02 | 2006-08-03 | Biernath Rolf W | Article having a birefringent surface for use as a blur filter |
| JP4551307B2 (ja) * | 2005-10-13 | 2010-09-29 | 日本放送協会 | 単板式カラー撮像装置 |
| JP2011035737A (ja) * | 2009-08-03 | 2011-02-17 | Olympus Corp | 撮像装置、電子機器、画像処理装置及び画像処理方法 |
| DE102012024223B4 (de) | 2012-12-11 | 2022-06-23 | Carl Zeiss Optotechnik GmbH | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten eines Objekts |
| US9182583B2 (en) | 2013-11-15 | 2015-11-10 | Mitutoyo Corporation | Structured illumination microscopy optical arrangement including projection artifact supression element |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3588224A (en) * | 1969-06-03 | 1971-06-28 | Rca Corp | Adjustable bandwidth optical filter |
| JPS5445152A (en) * | 1977-09-17 | 1979-04-10 | Victor Co Of Japan Ltd | Optical comb type filter |
| JPH0620316B2 (ja) * | 1982-05-17 | 1994-03-16 | 株式会社日立製作所 | 撮像光学系 |
| JPS5975222A (ja) * | 1982-10-22 | 1984-04-27 | Victor Co Of Japan Ltd | 光学フイルタ |
| JPS60164719A (ja) * | 1984-02-07 | 1985-08-27 | Sony Corp | 光学的ローパスフィルタ |
| DE3515020A1 (de) * | 1984-04-28 | 1985-11-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa | Ortsfrequenzfilter |
| US4605956A (en) * | 1984-09-10 | 1986-08-12 | Eastman Kodak Company | Single-chip electronic color camera with color-dependent birefringent optical spatial frequency filter and red and blue signal interpolating circuit |
| DE3686358T2 (de) * | 1985-05-27 | 1993-02-25 | Sony Corp | Optischer tiefpassfilter fuer eine festkoerper-farbkamera. |
| JP2840619B2 (ja) * | 1987-04-28 | 1998-12-24 | 松下電器産業株式会社 | 光学的ローパスフイルタ |
| JPH0833526B2 (ja) * | 1988-11-28 | 1996-03-29 | キヤノン株式会社 | 光学的ローパスフィルターを有した撮影レンズ |
| JPH0718985B2 (ja) * | 1989-02-21 | 1995-03-06 | 日本放送協会 | 固体撮像装置 |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP2086170A patent/JP2744323B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-03-28 DE DE69127390T patent/DE69127390T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-03-28 EP EP91105100A patent/EP0449325B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-07-27 US US08/097,719 patent/US5452129A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0449325B1 (en) | 1997-08-27 |
| DE69127390T2 (de) | 1998-02-26 |
| US5452129A (en) | 1995-09-19 |
| EP0449325A2 (en) | 1991-10-02 |
| DE69127390D1 (de) | 1997-10-02 |
| JPH03284714A (ja) | 1991-12-16 |
| EP0449325A3 (en) | 1992-08-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |