JP3542374B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光学的ローパスフィルタを用いて撮像素子に入射する被写体光の空間周波数を制限する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
元来、撮像素子にてカラー自然画像を得る場合、撮影レンズ系から撮像素子までの光路中に複屈折板等よりなる光学的フィルタを配置して、輝度の偽信号および偽色信号のキャリヤ成分の影響を抑圧する必要がある。
【０００３】
図２５は従来の固体撮像素子の画素配列および開口例を示す図である。
【０００４】
図２５において、Ｈは水平走査方向をＶは垂直走査方向を示す。隣接する２本の水平ラインの一方には、緑色フィルタ１Ｇおよび青色フィルタ１Ｂが、ｐｈの水平走査方向画素間隔で交互に配置されている、その他方には緑色フィルタ２Ｇおよび赤色フィルタ２Ｒがｐｈ画素間隔で交互に配置されている。一方、垂直走査方向はｐｖの画素間隔でやはり交互に配置されている。
【０００５】
このような格子上の開口パターンにより、被写体光がサンプリングされるわけであるが、サンプリング定理から明らかなように、サンプリング周波数の１／２に相当するナイキスト点以上の空間周波数は原理的に忠実に再現することができず、これ以上の周波数成分が固体撮像素子上に導かれると、折り返しとなって偽信号として現れることになる。
【０００６】
図２６及び図２７はそれぞれ、図２５に示す固体撮像素子における空間周波数スペクトラムを示している。
【０００７】
図２６の横軸ｆｘと、図２７の横軸ｆｙは、各々ｐｈ／２πおよびｐｖ／２πにより正規化された水平周波数と垂直周波数を表している。
【０００８】
図２６において、「ｆｘ＝１，ｆｙ＝０」の位置を中心としたキャリア成分により、垂直方向に延びる黒白のストライプからなる細かい縞模様の空間周波数が図中の縦線部領域にある時に、左側の斜線部領域にモアレ（輝度の偽信号）となって折り返る。また、「ｆｘ＝１／２，ｆｙ＝０」の位置を中心としたキャリア成分により、垂直方向に延びるやや荒い黒白のストライプがある時に、緑色およびマゼンタのクロスカラー（偽色信号）を生じさせる。
【０００９】
図２７において、「ｆｘ＝０，ｆｙ＝１」の位置を中心としたキャリア成分により、細かい横ストライプの縞模様の空間周波数が図中縦線部領域にある時に、斜線部領域にモアレとなって折り返る。これらの輝度の偽信号および偽色信号は画質に与える影響が大きいので、サンプリング定理に従って、入射光のうち正規化周波数でｆｘ＝１／２以上の水平周波数成分と、正規化垂直周波数でｆｙ＝１／２以上の垂直周波数成分と、水平方向ではｆｘ＝１／２の点で色信号をサンプリングしているので、ｆｘ＝１／２の点を中心に色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。
【００１０】
図２８は理想的な光学的周波数特性を示す図であり、（Ａ）は水平周波数特性を、（Ｂ）は垂直周波数特性を表すものである。これらのような、周波数特性を目標とした光学的ローパスフィルタの一般的な従来の構成例を図２９に示す。図２９で撮影レンズを介した入射光は複屈折板１１、１２、１３の順に透過して固体撮像素子に供給される。ここで、複屈折板１１は入射光を常光線及び異常光線に分離し、これらの常光線及び異常光線が存在する図面の紙面に直交する方向で偏光主要面１４が水平走査方向Ｈに対して略４５度の角度をなすものである。
【００１１】
また、複屈折板１２は入射光を常光線及び異常光線に分離し、これらの常光線及び異常光線が存在する偏光主要面１５が水平走査方向Ｈと略一致するものである。複屈折板１３は入射光を常光線及び異常光線に分離し、これらの常光線及び異常光線が存在する偏光主要面１６が水平走査方向Ｈに対して−４５度の角度をなすものである。
【００１２】
図３０は入射光の分離結果を示す説明図であり、いま複屈折板１１及び１３の常光線と異常光線の分離距離をｄ１、複屈折板１２の常光線と異常光線の分離距離をｄ２とした場合、ｄ２／√２＜ｄ１＜（√２）ｄ２の条件にある時に、これら３枚の複屈折板１１、１２、１３の組み合わせにおいて、原点に入射された１つの光線（２１）は、第１の複屈折板１１により水平走査方向に対し４５度の方向に距離ｄ１だけ分離されて、各々等しい強度の２つの光線（２１、２２）となる。 次にこれらの光線は第２の複屈折板１２により、各々水平走査方向に対して平行に距離ｄ２だけ分離され、各々等しい強度の光線（２１、２２、２３、２４）となる。次に、これらの光線は第３の複屈折板１３により、各々水平走査方向に対して−４５度の方向に距離ｄ１だけ分離されて、各々等しい強度の８つの光線（２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８）に分離される。
【００１３】
このような光学的ローパスフィルタを用いた時の空間周波数特性の一般解を求めると、これは図３１（Ａ）に示すような水平方向Ｈにｄ２の距離だけ常光線と異常光線に分離する光学的ローパスフィルタと、図３１（Ｂ）に示すような１つの光線をｄ１／√２の長さの菱形の頂点の位置の４つの光線に分離する光学的ローパスフィルタとを合成したものとして考えることができる。
【００１４】
図３１（Ａ）の光学的ローパスフィルタは、ｐｈ／２πで正規化した水平周波数の（１／２）・（ｐｈ／ｄ２）の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳカーブの周波数特性を有し、図３１（Ｂ）の光学的ローパスフィルタは、水平方向に（１／２）・（ｐｈ／（ｄ１／√２））の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳ２カーブの周波数特性を有し、垂直方向にはｐｖ／２πで正規化した（１／２）・（ｐｖ／（ｄ１／√２））の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳ２カーブの周波数特性を有している。
【００１５】
従って、この場合の光学的ローパスフィルタの水平方向の空間周波数特性の一般解は、
Ｆ１（ｆｘ）＝ＣＯＳ（π・ｄ２・ｆｘ／ｐｈ）
×ＣＯＳ２（（π・ｄ１／√２）・（ｆｘ／ｐｈ））
となり、また垂直方向の空間周波数特性の一般解は、
Ｆ１（ｆｙ）＝ＣＯＳ２（（π・ｄ１／√２）・（ｆｙ／ｐｖ））
の周波数特性となる。
【００１６】
ここで、ｐｈとｐｖが略等しい値として、例えば、ｄ２＝ｐｈ、ｄ１／√２＝（２／３）・ｐｈ＝２／３・ｐｖ、とした時の水平方向の空間周波数スペクトラムを図３２に示す。図で破線ＣＯＳ（π・ｆｘ）の曲線と破線ＣＯＳ２（（２／３）・π・ｆｘ）の曲線とを合成した曲線Ｆ１（ｆｘ）が求める水平方向の空間周波数スペクトラムであって、その式は、
Ｆ１（ｆｘ）＝ＣＯＳ（π・ｆｘ）×ＣＯＳ２（（２／３）・π・ｆｘ）
で表され、図２８に示す理想的な特性に近いカットオフ特性となっている。
【００１７】
また、図３３に示す曲線は垂直方向の空間周波数スペクトラムＦ１（ｆｙ）であり式としては、
Ｆ１（ｆｙ）＝ＣＯＳ２（（２／３）・π・ｆｙ）
で表され、図２８に示す理想的な特性に近いカットオフ特性となっている。
【００１８】
このことは言い換えれば、ｄ１およびｄ２の値を適切に選択することにより、理想的なカットオフ特性に近付けることが可能なことを意味する。
【００１９】
このようにカラー自然画像を撮影する場合には、上記のような光学的ローパスフィルタを撮影光路中に配置することで、輝度の偽信号及び偽色信号のキャリア成分の影響を抑圧し、適切な色再現性および解像度を得ている。
【００２０】
ところで、最近では例えば文字、イラスト、図面等のモノカラー被写体を撮影し、モニターあるいはプリント出力で、確認したいという要求が高まってきている。さらに、そのビットマップデータを認識ソフトにかけて、テキストデータや関数データ等に変換するケ−スも増加している。この場合は、撮影画像として高解像度が要求されることになるが、上記の光学的ローパスフィルタのカットオフ特性では、文字等のエッジがボケたりギザギザになったりとぎれたりするため、十分な性能を発揮できない等の問題が発生する。
【００２１】
これらの問題の対策例としては、特開昭５９−１６９２８５号に提案されているものがある。
【００２２】
図３４は従来の画像記録システムのブロック図である。
【００２３】
画像記録システムにあっては、解像度の向上と色再現性の向上とは装置上で実現する場合、相反する要求になる。そこでモード切替スイッチ２０５によって、カラー画像処理とモノカラー画像処理を切り替えるようにして、カラー画像処理の場合は撮像レンズ２００からの被写体光を、高周波成分を抑止するカットオフ特性を持つ光学的ローパスフィルタ２０１を介して、ＣＣＤ等の撮像素子２０３上に結像させている。
【００２４】
一方、モノカラー画像処理の場合は、光学系駆動回路２０４によって光路内に光学的ローパスフィルタ２０１の代わりに、光学的ローパスフィルタ２０１と同じ光路長を有している光学部材２０２を配置し、サンプリングの関係で減衰させる必要があった被写体光の高周波成分を、あまり減衰しないようにしてモノカラー被写体での高解像度の画像を得るようにしている。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来例は、モノカラー画像処理の場合に、光学的ローパスフィルタ２０１を撮影光路から退避させ、代わりに同じ光路長を持つ光学部材を配置する構成としているが、元来結像面近傍は小さなゴミでも結像面に投影され、撮影した画像にゴミの影となって現れてしまい、非常に見苦しい画像になり易い場所であって、撮影光学系２００より撮像素子２０３までの間の撮影光路の周囲は、遮光およびゴミ等の問題から密閉構造が望ましい空間であり、それに、光学的ローパスフィルタ２０１は入射光が平行光束である必要があって、撮影光学系の後玉レンズから撮像素子２０３までの間に配置するため、非常に結像面に近い光学部材なので光学的ローパスフィルタ２０１には、特にゴミが付着しないように注意する必要がある。
【００２６】
ところが、従来例では光学的ローパスフィルタ２０１を機械的に撮影光路内外に移動するもので、非常にゴミを発生しやすく又侵入しやすくなってしまうという問題がある。
【００２７】
