JP2785159B2 - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP2785159B2 JP2297071A JP29707190A JP2785159B2 JP 2785159 B2 JP2785159 B2 JP 2785159B2 JP 2297071 A JP2297071 A JP 2297071A JP 29707190 A JP29707190 A JP 29707190A JP 2785159 B2 JP2785159 B2 JP 2785159B2
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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、ビデオカメラ,電子スチルカメラ等に好適
な、オフセットサンプリング構造の撮像素子と、光学的
ローパスフィルタを有するカラー撮像装置に関する。
〔従来の技術〕
単板式カラービデオカメラにおいてカラー信号を得る
ためには、例えば第7図に示すようなストライプ状の色
フィルタ配列構成を用いる。このとき、ある特定の色に
ついては水平方向の空間的サンプリングの位置が3画素
に1回になることによって色のモアレが生じてしまう。
これを防ぐためにカラービデオカメラでは、1枚の複屈
折板より構成される光学的ローパスフィルタを用いて水
平に1.5画素ずれた位置に同じ光線が分割されて入射す
るようにしている。
このようにすると、光学的ローパスフィルタの水平方
向の周波数特性(伝達特性MTF)は第8図に示すようにC
OSの形になり、fS/3の所で0になる。一方、色モアレは
ここから折り返ってくるので、そのような光学的ローパ
スフィルタはモアレの抑制に効果がある。ここでfSは一
画素当りのサンプリング周波数であり、fS=1/dであ
る。dは一画素のピッチである。
〔発明が解決しようとする課題〕
一方、近来固体撮像素子の各画素をオフセットサンプ
リング構造に構成し、この各画素に第3図(a),
(b)に示すような色の色フィルタを配列したものが注
目されている。
第3図(a)において、固体撮像素子は、水平方向の
画素ピッチPH,垂直方向の画素ピッチPV,水平方向の画素
オフセット量PH/2のオフセットサンプリング構造となっ
ており、マゼンタ,緑色,シアン,黄色各光透過フィル
タMg,Cr,Cy,Yeが各画素に対応する位置に配列されてい
る。各々の色フィルタは、水平2PH,垂直2PV,水平方向の
オフセット量がPHのオフセットサンプリング構造となっ
ている。
また、第3図(b)において、固体撮像素子は、水平
方向の画素ピッチPH,垂直方向の画素ピッチPV,水平方向
の画素オフセット量PH/2のオフセットサンプリング構造
となっており、赤色,緑色,青色各光透過フィルタR,G,
Bが各画素に対応する位置に配列されている。同図に示
すように、RとBの色フィルタは水平2PH,垂直2PV,水平
方向のオフセット量がPHのオフセットサンプリング構造
となっている。一方Gの色フィルタは斜め方向にストラ
イプ状となっているが、これも、水平2PH,垂直2PV,水平
方向のオフセット量PHのオフセットサンプリング構造が
水平方向にPH/2,垂直方向にPVだけ互いにずれて重なり
合ったものと見ることができる。
この場合、色フィルタの配置は従来のストライプの場
合のように単純な1次元ではなく、2次元的に配置され
ているため、色モアレを防ぐ光学的ローパスフィルタ
も、ある特別な2次元的な条件を満たすように設計され
なければならず、従来のどの光学的ローパスフィルタで
も所望の効果が得られなかった。
本発明は、このような事情のもとでなされたもので、
前記第3図(a),(b)のようなオフセット構造の色
フィルタ配列を用いた撮像素子に、色モアレ抑制に効果
的な光学的ローパスフィルタを組合せた撮像装置を提供
することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、第3図(a),(b)のような色フィルタ
配置をとったときのサンプリング構造を2次元的に注意
深く解析し、色モアレ防止のための最適な光学的ローパ
スフィルタの条件を導出することによってなされた。
まず、第4図のように水平方向,垂直方向のピッチが
各々PH,PVであって、水平方向のオフセット量がPH/2で
あるようなオフセットサンプリング構造を考える。この
場合のサンプリング構造は、2次元周波数平面上で第5
図のように、水平方向,垂直方向のピッチが2/PH,1/PV
で水平方向のオフセット量が1/PHであるオフセット構造
であることが知られている。この導出は、例えば吹坂敬
彦著“画像のデジタル信号処理”日刊工業新聞社(198
5)P.317に述べられている。
