JP2784251B2 - 光学的ローパスフイルタおよびそれを備えた撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は単板式固体撮像装置や単管式カラー撮像装
置に用いられ、偽信号や偽色信号の発生を制御する光学
的ローパスフイルタおよびそれを備えた撮像装置に関す
る。

［従来の技術］ 単管式カラー撮像装置および単板式固体撮像装置は、
色フイルタアレイにより色信号を得ているが、被写体の
像に色フイルタアレイのピツチに対応する高周波数成分
が含まれている場合には、これが色信号として検出され
て偽色信号が発生する。また、上記の固体撮像装置にお
いては、画素が不連続に、かつ規則正しく配置されてい
るので、被写体の像に画素のピッチに対応する高周波数
成分が含まれている場合には、折り返し現象による偽信
号が発生する。そのため、これらの現像装置では、高周
波数成分を制限する光学的ローパスフイルタを用いて、
偽信号や偽色信号が発生するのを抑制している。

従来、かかる光学的ローパスフイルタとしては、３枚
以上の水晶板と１枚の赤外線遮断フイルタとを貼り合わ
せたものが用いられているが、これは高価で量産性に乏
しいという欠点を有している。

そこで、この欠点を解決するために第17図のような回
折格子30を用いた光学的ローパスフイルタが開発されて
いる（例えば、特公昭49−20105号公報、特開昭48−537
41号公報および特公昭57−42849号公報参照）。上記回
折格子30は矩形波状の断面形状を有しており、そのMTF
（Modulation Transfer Function）特性を第18図に示
す。第17図の回折格子30の周期をｄ、格子の凸部の幅を
ａ、格子と撮像面（固体撮像素子面または色フイルタア
レイ面を総称して撮像面という。）との距離をｂ、入射
光の波長をλとすると、第18図のカツトオフ周波数faお
よびfbは、それぞれ、下記の式（１）および式（２）で
表される。

fa＝a/bλ （１） fb＝（ｄ−ａ）/bλ （２） したがつて、撮像面からの距離ｂが決定されれば、回
折格子30の周期ｄと凸部の幅ａを最適化することによつ
て、偽色信号や偽信号を防止することができる。上記回
折格子30を用いた光学的ローパスフイルタは安価で量産
性が高い。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記回折格子30からなる光学的ローパスフイ
ルタは、第18図に示すように、カツトオフ周波数fbより
も高い周波数域におけるMTF値が高い。そのため、ズー
ムレンズを備えた撮像装置に回折格子30を用いた場合に
は、ズームダウン時に偽信号や偽色信号が発生する。

この欠点を解消するために、互いに交差する２方向に
格子を有する回折格子を、撮像面の画素などの配列に対
して所定角度で偏位させた光学的ローパスフイルタが提
案されている（特開昭63−161425号公報参照）。ところ
が、この先行技術では、MTF値の低い領域が広くなるも
のの、撮像装置の絞りを絞り込んだときに回折格子の像
（以下、回折格子像という。）が画面上に発生する。こ
の回折格子像の発生について、第19図および第20図を用
いて説明する。

第19図は回折格子型光学的ローパスフイルタを用いた
ビデオカメラの従来の構造を示す。この図において、回
折格子35は、撮像レンズ32と固体撮像素子31の保護ガラ
ス34との間に設けられている。従来は、固体撮像素子31
に投影される回折格子像の周期（以下、固体撮像素子ま
たは色フイルタアレイに投影される回折格子像の周期を
実効的な周期という。）が、第20図のように、固体撮像
素子31の画素の周期のたとえば３倍になつていた。その
ため、出力信号が回折格子35により強度変調されるの
で、画面に明暗が現われ、回折格子像が画面上に映ると
いう現象を呈する。

以上は回折格子の周期を画素周期の３倍とした例であ
るが、３倍よりも大きい場合でも、同様の理由から回折
格子像が画面に映る。また、色フイルタアレイを有する
撮像装置の場合は、色フイルタアレイの１組の周期と、
実効的な周期との関係から、回折格子像が画面上に映る
ことがある。

そこで、この出願人は、実効的な周期Ｄを、画素また
は色フイルタアレイの１組の周期の２倍もしくは整数分
の１倍に設定して、上記回折格子像が画面上に現われる
のを抑制する光学的ローパスフイルタを提案している
（特願昭63−83785号）。

