JPH02219016A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は多数の受光素子を主走査方向および副走査方向
にマトリックス状に配列した固体撮像素子と、この固体
撮像素子への入射光路中に配置され１．入射光線を少な
くとも主走査方向に分離する光学的フィルタとを具える
固体撮像装置に関するもので、特に固体撮像素子の標本
化周波数、すなわち空間サンプリング周波数の近傍に発
生するモアレを効果的に取り除き、モアレと本来の映像
信号により生ずる混変調妨害を効果的に取り除（ことが
できるとともに標本化周波数の２倍以上の周波数におけ
るモアレも有効に取り除くようにした固体撮像装置に関
するものである。

（従来の技術） 第６図は一般的な固体撮像素子の受光開口分布を示すも
ので、第６図においてＨが主走査方向である水平方向、
■が副走査方向である垂直方向を示し、Ｘが画素開口の
水平方向の大きさ、Ｙが画素開口の垂直方向の大きさを
示す。またＰｘは水平方向の画素間隔、ｐｙは垂直方向
の画素間隔を示す。

このような開ロバターンにより画像が標本化、すなわち
空間的にサンプリングされることになる。

画像標本化に際して、画像の中に含まれる最高の空間周
波数「、１Ｘが、標本化周波数ｆ、の半分であるナイキ
スト周波数ｆいよりも高い場合、第７図に示すように繰
り返されるスペクトル分布が互いに重なり合うようにな
る。一般的に固体撮像装置に設けられた光学レンズ系で
被写体像に含まれる空間周波数は制限されるものの、標
本化周波数の半分であるナイキスト周波数ｆ７よりも充
分高い成分を含むため、これを標本化すると「７までの
画像情報は標本化された映像信号から再び元の画像に復
元できるが、ｆ、より高い周波数の画像情報成分子は標
本化周波数ｆ１との差の周波数成分子′（＝ｆ、−ｆ）
に変わり、ナイキスト周波数ｆ７以下の領域に折り返さ
れてくる。この成分は偽信号で折返しひずみと呼ばれて
いる。このような折返しひずみの多い映像信号から画像
を組み立てると被写体の空間周波数の高い部分にモアレ
が生じ、画質を低下させることになる。

また、一般的な固体撮像素子においては、第６図に示す
ように、水平方向の画素開口巾Ｘは隣り合う画素の間の
距＃（ＰＸ　−Ｘ）よりも小さくなっているため、前述
の折返しひずみの量も多くなってしまう。

以上のような折返しひずみによる画質の低下を防止する
ためにはｆ７より低い周波数領域でレスポンスを落とさ
ずに被写体像に含まれるｆｆｉ以上の空間周波数成分を
急激に抑圧すればよい。このために固体撮像素子により
被写体像を標本化する前に、ｆ８近傍にトラップ周波数
を有する光学的ローパスフィルタに通すことは既知であ
る。通常、光学的ローパスフィルタには複屈折水晶板を
使用しているが、１枚の複屈折水晶板のレスポンス特性
は第８図の細い実線の曲線Ａで示すようなｃｏｓカーブ
となる。第８図において横軸は標本化周波数「６で正規
化した周波数ｆＸを示す。１枚の水晶板では、低周波数
領域、すなわちベースバンド成分の抑圧は小さいが、ｆ
、の近傍での減衰量が少ないため、上述した折返しひず
みを有効に防止できず、画質の劣化を十分に補償できな
い欠点がある。

このような欠点をさらに改良するものとして複数枚の複
屈折水晶板を有する光学的フィルタが種々提案されてお
り、例えば特開昭６０−１６４７１９号公報、同６１−
２７０９８５号公報および同６１−２７０９８６号公報
等に開示されている。これらの公開公報には、水平走査
方向に対して＋４５°、０°および−４５゜の方向に常
光線と異常光線を分離する３枚の複屈折水晶板を用いた
光学的フィルタが開示されている。

