JP2800364B2 - 光学的ローパスフィルタ - Google Patents
光学的ローパスフィルタInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は色分離フィルタを有する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
光学系において、画像を離散的に得る際に波長ごとに有
用な光学的ローパス効果を与える光学的ローパスフィル
タに関するものである。
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
光学系において、画像を離散的に得る際に波長ごとに有
用な光学的ローパス効果を与える光学的ローパスフィル
タに関するものである。
従来の技術 一般的に固体撮像素子を用いたビデオカメラ等では、
画像情報を空間的に離散的にサンプリングすることによ
って出力画像を得ている。このとき被写体が撮像素子の
空間的なサンプリング周波数より高い空間周波数成分を
含んだものであった場合、固体撮像素子から出力される
出力画像情報は、被写体の有していない構造や偽信号を
含んだものとなる。すなわち、固体撮像素子の採取する
ことのできないナイキスト周波数より高い周波数成分
が、エイリアジング，モアレ縞，偽色等となって出力さ
れる。このため、従来から撮像系の一部に光学的ローパ
スフィルタを配置することによって、固体撮像素子に入
力される被写体の高い空間周波数成分を制限しており、
光学的ローパスフィルタには水晶板等の複屈折を利用し
たもの、近年では位相格子を利用したものが用いられて
いる。
画像情報を空間的に離散的にサンプリングすることによ
って出力画像を得ている。このとき被写体が撮像素子の
空間的なサンプリング周波数より高い空間周波数成分を
含んだものであった場合、固体撮像素子から出力される
出力画像情報は、被写体の有していない構造や偽信号を
含んだものとなる。すなわち、固体撮像素子の採取する
ことのできないナイキスト周波数より高い周波数成分
が、エイリアジング，モアレ縞，偽色等となって出力さ
れる。このため、従来から撮像系の一部に光学的ローパ
スフィルタを配置することによって、固体撮像素子に入
力される被写体の高い空間周波数成分を制限しており、
光学的ローパスフィルタには水晶板等の複屈折を利用し
たもの、近年では位相格子を利用したものが用いられて
いる。
さらに、近年では固体撮像素子の前に色フィルタを用
いて信号処理を行なうため、波長毎に異なった特性をも
った光学的ローパスフィルタの要請が高まってきてい
る。しかし、現在のところ波長によって特性の異なる簡
便な光学的ローパスフィルタを構成することが困難であ
るという問題があった。
いて信号処理を行なうため、波長毎に異なった特性をも
った光学的ローパスフィルタの要請が高まってきてい
る。しかし、現在のところ波長によって特性の異なる簡
便な光学的ローパスフィルタを構成することが困難であ
るという問題があった。
以下図面を参照しながら、上述した従来の光学的ロー
パスフィルタの例について説明する。
パスフィルタの例について説明する。
第４図は従来の水晶板を用い複屈折性を利用した光学
的ローパスフィルタで水晶光学フィルタと呼ばれる構成
を、第５図は位相格子を利用した光学的ローパスフィル
タの原理を示すものである。第４図において、１は水晶
板で、複屈折性を利用して偏光方向による光線の伝搬方
向が異なり光束を分離する。２は接着剤、３は水晶板で
ある。４は接着剤で、５は赤外光フィルタとして用いら
れる光学用ガラスである。６は接着剤で、７は水晶板で
ある。水晶板１により入射光束を常光線と異常光線の２
光束に分離利用し、さらに複数枚の水晶板を用いること
で２次元方向に対しローパス効果を得、またローパス効
果の特性を変化させることができるものである。第５図
において、８は光学系である。９は位相格子フィルタで
ある。８から射出される光束10及び11は像面12上の点Ｏ
に結像しようとするが、複合プリズムを成す光学的ロー
パスフィルタによって屈折されて、前記13上の点A1及び
A2に結像する。位相格子フィルタ９は、複合プリズムで
入射光束を分離することによってローパス効果を得てい
る。さらに、位相格子を構成するプリズムの形状を変化
させることによって、光学的ローパスの特性を変化させ
ることを可能である。
的ローパスフィルタで水晶光学フィルタと呼ばれる構成
を、第５図は位相格子を利用した光学的ローパスフィル
タの原理を示すものである。第４図において、１は水晶
板で、複屈折性を利用して偏光方向による光線の伝搬方
向が異なり光束を分離する。２は接着剤、３は水晶板で
ある。４は接着剤で、５は赤外光フィルタとして用いら
れる光学用ガラスである。６は接着剤で、７は水晶板で
ある。水晶板１により入射光束を常光線と異常光線の２
光束に分離利用し、さらに複数枚の水晶板を用いること
で２次元方向に対しローパス効果を得、またローパス効
果の特性を変化させることができるものである。第５図
において、８は光学系である。９は位相格子フィルタで
ある。８から射出される光束10及び11は像面12上の点Ｏ
に結像しようとするが、複合プリズムを成す光学的ロー
パスフィルタによって屈折されて、前記13上の点A1及び
A2に結像する。位相格子フィルタ９は、複合プリズムで
入射光束を分離することによってローパス効果を得てい
る。さらに、位相格子を構成するプリズムの形状を変化
させることによって、光学的ローパスの特性を変化させ
ることを可能である。
以上のように構成された光学的ローパスフィルタにつ
いて、以下その動作について説明する。水晶光学フィル