また、光学的ローパスフィルタ２０１または同じ光路長を持つ光学部材２０２を完全に光路外に退避させる為のスペースが必要であり、さらに複雑な移動切り替え機構も必要であって装置が大型化して小形化に逆行するという問題がある。また、同じ光路長を確保する為の光学部材および複雑な移動切り替え機構を要するので、非常に高価なものになってしまうという問題がある。
【００２８】
また、光学的ローパスフィルタ２０１および同じ光路長を有する光学部材２０２を、完全に光路内外に出し入れする移動機構を考えると、構成部材の機械的精度およびスムースにスライドさせるための遊びが光軸方向で必要となり、その為にバックフォーカスが延びてしまい、撮影光学系が大きくなり高価になってしまうという問題がある。
【００２９】
本発明は上述の問題点に鑑みて、撮影光路部周辺の機構を極めて密閉構造を高くしてゴミおよび光線漏れの侵入を防止すると共に、同じ光路長を確保するための光学部材および複雑な移動切り替え機構を必要としない安価な構成によって、カットオフ特性を変えることによりモノカラー画像処理時の高解像度を可能にする撮像装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、入射する被写体光の空間周波数を制限するよう当該被写体光軸上に複数の複屈折板を有する光学的ローパスフィルタと光学像を電気信号に変換する撮像素子を有し、該撮像素子より出力する電気信号を用いて第１の画像信号を形成する第１の撮像モードと、該撮像素子より出力する電気信号を用いて前記第１の画像信号よりも高解像の第２の画像信号を形成する第２の撮像モードとが切り替え可能な撮像装置であって、前記第１の撮像モード及び前記第２の撮像モードの切り換えに応じて、前記被写体光軸上における複数の複屈折板のうち一部を略撮影光軸を軸に回転することによりカットオフ特性を変えることを特徴とする撮像装置である。
【００３１】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第１および第２の複屈折部材に対し第３の複屈折板を相対的に所定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３２】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第２と第３の複屈折板を固定として第１の複屈折板を所定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３３】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第３の複屈折板を固定として第１と第２の複屈折板を一体に所定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３４】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第１と第２の複屈折板を一体に一定角度回転し第３の複屈折板を一定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３５】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３、及び第４の複屈折板を有し、第２撮像モード時に第２の複屈折板を固定として第１の複屈折板を予め決められた所定の角度回転し第３の複屈折板を固定として第４の複屈折板を予め決められた所定の角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３６】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３、及び第４の複屈折板を有し、第２撮像モード時に第１および第２の複屈折板を固定として第３と第４の複屈折板を一体に予め決められた一定の角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置であり、さらに、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３、及び第４の複屈折板を有し、第２撮像モード時に第３および第４の複屈折板を固定として第１と第２の複屈折板を一体に予め決められた一定の角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３７】
【作用】
上記構成によれば、撮像素子より出力する電気信号を用いてカラー自然画像信号を形成する第１の撮像モードと、単一色内の画像に対して高解像の画像信号を形成する第２の撮像モードを有する撮像装置において、３枚あるいは４枚等の複屈折板で構成する光学的ローパスフィルタの該複屈折板の一部または全体を、略撮影光軸を中心に回転してカットオフ特性を変えるので、第２の撮像モード時には高解像度の処理が可能になる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。
【００３９】
図１より図８までは本発明の一実施例を示す図である。
【００４０】
図１は本発明の一実施例に係る光学的ローパスフィルタの構成例を示す図である。
【００４１】
図１は従来図２７に示す一般的な光学的ロ−パスフィルタの構成において、第３の複屈折板１３を第１の複屈折板１１および第２の複屈折板１２に対し、相対的に所定角度４５度（光学的ローパスフィルタ構成要素の入射光の分離距離、方向等の特性上より決まる）回転するものである。
【００４２】
この時、複屈折板１３は入射光を常光線と異常光線に分離し、これら常光線と異常光線が存在する図面の紙面に直交する方向で偏光主要面１６が水平走査方向Ｈと略一致する角度となる。
【００４３】
この場合、第３の複屈折板１３の常光線と異常光線の分離方向を、第２の複屈折板１２の常光線と異常光線の分離方向とは逆向きになるように構成している。いま、複屈折板１１および１３の常光線と異常光線の分離距離をｄ１、複屈折板１２の常光線と異常光線の分離距離をｄ２とした場合、図１に示す３枚の複屈折板１１、１２、１３の組み合わせによって、入射光の分離された結果は図２の分離結果の説明図に示すようになる。
【００４４】
図２において、原点に入射された１つの光線（２１）は、第１の複屈折板１１により水平走査方向に対し４５度の方向に距離ｄ１だけ分離され、各々等しい強度の２つの光線（２１、２２）となる。次にこれらの光線は第２の複屈折板１２により、各々水平走査方向に対して平行に距離ｄ２だけ分離され、各々等しい強度の４つの光線（２１、２２、２３、２４）となる。
【００４５】
これらの光線は第３の複屈折板１３に入射して、２つの光線（２３、２４）は第２の複屈折板１２の分離距離ｄ２と、第３の複屈折板１３の分離距離ｄ１が相殺される方向へ移動して、各々等しい強度の４つの光線（２１、２２、２５、２６）に分離される。
【００４６】
このような光学的ローパスフィルタを用いた時の空間周波数特性の一般解を求めると、これは図３（Ａ）の分離距離、方向を示す図のように、水平方向Ｈにｄ１／√２の距離および、垂直方向Ｖにｄ１／√２の距離だけ常光線と異常光線に分離する光学的ローパスフィルタと、図３（Ｂ）のような水平方向Ｈに（ｄ２−ｄ１）の距離だけ常光線と異常光線に分離する光学的ローパスフィルタとを合成したものとして考えることができる。
【００４７】
図３（Ａ）の光学的ローパスフィルタは、水平方向にｐｈ／２πで正規化した（１／２）・（ｐｈ／（ｄ１／√２））の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳカーブの周波数特性を有し、垂直方向には、ｐｖ／２πで正規化した（１／２）・（ｐｖ／（ｄ１／√２））の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳカーブの周波数特性を有し、図３（Ｂ）の光学的ローパスフィルタは、水平方向に （１／２）・（ｐｈ／（ｄ２−ｄ１））の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳカーブの周波数特性を有している。
【００４８】
したがって、上の構成での光学的ローパスフィルタの水平方向の空間周波数特性（ｆｘ）の一般解は、ｄ２≠ｄ１の時、
Ｆ２（ｆｘ）＝ＣＯＳ（π・（ｄ２−ｄ１）・ｆｘ／ｐｈ）
×ＣＯＳ（（π・ｄ１／√２）・（ｆｘ／ｐｈ））
となり、ｄ２＝ｄ１の時、
Ｆ２（ｆｘ）＝ＣＯＳ（（π・ｄ１／√２）・（ｆｘ／ｐｈ））
の周波数特性となる。
【００４９】
また、垂直方向の空間周波数特性Ｆ２（ｆｙ）の一般解は、
Ｆ２（ｆｙ）＝ＣＯＳ（（π・ｄ１／√２）・（ｆｙ／ｐｖ））
の周波数特性となる。
【００５０】
いま、ｐｈとｐｖが略等しい値として、ｄ２＝ｐｈ、ｄ１／√２＝（２／３）・ｐｈ＝（２／３）・ｐｖ、とした場合の例での水平方向の空間周波数スペクトラムを、図６の空間周波数スペクトラムに示す。
【００５１】
図６において、破線ＣＯＳ（（１−（２√２／３））・π・ｆｘ）の曲線と、破線ＣＯＳ（（２／３）・π・ｆｘ）の曲線を合成した曲線Ｆ２（ｆｘ）が求める水平方向の空間周波数スペクトラムであり、その式は、
Ｆ２（ｆｘ）＝ＣＯＳ（（１−（２√２／３）・π・ｆｘ）・ＣＯＳ（（２／
３）・π・ｆｘ）
で表される。
【００５２】
図７は水平方向の空間周波数スペクトラムの比較図である。
【００５３】
図７には従来例の図３０に示した光学的ローパスフィルタの水平方向の空間周波数スペクトラム、Ｆ１（ｆｘ）＝ＣＯＳ（π・ｆｘ）×ＣＯＳ２（（２／３）・π・ｆｘ）と、図１の光学的ローパスフィルタ構成での水平方向の空間周波数スペクトラム、Ｆ２（ｆｘ）＝ＣＯＳ（（１−（２√２／３）・π・ｆｘ）・ＣＯＳ（（２／３）・π・ｆｘ）、を比較図示したものである。
【００５４】
図７からも明らかなように、光学的ローパスフィルタの一部または全体を略撮影光軸を中心に回転することによって、光学的ローパスフィルタのカットオフ特性を変えることが可能になり、カラー自然画像を撮影するに適したカットオフ特性Ｆ１（ｆｘ）の光学的ローパスフィルタの、一部または全体を略撮影光軸を中心に回転するという簡単な手段によって、空間周波数高域成分の減衰を防止し、モノカラー画像を撮影する上で適切なカットオフ特性Ｆ２（ｆｘ）が得られる。
図８は垂直方向の空間周波数スペクトラムの比較図である。
【００５５】
図３４の従来のＦ１（ｆｙ）の垂直方向の空間周波数スペクトラムと、本実施例のＦ２（ｆｙ）の垂直方向の空間周波数スペクトラムを比較図示したものであり、垂直方向でも水平方向と同様な効果がある。