従って、第3図(a),(b)のような色フィルタ配
列を用いた撮像素子において、各画素の色フィルタによ
る色信号を等価的に輝度信号とみなす、いわゆるスイッ
チ−Y方式によって輝度信号を得るとすると、輝度信号
のサンプリング構造は、第6図(a)に●印で示すよう
になる。又、各色信号についてみれば、例えば第3図
(a)のMgでは水平方向,垂直方向のピッチは各々2PH,
2PVで、水平方向のオフセットがPHのやはりオフセット
サンプリング構造をもっていることがわかる。従って、
色信号のサンプリング構造は、第6図(a)中の□印の
ようになる。
従って、色モアレを防止する上で最適な光学ローパス
フィルタは、第6図(a)中に実線で示した附近で、周
波数特性が0又は最小になるようなひし型となる。
本発明は、以上のような考察のもとに、前記目的を達
成するため、撮像装置をつぎの(1)のとおりに構成す
るものである。
(1)つぎのa,b,cの構成要素を備えた撮像装置。
a.水平方向の画素ピッチがPH,垂直方向の画素ピッチ
がPVで水平方向の画素オフセット量がPH/2であるオフセ
ットサンプリング構造を有する撮像素子。
b.3種類以上の色フィルタを有し、各色フィルタの、
水平方向のピッチが2PH,垂直方向のピッチが2PVで水平
方向のオフセット量がPHであって、前記撮像素子に設け
たオフセット構造の色フィルタアレイ。
c.入射した光線を前記撮像素子の水平走査の向きに対
し反時計回りに45゜または−45゜の方向で距離P1だけ離
れた2本の光線に分割する第1の光学部材と、入射した
光線を第1の光学部材の分割方向に対し90゜の方向で距
離P2だけ離れた2本の光線に分割する第2の光学部材と
を有し、撮像光学系に設けられ、つぎの条件を満たす光
学的ローパスフィルタ。
〔作用〕 前記(1)の構成により、色フィルタアレイにより生
ずる色キャリアが光学的ローパスフィルタにより除去さ
れ、色モアレの発生が抑制される。
〔実施例〕
以下本発明を実施例により詳しく説明する。説明中
“方向”は180゜異なる2つの方向を指し、“向き”は
一方向を指すものとする。
前述のように、理想的にはひし型特性が良いが、実際
に複屈折板等を用いて光学的ローパスフィルタを構成す
るには、第6図(b)に実線で示すように、原点から最
も近い色のキャリア周波数(±1/2PH,±1/4PV)を通
り、fX軸と±45゜の角度をなす4本の直線l1,l1′,l2,l
2′上で周波数特性が0になるようにするのが最も簡易
なものである。そのためには、入射した光線を水平走査
の向きに対し反時計回りに45゜または−45゜の方向でP1
の間隔の2本の光線に分割する第1の光学部材と、入射
した光線を第1の光学部材の分割方向に対し90゜の方向
でP2の間隔の2本の光線に分割する第2の光学部材とで
光学的ローパスフィルタを構成すればよい。このとき光
学的ローパスフィルタの周波数特性である2次元MTF値
は次のものとなる。
これより、MTF値は、水平と±45゜をなす方向にそれ
ぞれコサイン関数の形で変化し、水平,垂直方向には両
者がかけ合わさったコサインの2乗の形となり、水平,
垂直および斜め方向からの折り返し歪の抑制が良好に行
われる。
さらに、この光学的ローパスフィルタが充分な性能を
発揮するためには、第6図(b)に示す4本の直線が
(±1/2PH,±1/4PV)の近傍を通ることが望ましい。そ
のためには、これら4本の直線の原点からの距離が l1,l1′:1/2P1 l2,l2′:1/2P2 となるので、この値が、 を中心にプラスマイナス25%以内にあればよい。ここ
で、h0は4本の直線l1,l1′,l2,l2′が(±1/2PH,±1/4
PV)を通ったときの原点から直線までの距離である。こ
のためには、分離(或は分割)幅P1,P2が以下の条件を
満足すればよい。
いずれの式も、上限を越えると色モアレの量が増大
し、下限を越えると光学的ローパスフィルタと撮像素子
より成る系全体の解像度が低下し、好ましくない。
第1図に本発明の第1実施例である“撮像装置”の要
部構成を示す。図中1は光学的ローパスフィルタ、2は
第3図(a),(b)に示す色フィルタ配列の色フィル
タアレイ2aを設けたオフセットサンプリング構造をもつ
カラー撮像素子である。
光学的ローパスフィルタ1は、複屈折板5,6よりなる
第1の光学部材3と、複屈折板7よりなる第2の光学部
材4より構成されている。図中の複屈折板5,6,7の分離
の向きは、それぞれ水平走査の向きに対し、反時計回り
に90゜,0゜,45゜であり、分離幅の大きさは である。第2図は、第1図の光学的ローパスフィルタ1
により光線が分離してゆく様子を示したものである。同
図(a)に示すように、入射光は複屈折板5により同図
実線の矢印に示す方向に偏光成分を持つ等しい強度の常
光線8と異常光線9の2本の直線偏光として射出され