ここで、実効的な周期Ｄは、撮像レンズの焦点距離を
ｆ、回折格子の周期をｄとすると、下記の（３）の式に
より近似的に求めることができる。

Ｄｆ・d/（ｆ−ｂ） （３） したがつて、実効的な周期Ｄは、焦点距離ｆおよび回
折格子の周期ｄが定まつている場合、回折格子と撮像面
との距離ｂにより決定されるので、回折格子と撮像面と
を互いに正確に位置決めする必要がある。しかし、離れ
た位置にある回折格子と撮像面とをμｍのオーダーで正
確に位置決めすることは、決して容易でなく、そのため
製造性が低下するうえ、回折格子像の発生を十分に防止
できない。

この発明は上記不都合に鑑みてなされたもので、高い
空間周波数域におけるMTF値を低くして低偽色信号また
は低偽信号の画像が得られるとともに、回折格子の像が
撮像面に発生するのを抑制できる光学的ローパスフイル
タを提供することを１つの目的とする。さらに、この発
明は、回折格子からなる光学的ローパスフイルタを備え
た撮像装置において、回折格子像が画面上に発生するの
を十分に防止でき、かつ、製造性の良い撮像装置を提供
することを他の目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記１つの目的を達成するために、この出願の請求項
（１）〜（５）の発明は、互いに交差する２方向に格子
を有する回折格子からなる光学的ローパスフイルタであ
つて、上記２方向の格子が撮像面に対しても偏位して配
置されている。実効的な周期が、水平方向および垂直方
向において、それぞれ、色フイルタアレイの１組または
画素の周期の１倍以下もしくは２倍に設定されている。

また、請求項（４）の発明では、上記２方向の格子の
上記水平方向における成分を合成したMTF値、ならび
に、上記２方向の格子の上記垂直方向の成分を合成した
MTF値が各々0.2以下になる領域が、上記画素の周期に対
応する空間周波数からこの空間周波数の２倍以上となる
ように、２方向の格子が所定角度偏位している。

また、請求項（５）の発明では、上記２方向の格子の
上記水平方向における成分を合成したMTF値、ならび
に、上記２方向の格子の上記垂直方向の成分を合成した
MTF値が各々0.2以下になる領域が、上記色フイルタアレ
イ１組の周期に対応する空間周波数からこの空間周波数
の２倍以上となるように、２つの格子が所定角度偏位し
ている。

上記他の目的を達成するために、請求項（６）および
（７）の発明は、上記回折格子からなる光学的ローパス
フィルタと固体撮像素子とが、これらの間に介挿したス
ペーサとともに積層されて一体化されている。

上記回折格子は、赤外線を遮断する基板の主表面に格
子を形成することにより構成してもよい。

［作用］ この出願の請求項（１）〜（５）の発明によれば、実
効的な周期が、水平方向および垂直方向において、画素
または色フイルタアレイ１組の周期の１倍以下である場
当は、モアレ縞が発生しても、回折格子像の周期が小さ
いので、モアレ縞の濃淡のコントラストが低くなるか
ら、回折格子像が目立たない。特に、実効的な周期が、
水平方向および垂直方向において、画素または色フイル
タアレイの１組の周期の整数分の１倍に設定されている
場合は、輝度の出力信号が各格子により強度変調されな
いので、回折格子像が画面に映る現象を生じない。

また、実効的な周期が、水平方向および垂直方向にお
いて、画素または色フイルタアレイの１組の周期の２倍
である場合は、輝度ムラが生じても、輝度ムラのピッチ
が小さいので、回折格子像が目立たない画面になる。

また、各格子が撮像面に対して偏位しているので、合
成されたMTF値を、カツトオフ周波数以上において低く
して、低偽信号や低偽色信号の画像を得ることができ
る。

特に、請求項（４）もしくは（５）の発明では、比例
的高い空間周波数域におけるMTF値を低く設定したの
で、偽信号または偽色信号の極めて少ない画像が得られ
る。

また、請求項（６）〜（７）の発明によれば、回折格
子、スペーサおよび固体撮像素子は、積層されて一体化
されているから、回折格子と撮像との距離を製造時に容
易に設定でき、しかも、回折格子と撮像面とが互いに傾
くこともない。そのため、上記実効的な周期の精度が向
上するので、回折格子像が画面上に発生せず、しかも、
製造性が向上する。