上述した特開昭６０−１６４７１９号公報には１チツプ
の撮像素子にモザイクフィルタを組合せた固体撮の第２
の水晶板の分離巾をＰＸとしている。この場合のレスポ
ンス特性は第８図の破線の曲線Ｂに示すようにｆ７およ
びｆ、において２個のトラップポイントが現われるよう
にしている。このような光学的フィルタによれば１枚の
水晶板を用いる場合に比べるとｆｆｉおよびｆ、近傍に
おける抑圧効果が大きいが、ｆ８近傍での抑圧は十分に
太き（ないとともに、ベースバンドでの抑圧が過度に大
きくなっており、本来の画像信号も大きく抑圧されてし
まい、解像度が劣化してしまう欠点がある。

また、特開昭６１−２７０９８６号公報には、色分解光
学系により入射光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３
色に分解し、これら分解された単色像を３枚の固体盪像
素子で受光するようにした固体撮像装置において、０色
像を受光する固体１Ｒ像素子の受光開口位置と、Ｒおよ
びＢ色像を受光する１最像素子の受光開口位置を、互い
に画素間隔の半分だけずらせることにより輝度信号に対
する標本化周波数を見掛は上２倍にする所謂画素ずらし
法を採用した固体撮像装置に用いる光学的フィルタとし
て常光線と異常光線の分離方向を水平方向に対して±４
５゜板の分離巾をＰｘとしたものが開示されている。こ
のような光学的フィルタによれば、水平方向に見た分離
距離は、上述した特開昭６０−１６４７１９号公報に記
載されたものと同様にＰｘとなり、したがって、上述し
たところと同様にｆ−、近傍における抑圧効果が十分に
得られないとともにベースバンド領域における抑圧が過
度に大きくなるという欠点を持っている。

さらに特開昭６１−２７０９８５号公報には、上述した
画素ずらし法を採用した固体↑最像装置に用いる光学的
フィルタにおいて、分離方向を水平方向に対して±４５
″とした第１および第３の水晶板の分離果が幾分改善さ
れるものの、ｆ、近傍における抑圧効果は十分に大きく
ないとともにベースバンド領域における抑圧が大きい欠
点は依然として解決されていない。

上述した３枚の水晶板を用いる従来の光学的フィルタに
おいては、いずれもその設計思想はｆＩ。

およびｆ、においてトラップポイントを形成することに
よってｆｎ以上の周波数帯における抑圧効果を大きくし
ようとする点において共通しているが、このような設計
思想ではｆ、の近傍における抑圧効果が十分に得られず
、モアレの発生による画質の低下を十分に改善できない
とともに低周波数領域において不所望に大きな減衰が発
生し、解像度を低下してしまうという欠点がある。特に
、画素ずらし法を採用した固体撮像装置においては、輝
度信号に対しては標本化周波数を見掛は上２倍とするこ
とができるが、標本化周波数近傍の白黒パターンを含む
被写体を撮像すると、不所望な色が付（所謂色モアレが
発生する。例えば緑色の画素に白黒パターンの白い部分
が入射し、赤および青色の画素に黒い部分が入射すると
、白黒パターンが緑色となってしまう。従来の光学的フ
ィルタではこのような色モアレを十分良好に抑止するこ
とができなかった。

本発明者等は、上述した従来の欠点を除去し、標本化周
波数近傍において十分な抑圧を行なうことによってモア
レの発生を有効に阻止できるとともにベースバンドでの
抑圧を極力抑えることによって解像度の低下を防ぎ、特
に画素ずらし法を採用した固体撮像装置における色モア
レを十分良好に阻止することができるようにした固体撮
像装置を開発し、特願昭６３−１６０８４９号において
開示している。

この固体撮像装置は、多数の受光素子を主走査方向およ
びこれと直交する副走査方向に配列した固体撮像素子と
、この固体撮像素子に被写体像を入射させる光路中に配
置され、入射光線を少なくとも主走査方向に分離する光
学的フィルタに３枚の水晶板を設け、主走査方向におけ
るその合成レスポンス特性が標本化周波数またはその近
傍において１個のトラップポイントを有し、それ以下の
周波数帯域でトラップポイントを持たないように構成し
たものである。