る。次に複屈折板5に対し90゜光軸が傾いた複屈折板6
に入射するが、複屈折板6に対し光線9は常光線となる
ため、そのまま直進して射出され、光線8は異常光線と
なるため屈折して10の位置に射出される。この様子を示
したのが同図(b)である。結局複屈折板5,6より成る
光学部材3からは、図より分離幅P1で水平走査の向きに
対し反時計向きで−45゜の方向に分離した2本の光線9,
10が得られる。これらはそれぞれ水平走査の向きに対
し、反時計回りで90゜と0゜に偏光しているため、第2
図(c)に示すように複屈折板7により等しい強度の4
本の光線に分離される。複屈折板7による分離幅はP2
ある。そしてP1,P2の値を(2),(3)式を満足する
ようにし、所望の性能を得ている。
第9図は本発明の第2実施例の要部構成を示す図であ
る。カラー撮像素子2及びこれに設けた色フィルタアレ
イ2aは第1実施例と同じ構成のものである。光学的ロー
パスフィルタ90は、直線偏光を円偏光にする位相板94と
複屈折板95よりなる第1の光学部材92と、複屈折板93よ
りなる第2の光学部材91とで構成されている。第1の光
学部材92と第2の光学部材91は必ずしもこの順で撮像素
子2側からならんでいる必要はなく、逆の順序でもよ
い。複屈折板93の分離軸はP2で、分離された常光線,異
常光線の2本の直線偏光は、位相板94で円偏光になおさ
れ、分離軸P1の複屈折板95により第2図(c)と同様の
等しい強度の4本の光線に分離される。
第10図は本発明の第3実施例の要部構成を示す図であ
る。ここでは光学的ローパスフィルタ100は、第9図の
光学的ローパスフィルタ90で位相板94のかわりに、2枚
の複屈折板93,95に比べ充分分離幅の小さい水平走査の
向きに対し反時計回りに0゜の方向に分離方向を持つ複
屈折板96を用いている。この分離幅をd3とすると、光学
的ローパスフィルタ100より射出される光線は、第11図
に示すように、第2図(c)の光線が45゜方向にd3だけ
ずれて重なった合計8本の光線となるが、d3が充分小さ
いため、第2図(c)のものと周波数特性はほとんど変
わらない。また、このようにすると位相板94を用いたと
きに比べ周波数特性の波長依存性が少なく、かつ全体の
厚さを薄くコンパクトにできるので好ましい。
なお以上の各実施例においては、各光学部材は、複屈
折板1枚または複数板、あるいはそれらと位相板とを組
み合わせて構成しているが、本発明はこれらに限定され
るものではなく、例えば光学系中にプリズムを置くなど
光を2方向に分割するものであれば何を用いてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によればオフセットサン
プリング構造を持ったカラー単板撮像素子を用いて有効
に色モアレを防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の要部構成図、第2図は光
学的ローパスフィルタ1の作用を説明する図、第3図は
色フィルタ配列例を示す図、第4図,第5図はオフセッ
トサンプリング構造を説明する図、第6図(a)は理想
的な光学的ローパスフィルタの2次元周波数特性を示す
図、第6図(b)は第1実施例で用いる光学的ローパス
フィルタの2次元周波数特性を示す図、第7図は従来の
色フィルタ配列を示す図、第8図は第7図の色フィルタ
配列の周波数特性を示す図、第9図は本発明の第2実施
例の要部構成図、第10図は本発明の第3実施例の要部構
成図である。 1……光学的ローパスフィルタ 2……カラー撮像素子 2a……色フィルタアレイ 3……第1の光学部材 4……第2の光学部材

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】つぎのa,b,cの構成要素を備えたことを特
    徴とする撮像装置。 a.水平方向の画素ピッチがPH,垂直方向の画素ピッチがP
    Vで水平方向の画素オフセット量がPH/2であるオフセッ
    トサンプリング構造を有する撮像素子。 b.3種類以上の色フィルタを有し、各色フィルタの、水
    平方向のピッチが2PH,垂直方向のピッチが2PVで水平方
    向のオフセット量がPHであって、前記撮像素子に設けた
    オフセット構造の色フィルタアレイ。 c.入射した光線を前記撮像素子の水平走査の向きに対し
    反時計回りに45゜または−45゜の方向で距離P1だけ離れ
    た2本の光線に分割する第1の光学部材と、入射した光
    線を第1の光学部材の分割方向に対し90゜の方向で距離
    P2だけ離れた2本の光線に分割する第2の光学部材とを
    有し、撮像光学系に設けられ、つぎの条件を満たす光学
    的ローパスフィルタ。
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