［実施例］ 以下、この発明の光学的ローパスフイルタの実施例を
図面にしたがつて説明する。

第１図は光学的ローパスフイルタを備えた単板式カラ
ー撮像装置の概略構成を示す。この図において、光の入
射側から、ズーム機能を備えた撮像レンズ２、赤外線遮
断フイルタ３、光学的ローパスフイルタ４、保護ガラス
５および固体撮像素子１の順に配置されている。固体撮
像素子１は、その表面に色フイルタアレイ６を有する。

第２図は上記光学的ローパスフイルタ４の概略斜視図
である。第２図において、上記光学的ローパスフイルタ
は、周期d1、凸部の幅a1を有する矩形波状の第１の格子
10と、周期d2、凸部の幅a2を有する矩形波状の第２の格
子20とが、透明基板７の１つの主表面7aに、互いに交差
する方向に配置されている。

第３図において、第１の格子10の方向は、色フイルタ
アレイ６（第１図参照）の水平方向Ｈの配列に対して、
θ１偏位した角度に設定されている。また、第２の格子
20の方向は、色フイルタアレイ６（第１図参照）の垂直
方向Ｖの配列に対して、θ２偏位した角度に設定されて
いる。なお、両格子10,20の交差角が90゜の場合はθ１
＝θ２となる。

上記第１図において、撮像レンズ２により色フイルタ
アレイ６に投影される回折格子像の水平方向Ｈおよび垂
直方向Ｖ（第３図参照）の周期D1h,D1v（以下、実効的
な周期という）は、第４図のように、それぞれ、色フイ
ルタアレイ６における１組の水平方向Ｈおよび垂直方向
Ｖの周期ph,pvのたとえば１倍に設定されている。ここ
で、実効的な周期とは、撮像面に投像された回折格子像
の周期を意味するので、必ずしも第３図の格子10,20自
体の周期d1,d2と一致するとは限らない。

上記各格子10,20には、偏位角θ1,θ２が設定されて
いるので、第１の格子10の水平方向Ｈおよび垂直方向Ｖ
の周期は、それぞれ、d1/cosθ１およびd1/sinθ１とな
る。また、第２の格子20の水平方向Ｈおよび垂直方向Ｖ
の周期は、それぞれ、d2/sinθ２およびd2/cosθ２とな
る。そのため、第１の格子10の水平方向Ｈおよび垂直方
向Ｖの実効的な周期D1hおよびD1v、第２の格子20の水平
方向Ｈおよび垂直方向Ｖの実効的な周期D2hおよびD2v
は、 D1hｆ・d1/｛（ｆ−ｄ）cosθ１｝ D1vｆ・d1/｛（ｆ−ｄ）sinθ１｝ D2hｆ・d2/｛（ｆ−ｂ）sinθ２｝ D2vｆ・d2/｛（ｆ−ｂ）cosθ２｝ となる。したがつて、上記焦点距離ｆ、撮像面と格子1
0,20との距離ｂおよび偏位角θ1,θ２を考慮して、格子
10,20の周期d1,d2が設定されている。

上記偏位角θ1,θ２は、両格子10,20における水平方
向Ｈの成分を合成したMTF値が、第５図（ａ）の実線で
示すように、カツトオフ周波数fh11ないしfh22の領域に
おいて、0.2以下となる角度に設定されている。また、
上記偏位角θ1,θ２は、両格子10,20における垂直方向
Ｖの成分を合成したMTF値が、第５図（ｂ）の実線で示
すように、カツトオフ周波数fv21ないしfv12の領域にお
いて、0.2以下となる角度に設定されている。なお、上
記第３図の偏位角θ1,θ２は、光学的ローパスフイルタ
４の形状および両格子10,20と撮像面との距離ｂの関数
として定められる。

つぎに、上記構成の作用を説明する。

まず、偏位θ1,θ２を有していない場合における第１
および第２の格子10,20のMTF特性を、それぞれ、第６図
（ａ）におよび第６図（６）に示す。入射光の波長を
λ、格子面と撮像面との距離をｂとすると、水平方向に
おけるMTF特性のカツトオフ周波数fh1およびfh2は、そ
れぞれ、下記の式（４）および（５）で表すことができ
る。

fh1＝al/b・λ （４） fh2＝（d1−a1）/b・λ （５） また、垂直方向におけるMTF特性のカツトオフ周波数f
v1およびfv2は、それぞれ、下記の式（６）および
（７）で表すことができる。