上述したように、複数枚の水晶板を用いる従来の光学的
フィルタにおいては、トラップポイントの数を増やすこ
とによってｆ、１以上の周波数帯域での減衰を大きくす
ることを設計思想としていたが、上述した本発明者等が
既に開発した固体撮像装置ではこのような設計思想を採
らず、３枚以上の水晶板を用いるにも拘らず標本化周波
数またはその近傍において唯１個のトラップポイントを
有するように構成したものである。すなわち、常光線お
よび異常光線の分離方向を水平方向に対して±４５″お
よびＯａとした３枚の水晶板を用いる場合には、水平走
査方向に見た分離巾が総て−Ｐｘとなるように設定して
いる。すなわち、水平走査方を有するレスポンス特性が
得られ、標本化周波数の近傍における抑圧を十分大きく
することができるとともにベースバンドにおける減衰を
抑えることができる。

（発明が解決しようとする課題） 上述した特願昭６３４６０８４９号に開示された固体撮
像装置においては、水晶板３枚によって光学的フィルタ
を構成する場合、第８図の点線曲ｗＡＣに示す標本化周
波数ｆ、の２倍〜５倍の周波数に発生するモアレの抑制
効果がなく、このモアレを抑制しようとすると更に一枚
以上の水晶板を必要とするため、構成が複雑で、大形で
しかもコストが高くなるという欠点があった。第８図の
鎖線曲線りはこのように１枚の水晶板を追加したときの
レスポンス特性を示すもきである。このように標本化周
波数の２倍以上の周波数で発生するモアレは、例えば綱
目版で印刷された印刷物をＩ最像する場合にしばしば生
ずるものである。

本発明の目的は、上述した特願昭６３−１６０８４９号
に開示された固体撮像装置が有する利点、すなわち標本
化周波数の近傍で大きな抑圧効果を有し、かつベースバ
ンドでの抑圧が過度に大きくないという利点を保持しつ
つ、水晶板を増やすことなく標本化周波数の２倍〜５倍
の周波数に発生するモアレをも十分に抑圧することがで
き、したがって構成が複雑とならず、価格も安価な固体
撮像装置を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、多数の受光素子を主走査方向およびこれと直
交する副走査方向に配列した固体撮像素子と、この固体
撮像素子に被写体像を入射させる光路中に配置され、入
射光線を少なくとも主走査方向に分離する光学フィルタ
とを具える固体撮像装置において、前記光学的フィルタ
に少なくとも３枚の水晶板を設け、主走査方向における
その合成レスポンス特性を、標本化周波数とその１．５
倍の周波数の近傍においてそれぞれ１個ずつのトラップ
ポイントを有し、標本化周波数以下の周波数帯域にはト
ラップポイントを持たず、標本化周波数の１．５倍の近
傍のトラップポイントでは、２本のトラップ直線が交差
するように構成したことを特徴とするものである。

（作　用） 上述したように、複数枚の水晶板を用いる従来の光学的
フィルタにおいては、トラップポイントの数を増やすこ
とによってｆ、、以上の周波数帯域での減衰を太き（す
ることを設計思想としていたが、本発明ではこのような
設計思想を採らず、３枚以上の水晶板を用い標本化周波
数とその１．５倍の周波数の近傍においてそれぞれ１個
ずつのトラップポイントを有するように構成したもので
ある。

後述する実施例のように常光線および異常光線の分離方
向を水平に対して±４５°および０°とした３枚の水晶
板を用いる場合には、水平走査方向に見た分離巾が１／
２Ｐｘと１／３Ｐｘとなるように設定する。すなわち、
水平走査方向に対して±４５゜の分離方向を有する第１
および第３の水晶板の分離巾をｆｆ、ｒ　３　Ｐ　ｘと
し、中間の第２水晶板の分離巾を１／２Ｐｘとなるよう
にすることにより標本化周波数において唯１個のトラッ
プポイントを有するレスポンス特性が得られ、標本化周
波数の近傍における抑圧を十分大きくすることができ、
また標本化周波数の５倍までの周波数に発生するモアレ
も有効に阻止できるとともにベースバンドにおける減衰
を抑えることができる。

