JPH03120986A

JPH03120986A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH03120986A
Application number: JP1259594A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Nishida; 泰章西田; Katsuya Fujisawa; 藤沢　克也; Yoshihiro Fujita; 藤田　欣裕; Shiro Osada; 長田　司郎
Original assignee: Kuraray Co Ltd; Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Kuraray Co Ltd; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1989-10-03
Filing date: 1989-10-03
Publication date: 1991-05-23
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JP2895524B2

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］この発明は、偽信号や偽色信号の発生を抑制する光学的
ローパスフィルタを備えた撮像装置に関する。

［従来の技術〕単板式固体撮像装置は、色フィルタアレイにより色信号
を得ているが、被写体の像に色フィルタアレイのピッチ
に対応する高周波数成分が含まれている場合には、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、
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、固体撮像装
置では、高周波数成分を制限する光学的ローパスフィル
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ィルタとしては、３枚以
上の水晶板と１枚の赤外線遮断フィルタとを貼り合わせ
たものが用いられている。ところが、水晶板は高価なも
のであるため、この水晶板を複数枚用いた撮像装置は、
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１４図のような
回折格子３０を光学的ローパスフィルタとして用いた撮
像装置が、開発されている（例えば、特公昭４９−２０
１０５号公報、特公昭５５−４９７２３号公報および特
開昭８３−３０７４２３号公報参照）、第１４図におい
て、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　Ｔｒａｎ−ｓｆ
ｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　）特性を第１５図に示す、第
１４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（以下、固体撮像素子面または色フィル
タアレイ面を総称して撮像面という、）との距離をす、
入射光の波長をλとすると、第１５図のカットオフ周波
数ｆａおよびｒｂ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）／ｂ入　　　　　（２）したがって、撮像面からの
距離すが決定されれば、第１４図の回折格子３０の周期
ｄと凸部の幅ａを最適化することによって、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ィ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、回折格子３０を備えた撮像装置では、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１６図および第１７図を用いて説明
する。

第１６図は回折格子型光学的ローパスフィルタを用いた
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ィ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、）Ｄが、第１７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
なっていた。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。

以上は実効的な周期りを画素周期の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、色フィルタアレイを有する撮
像装置の場合は１色フィルタアレイの１組の周期と、実
効的な周期りとの関係から１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、実効的な周期りを、画素または
色フィルタアレイの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ィルタを提案している（特
願昭Ｅｉ３−８３７８５号）。

ここで、実効的な周期りは、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）式により
近似的に求めることができる。

Ｄ！ｆ　−ｄ／　（ｆ−ｂ）　　　　　　　（３）した
がって、実効的な周期りは、焦点距離ｆおよび回折格子
の周期ｄが定まっている場合、回折格子と撮像面との距
離す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２離れた位置
にある回折格子と撮像面とをｇｍ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。

この発明は上記問題に鑑みてなされたもので、回折格子
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
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、この出願の各請求項の発明
は、まず、実効的な周期が１色フィルタアレイの１組ま
たは画素の周期に対する２倍もしくは整数分の１倍に設
定されている。また、回折格子と固体撮像素子とは、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。

さらに、上記撮像レンズと回折格子との間に複屈折板を
配置するのが好ましい。

上記スペーサは、２つの主表面に反射防止膜を有してい
るのが好ましい。

［作用］この出願の各請求項の発明によれば、実効的な周期が、
画素または色フィルタアレイの１組の周期に対して整数
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。

一方、実効的な周期が、画素または色フィルタアレイの
１組の周期の２倍に設定されている場合は、輝度ムラや
色ムラが生じても、輝度ムラや色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、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、回折格子と撮像面との距
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１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］以ド、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図ないし第４図は、この発明の第１の実施例を示す
、第１図において、撮像レンズ１と固体撮像素子２との
間には、光学的ローパスフィルタとしての回折格子３が
配設されている。上記回折格子３は、赤外線を遮断する
基板３ａの主表面に断面が矩形波状の格子３ｂが形成さ
れてなる。

回折格子３と固体撮像素子２との間には、スペーサ４が
介挿されている。上記回折格子３、スペーサ４および固
体撮像素子２は、パッケージ５内に収納されており、パ
ッケージ５の保護ガラス６に保護されている。

上記スペーサ４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ィルムからなる。上記スペーサ４と
固体撮像素子２とは、互いに押し付けられた状態で、第
２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７で接着されている。また、
上記スペーサ４と回折格子３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７で接
着されている。つまり、回折格子３と固体撮像素子２と
は、これらの間に介挿されたスペーサ４とともに、積層
されて一体化されている。