fv1＝a2/b・λ （６） fv2＝（d2−a2）/b・λ （７） 一方、第３図に示すように、偏位角θ1,θ２が設定さ
れている場合は、前述のように、第１の格子10の水平方
向Ｈにおける周期がd1/cosθ１、垂直方向Ｖの周期がd1
/sinθ１となる。また、第２の格子20の水平方向Ｈにお
ける周期はd2/sinθ２、垂直方向Ｖにおける周期はd2/c
osθ２となる。したがつて、第１の格子10における水平
方向Ｈのカツトオフ周波数fh11,fh12および垂直方向Ｖ
におけるカツトオフ周波数fv11,fv12は、上記（４），
（５）式から、それぞれ、下記の式（８），（９），
（10）および（11）で表される。

fh11＝a1/（ｂ・cosθ１）・λ （８） fh12＝（d1−a1）／（ｂ・cosθ１・λ） （９） fv11＝a1/（ｂ・sinθ１・λ） （10） fv12＝（d1−a1）／（ｂ・sinθ１・λ） （11） また、第２の格子20における水平方向Ｈのカツトオフ
周波数fh21,fh22および垂直方向Ｖにおけるカツトオフ
周波数fv21,fv22は、上記（６），（７）式から、それ
ぞれ、下記の式（12），（13），（14）および（15）で
表される。

fh21＝a2/（ｂ・sinθ２・λ） （12） fh22＝（d2−a2）／（ｂ・sinθ２・λ） （13） fv21＝a2/（ｂ・cosθ２・λ） （14） fv22＝（d2−a2）／（ｂ・cosθ２・λ） （15） 上記（８），（９），（12），（13）式より、第１お
よび第２の格子10,20の水平方向ＨのMTF特性は、それぞ
れ、第５図（ａ）の一点鎖線および二点鎖線で示すよう
になる。これらの値を総合したMTF値は、瞳関数から計
算すると、実線で示すように、広い空間周波数域におい
て0.2以下になる。このMTF値が0.2以下となる領域は、
第４図の色フイルタアレイ６における水平方向Ｈの１組
の周期phに対応する空間周波数1/phから、この空間周波
数1/phの２倍以上に設定するのが好ましい。

また、上記（10），（11），（14），（15）式より、
第１および第２の格子10,20の垂直方向ＶのMTF特性は、
それぞれ、第５図（ｂ）の一点鎖線および二点鎖線で示
すようになる。これらの値を総合したMTF値は、同様に
実線で示すようになり、広い空間周波数域において0.2
以下になる。この上記MTF値が0.2以下となる領域は、第
４図の色フイルタアレイ６における垂直方向Ｖの１組の
周期pvに対応する空間周波数1/pvから、この空間周波数
1/pvの２倍以上に設定するのが好ましい。

このように、高周波側のMTF値が小さいので、低偽色
信号の画像が得られる。

なお、単板式固体撮像装置の場合、上記水平方向およ
び垂直方向のMTF値が0.2以上となる領域は、それぞれ、
固体撮像素子における水平方向および垂直方向の画素の
周期に対応する空間周波数から、この空間周波数の２倍
以上に設定するのが好ましい。

また、上記構成によれば、第４図のように、実効的な
周期D1h,D1vが、色フイルタアレイ６における１組の周
期ph,Pvの１倍であるから、輝度信号は、格子10,20によ
り、強度変調されないので、回折格子像が画面に映る現
象を生じない。なお、Ｒ信号、Ｇ信号およびＢ信号の各
信号の強度は、互いに異なつているが、ホワイトバラン
ス補正を行うことにより、各信号の強度を補正すること
ができる。

上記実効的な周期D1h,D1vは、色フイルタアレイ６の
１組の周期ph,pvの整数分の１倍であれば良く、たとえ
ば1/2倍,1/3倍などがあつても、輝度信号が格子10,20に
より変調されないので、同様の効果が得られる。

また、第７図のように、上記実効的な周期D1h,D1v
は、色フイルタアレイ６の１組の周期ph,pvの２倍であ
つてもよい。この図に示す場合と異なり、回折格子像の
凸部の中央の位置と、画素の境界の位置とが一致してい
ないときは、回折格子像による明暗が平均化されない。
しかし、色ムラの生じるピツチが小さいので、実用上の
問題がない。