【００５６】
また、図４と図５は本実施例の光学的ローパスフィルタのの回転機構を示す図であり、
図４は回転機構の断面図である。
【００５７】
図５は回転機構の分解斜視図である。
【００５８】
図４、図５において、撮影レンズユニット１は撮影レンズ鏡筒１０３と後玉レンズ１０２等で構成されていて、撮影レンズユニット１の後部には第１の複屈折板１１と、赤外カットオフフィルタ１０１と第２の複屈折板１２を固定保持する光学的ローパスフィルタ固定部材１１３が取り付けられている。
【００５９】
また、撮像素子ユニット３は撮像素子パッケージ１０６に、撮像素子１０５を実装したものであり、基板１０７に半田接続されてフレキシブル基板（図示していない）等により外部へ引き出される構成になっている。撮像ユニット２は撮像素子ユニット３および撮像素子ユニット３と撮影レンズユニット１とを光学的に位置決めするための撮像素子ホルダー１０４から成っている。
【００６０】
１０８は第３の複屈折板１３を固定保持する光学的ローパスフィルタ回動部材であり、その内壁面と光学的ローパスフィルタ固定部材１１３の凸円筒部１１０及び撮像素子ホルダー１０４の凸円筒部１１４の双方と嵌入されており、伝達部材１０９を介してモード切り替え手段（不図示）により、カラー自然画像モード及びモノカラー画像モードでの適切な位置まで回転する構成となっている。
【００６１】
ここで、光学的ローパスフィルタ回動部材１０８は凸円筒部１１０と、凸円筒部１１４と嵌入することで非常に良好な密閉構造をとることが可能になり、ゴミや光線漏れの侵入等を防止することができる。
【００６２】
１１１と１１２はそれぞれ光学的ローパスフィルタ回動部材１０８及び光学的ローパスフィルタ固定部材１１３に形成された凸部であり、カラー自然画像モードとモノカラー画像モードでの適切な位置で停止するためのストッパー手段になっている。
【００６３】
このような構成により、撮影者がカラー自然画像モードあるいはモノカラー画像モードを設定することにより、モード切り替え手段（不図示）に連動して伝達部材１０９を経由し、光学的ローパスフィルタ回動部材１０８が回転（第３複屈折板１３が回転）し、ストッパー手段１１１、１１２により適切な位置に停止するものである。
【００６４】
図９は本発明の第２の実施例である。
【００６５】
前実施例では、第１と第２の複屈折板１１、１２を固定として、第３の複屈折板１３を４５度相対的に回転する構成により、光学的ローパスフィルタのカットオフ特性を変えたものであるが、図９に示す第２実施例では第１の複屈折板１１を逆方向に所定角度（光学的ローパスフィルタ構成要素の入射光の分離距離、方向等の特性上より決まる）、つまり−４５度回転させるものである。
【００６６】
この時、水平、垂直方向の空間周波数特性は前実施例の場合の図６、図７、図８に示したものと同一となり、画面上において斜め方向の周波数特性は異なるものとなるが、カットオフ特性は第１の実施例と同様な効果を示し、このような第２実施例では第２、第３の複屈折板１２、１３の方を固定にするため、結像面近傍の密閉構造をより確実にする利点がある。
【００６７】
図１０は本発明の第３の実施例を示す。
【００６８】
図１０に示す第３実施例の場合は、図９の第２実施例と同様に、ｄ１＝ｄ２の条件下で、第３の複屈折板１３を固定とし、第１の複屈折板１１と第２の複屈折板１２を一体として逆方向（時計回り）に所定角度、つまり−４５度回転させると水平方向にのみトラップポイントを有する光学的ローパスフィルタを構成することができるものである。
【００６９】
図１１は本発明の第４の実施例を示す。
【００７０】
図１２は図１１に示す実施例の入射光の分離結果を示す図である。
【００７１】
図１３は図１２に示す分離光線の分離距離及び方向を示す図である。
図１１の場合は、第１の複屈折板１１と第２の複屈折板１２を一体として、一定角度（光学的ローパスフィルタ構成要素の入射光の分離距離、方向等の特性上より決まる）−２２．５度回転させると共に、第３の複屈折板１３も逆方向に一定角度つまり２２．５度回転させるものである。
【００７２】
この場合は、第２の複屈折板１２と第３の複屈折板１３の常光線と異常光線の分離方向が互いに相殺するように働き、入射光線に対する分離光線は図１２に示すように、４つの分離光線（２１、２２、２５、２６）となる。これは、図１３（Ａ）に示すようにθ１が２２．５度の角度で分離距離がｄ１の光線の成分と、図１３（Ｂ）のようにθ２が２２．５度の角度で分離距離が（ｄ２−ｄ１）の光線の成分を合成したものとなり、カットオフ特性として同様な効果を持つものである。
【００７３】
図１４、図１５は本発明の第５の実施例を示す。
【００７４】
図１６は入射光の分離結果を示す図である。
【００７５】
図１４は上記各実施例が複屈折板３枚で光学的ローパスフィルタを構成したのに対し、カラー自然画像を撮影する場合のカットオフ特性を得る複屈折板３１、３２、３４、３５の４枚構成としたものである。
【００７６】
図１４では複屈折板３１と３２は入射光を常光線と異常光線に分離し、これらの常光線と異常光線が存在する偏光主要面３６及び３７が水平走査方向Ｈと一致するものであり、常光線及び異常光線分離方向も同一としたものである。
【００７７】
位相板３３は複屈折板３１と３２で偏光成分を持った常光線および異常光線を無偏光状態とし、自然光と同様に特定の偏光成分を持たない光線とするものである。
【００７８】
複屈折板３４と３５は入射光を常光線と異常光線に分離し、これらの常光線と異常光線が存在する偏光主要面３８と３９が垂直走査方向Ｖと略一致するものであり、常光線および異常光線分離方向も同一としたものである。
【００７９】
いま、複屈折板３１および３２の常光線と異常光線の分離距離をｄ１、複屈折板３４および３５の常光線と異常光線の分離距離をｄ２とした場合、この４枚の複屈折板と位相板３１、３２、３３、３４、３５の組み合わせによって、入射光の分離された結果は図１６に示すようになる。
【００８０】
図１６において、原点に入射した１つの光線（４１）は、第１の複屈折板３１により常光線と異常光線が水平走査方向に距離ｄ１だけ分離され、各々等しい強度の２つの光線（４１、４２）となる。次にこれらの光線は第２の複屈折板３２により、再び水平走査方向に対して平行に分離方向が同一で距離ｄ１だけ分離される。すなわち、光線（４２）が距離ｄ１だけ光線（４３）に移動することになり、各々等しい強度の２つの光線（４１、４３）となる。
【００８１】
次に、これらの光線は位相板３３を介し、第３の複屈折板３４により常光線と異常光線が各々垂直走査方向に対して距離ｄ２だけ分離され、各々等しい強度の４つの光線（４１、４３、４４、４５）に分離される。つづいて、第４の複屈折板３５によって再び垂直走査方向に対して分離方向が同一で距離ｄ２だけ分離される。
【００８２】
すなわち、光線（４４、４５）が距離ｄ２だけ光線（４６、４７）に移動することになり、各々等しい強度の４つの光線（４１、４３、４６、４７）となる。従って、分離距離ｄ１およびｄ２を適切に選択することにより、クロスカラーおよびモアレの少ないカットオフ特性が得られるものである。
【００８３】
図１５は図１４において複屈折板を回転する光学的ローパスフィルタの構成を示す。
【００８４】
図１５の場合は、第２と第３の複屈折板３２、３４を固定として、第１および第４の複屈折板３１、３５を、予め決められた所定の角度１８０度（光学的ローパスフィルタ構成要素の入射光の分離距離、方向等の特性上より予め決まる所定の角度）回転するものである。この時、第１の複屈折板３１と第２の複屈折板３２は分離距離ｄ１が等しく、且つ分離方向が全く反対方向になるので、一度第１の複屈折板３１により常光線と異常光線に分離した光線が第２の複屈折板３２によって再び無偏光状態になる。
【００８５】
第３の複屈折板３４と第４の複屈折板３５に関しても同様である。従って、図１５の回転した光学的ローパスフィルタは光線が分離することはなく、光学的ローパスフィルタの役目をしない素通しの光学部材と等価となり、空間周波数としては高域成分が全く落ちることのないフラットな特性が得られ、モノカラー画像モードとしては最適な特性が得られる。
【００８６】
図１７、図１８は本発明の第６の実施例を示す。
【００８７】
図１７は位相板を使用しない４枚の複屈折板によりカラー自然画像用光学的ローパスフィルタを構成した例を示すもので、複屈折板５１は入射光を常光線および異常光線に分離し、これらの常光線および異常光線が存在する図面の紙面に直交する方向で偏光主要面５５が、水平走査方向Ｈに対して略４５度の角度をなすものである。
【００８８】
複屈折板５２、５４は入射光を常光線および異常光線に分離し、これらの常光線および異常光線が存在する偏光主要面５６、５８が水平走査方向Ｈと略一致するものである。複屈折板５３は入射光を常光線および異常光線に分離し、その常光線および異常光線が存在する偏光主要面５７が水平走査方向Ｈに対して略−４５度の角度をなすものである。
【００８９】
いま、複屈折板５１と５３の常光線および異常光線の分離距離をｄ１、複屈折板５２の常光線および異常光線の分離距離をｄ２、複屈折板５４の常光線および異常光線の分離距離をｄ４とした場合、複屈折板５１と５２と５３の構成は、図２９に示す複屈折板３枚構成の従来例のローパスフィルタと全く同一であり、入射した光線は図３０に示したものと同様８つの光線に分離される。
【００９０】
これら８つの光線は複屈折板５４により、各々水平走査方向に対して平行に距離ｄ４だけ分離され、図１９の入射光の分離結果図に示すように、各々強度の等しい１６の光線（６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８）に分離される。従って分離距離ｄ１とｄ２とｄ４を適切に選択することにより、図２９の３枚構成の従来例ローパスフィルタと比較しても、より改善された水平方向のカットオフ特性が得られる。
【００９１】
図１８は図１７に示す光学的ローパスフィルタの複屈折板を回転してモノカラー画像時の特性を得るものである。
【００９２】
図１８（Ａ）は第３の複屈折板５３と第４の複屈折板５４を一体に４５度（光学的ローパスフィルタ構成要素の入射光の分離距離、方向等の特性上より予め決められる一定の角度）、回転するものである。
【００９３】
図１８（Ｂ）の場合は、第１の複屈折板５１と第２の複屈折板５２を一体として、予め決められた一定の角度、−４５度回転するものである。
【００９４】