（実施例） 第１図は本発明による固体撮像装置の一実施例の全体の
構成を示す線図である。光学レンズ系１によって被写体
の像を、光学的フィルタ２および３色分解光学系３を経
て３枚の固体撮像素子４Ｒ４Ｇ、　４Ｂ上に形成する。

３色分解光学系３はＲ，ＧおよびＢの３原色光をそれぞ
れ異なる方向に分解するもので、各固体撮像素子４Ｒ，
４Ｇ、　４ＢはそれぞれＲ，ＧおよびＢ色の像を受光す
るようになる。

本例では画素ずらし法を採用しているので、固体撮像素
子４Ｒおよび４Ｂ上に結像される赤および青色の被写体
像の各画素は、固体撮像素子４Ｇ上に結像される緑色像
に対し画素間隔の中間に位置するようになっている。こ
のようにして輝度信号に対する見掛は上の標本化周波数
を２倍とすることができる。

光学的フィルタ２は、第１、第２および第３の複屈折水
晶板２１．２２および２３を積層した構成としている。

第２図はこれら第１〜第３の水晶板１１゜１２および１
３を示すもので、水晶板の主軸（常光線と異常光線の分
離方向）と光軸を含む主要面２１゜２２および２３が主
走査方向である水平走査方向Ｈと成す角度がそれぞれ＋
４５°、０°、−４５°に設定されている。これら水晶
板１１〜１３の主軸は必ずしも光軸に対して垂直である
必要はなく、光軸に対して任意の角度傾いていてもよい
。本発明においては、第１〜第３の水晶板１１〜１３の
分離巾の水平走査方向の成分を互いに等しくし、画素間
隔Ｐ×の１／３である１／３Ｐｘとする。すなわち、第
１および第３の水晶板１１および１３の主要面は水平走
査方向により実現できる。

上述した構成の光学的フィルタ２に光線を通すと、光は
第３図に示すように８本の光線に分離され、それらの輝
度は互いに等しいものとなる。すなわち、第１の水晶板
１１において入射光線からその１／２の光量を有する常
光線ＯＩが得られるとともに異常光ｖＡｅ１は常光線０
．に対して＋４５’の方向に水晶板１１の厚さに対応す
る距離だけ分離され２本の分離光線が得られる。この常
光線０１及び異常光ｈ’Ａ　ｅ、はそれぞれ第２の水晶
板１２に入射され、この第２の水晶板１２において、各
入射光線からその１／２の光量を有する常光線０２及び
異常光線ｅ２が得られ、異常光線ｅ２が常光線０□に対
して水平走査方向Ｈに水晶板１２の厚さに対応する距離
だけ分離され、４本の分離光線が得られる。また常光綿
０□及び異常光線ｅ２はそれぞれ第３の水晶板１３に入
射され、この第３の水晶板１３において、各入射光線か
らその１／２の光量を有する常光線０３及び異常光線ｅ
、が得られ異常光ａｅ３が常光線Ｏ１に対して一４５゜
の方向に水晶板１３の厚さに対応する距離だけ分離され
る。