さらに、図示していないが、上記実効的な周期は、色
フイルタアレイ６の１組の周期の１倍又は整数分の１倍
でなくても、１杯以下であればよい。この場合には、モ
アレ縞が発生するものの、回折格子像の周期が小さいの
で、モアレ縞の濃淡のコントラストが低いから、実用上
問題がない。特に、実効的な周期が色フイルタアレイ６
の１組の周期の1/2倍よりも小さければ、上記コントラ
ストが極めて低くなる。

上記第４図の実施例では、実効的な周期D1h,D1vを、
色フイルタアレイ６における１組の周期ph,pvの１倍と
したが、色フイルタアレイを有していない単式固体撮像
装置の場合は、第８図（ａ），（ｂ）のように、固体撮
像素子１における画素の周期の１倍または２倍としても
よい。この場合、輝度の出力信号は、格子10,20により
強度変調されないので、やはり、回折格子像が画面に映
る現象を生じない。さらに、実効的な周期を、画素の周
期の整数分の１倍を除く、１倍以下にしても、輝度ムラ
の生じるピツチが小さくなる。

また、上記第１図の実施例は、単板式固体撮像装置に
ついて述べたが、撮像管を有する単管式カラー撮像装置
についても適用できる。

つぎに、上記について数値を用いて説明する。

第１図の固体撮像素子１の画素周期を水平方向で15μ
ｍ、垂直方向で10μｍとし、色フイルタアレイ６の１組
の周期を水平方向で30μm,垂直方向で20μｍとした場合
には、水平方向においては33.3,66.7,100および133.3本
/mmに、また垂直方向においては50,100,150および200本
/mmに偽信号が発生する。一方、レンズ２の焦点距離ｆ
が15mmである場合、光学的ローパスフイルタ４における
第１の格子10の周期d1を2.56μｍ、凸部幅a1を0,86μ
ｍ、偏位角θ１を31゜に設定し、第２の格子20の周期d2
を2.76μｍ、凸部幅a2を1.19μｍ、偏位角θ２を3.7゜
に設定し、光学的ローパスフイルタ６の格子面と色フイ
ルタアレイ６の撮像面との距離ｂを55μｍに設定して、
光学的ローパスフイルタ４および固体撮像素子１を配置
する。

この場合、撮像面における第１の格子10の回折格子像
の周期は、固体撮像素子１の水平方向における画素周期
の1/5であり、垂直方向の画素周期の1/2である。また撮
像面における第２の格子20の回折格子像の周期は、固体
撮像素子１の水平方向の画素周期の1/3であり、垂直方
向の画素周期の1/3である。したがつて、輝度の出力信
号は各格子10,20により強度変調されないので、絞りを
絞り込んだときに回折格子像が映るという現象も生じな
い。また、ズームアツプ、ダウン時にも偽信号および偽
色信号は発生しない。

ところで、上記実施例の光学的ローパスフイルタ４で
は、第２図のように、第１の格子10および第２の格子20
を透明基板７の１つの主表面7aに形成したが、第１の格
子10を透明基板７の他の主表面7bに形成してもよい。ま
た、図示しないが、第１の格子10を１つの透明基板の主
表面に形成し、第２の格子を他の透明基板の主表面に形
成し、これらの透明基板を主表面で任意に貼り合わせた
構造でもよい。また、上記実施例では、第１の格子10お
よび第２の格子20の断面形状が矩形波状であるが、台形
波状や正弦波状などの他の形状でもよい。

つぎに、この発明の撮像装置の実施例を図面にしたが
つて説明する。

第９図は撮像装置の第１の実施例を示す。第９図にお
いて、撮像レンズ２と固体撮像素子１との間には、この
発明の光学的ローパスフイルタ21としての回折格子が配
設されている。上記光学的ローパスフイルタ21は、赤外
線を遮断する基板21aの主表面に断面が矩形波状の格子2
1bが形成されてなる。

光学的ローパスフイルタ21と固体撮像素子１との間に
は、スペーサ22が介挿されている。上記光学的ローパス
フイルタ21、スペーサ22および固体撮像素子１は、パッ
ケージ23内に収納されており、パッケージ23の保護ガラ
ス５で保護されている。

上記スペーサ22は、たとえば、ポリエチレンテレフタ
レート製の平板状のフイルムからなる。上記スペーサ22
と固体撮像素子１とは、互いに押し付けられた状態で、
第10図に示すように、これらの周縁部の一部において、
たとえばエポキシ系の接着剤24で接着されている。ま
た、上記スペーサ22と光学的ローパスフイルタ21とは、
互いに押し付けられた状態でこれらの周縁部の一部にお
いて、接着剤24で装着されている。つまり、光学的ロー
パスフイルタ21と固体撮像素子１とは、これらの間に介
挿されたスペーサ22とともに、積層されて一体化されて
いる。