ここで第２の複屈折板５２による分離距離ｄ２と第３の複屈折板５３による分離距離ｄ１とを等しくしておくと、両者の分離方向が反対方向であるためローパスフィルタとしての特性は、第１の複屈折板５１および第４の複屈折板５４による分離距離（ｄ１−ｄ４）によって決まる。
【００９５】
図１８（Ａ）の構成により入射光の分離された結果は図２０（Ａ）に、図１８（Ｂ）の構成で入射光が分離された結果は図２０（Ｂ）に示すようになる。分離距離（ｄ１−ｄ２）が小さくなればなるほど、ローパスフィルタのトラップポイントは高域側にシフトして、モノカラー画像モードに適した空間周波数特性となる。
【００９６】
従って前実施例と同様に図１８において、第１の複屈折板５１による分離距離ｄ１と、第４の複屈折板５４による分離距離ｄ４を等しくすることにより、回転によりローパスフィルタとしての効果を全く無くすることができる。
【００９７】
また、この場合は同じ４枚構成の前実施例に比較して単一部材の回転機構で済むことになり、装置の大型化を避けることができる。
【００９８】
図２１、図２２は本発明の第７の実施例を示す。図２１はカラー自然画像を撮影する場合のカットオフ特性を得る４枚構成の光学的ローパスフィルタを示す。図２３は図２１に示す光学的ローパスフィルタ入射光の分離結果を示す図である。図２４は図２２に示す光学的ローパスフィルタ入射光の分離結果を示す図である。
【００９９】
第１の複屈折板８１は入射光を常光線および異常光線に分離し、これらの常光線および異常光線が存在する図面の紙面に直交する方向で、偏光主要面５５が水平走査方向Ｈと略一致するものである。第２、第３の複屈折板８２、８３は入射光を常光線および異常光線に分離し、これらの常光線及び異常光線が存在する偏光主要面８６、８７が水平走査方向Ｈに対し、各々略４５度、１３５度の角度をなすものである。第４の複屈折板８４は入射光を常光線及び異常光線に分離し、これらの常光線および異常光線が存在する偏光主要面８８が垂直走査方向Ｖと一致するものである。
【０１００】
いま、第１の複屈折板８１の常光線および異常光線の分離距離をｄ１、第２、第３の複屈折板８２、８３の常光線および異常光線の分離距離をｄ２、第４の複屈折板８４の常光線および異常光線の分離距離をｄ４とした場合、入射光線は図２３の入射光の分離結果図に示すように、各々強度の等しい８つの光線（９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９）に分離される。
【０１０１】
図２２は図２１に示す光学的ローパスフィルタを回転してモノカラー画像時のカットオフ特性を得る構成を示す。
【０１０２】
図２２（Ａ）では、第３の複屈折板８３と第４の複屈折板８４を一体に、予め決められた一定の角度９０度回転したものである。
【０１０３】
図２２（Ｂ）では、第１の複屈折板８１と第２の複屈折板８２を一体に、予め決められた一定の角度−９０度回転したものである。
【０１０４】
ここで第２の複屈折板８２による分離距離と第３の複屈折板８３による分離距離が等しく、両者の分離方向が反対方向であるためローパスフィルタとしての効果は、第１の複屈折板８１と第４の複屈折板８４による分離距離（ｄ１−ｄ４）によって定まる。
【０１０５】
図２２（Ａ）の構成による入射光の分離された結果を図２４（Ａ）に、図２２（Ｂ）の構成による入射光の分離された結果を図２４（Ｂ）に示す。
【０１０６】
分離距離（ｄ１−ｄ４）が小さくなればなるほど、ローパスフィルタのトラップポイントは高域側にシフトし、モノカラー画像モードに適した空間周波数特性となる。
【０１０７】
図２２（Ａ）のように、第３の複屈折板８３と第４の複屈折板８４を一体回転させた場合に得られる出射光線は、水平走査方向Ｈの方向に一致するため、水平走査線方向にのみロ−パス効果を有する光学的ローパスフィルタになる。一方、図２２（Ｂ）のように、第１の複屈折板８１と第２の複屈折板８２を一体に回転させた場合に得られる出射光線は、垂直走査方向Ｖの方向に一致するため、垂直走査線方向にのみトラップポイントを有する光学的ローパスフィルタになる。
【０１０８】
また、前実施例６、６と同様に、図２２において第１の複屈折板８１による分離距離ｄ１と、第４の複屈折板８４による分離距離ｄ４を等しくすることで、回転後のローパスフィルタとしての効果を無くすることができる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学的ローパスフィルタの一部または全体を略撮影光軸を中心に回転することにより、カットオフ特性を変えることができるように構成したので、撮影光路部周辺の機構を極めて密閉構造を高くすることが可能になり、ゴミ及び光線漏れの侵入等を完全に防止できる良好な撮像装置を提供できる効果がある。
【０１１０】
またローパスフィルタ又は同光路長を有する光学部材共に完全に光路外へ退避させるような必要も無く簡単な切り替え機構で済むので、安価に構成できると共に装置の小形化を促進するという効果もある。
【０１１１】
また撮影光軸方向での無駄な隙間、遊び等を設ける必要がなく、不必要にバックフォーカスを延ばす必要も無いので、撮影光学系を小さくすることが可能になり、安価な撮影レンズ光学系を構成できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る撮像装置の光学的ローパスフィルタの構成例を示す図である。
【図２】図１に示す光学的ローパスフィルタによる入射光の分離結果を示す図である。
【図３】図２に示す入射光の分離結果の分離距離及び方向を示す図である。
【図４】図１に示す光学的ローパスフィルタの回転機構の断面図である。
【図５】図４に示す回転機構の斜視図である。
【図６】図１に示す光学的ローパスフィルタの水平方向の空間周波数スペクトラムを示す図である。
【図７】水平方向の空間周波数スペクトラムの比較図である。
【図８】垂直方向の空間周波数スペクトラムの比較図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係る光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施例に係る光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係る光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図１２】図１１に示す光学的ローパスフィルタの入射光の分離結果を示す図である。
【図１３】図１２に示す分離結果の分離距離及び方向を示す図である。
【図１４】本発明の第５の実施例に係るカラー自然画像撮影用の光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図１５】図１４に示す光学的ローパスフィルタの回転構成例を示す図である。
【図１６】図１４に示す光学的ローパスフィルタの入射光の分離結果を示す図である。
【図１７】本発明の第６の実施例に係るカラー自然画像撮影用の光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図１８】図１７に示す光学的ローパスフィルタの回転構成例を示す図である。
【図１９】図１７に示す光学的ローパスフィルタの入射光の分離結果を示す図である。
【図２０】図１９に示す光学的ローパスフィルタにおける入射光の分離結果を示す図である。
【図２１】本発明の第７の実施例に係るカラー自然画像撮影用の光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図２２】図２１に示す光学的ローパスフィルタの回転構成例を示す図である。
【図２３】図２１に示す光学的ローパスフィルタの入射光の分離結果を示す図である。
【図２４】図２２に示す光学的ローパスフィルタにおける入射光の分離結果を示す図である。
【図２５】従来の固体撮像素子の画素配列及び開口例を示す図である。
【図２６】従来の空間周波数スペクトラムを示す図である。
【図２７】従来の空間周波数スペクトラムを示す図である。
【図２８】理想的な光学的周波数特性を示す図である。
【図２９】従来の光学的ローパスフィルタの構成例を示す図である。
【図３０】図２９に示す従来例の入射光の分離結果を示す図である。
【図３１】図３０に示す分離結果の分離距離及び方向を示す図である。
【図３２】図２９に示す従来例の水平方向の空間周波数スペクトラムを示す図である。
【図３３】図２９に示す従来例の垂直方向の空間周波数スペクトラムを示す図である。
【図３４】従来の画像記録システムのブロック図である。
【符号の説明】
１ 撮影レンズユニット
２ 撮像ユニット
３ 撮像素子ユニット
１１〜１３，３１〜３５，５１〜５４，８１〜８４ 複屈折板
１４〜１６，３６〜３９，５５〜５８，８５〜８８ 偏光主要面
ｄ１〜ｄ４ 分離距離
【産業上の利用分野】
本発明は、光学的ローパスフィルタを用いて撮像素子に入射する被写体光の空間周波数を制限する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
元来、撮像素子にてカラー自然画像を得る場合、撮影レンズ系から撮像素子までの光路中に複屈折板等よりなる光学的フィルタを配置して、輝度の偽信号および偽色信号のキャリヤ成分の影響を抑圧する必要がある。
【０００３】
図２５は従来の固体撮像素子の画素配列および開口例を示す図である。
【０００４】
図２５において、Ｈは水平走査方向をＶは垂直走査方向を示す。隣接する２本の水平ラインの一方には、緑色フィルタ１Ｇおよび青色フィルタ１Ｂが、ｐｈの水平走査方向画素間隔で交互に配置されている、その他方には緑色フィルタ２Ｇおよび赤色フィルタ２Ｒがｐｈ画素間隔で交互に配置されている。一方、垂直走査方向はｐｖの画素間隔でやはり交互に配置されている。
【０００５】
このような格子上の開口パターンにより、被写体光がサンプリングされるわけであるが、サンプリング定理から明らかなように、サンプリング周波数の１／２に相当するナイキスト点以上の空間周波数は原理的に忠実に再現することができず、これ以上の周波数成分が固体撮像素子上に導かれると、折り返しとなって偽信号として現れることになる。
【０００６】
図２６及び図２７はそれぞれ、図２５に示す固体撮像素子における空間周波数スペクトラムを示している。
【０００７】
図２６の横軸ｆｘと、図２７の横軸ｆｙは、各々ｐｈ／２πおよびｐｖ／２πにより正規化された水平周波数と垂直周波数を表している。