このようにして８本の分離光線が得られるが、それらの
輝度は互いに等しいものとなる。

上述したように第１の水晶板■１の分離巾のＨ方向成分
と第３水晶板１３の分離巾のＩ］方向成分を同■ じとし、その分離巾を−Ｐ×に設定し、第２の水晶板１
２の分離巾を１／２　Ｐｘに設計しであるので３つの水
晶板１１．１２．１３の異なる光路をそれぞれ通って出
射する８本の分離光線は、第３図に示す通り被撮像体か
らの入射光の入射位置に得られる光線ＯＬ＋（ｈ、　（
ｈに対してＨ方向に−Ｐｘだけ離れた位置にｅ１０２０
３＋　Ｏ＋０２ｅ、１が重複して出射し、２／３Ｐｘだ
け離ｅｌｅ２０３＋　Ｏ１＋３！ｅ３が出射し、さらに
−ＰｘｇＩＩれた位置にｅｌｅ２ｅ３が出射する。これ
を正規化した位置関数として光学的フィルタ２のレスポ
ンス特性を求めとなる。このようなレスポンス特性をグ
ラフに表わすと、第８図の太い実線の曲線Ｅで示すよう
に標本化周波数ｆ５においてトラップポイントを有し、
それ以下の周波数帯域ではトラップポイントを持たない
ものとなる。ただし、１５以上の周波数においてもトラ
ップポイントを有している。このような光学的フィルタ
２は、第４図に示すようにトラップ直線を３本有し、正
および負の傾斜を持つトラップ直線が固体撮像素子の標
本化周波数ｆ、の約１．５倍において交差するものとな
る。また、第５図は光学的フィルタの広帯域レスポンス
特性を示すグラフであり、それぞれの曲線Ａ、Ｃ。

ＤおよびＥは第５図に示す曲線Ａ、Ｃ，ＤおよびＥに対
応しているものである。第５図および第８図において曲
線Ｂで示す従来の光学的フィルタのレスポンス特性と曲
線Ｅで示す本発明による光学的フィルタのレスポンス特
性とを比較すれば明らかなように、本発明では標本化周
波数ｆ３の近傍において大きな抑圧効果が得られ、モア
レによる妨害をきわめて有効に防止することができ、特
に色モアレを著しく軽減できるとともにｆｎよりも低い
ベースバンドでの抑圧量は小さく、解像度を大幅に向上
することができ、またｆ５の５倍までの周波数に発生す
るモアレも有効に抑止できる。

すなわち、従来の光学的フィルタの設計思想ではｆ、や
ｆｎにおいてトラップポイントを発生させるようにして
いるので、ｆ、の近傍でレスポンス特性が持ち上がる傾
向があるとともに特にｆｎ近傍のベースバンド成分が過
度に抑圧されてしまう傾向があるのに対し、本発明では
トラップポイントは標本化周波数ｒ９と、ｆｓの約１．
５倍において発生させるようにしているので上述した従
来の光学的フィルタの不所望な傾向を軽減することがで
きる。

なお本発明は上述した実施例にのみ限定されるものでは
く、幾多の変更や変形が可能である。例えば、第６図に
示すように開口巾Ｘが−Ｐｘよりも小さい固体撮像素子
においては２ｆ、においても偽信号が大きく生ずるので
、これを改善するために上述の実施例に、さらに分離方
向を水平走査方向に対してＯ″とし、分離巾を−Ｐｘと
した第４の水晶板を第１水晶板の前方または第３水晶板
の後方に加えることも可能である。この場合のレスポン
ス特性は第８図において鎖線曲線りで示すようなものと
なり、ベースバンド成分が過度に抑圧されることなく２
Ｆ、においても十分に抑圧することができる。

また上述した実施例では水平走査方向においてのみ説明
したが、第６図においてＰｘとＰｙがほぼ等しい場合は
、上述した実施例で垂直走査方向においても良好な特性
を示す。しかし、Ｐｘとｐｙが大きく異なる場合には、
上述した実施例に垂直方向に分離する水晶板を加えると
もできる。ただし、この場合には隣り合う水晶板の分離
方向が＋４５°づつ異なることが必要となる。また上述
した実施例では第１及び第３の水晶板の分離方向を水平
走査方向に対して＋４５°とし、第２の水晶板の分離方
向を０°としたが、これらの角度は必ずしも正確に設定
する必要はなく、これらの値から若干ずれても差支えな
い。この場合には、レスポンス特性のトラップポイント
は標本化周波数と完全には−敗しなくなる。また、上述
した実施例では第１水晶板の分離方向を水平走査方向に
対して＋４５°とし、第３水晶板のそれを−４５゜とじ
たが、光が入射する方向に見て第１および第３の水晶板
の位置を交替してもよい。さらに、第１図に示した例で
は光学的フィルタを光学レンズ系と３色分解光学系との
間に配置したが、光学レンズ系の前方またはその途中に
配置してもよく、さらに３組の光学的フィルタを色分解
光学系と各固体撮像素子との間に配置してもよい。また
、上述した実施例では３枚の固体撮像素子を設けたが、
１枚の固体撮像素子を設け、その前面にストライブまた
はモザイク状の色フィルタを配置した固体撮像装置にも
適用することができる。さらに、第１および第３の水晶
板の分離巾の主走査方向成分は正確に１／３Ｐｘでなく
てもよく、３／８Ｐｘ程度でも同様の効果が得られる。