なお、接着剤24は、スペーサ22の材質に応じてウレタ
ン系などの他の接着剤を使うことができる。また、スペ
ーサ22はガラス板などで構成してもよい。

なお、前述の（１）〜（３）式における光学的ローパ
スフイルタ21と撮像面（固体撮像素子面または色フイル
タアレイ面）との距離ｂは、スペーサ22の厚さをｔ、そ
の屈折率をｎをすると、下記の式（16）で表わされる。

ｂ＝t/n （16） たとえば、（１）〜（３）式における光学的ローパス
フイルタ21と撮像面との距離ｂが上述のように55μｍで
ある場合、スペーサ22が有する屈折率が1.6であれば、
スペーサ22の厚さｔは88μｍにすればよい。

また、上記構成によれば、第９図の光学的ローパスフ
イルタ21、スペーサ22および固体撮像素子１は、積層さ
れて一体化されているから、光学的ローパスフイルタ21
と固体撮像素子１との互いの位置決めが容易である。そ
のため、光学的ローパスフイルタ21から固体撮像素子１
までの距離ｂの精度が向上するとともに、格子面と撮像
面とが互いに傾くこともない。したがつて、（３）式の
実効的な周期Ｄの精度が向上するので、光学的ローパス
フイルタ21の回折格子像が画面上に発生せず、しかも、
製造性が向上する。

また、この実施例と異なり、上記光学的ローパスフイ
ルタ21、スペーサ22および固体撮像素子１の主表面の全
面に接着剤24を塗布した場合は、硬化した接着剤24に気
泡が生じたり、接着剤24の厚さが各製品ごとにばらつい
て距離ｂの調整が難しいなどの問題を生じる。ここで、
この実施例では、光学的ローパスフイルタ21、スペーサ
22および固体撮像素子１を、これらの周縁部で互いに接
着している。したがつて、接着剤24に気泡が生じたり、
接着剤24の量が不均一になつても何ら支障がない。

なお、上記実施例の場合、スペーサ22と固体撮像素子
１とを互いに押し付けた状態で接着すれば、これらの間
に接着剤24が侵入するおそれがない。

第11図および第12図は、撮像装置の第２の実施例を示
す。

第11図において、スペーサ22は、フイルム22aと、こ
のフイルム22aの両主表面に密着された反射防止膜22b,2
2cとで構成されている。その他の構成は第１の実施例と
同様であり、同一部分または相当部分に同一符号を付し
て、その詳しい説明を省略する。

上記第９図の実施例では、スペーサ22と光学的ローパ
スフイルタ21および固体撮像素子１との間に、極めて微
小な隙間が生じるのは避けられず、両側の隙間の寸法が
異なつている場合には、画面上に色ムラが生じる。これ
に対し、第11図の実施例では、スペーサ22の両主表面に
反射防止膜22b,22cを有しているので、上記色ムラの発
生を防止することができる。

第13図および第14図は、撮像装置の第３の実施例を示
す。

第13図において、スペーサ22はロの字形のリング状に
形成されて、光の入射部が開口している。上記スペーサ
22は、ガラス、金属またはフイルムで構成されている。
固体撮像素子１は、その表面に色フイルタアレイ６を有
している。

第13図の撮像レンズ２はズーム機能を備えている。撮
像レンズ２と保護ガラス５との間には、たとえば水晶や
方解石からなる複屈折板25が配置されている。

その他の構成は、上記第１の実施例と同様であり、同
一部分または相当部分に同一符号を付して、その詳しい
説明を省略する。

上記構造の撮像装置が有するMTF値は、上記光学的ロ
ーパスフイルタ21と複屈折板25のMTF値を合成した値に
なり、偽信号および偽色信号の発生を防止することがで
きる。

しかも、撮像装置は、デフオーカス状態であつても、
複屈折板25のMTF特性が変化しないことから、偽色信号
が発生する周波数を複屈折板25により遮断することがで
きる。したがつて、デフオーカス状態における偽色信号
の発生を防止することができる。

また、この実施例では、第13図のスペーサ22における
光の入射部を開口させているので、スペーサ22と光学的
ローパスフイルタ21および色フイルタアレイ６との間に
生じる隙間が、互いに異なつていても、画面上に色ムラ
が生じない。