【０００８】
図２６において、「ｆｘ＝１，ｆｙ＝０」の位置を中心としたキャリア成分により、垂直方向に延びる黒白のストライプからなる細かい縞模様の空間周波数が図中の縦線部領域にある時に、左側の斜線部領域にモアレ（輝度の偽信号）となって折り返る。また、「ｆｘ＝１／２，ｆｙ＝０」の位置を中心としたキャリア成分により、垂直方向に延びるやや荒い黒白のストライプがある時に、緑色およびマゼンタのクロスカラー（偽色信号）を生じさせる。
【０００９】
図２７において、「ｆｘ＝０，ｆｙ＝１」の位置を中心としたキャリア成分により、細かい横ストライプの縞模様の空間周波数が図中縦線部領域にある時に、斜線部領域にモアレとなって折り返る。これらの輝度の偽信号および偽色信号は画質に与える影響が大きいので、サンプリング定理に従って、入射光のうち正規化周波数でｆｘ＝１／２以上の水平周波数成分と、正規化垂直周波数でｆｙ＝１／２以上の垂直周波数成分と、水平方向ではｆｘ＝１／２の点で色信号をサンプリングしているので、ｆｘ＝１／２の点を中心に色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。
【００１０】
図２８は理想的な光学的周波数特性を示す図であり、（Ａ）は水平周波数特性を、（Ｂ）は垂直周波数特性を表すものである。これらのような、周波数特性を目標とした光学的ローパスフィルタの一般的な従来の構成例を図２９に示す。図２９で撮影レンズを介した入射光は複屈折板１１、１２、１３の順に透過して固体撮像素子に供給される。ここで、複屈折板１１は入射光を常光線及び異常光線に分離し、これらの常光線及び異常光線が存在する図面の紙面に直交する方向で偏光主要面１４が水平走査方向Ｈに対して略４５度の角度をなすものである。
【００１１】
また、複屈折板１２は入射光を常光線及び異常光線に分離し、これらの常光線及び異常光線が存在する偏光主要面１５が水平走査方向Ｈと略一致するものである。複屈折板１３は入射光を常光線及び異常光線に分離し、これらの常光線及び異常光線が存在する偏光主要面１６が水平走査方向Ｈに対して−４５度の角度をなすものである。
【００１２】
図３０は入射光の分離結果を示す説明図であり、いま複屈折板１１及び１３の常光線と異常光線の分離距離をｄ１、複屈折板１２の常光線と異常光線の分離距離をｄ２とした場合、ｄ２／√２＜ｄ１＜（√２）ｄ２の条件にある時に、これら３枚の複屈折板１１、１２、１３の組み合わせにおいて、原点に入射された１つの光線（２１）は、第１の複屈折板１１により水平走査方向に対し４５度の方向に距離ｄ１だけ分離されて、各々等しい強度の２つの光線（２１、２２）となる。 次にこれらの光線は第２の複屈折板１２により、各々水平走査方向に対して平行に距離ｄ２だけ分離され、各々等しい強度の光線（２１、２２、２３、２４）となる。次に、これらの光線は第３の複屈折板１３により、各々水平走査方向に対して−４５度の方向に距離ｄ１だけ分離されて、各々等しい強度の８つの光線（２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８）に分離される。
【００１３】
このような光学的ローパスフィルタを用いた時の空間周波数特性の一般解を求めると、これは図３１（Ａ）に示すような水平方向Ｈにｄ２の距離だけ常光線と異常光線に分離する光学的ローパスフィルタと、図３１（Ｂ）に示すような１つの光線をｄ１／√２の長さの菱形の頂点の位置の４つの光線に分離する光学的ローパスフィルタとを合成したものとして考えることができる。
【００１４】
図３１（Ａ）の光学的ローパスフィルタは、ｐｈ／２πで正規化した水平周波数の（１／２）・（ｐｈ／ｄ２）の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳカーブの周波数特性を有し、図３１（Ｂ）の光学的ローパスフィルタは、水平方向に（１／２）・（ｐｈ／（ｄ１／√２））の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳ２カーブの周波数特性を有し、垂直方向にはｐｖ／２πで正規化した（１／２）・（ｐｖ／（ｄ１／√２））の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳ２カーブの周波数特性を有している。
【００１５】
従って、この場合の光学的ローパスフィルタの水平方向の空間周波数特性の一般解は、
Ｆ１（ｆｘ）＝ＣＯＳ（π・ｄ２・ｆｘ／ｐｈ）
×ＣＯＳ２（（π・ｄ１／√２）・（ｆｘ／ｐｈ））
となり、また垂直方向の空間周波数特性の一般解は、
Ｆ１（ｆｙ）＝ＣＯＳ２（（π・ｄ１／√２）・（ｆｙ／ｐｖ））
の周波数特性となる。
【００１６】
ここで、ｐｈとｐｖが略等しい値として、例えば、ｄ２＝ｐｈ、ｄ１／√２＝（２／３）・ｐｈ＝２／３・ｐｖ、とした時の水平方向の空間周波数スペクトラムを図３２に示す。図で破線ＣＯＳ（π・ｆｘ）の曲線と破線ＣＯＳ２（（２／３）・π・ｆｘ）の曲線とを合成した曲線Ｆ１（ｆｘ）が求める水平方向の空間周波数スペクトラムであって、その式は、
Ｆ１（ｆｘ）＝ＣＯＳ（π・ｆｘ）×ＣＯＳ２（（２／３）・π・ｆｘ）
で表され、図２８に示す理想的な特性に近いカットオフ特性となっている。
【００１７】
また、図３３に示す曲線は垂直方向の空間周波数スペクトラムＦ１（ｆｙ）であり式としては、
Ｆ１（ｆｙ）＝ＣＯＳ２（（２／３）・π・ｆｙ）
で表され、図２８に示す理想的な特性に近いカットオフ特性となっている。
【００１８】
このことは言い換えれば、ｄ１およびｄ２の値を適切に選択することにより、理想的なカットオフ特性に近付けることが可能なことを意味する。
【００１９】
このようにカラー自然画像を撮影する場合には、上記のような光学的ローパスフィルタを撮影光路中に配置することで、輝度の偽信号及び偽色信号のキャリア成分の影響を抑圧し、適切な色再現性および解像度を得ている。
【００２０】
ところで、最近では例えば文字、イラスト、図面等のモノカラー被写体を撮影し、モニターあるいはプリント出力で、確認したいという要求が高まってきている。さらに、そのビットマップデータを認識ソフトにかけて、テキストデータや関数データ等に変換するケ−スも増加している。この場合は、撮影画像として高解像度が要求されることになるが、上記の光学的ローパスフィルタのカットオフ特性では、文字等のエッジがボケたりギザギザになったりとぎれたりするため、十分な性能を発揮できない等の問題が発生する。
【００２１】
これらの問題の対策例としては、特開昭５９−１６９２８５号に提案されているものがある。
【００２２】
図３４は従来の画像記録システムのブロック図である。
【００２３】
画像記録システムにあっては、解像度の向上と色再現性の向上とは装置上で実現する場合、相反する要求になる。そこでモード切替スイッチ２０５によって、カラー画像処理とモノカラー画像処理を切り替えるようにして、カラー画像処理の場合は撮像レンズ２００からの被写体光を、高周波成分を抑止するカットオフ特性を持つ光学的ローパスフィルタ２０１を介して、ＣＣＤ等の撮像素子２０３上に結像させている。
【００２４】
一方、モノカラー画像処理の場合は、光学系駆動回路２０４によって光路内に光学的ローパスフィルタ２０１の代わりに、光学的ローパスフィルタ２０１と同じ光路長を有している光学部材２０２を配置し、サンプリングの関係で減衰させる必要があった被写体光の高周波成分を、あまり減衰しないようにしてモノカラー被写体での高解像度の画像を得るようにしている。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来例は、モノカラー画像処理の場合に、光学的ローパスフィルタ２０１を撮影光路から退避させ、代わりに同じ光路長を持つ光学部材を配置する構成としているが、元来結像面近傍は小さなゴミでも結像面に投影され、撮影した画像にゴミの影となって現れてしまい、非常に見苦しい画像になり易い場所であって、撮影光学系２００より撮像素子２０３までの間の撮影光路の周囲は、遮光およびゴミ等の問題から密閉構造が望ましい空間であり、それに、光学的ローパスフィルタ２０１は入射光が平行光束である必要があって、撮影光学系の後玉レンズから撮像素子２０３までの間に配置するため、非常に結像面に近い光学部材なので光学的ローパスフィルタ２０１には、特にゴミが付着しないように注意する必要がある。
【００２６】
ところが、従来例では光学的ローパスフィルタ２０１を機械的に撮影光路内外に移動するもので、非常にゴミを発生しやすく又侵入しやすくなってしまうという問題がある。
【００２７】
また、光学的ローパスフィルタ２０１または同じ光路長を持つ光学部材２０２を完全に光路外に退避させる為のスペースが必要であり、さらに複雑な移動切り替え機構も必要であって装置が大型化して小形化に逆行するという問題がある。また、同じ光路長を確保する為の光学部材および複雑な移動切り替え機構を要するので、非常に高価なものになってしまうという問題がある。
【００２８】
また、光学的ローパスフィルタ２０１および同じ光路長を有する光学部材２０２を、完全に光路内外に出し入れする移動機構を考えると、構成部材の機械的精度およびスムースにスライドさせるための遊びが光軸方向で必要となり、その為にバックフォーカスが延びてしまい、撮影光学系が大きくなり高価になってしまうという問題がある。
【００２９】
本発明は上述の問題点に鑑みて、撮影光路部周辺の機構を極めて密閉構造を高くしてゴミおよび光線漏れの侵入を防止すると共に、同じ光路長を確保するための光学部材および複雑な移動切り替え機構を必要としない安価な構成によって、カットオフ特性を変えることによりモノカラー画像処理時の高解像度を可能にする撮像装置を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、入射する被写体光の空間周波数を制限するよう当該被写体光軸上に複数の複屈折板を有する光学的ローパスフィルタと光学像を電気信号に変換する撮像素子を有し、該撮像素子より出力する電気信号を用いて第１の画像信号を形成する第１の撮像モードと、該撮像素子より出力する電気信号を用いて前記第１の画像信号よりも高解像の第２の画像信号を形成する第２の撮像モードとが切り替え可能な撮像装置であって、前記第１の撮像モード及び前記第２の撮像モードの切り換えに応じて、前記被写体光軸上における複数の複屈折板のうち一部を略撮影光軸を軸に回転することによりカットオフ特性を変えることを特徴とする撮像装置である。