タ，位相格子フィルタともに分離距離をＤとした場合、
光学系の伝達特性（MTF）ｈ（ｆ）は ｈ（ｆ）＝|cos（πDf）｜ となり、分離幅の関数としてMTFは決定される。
いて、以下その動作について説明する。水晶光学フィル
タ，位相格子フィルタともに分離距離をＤとした場合、
光学系の伝達特性（MTF）ｈ（ｆ）は ｈ（ｆ）＝|cos（πDf）｜ となり、分離幅の関数としてMTFは決定される。
まず、分離幅に関しては、水晶光学フィルタは水晶板
の厚さで分離幅をコントロールしており、位相格子フィ
ルタは複合プリズムの頂角の大きさで分離幅をコントロ
ールしている。また、水晶光学フィルタの場合は、入射
光束を偏光方向によって異なる光線方向をもつことを利
用して分離しているため、波長による分離幅のコントロ
ールはできない。従来の位相格子フィルタの場合は、波
長による分離幅のコントロールの可能性はあるが、入射
光束の分離幅を決定するプリズムの頂角の大きさ、頂点
から谷までの高さ及びプリズムのピッチが互いに関数と
なっているため、ローパスの効果の自由度を損なわず
に、波長により分離幅をコントロールすることが困難で
あった。
の厚さで分離幅をコントロールしており、位相格子フィ
ルタは複合プリズムの頂角の大きさで分離幅をコントロ
ールしている。また、水晶光学フィルタの場合は、入射
光束を偏光方向によって異なる光線方向をもつことを利
用して分離しているため、波長による分離幅のコントロ
ールはできない。従来の位相格子フィルタの場合は、波
長による分離幅のコントロールの可能性はあるが、入射
光束の分離幅を決定するプリズムの頂角の大きさ、頂点
から谷までの高さ及びプリズムのピッチが互いに関数と
なっているため、ローパスの効果の自由度を損なわず
に、波長により分離幅をコントロールすることが困難で
あった。
発明が解決しようとする課題 本発明は上記問題点に鑑み、複合プリズムの形状によ
らず、波長による分離幅をコントロールできる光学的フ
ィルタを構成し、かつ、ローパス効果を得ようとする光
学的ローパスフィルタを提供するものである。
らず、波長による分離幅をコントロールできる光学的フ
ィルタを構成し、かつ、ローパス効果を得ようとする光
学的ローパスフィルタを提供するものである。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明は、少なくとも１
次元に周期構造を備えた複合プリズムを、少なくとも２
枚合成し、それぞれのプリズムを形成する材料は、ある
波長での屈折率が等しく、かつ、屈折率分散の大きさが
異なるものであるという構成を備えたものである。
次元に周期構造を備えた複合プリズムを、少なくとも２
枚合成し、それぞれのプリズムを形成する材料は、ある
波長での屈折率が等しく、かつ、屈折率分散の大きさが
異なるものであるという構成を備えたものである。
作用 本発明は上記した構成を実現することによって２枚の
複合プリズムの間の光線の屈折の仕方を、それぞれのプ
リズム形成材料の屈折率が等しい波長に関しては屈折の
影響を受けず、屈折率の異なる波長領域では屈折が生
じ、光束が分離されるようにし、波長に対し任意の光学
特性を得ることとなる。
複合プリズムの間の光線の屈折の仕方を、それぞれのプ
リズム形成材料の屈折率が等しい波長に関しては屈折の
影響を受けず、屈折率の異なる波長領域では屈折が生
じ、光束が分離されるようにし、波長に対し任意の光学
特性を得ることとなる。
実施例 以下本発明の一実施例の光学的ローパスフィルタにつ
いて、図面を参照しながら説明する。
いて、図面を参照しながら説明する。
第１図は本発明の第１の実施例における光学的ローパ
スフィルタおよび光学的ローパスフィルタを配置したと
きの光学系の概略図を示すものである。第１図におい
て、16は屈折率分散の比較的小さいプリズム形成材料か
ら作られた３角形のプリズムを１次元に配置した位相格
子、17は屈折率分散の比較的大きいプリズム形成材料か
ら作られた３角形のプリズムを１次元に配置し16のプリ
ズム面と密着するように作られた位相格子である。18は
固体撮像素子である。19はプリズム面の角度である。20
は16と17によって構成される位相格子面である。例えば
500nm付近の波長がローパス効果を必要としない場合
に、適当なプリズム形成材料の選択をした第１図16の屈
折率n1（λ）及び17の屈折率n2（λ）を第１表に示す。
スフィルタおよび光学的ローパスフィルタを配置したと
きの光学系の概略図を示すものである。第１図におい
て、16は屈折率分散の比較的小さいプリズム形成材料か
ら作られた３角形のプリズムを１次元に配置した位相格
子、17は屈折率分散の比較的大きいプリズム形成材料か
ら作られた３角形のプリズムを１次元に配置し16のプリ
ズム面と密着するように作られた位相格子である。18は
固体撮像素子である。19はプリズム面の角度である。20
は16と17によって構成される位相格子面である。例えば
500nm付近の波長がローパス効果を必要としない場合
に、適当なプリズム形成材料の選択をした第１図16の屈
折率n1（λ）及び17の屈折率n2（λ）を第１表に示す。
簡単な原理を第６図に示す。13は入射光で、14は屈折
光である。15は位相格子の格子面である。
光である。15は位相格子の格子面である。
I1は入射光13の格子面15への入射角、I2は屈折光14と
格子面15の法線となす角とすると、屈折はsnellの法則
に従って、 n1（λ）sin（I1）＝n2（λ）sin（I2） であり、光線が本発明の光学的ローパスフィルタに入射
した場合分離される角度I3は となり、屈折率が等しくなる波長をはさみ、I3は負値か