第15図は撮像装置の第４の実施例を示す。この図にお
いて、光学的ローパスフイルタ21の基板21aは、保護ガ
ラス５を構成している。光学的ローパスフイルタ21は、
その基板21aがパッケージ23に嵌合され、その格子21bが
スペーサ22に当接した状態で、基板21aの全周の周縁が
パッケージ23に接着剤24で接着されてる。その他の構成
は、上記第３の実施例と同様であり、その図示および詳
しい説明を省略する。

この第４の実施例によれば、光学的ローパスフイルタ
21の基板21aが保護ガラス５を構成しているので、撮像
装置の構成が一層簡易になる。

上記各実施例では、光学的ローパスフイルタ21の格子
21bは固体撮像素子１側に配置されていたが、第16図の
第５の実施例のように、保護ガラス５側、つまり光の入
射側に配置されていてもよい。この実施例では光学的ロ
ーパスフイルタ21の基板21aがスペーサ22を構成してい
る。そのため、この実施例によれば、スペーサ22を別途
設ける必要がなく、しかも、別体のスペーサを接着する
必要もないので、撮像装置の構成がより一層簡易になる
とともに、製造性が向上する。

なお、上記各実施例では、スペーサ22を光学的ローパ
スフイルタ21および固体撮像素子１に接着したが、必ず
しも接着する必要はない。

また、上記実施例では、赤外線を遮断する性質を有す
る基板上に光学的ローパスフイルタ21の格子21bを形成
したが、赤外線を遮断するように積層して形成された薄
膜を有する任意の透明基板上に、光学的ローパスフイル
タ21のパターンを形成してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この出願の請求項（１）ないし
（３）の発明によれば、光学的ローパスフイルタを構成
する回折格子の各格子の像が撮像面に生じるのを抑制で
きるとともに、各格子を撮像面に対して偏位させたの
で、カツトオフ周波数以上におけるMTF値を低くして、
低偽信号や低偽色信号の画像を得ることができる。

特に、請求項（４）もしくは（５）の発明によれば、
比較的高い空間周波数域におけるMTF値を低く設定した
ので、偽信号または偽色信号の極めて少ない画像が得ら
れる。

また、請求項（６）および（７）の発明によれば、回
折格子、スペーサおよび固体撮像素子を積層して一体に
したから、回折格子を撮像面に対して容易に精度良く位
置決めできるとともに、位置決め精度が向上することに
より実効的な周期の精度が向上する。したがつて、製造
性が向上するとともに、回折格子像が画面上に生じるの
を一層有効に抑制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光学的ローパスフイルタを備えた単
板式カラー撮像装置の概略構成図、第２図はこの発明の
光学的ローパスフイルタの一実施例を示す斜視図、第３
図は同平面図、第４図は実効的な周期が色フイルタアレ
イの１組の周期の１倍である場合の出力信号の特性図、
第５図は光学的ローパスフイルタのMTF値を示す特性
図、第６図は偏位がないとした場合の特性図、第７図は
実効的な周期が色フイルタアレイの１組の周期の２倍で
ある場合の出力信号の特性図、第８図は実効的な周期が
画素の周期の１倍または２倍である場合の出力信号の特
性図、第９図はこの発明の撮像装置の第１の実施例を示
す概略構成図、第10図は第９図のＸ−Ｘ線断面図、第11
図は撮像装置の第２の実施例を示す概略構成図、第12図
は第11図のXII−XII線断面図、第13図は撮像装置の第３
の実施例を示す概略構成図、第14図は第13図のXIV−XIV
線断面図、第15図は撮像装置の第４の実施例を示す断面
図、第16図は撮像装置の第５の実施例を示す断面図、第
17図は従来の回折格子の斜視図、第18図はそのMTF値を
示す特性図、第19図は従来の撮像装置の概略構成図、第
20図は実効的な周期が画素周期の３倍である場合の出力
信号の特性図である。 １……固体撮像素子、２……撮像レンズ、4,21……光学
的ローパスフイルタ、６……色フイルタアレイ、10……
第１の格子、20……第２の格子、22……スペーサ、D,D1
h,D1v……回折格子像の周期、Ｈ……水平方向、Ｖ……
垂直方向、ph,pv……色フイルタアレイの１組の周期、
θ1,θ２……偏位角。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 欣裕 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 長田 司郎 岡山県倉敷市酒津2045番地の１ 株式会 社クラレ内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 27/46 H04N 5/238,9/07