【００３１】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第１および第２の複屈折部材に対し第３の複屈折板を相対的に所定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３２】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第２と第３の複屈折板を固定として第１の複屈折板を所定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３３】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第３の複屈折板を固定として第１と第２の複屈折板を一体に所定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３４】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第１と第２の複屈折板を一体に一定角度回転し第３の複屈折板を一定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３５】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３、及び第４の複屈折板を有し、第２撮像モード時に第２の複屈折板を固定として第１の複屈折板を予め決められた所定の角度回転し第３の複屈折板を固定として第４の複屈折板を予め決められた所定の角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３６】
また、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３、及び第４の複屈折板を有し、第２撮像モード時に第１および第２の複屈折板を固定として第３と第４の複屈折板を一体に予め決められた一定の角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置であり、さらに、前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３、及び第４の複屈折板を有し、第２撮像モード時に第３および第４の複屈折板を固定として第１と第２の複屈折板を一体に予め決められた一定の角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
【００３７】
【作用】
上記構成によれば、撮像素子より出力する電気信号を用いてカラー自然画像信号を形成する第１の撮像モードと、単一色内の画像に対して高解像の画像信号を形成する第２の撮像モードを有する撮像装置において、３枚あるいは４枚等の複屈折板で構成する光学的ローパスフィルタの該複屈折板の一部または全体を、略撮影光軸を中心に回転してカットオフ特性を変えるので、第２の撮像モード時には高解像度の処理が可能になる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。
【００３９】
図１より図８までは本発明の一実施例を示す図である。
【００４０】
図１は本発明の一実施例に係る光学的ローパスフィルタの構成例を示す図である。
【００４１】
図１は従来図２７に示す一般的な光学的ロ−パスフィルタの構成において、第３の複屈折板１３を第１の複屈折板１１および第２の複屈折板１２に対し、相対的に所定角度４５度（光学的ローパスフィルタ構成要素の入射光の分離距離、方向等の特性上より決まる）回転するものである。
【００４２】
この時、複屈折板１３は入射光を常光線と異常光線に分離し、これら常光線と異常光線が存在する図面の紙面に直交する方向で偏光主要面１６が水平走査方向Ｈと略一致する角度となる。
【００４３】
この場合、第３の複屈折板１３の常光線と異常光線の分離方向を、第２の複屈折板１２の常光線と異常光線の分離方向とは逆向きになるように構成している。いま、複屈折板１１および１３の常光線と異常光線の分離距離をｄ１、複屈折板１２の常光線と異常光線の分離距離をｄ２とした場合、図１に示す３枚の複屈折板１１、１２、１３の組み合わせによって、入射光の分離された結果は図２の分離結果の説明図に示すようになる。
【００４４】
図２において、原点に入射された１つの光線（２１）は、第１の複屈折板１１により水平走査方向に対し４５度の方向に距離ｄ１だけ分離され、各々等しい強度の２つの光線（２１、２２）となる。次にこれらの光線は第２の複屈折板１２により、各々水平走査方向に対して平行に距離ｄ２だけ分離され、各々等しい強度の４つの光線（２１、２２、２３、２４）となる。
【００４５】
これらの光線は第３の複屈折板１３に入射して、２つの光線（２３、２４）は第２の複屈折板１２の分離距離ｄ２と、第３の複屈折板１３の分離距離ｄ１が相殺される方向へ移動して、各々等しい強度の４つの光線（２１、２２、２５、２６）に分離される。
【００４６】
このような光学的ローパスフィルタを用いた時の空間周波数特性の一般解を求めると、これは図３（Ａ）の分離距離、方向を示す図のように、水平方向Ｈにｄ１／√２の距離および、垂直方向Ｖにｄ１／√２の距離だけ常光線と異常光線に分離する光学的ローパスフィルタと、図３（Ｂ）のような水平方向Ｈに（ｄ２−ｄ１）の距離だけ常光線と異常光線に分離する光学的ローパスフィルタとを合成したものとして考えることができる。
【００４７】
図３（Ａ）の光学的ローパスフィルタは、水平方向にｐｈ／２πで正規化した（１／２）・（ｐｈ／（ｄ１／√２））の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳカーブの周波数特性を有し、垂直方向には、ｐｖ／２πで正規化した（１／２）・（ｐｖ／（ｄ１／√２））の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳカーブの周波数特性を有し、図３（Ｂ）の光学的ローパスフィルタは、水平方向に （１／２）・（ｐｈ／（ｄ２−ｄ１））の奇数倍の点にトラップポイントを持つＣＯＳカーブの周波数特性を有している。
【００４８】
したがって、上の構成での光学的ローパスフィルタの水平方向の空間周波数特性（ｆｘ）の一般解は、ｄ２≠ｄ１の時、
Ｆ２（ｆｘ）＝ＣＯＳ（π・（ｄ２−ｄ１）・ｆｘ／ｐｈ）
×ＣＯＳ（（π・ｄ１／√２）・（ｆｘ／ｐｈ））
となり、ｄ２＝ｄ１の時、
Ｆ２（ｆｘ）＝ＣＯＳ（（π・ｄ１／√２）・（ｆｘ／ｐｈ））
の周波数特性となる。
【００４９】
また、垂直方向の空間周波数特性Ｆ２（ｆｙ）の一般解は、
Ｆ２（ｆｙ）＝ＣＯＳ（（π・ｄ１／√２）・（ｆｙ／ｐｖ））
の周波数特性となる。
【００５０】
いま、ｐｈとｐｖが略等しい値として、ｄ２＝ｐｈ、ｄ１／√２＝（２／３）・ｐｈ＝（２／３）・ｐｖ、とした場合の例での水平方向の空間周波数スペクトラムを、図６の空間周波数スペクトラムに示す。
【００５１】
図６において、破線ＣＯＳ（（１−（２√２／３））・π・ｆｘ）の曲線と、破線ＣＯＳ（（２／３）・π・ｆｘ）の曲線を合成した曲線Ｆ２（ｆｘ）が求める水平方向の空間周波数スペクトラムであり、その式は、
Ｆ２（ｆｘ）＝ＣＯＳ（（１−（２√２／３）・π・ｆｘ）・ＣＯＳ（（２／
３）・π・ｆｘ）
で表される。
【００５２】
図７は水平方向の空間周波数スペクトラムの比較図である。
【００５３】
図７には従来例の図３０に示した光学的ローパスフィルタの水平方向の空間周波数スペクトラム、Ｆ１（ｆｘ）＝ＣＯＳ（π・ｆｘ）×ＣＯＳ２（（２／３）・π・ｆｘ）と、図１の光学的ローパスフィルタ構成での水平方向の空間周波数スペクトラム、Ｆ２（ｆｘ）＝ＣＯＳ（（１−（２√２／３）・π・ｆｘ）・ＣＯＳ（（２／３）・π・ｆｘ）、を比較図示したものである。
【００５４】
図７からも明らかなように、光学的ローパスフィルタの一部または全体を略撮影光軸を中心に回転することによって、光学的ローパスフィルタのカットオフ特性を変えることが可能になり、カラー自然画像を撮影するに適したカットオフ特性Ｆ１（ｆｘ）の光学的ローパスフィルタの、一部または全体を略撮影光軸を中心に回転するという簡単な手段によって、空間周波数高域成分の減衰を防止し、モノカラー画像を撮影する上で適切なカットオフ特性Ｆ２（ｆｘ）が得られる。
図８は垂直方向の空間周波数スペクトラムの比較図である。
【００５５】
図３４の従来のＦ１（ｆｙ）の垂直方向の空間周波数スペクトラムと、本実施例のＦ２（ｆｙ）の垂直方向の空間周波数スペクトラムを比較図示したものであり、垂直方向でも水平方向と同様な効果がある。
【００５６】
また、図４と図５は本実施例の光学的ローパスフィルタのの回転機構を示す図であり、
図４は回転機構の断面図である。
【００５７】
図５は回転機構の分解斜視図である。
【００５８】
図４、図５において、撮影レンズユニット１は撮影レンズ鏡筒１０３と後玉レンズ１０２等で構成されていて、撮影レンズユニット１の後部には第１の複屈折板１１と、赤外カットオフフィルタ１０１と第２の複屈折板１２を固定保持する光学的ローパスフィルタ固定部材１１３が取り付けられている。
【００５９】
また、撮像素子ユニット３は撮像素子パッケージ１０６に、撮像素子１０５を実装したものであり、基板１０７に半田接続されてフレキシブル基板（図示していない）等により外部へ引き出される構成になっている。撮像ユニット２は撮像素子ユニット３および撮像素子ユニット３と撮影レンズユニット１とを光学的に位置決めするための撮像素子ホルダー１０４から成っている。
【００６０】
１０８は第３の複屈折板１３を固定保持する光学的ローパスフィルタ回動部材であり、その内壁面と光学的ローパスフィルタ固定部材１１３の凸円筒部１１０及び撮像素子ホルダー１０４の凸円筒部１１４の双方と嵌入されており、伝達部材１０９を介してモード切り替え手段（不図示）により、カラー自然画像モード及びモノカラー画像モードでの適切な位置まで回転する構成となっている。
【００６１】
ここで、光学的ローパスフィルタ回動部材１０８は凸円筒部１１０と、凸円筒部１１４と嵌入することで非常に良好な密閉構造をとることが可能になり、ゴミや光線漏れの侵入等を防止することができる。
【００６２】