ら正値へと変化し、屈折率が等しくなる波長以外では光
束が分離されることとなる。
格子面15の法線となす角とすると、屈折はsnellの法則
に従って、 n1（λ）sin（I1）＝n2（λ）sin（I2） であり、光線が本発明の光学的ローパスフィルタに入射
した場合分離される角度I3は となり、屈折率が等しくなる波長をはさみ、I3は負値か
ら正値へと変化し、屈折率が等しくなる波長以外では光
束が分離されることとなる。
以上のように構成された光学的ローパスフィルタにつ
いて、以下第１図及び第２図を用いてその動作を説明す
る。
いて、以下第１図及び第２図を用いてその動作を説明す
る。
まず第２図は波長による分離距離を示すものであっ
て、第１図に示す光学的ローパスフィルタから固体撮像
素子18までの距離を10mm、複合プリズムのプリズム角19
を30゜とした場合である。また、第３図にこのときの空
間周波数によるMTFを示す。
て、第１図に示す光学的ローパスフィルタから固体撮像
素子18までの距離を10mm、複合プリズムのプリズム角19
を30゜とした場合である。また、第３図にこのときの空
間周波数によるMTFを示す。
以上のように本実施例によれば、フィルタを構成する
プリズム形成材料をある波長の屈折率が等しく、かつ屈
折率分散が異なるように選び、それぞれに複合プリズム
を配置したフィルタを複数枚合成し構成することによっ
て、複合プリズムのプリズム角のみに依存して波長ごと
に空間周波数の遮断周波数特性を任意に選択することが
できる。
プリズム形成材料をある波長の屈折率が等しく、かつ屈
折率分散が異なるように選び、それぞれに複合プリズム
を配置したフィルタを複数枚合成し構成することによっ
て、複合プリズムのプリズム角のみに依存して波長ごと
に空間周波数の遮断周波数特性を任意に選択することが
できる。
なお、第１の実施例において位相格子16は１次元に配
置した３角形としたが、位相格子16は２次元に配置した
多角形としてもよい。また、同様に位相格子17は１次元
に配置した３角形としたが、位相格子16と噛み合うよう
に構成したものであればよく、屈折率分散の大小関係も
16と17で逆転してもよい。さらに、本発明はプリズム角
の大きさのみに依存してローパス効果および波長に対す
るローパス特性を得るものであり、非周期的なものであ
ってもよい。位相格子を両面に有した構造であっても、
その効果は明らかであり、格子面は両面にあってもよ
い。また、本発明の構成を繰り返し用いることにより、
波長によるローパス特性を自在に選択することもでき
る。
置した３角形としたが、位相格子16は２次元に配置した
多角形としてもよい。また、同様に位相格子17は１次元
に配置した３角形としたが、位相格子16と噛み合うよう
に構成したものであればよく、屈折率分散の大小関係も
16と17で逆転してもよい。さらに、本発明はプリズム角
の大きさのみに依存してローパス効果および波長に対す
るローパス特性を得るものであり、非周期的なものであ
ってもよい。位相格子を両面に有した構造であっても、
その効果は明らかであり、格子面は両面にあってもよ
い。また、本発明の構成を繰り返し用いることにより、
波長によるローパス特性を自在に選択することもでき
る。
発明の効果 以上のように本発明は固体撮像素子をもつビデオカメ
ラ等の撮像系にある波長での屈折率が等しく、かつ屈折
率分散が異なる複数枚の位相格子から構成される光学的
ローパスフィルタを設けることにより、任意の波長で異
なる空間周波数遮断特性をもった光学系を得ることがで
きる。
ラ等の撮像系にある波長での屈折率が等しく、かつ屈折
率分散が異なる複数枚の位相格子から構成される光学的
ローパスフィルタを設けることにより、任意の波長で異
なる空間周波数遮断特性をもった光学系を得ることがで
きる。
第１図は本発明の第１の実施例における光学的ローパス
フィルタの光学系の概略図、第２図は第１図に示された
実施例のときの光束の分離距離の波長との関係図、第３
図は波長による空間周波数に対するMTF値を示すグラ
フ、第４図は従来の光学的ローパスフィルタのうち水晶
板を用いた水晶光学フィルタの原理的な構成図、第５図
は位相格子を用いた場合の位相格子フィルタの原理図、
第６図は本発明の簡単な説明図である。 16……位相格子（屈折率分散小）、17……位相格子（屈
折率分散大）、18……固体撮像素子、19……プリズム
角、20……位相格子接合面、13……入射光、14……屈折
光、15……位相格子面、I1……位相格子面への入射角、
I2……位相格子面からの屈折角、I3……入射角I1と屈折
角I2の成す角。
フィルタの光学系の概略図、第２図は第１図に示された
実施例のときの光束の分離距離の波長との関係図、第３
図は波長による空間周波数に対するMTF値を示すグラ
フ、第４図は従来の光学的ローパスフィルタのうち水晶
板を用いた水晶光学フィルタの原理的な構成図、第５図
は位相格子を用いた場合の位相格子フィルタの原理図、
第６図は本発明の簡単な説明図である。 16……位相格子（屈折率分散小）、17……位相格子（屈
折率分散大）、18……固体撮像素子、19……プリズム
角、20……位相格子接合面、13……入射光、14……屈折
光、15……位相格子面、I1……位相格子面への入射角、
I2……位相格子面からの屈折角、I3……入射角I1と屈折
角I2の成す角。
Claims (2)
- 【請求項１】屈折率がある波長で等しく、かつ異なる屈
折率分散をもった材料からできており、少なくとも１面
にプリズムを少なくとも１次元に周期的に複数配列して
成る１枚の複合プリズム面をもつ複数枚の位相格子フィ
ルタを、上記フィルタのプリズム面同士が噛み合うよう