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単板式固体撮像装置の撮像レンズと固体撮
   像素子との間に配置され、互いに交差する２方向に格子
   を有する回折格子からなる光学的ローパスフイルタであ
   つて、上記２方向の格子が上記固体撮像素子の画素の配
   列に対して偏位して配置され、上記撮像レンズにより上
   記固体撮像素子の水平および垂直方向に投影される回折
   格子像の周期が、それぞれ、上記固体撮像素子における
   画素の水平および垂直方向の周期の１倍以下もしくは２
   倍に設定されている光学的ローパスフイルタ。
2. 【請求項２】単板式固体撮像装置の撮像レンズと表面に
   色フイルタアレイを有する固体撮像素子との間に配置さ
   れ、互いに交差する２方向に格子を有する回折格子から
   なる光学的ローパスフイルタであつて、上記２方向の格
   子が上記色フイルタアレイに対して偏位して配置され、
   上記撮像レンズにより上記色フイルタアレイの水平およ
   び垂直方向に投影される回折格子像の周期が、それぞ
   れ、上記色フイルタアレイにおける水平および垂直方向
   の１組の周期の１倍以下もしくは２倍に設定されている
   光学的ローパスフイルタ。
3. 【請求項３】単管式カラー撮像装置の撮像レンズと表面
   に色フイルタアレイを有する撮像管との間に配置され、
   互いに交差する２方向に格子を有する回折格子からなる
   光学的ローパスフイルタであつて、上記２方向の格子が
   上記色フイルタアレイに対して偏位して配置され、上記
   撮像レンズにより上記色フイルタアレイの水平および垂
   直方向に投影される回折格子像の周期が、それぞれ、上
   記色フイルタアレイにおける水平および垂直方向の１組
   の周期の１倍以下もしくは２倍に設定されている光学的
   ローパスフイルタ。
4. 【請求項４】請求項（１）において、上記偏位は、上記
   ２方向の格子の上記水平方向における成分を合成したMT
   F値、ならびに、上記２方向の格子の上記垂直方向の成
   分を合成したMTF値が各々0.2以下になる領域が、上記画
   素の周期に対応する空間周波数からこの空間周波数の２
   倍以上となる角度に設定されている光学的ローパスフイ
   ルタ。
5. 【請求項５】請求項（２）もしくは（３）において、上
   記偏位は、上記２方向の格子の上記水平方向における成
   分を合成したMTF値、ならびに、上記２方向の格子の上
   記垂直方向の成分を合成したMTF値が各々0.2以下になる
   領域が、上記色フイルタアレイの１組の周期に対応する
   空間周波数からこの空間周波数の２倍以上となる角度に
   設定されている光学的ローパスフイルタ。
6. 【請求項６】撮像レンズと固体撮像素子との間に、回折
   格子からなる光学的ローパスフイルタが配設された撮像
   装置において、上記光学的ローパスフイルタは、互いに
   交差する２方向の格子を有し、上記２方向の格子が上記
   固体撮像素子の画素の配列に対して偏位して配置され、
   上記撮像レンズにより上記固体撮像素子の水平および垂
   直方向に投影される回折格子像の周期が、それぞれ、上
   記固体撮像素子における画素の水平および垂直方向の周
   期の１倍以下もしくは２倍に設定されており、この光学
   的ローパスフイルタと上記固体撮像素子とが、これらの
   間に介挿したスペーサとともに積層されて一体化されて
   いることを特徴とする撮像装置。
7. 【請求項７】撮像レンズと表面に色フイルタアレイを有
   する固体撮像素子との間に、回折格子からなる光学的ロ
   ーパスフイルタが配設された撮像装置において、上記光
   学的ローパスフイルタは、互いに交差する２方向の格子
   を有し、上記２方向の格子が上記色フイルタアレイに対
   して偏位して配置され、上記撮像レンズにより上記色フ
   イルタアレイの水平および垂直方向に投影される回折格
   子像の周期が、それぞれ、上記色フイルタアレイにおけ
   る水平および垂直方向の１組の周期の１倍以下もしくは
   ２倍に設定されており、この光学的ローパスフイルタと
   上記固体撮像素子とが、これらの間に介挿したスペーサ
   とともに一体化されていることを特徴とする撮像装置。