１１１と１１２はそれぞれ光学的ローパスフィルタ回動部材１０８及び光学的ローパスフィルタ固定部材１１３に形成された凸部であり、カラー自然画像モードとモノカラー画像モードでの適切な位置で停止するためのストッパー手段になっている。
【００６３】
このような構成により、撮影者がカラー自然画像モードあるいはモノカラー画像モードを設定することにより、モード切り替え手段（不図示）に連動して伝達部材１０９を経由し、光学的ローパスフィルタ回動部材１０８が回転（第３複屈折板１３が回転）し、ストッパー手段１１１、１１２により適切な位置に停止するものである。
【００６４】
図９は本発明の第２の実施例である。
【００６５】
前実施例では、第１と第２の複屈折板１１、１２を固定として、第３の複屈折板１３を４５度相対的に回転する構成により、光学的ローパスフィルタのカットオフ特性を変えたものであるが、図９に示す第２実施例では第１の複屈折板１１を逆方向に所定角度（光学的ローパスフィルタ構成要素の入射光の分離距離、方向等の特性上より決まる）、つまり−４５度回転させるものである。
【００６６】
この時、水平、垂直方向の空間周波数特性は前実施例の場合の図６、図７、図８に示したものと同一となり、画面上において斜め方向の周波数特性は異なるものとなるが、カットオフ特性は第１の実施例と同様な効果を示し、このような第２実施例では第２、第３の複屈折板１２、１３の方を固定にするため、結像面近傍の密閉構造をより確実にする利点がある。
【００６７】
図１０は本発明の第３の実施例を示す。
【００６８】
図１０に示す第３実施例の場合は、図９の第２実施例と同様に、ｄ１＝ｄ２の条件下で、第３の複屈折板１３を固定とし、第１の複屈折板１１と第２の複屈折板１２を一体として逆方向（時計回り）に所定角度、つまり−４５度回転させると水平方向にのみトラップポイントを有する光学的ローパスフィルタを構成することができるものである。
【００６９】
図１１は本発明の第４の実施例を示す。
【００７０】
図１２は図１１に示す実施例の入射光の分離結果を示す図である。
【００７１】
図１３は図１２に示す分離光線の分離距離及び方向を示す図である。
図１１の場合は、第１の複屈折板１１と第２の複屈折板１２を一体として、一定角度（光学的ローパスフィルタ構成要素の入射光の分離距離、方向等の特性上より決まる）−２２．５度回転させると共に、第３の複屈折板１３も逆方向に一定角度つまり２２．５度回転させるものである。
【００７２】
この場合は、第２の複屈折板１２と第３の複屈折板１３の常光線と異常光線の分離方向が互いに相殺するように働き、入射光線に対する分離光線は図１２に示すように、４つの分離光線（２１、２２、２５、２６）となる。これは、図１３（Ａ）に示すようにθ１が２２．５度の角度で分離距離がｄ１の光線の成分と、図１３（Ｂ）のようにθ２が２２．５度の角度で分離距離が（ｄ２−ｄ１）の光線の成分を合成したものとなり、カットオフ特性として同様な効果を持つものである。
【００７３】
図１４、図１５は本発明の第５の実施例を示す。
【００７４】
図１６は入射光の分離結果を示す図である。
【００７５】
図１４は上記各実施例が複屈折板３枚で光学的ローパスフィルタを構成したのに対し、カラー自然画像を撮影する場合のカットオフ特性を得る複屈折板３１、３２、３４、３５の４枚構成としたものである。
【００７６】
図１４では複屈折板３１と３２は入射光を常光線と異常光線に分離し、これらの常光線と異常光線が存在する偏光主要面３６及び３７が水平走査方向Ｈと一致するものであり、常光線及び異常光線分離方向も同一としたものである。
【００７７】
位相板３３は複屈折板３１と３２で偏光成分を持った常光線および異常光線を無偏光状態とし、自然光と同様に特定の偏光成分を持たない光線とするものである。
【００７８】
複屈折板３４と３５は入射光を常光線と異常光線に分離し、これらの常光線と異常光線が存在する偏光主要面３８と３９が垂直走査方向Ｖと略一致するものであり、常光線および異常光線分離方向も同一としたものである。
【００７９】
いま、複屈折板３１および３２の常光線と異常光線の分離距離をｄ１、複屈折板３４および３５の常光線と異常光線の分離距離をｄ２とした場合、この４枚の複屈折板と位相板３１、３２、３３、３４、３５の組み合わせによって、入射光の分離された結果は図１６に示すようになる。
【００８０】
図１６において、原点に入射した１つの光線（４１）は、第１の複屈折板３１により常光線と異常光線が水平走査方向に距離ｄ１だけ分離され、各々等しい強度の２つの光線（４１、４２）となる。次にこれらの光線は第２の複屈折板３２により、再び水平走査方向に対して平行に分離方向が同一で距離ｄ１だけ分離される。すなわち、光線（４２）が距離ｄ１だけ光線（４３）に移動することになり、各々等しい強度の２つの光線（４１、４３）となる。
【００８１】
次に、これらの光線は位相板３３を介し、第３の複屈折板３４により常光線と異常光線が各々垂直走査方向に対して距離ｄ２だけ分離され、各々等しい強度の４つの光線（４１、４３、４４、４５）に分離される。つづいて、第４の複屈折板３５によって再び垂直走査方向に対して分離方向が同一で距離ｄ２だけ分離される。
【００８２】
すなわち、光線（４４、４５）が距離ｄ２だけ光線（４６、４７）に移動することになり、各々等しい強度の４つの光線（４１、４３、４６、４７）となる。従って、分離距離ｄ１およびｄ２を適切に選択することにより、クロスカラーおよびモアレの少ないカットオフ特性が得られるものである。
【００８３】
図１５は図１４において複屈折板を回転する光学的ローパスフィルタの構成を示す。
【００８４】
図１５の場合は、第２と第３の複屈折板３２、３４を固定として、第１および第４の複屈折板３１、３５を、予め決められた所定の角度１８０度（光学的ローパスフィルタ構成要素の入射光の分離距離、方向等の特性上より予め決まる所定の角度）回転するものである。この時、第１の複屈折板３１と第２の複屈折板３２は分離距離ｄ１が等しく、且つ分離方向が全く反対方向になるので、一度第１の複屈折板３１により常光線と異常光線に分離した光線が第２の複屈折板３２によって再び無偏光状態になる。
【００８５】
第３の複屈折板３４と第４の複屈折板３５に関しても同様である。従って、図１５の回転した光学的ローパスフィルタは光線が分離することはなく、光学的ローパスフィルタの役目をしない素通しの光学部材と等価となり、空間周波数としては高域成分が全く落ちることのないフラットな特性が得られ、モノカラー画像モードとしては最適な特性が得られる。
【００８６】
図１７、図１８は本発明の第６の実施例を示す。
【００８７】
図１７は位相板を使用しない４枚の複屈折板によりカラー自然画像用光学的ローパスフィルタを構成した例を示すもので、複屈折板５１は入射光を常光線および異常光線に分離し、これらの常光線および異常光線が存在する図面の紙面に直交する方向で偏光主要面５５が、水平走査方向Ｈに対して略４５度の角度をなすものである。
【００８８】
複屈折板５２、５４は入射光を常光線および異常光線に分離し、これらの常光線および異常光線が存在する偏光主要面５６、５８が水平走査方向Ｈと略一致するものである。複屈折板５３は入射光を常光線および異常光線に分離し、その常光線および異常光線が存在する偏光主要面５７が水平走査方向Ｈに対して略−４５度の角度をなすものである。
【００８９】
いま、複屈折板５１と５３の常光線および異常光線の分離距離をｄ１、複屈折板５２の常光線および異常光線の分離距離をｄ２、複屈折板５４の常光線および異常光線の分離距離をｄ４とした場合、複屈折板５１と５２と５３の構成は、図２９に示す複屈折板３枚構成の従来例のローパスフィルタと全く同一であり、入射した光線は図３０に示したものと同様８つの光線に分離される。
【００９０】
これら８つの光線は複屈折板５４により、各々水平走査方向に対して平行に距離ｄ４だけ分離され、図１９の入射光の分離結果図に示すように、各々強度の等しい１６の光線（６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８）に分離される。従って分離距離ｄ１とｄ２とｄ４を適切に選択することにより、図２９の３枚構成の従来例ローパスフィルタと比較しても、より改善された水平方向のカットオフ特性が得られる。
【００９１】
図１８は図１７に示す光学的ローパスフィルタの複屈折板を回転してモノカラー画像時の特性を得るものである。
【００９２】
図１８（Ａ）は第３の複屈折板５３と第４の複屈折板５４を一体に４５度（光学的ローパスフィルタ構成要素の入射光の分離距離、方向等の特性上より予め決められる一定の角度）、回転するものである。
【００９３】
図１８（Ｂ）の場合は、第１の複屈折板５１と第２の複屈折板５２を一体として、予め決められた一定の角度、−４５度回転するものである。
【００９４】
ここで第２の複屈折板５２による分離距離ｄ２と第３の複屈折板５３による分離距離ｄ１とを等しくしておくと、両者の分離方向が反対方向であるためローパスフィルタとしての特性は、第１の複屈折板５１および第４の複屈折板５４による分離距離（ｄ１−ｄ４）によって決まる。
【００９５】
図１８（Ａ）の構成により入射光の分離された結果は図２０（Ａ）に、図１８（Ｂ）の構成で入射光が分離された結果は図２０（Ｂ）に示すようになる。分離距離（ｄ１−ｄ２）が小さくなればなるほど、ローパスフィルタのトラップポイントは高域側にシフトして、モノカラー画像モードに適した空間周波数特性となる。
【００９６】
従って前実施例と同様に図１８において、第１の複屈折板５１による分離距離ｄ１と、第４の複屈折板５４による分離距離ｄ４を等しくすることにより、回転によりローパスフィルタとしての効果を全く無くすることができる。
【００９７】
また、この場合は同じ４枚構成の前実施例に比較して単一部材の回転機構で済むことになり、装置の大型化を避けることができる。
【００９８】
図２１、図２２は本発明の第７の実施例を示す。図２１はカラー自然画像を撮影する場合のカットオフ特性を得る４枚構成の光学的ローパスフィルタを示す。図２３は図２１に示す光学的ローパスフィルタ入射光の分離結果を示す図である。図２４は図２２に示す光学的ローパスフィルタ入射光の分離結果を示す図である。
【００９９】
第１の複屈折板８１は入射光を常光線および異常光線に分離し、これらの常光線および異常光線が存在する図面の紙面に直交する方向で、偏光主要面５５が水平走査方向Ｈと略一致するものである。第２、第３の複屈折板８２、８３は入射光を常光線および異常光線に分離し、これらの常光線及び異常光線が存在する偏光主要面８６、８７が水平走査方向Ｈに対し、各々略４５度、１３５度の角度をなすものである。第４の複屈折板８４は入射光を常光線及び異常光線に分離し、これらの常光線および異常光線が存在する偏光主要面８８が垂直走査方向Ｖと一致するものである。