（発明の効果） 上述した本発明の固体撮像装置によれば、ベースバンド
での抑圧量は小さく、サンプリング周波数近傍の抑圧特
性は従来の光学的フィルタより良好であるとともに、第
５図に示すようにナンプリング周波数の２倍、３倍、４
倍、５倍の周波数での抑圧効果も高く、モアレを充分に
抑圧することができる。特に、サンプリング周波数の４
倍の周波数での抑圧効果は従来のものに較べて顕著に現
われている。また、特願昭６３−１６０８４９号に開示
されている光学的フィルタに比べて水晶板の枚数を減ら
すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像装置の一実施例の全体の
構成を示す線図、 第２図は同じくその光学的フィルタを構成する水晶板の
特性を示す図、 第３図は同じく光学的フィルタの分離特性を示す図、 第４図は同じく光学的フィルタのトラップ直線を示す図
、 第５図は本発明による光学的フィルタと従来の光学的フ
ィルタの広帯域レスポンス特性を示すグラフ、 第６図は固体撮像素子の受光開口分布を示す図、第７図
は画像信号のスペクトル分布を示す図、第８図は光学的
フィルタのレスポンス特性を示すグラフである。 １・・・光学レンズ系 ２・・・光学的フィルタ ３・・・色分解光学系 ４Ｒ，４Ｇ、　４Ｂ・・・固体撮像素子１１、１２．１
３・・・複屈折水晶板 ２１、２２．２３・・・主要面 Ｈ・・・主走査方向 ■・・・副走査方向 第３図 ＆ 了 ＆ ｇ 丁 ＰＩ ５＆ τ ＆ 第４図 Ｃ−・ボＲＭｔ：ｌａ７トラ、プ遮表電第５図 Ｏ 第８図 チＳ 第６図 ！ぐ７− 手 続 補 正 書 平成 ２年 ３月１７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多数の受光素子を主走査方向およびこれと直交する
   副走査方向に配列した固体撮像素子と、この固体撮像素
   子に被写体像を入射させる光路中に配置され、入射光線
   を少なくとも主走査方向に分離する光学的フィルタとを
   具える固体撮像装置において、前記光学的フィルタに少
   なくとも３枚の水晶板を設け、主走査方向におけるその
   合成レスポンス特性が標本化周波数とその１．５倍の周
   波数の近傍においてそれぞれ１個ずつのトラップポイン
   トを有し、標本化周波数以下の周波数帯域ではトラップ
   ポイントを持たず、標本化周波数の１．５倍の近傍のト
   ラップポイントでは、２本のトラップ直線が交差するよ
   うに構成したことを特徴とする固体撮像装置。 ２、前記光学的フィルタが主走査方向に対してほぼ＋４
   ５゜の方向へ常光線および異常光線を分離する第１の水
   晶板と、主走査方向に対しほぼ平行に常光線および異常
   光線を分離する第２の水晶板と、主走査方向に対しほぼ
   −４５゜の方向へ常光線および異常光線を分離する第３
   の水晶板とを具え、前記第２の水晶板を第１および第３
   の水晶板の中間に配置し、これら第１および第３の水晶
   板の各々の主走査方向における分離巾を固体撮像素子の
   受光素子の主走査方向の間隔のほぼ１／３とし、第２の
   水晶板の分離巾を前記間隔のほぼ半分とした請求項１記
   載の固体撮像装置。