に合成することにより構成した光学的ローパスフィル
タ。 - 【請求項２】フィルタを通過する光束を波長について任
意の空間周波数で遮断する特性を有することを特徴とす
る請求項１記載の光学的ローパスフィルタ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2113302A JP2800364B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 光学的ローパスフィルタ |
| EP91303618A EP0454409A1 (en) | 1990-04-27 | 1991-04-23 | Wavelength selective phase grating optical low-pass filter |
| US07/690,696 US5280388A (en) | 1990-04-27 | 1991-04-24 | Wavelength selective phase grating optical low-pass filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2113302A JP2800364B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 光学的ローパスフィルタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH049915A JPH049915A (ja) | 1992-01-14 |
| JP2800364B2 true JP2800364B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=14608779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2113302A Expired - Fee Related JP2800364B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 光学的ローパスフィルタ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5280388A (ja) |
| EP (1) | EP0454409A1 (ja) |
| JP (1) | JP2800364B2 (ja) |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2861525B2 (ja) * | 1991-09-10 | 1999-02-24 | 松下電器産業株式会社 | 波長選択性位相格子光学的ローパスフィルタ |
| US5289314A (en) * | 1992-03-25 | 1994-02-22 | Hughes Aircraft Company | Coatings for laser detector etalons |
| JPH05313098A (ja) * | 1992-05-06 | 1993-11-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学的ローパスフィルタ |
| DE69303545T2 (de) * | 1992-05-13 | 1996-10-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Festkörperbildaufnahmevorrichtung mit einer Farbfiltermatrix |
| JPH0659218A (ja) * | 1992-08-05 | 1994-03-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光学的ローパスフィルタ |
| EP0618473A3 (en) * | 1993-03-31 | 1995-03-15 | Kuraray Co | Video device with two-dimensional diffraction grating. |
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| US5995279A (en) * | 1994-11-09 | 1999-11-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical element, and taking optical system and image pickup apparatus using it |
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| JPH09121363A (ja) * | 1995-08-17 | 1997-05-06 | Eastman Kodak Co | エイリアシングを防止するための波長選択性を有する位相型低域通過光学フィルタおよびその製造方法 |
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| US5751492A (en) * | 1996-06-14 | 1998-05-12 | Eastman Kodak Company | Diffractive/Refractive lenslet array incorporating a second aspheric surface |
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