【０１００】
いま、第１の複屈折板８１の常光線および異常光線の分離距離をｄ１、第２、第３の複屈折板８２、８３の常光線および異常光線の分離距離をｄ２、第４の複屈折板８４の常光線および異常光線の分離距離をｄ４とした場合、入射光線は図２３の入射光の分離結果図に示すように、各々強度の等しい８つの光線（９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９）に分離される。
【０１０１】
図２２は図２１に示す光学的ローパスフィルタを回転してモノカラー画像時のカットオフ特性を得る構成を示す。
【０１０２】
図２２（Ａ）では、第３の複屈折板８３と第４の複屈折板８４を一体に、予め決められた一定の角度９０度回転したものである。
【０１０３】
図２２（Ｂ）では、第１の複屈折板８１と第２の複屈折板８２を一体に、予め決められた一定の角度−９０度回転したものである。
【０１０４】
ここで第２の複屈折板８２による分離距離と第３の複屈折板８３による分離距離が等しく、両者の分離方向が反対方向であるためローパスフィルタとしての効果は、第１の複屈折板８１と第４の複屈折板８４による分離距離（ｄ１−ｄ４）によって定まる。
【０１０５】
図２２（Ａ）の構成による入射光の分離された結果を図２４（Ａ）に、図２２（Ｂ）の構成による入射光の分離された結果を図２４（Ｂ）に示す。
【０１０６】
分離距離（ｄ１−ｄ４）が小さくなればなるほど、ローパスフィルタのトラップポイントは高域側にシフトし、モノカラー画像モードに適した空間周波数特性となる。
【０１０７】
図２２（Ａ）のように、第３の複屈折板８３と第４の複屈折板８４を一体回転させた場合に得られる出射光線は、水平走査方向Ｈの方向に一致するため、水平走査線方向にのみロ−パス効果を有する光学的ローパスフィルタになる。一方、図２２（Ｂ）のように、第１の複屈折板８１と第２の複屈折板８２を一体に回転させた場合に得られる出射光線は、垂直走査方向Ｖの方向に一致するため、垂直走査線方向にのみトラップポイントを有する光学的ローパスフィルタになる。
【０１０８】
また、前実施例６、６と同様に、図２２において第１の複屈折板８１による分離距離ｄ１と、第４の複屈折板８４による分離距離ｄ４を等しくすることで、回転後のローパスフィルタとしての効果を無くすることができる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学的ローパスフィルタの一部または全体を略撮影光軸を中心に回転することにより、カットオフ特性を変えることができるように構成したので、撮影光路部周辺の機構を極めて密閉構造を高くすることが可能になり、ゴミ及び光線漏れの侵入等を完全に防止できる良好な撮像装置を提供できる効果がある。
【０１１０】
またローパスフィルタ又は同光路長を有する光学部材共に完全に光路外へ退避させるような必要も無く簡単な切り替え機構で済むので、安価に構成できると共に装置の小形化を促進するという効果もある。
【０１１１】
また撮影光軸方向での無駄な隙間、遊び等を設ける必要がなく、不必要にバックフォーカスを延ばす必要も無いので、撮影光学系を小さくすることが可能になり、安価な撮影レンズ光学系を構成できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る撮像装置の光学的ローパスフィルタの構成例を示す図である。
【図２】図１に示す光学的ローパスフィルタによる入射光の分離結果を示す図である。
【図３】図２に示す入射光の分離結果の分離距離及び方向を示す図である。
【図４】図１に示す光学的ローパスフィルタの回転機構の断面図である。
【図５】図４に示す回転機構の斜視図である。
【図６】図１に示す光学的ローパスフィルタの水平方向の空間周波数スペクトラムを示す図である。
【図７】水平方向の空間周波数スペクトラムの比較図である。
【図８】垂直方向の空間周波数スペクトラムの比較図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係る光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施例に係る光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係る光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図１２】図１１に示す光学的ローパスフィルタの入射光の分離結果を示す図である。
【図１３】図１２に示す分離結果の分離距離及び方向を示す図である。
【図１４】本発明の第５の実施例に係るカラー自然画像撮影用の光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図１５】図１４に示す光学的ローパスフィルタの回転構成例を示す図である。
【図１６】図１４に示す光学的ローパスフィルタの入射光の分離結果を示す図である。
【図１７】本発明の第６の実施例に係るカラー自然画像撮影用の光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図１８】図１７に示す光学的ローパスフィルタの回転構成例を示す図である。
【図１９】図１７に示す光学的ローパスフィルタの入射光の分離結果を示す図である。
【図２０】図１９に示す光学的ローパスフィルタにおける入射光の分離結果を示す図である。
【図２１】本発明の第７の実施例に係るカラー自然画像撮影用の光学的ローパスフィルタ構成例を示す図である。
【図２２】図２１に示す光学的ローパスフィルタの回転構成例を示す図である。
【図２３】図２１に示す光学的ローパスフィルタの入射光の分離結果を示す図である。
【図２４】図２２に示す光学的ローパスフィルタにおける入射光の分離結果を示す図である。
【図２５】従来の固体撮像素子の画素配列及び開口例を示す図である。
【図２６】従来の空間周波数スペクトラムを示す図である。
【図２７】従来の空間周波数スペクトラムを示す図である。
【図２８】理想的な光学的周波数特性を示す図である。
【図２９】従来の光学的ローパスフィルタの構成例を示す図である。
【図３０】図２９に示す従来例の入射光の分離結果を示す図である。
【図３１】図３０に示す分離結果の分離距離及び方向を示す図である。
【図３２】図２９に示す従来例の水平方向の空間周波数スペクトラムを示す図である。
【図３３】図２９に示す従来例の垂直方向の空間周波数スペクトラムを示す図である。
【図３４】従来の画像記録システムのブロック図である。
【符号の説明】
１ 撮影レンズユニット
２ 撮像ユニット
３ 撮像素子ユニット
１１〜１３，３１〜３５，５１〜５４，８１〜８４ 複屈折板
１４〜１６，３６〜３９，５５〜５８，８５〜８８ 偏光主要面
ｄ１〜ｄ４ 分離距離
Claims (8)
- 入射する被写体光の空間周波数を制限するよう当該被写体光軸上に複数の複屈折板を有する光学的ローパスフィルタと光学像を電気信号に変換する撮像素子を有し、該撮像素子より出力する電気信号を用いて第１の画像信号を形成する第１の撮像モードと、該撮像素子より出力する電気信号を用いて前記第１の画像信号よりも高解像の第２の画像信号を形成する第２の撮像モードとが切り替え可能な撮像装置であって、
前記第１の撮像モード及び前記第２の撮像モードの切り換えに応じて、前記被写体光軸上における複数の複屈折板のうち一部を略撮影光軸を軸に回転することによりカットオフ特性を変えることを特徴とする撮像装置。 - 前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第１および第２の複屈折部材に対し第３の複屈折板を相対的に所定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
- 前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第２と第３の複屈折板を固定として第１の複屈折板を所定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
- 前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第３の複屈折板を固定として第１と第２の複屈折板を一体に所定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
- 前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３の複屈折板を有し、第２の撮像モード時に第１と第２の複屈折板を一体に一定角度回転し第３の複屈折板を一定角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
- 前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３、及び第４の複屈折板を有し、第２撮像モード時に第２の複屈折板を固定として第１の複屈折板を予め決められた所定の角度回転し第３の複屈折板を固定として第４の複屈折板を予め決められた所定の角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
- 前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３、及び第４の複屈折板を有し、第２撮像モード時に第１および第２の複屈折板を固定として第３と第４の複屈折板を一体に予め決められた一定の角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
- 前記光学的ローパスフィルタは、入射光側から第１、第２、第３、及び第４の複屈折板を有し、第２撮像モード時に第３および第４の複屈折板を固定として第１と第２の複屈折板を一体に予め決められた一定の角度回転するものであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
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