なお、接着剤７は、スペーサ４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４はガラス板などで構成してもよい。

上記撮像レンズ１により固体撮像素子２に投影される回
折格子像の周期（実効的な周期）Ｄは、！＠３図（ａ）
のように、画素の周期の１倍に設定されている。ここで
、実効的な周期りは、撮像面に投影された回折格子像の
周期であるから、必ずしも８１図の格子３ｂ自体の周期
ｄと一致するとは限らない、なお、前述の（３）式にお
ける回折格子３と撮像面との距＊ｂは、スペーサ４の厚
さをｔ、その屈折率をｎとすると、下記の式（４）で表
わされる。

ｂ＝ｔ／ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
したがって、回折格子３の実効的な周期りは、上記屈折
率りをも考慮して設定されている。

たとえば、固体撮像素子２の画素周期が１５ＩＬｍ、撮
像レンズｌの焦点圧１１１１ｆが１５ｍｍ、スペーサ４
の屈折率が１．６とする。上記の式（１）。

（２）、（３）および（４）から、回折格子３の周期ｄ
を１４．８ｐｍ、格子の凸部の輻ａを５．９ＪＬｍ（位
相差０．５８π）、スペーサ４の厚さｔを０．２Ｅｉｍ
　ｍにすることによって、第３図（ａ）の実効的な周期
りは。

固体撮像素子２の画素周期の１倍になる。

上記構成においては、実効的な周期りが画素周期の１倍
であるから、出力信号が回折格子３により強度変調され
ない、したがって、回折格子３による明暗が平均化され
るので１回折格子像が画面上に映る現象を生じない。

上記実効的な周期りは１画素周期の整数分の１倍であれ
ばよい、たとえば１７２倍、１７３倍などであっても、
出力信号が格子３ｂにより強度変調されないので、同様
の効果を奏する。

また、実効的な周期りは、第３図（ｂ）に示すように、
画素周期の２倍であってもよい、この図に示す場合と異
なり１回折格子像の凸部の中央と、画素の境界の位置と
が一致していないときは、回折格子による明暗が平均化
されないので、輝度ムラが生じる。しかし、輝度ムラの
生じるピッチが小さいので、実用上問題がない。

また、上記のように画素周期が１５１Ｌｍである場合、
空間周波数が６８．７木／　ｍ　ｍおよび１３３．３木
／　ｍ　ｍに偽信号が発生するのに対し、回折格子３の
ＭＴＦ特性は、（１）、（２）式から第４図に示すよう
に上記空間周波数がカットオフ周波数になるので、偽信
号が発生しない。

また、上記構成によれば、第１図の回折格子３、スペー
サ４および固体撮像素子２は、積層されて一体化されて
いるから１回折格子３と固体撮像素子２とを容易に互い
に位置決めできる。そのため１回折格子３から固体撮像
素子２までの距離す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、したがって、上記
実効的な周期り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。

また、この実施例と異なり、上記回折格子３゜スペーサ
４および固体撮像素子２の主表面の全面に接着剤７を塗
布した場合は、硬化した接着剤７に気泡が生じたり、接
着剤７の厚さが各製品ごとにばらついて距離すの調整が
難しいなどの問題を生じる。ここで、この実施例では、
回折格子３、スペーサ４および固体撮像素子２を、これ
らの周縁部で互いに接着している。したがって、接着剤
７に気泡が生じたり、接着剤７の量が不均一になっても
何ら支障を生じない。

なお、上記実施例の場合、スペーサ４と固体撮像素子２
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７が侵入するおそれがない。

第５ｒ１４および第６図は、この発明の第２の実施例を
示す。

第５図において、スペーサ４は、フィルム４ａと、この
フィルム４ａの両生表面に密着された反射防止膜４ｂ　
、４ｃとで構成されている。その他の構成は＠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１図の実施例では、スペーサ４と回折格子３およ
び固体撮像素子２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っている場合
には、画面上に色ムラが生じる。これに対し、第５図の
実施例では、スペーサ４の両生表面に反射防止膜４ｂ、
４Ｃ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７図ないし第１１図は、この発明の第３の実施例を示
す。

第７図において、スペーサ４は断面が口字のリング状に
形成されて、光の入射部が開口している。上記スペーサ
４は、ガラス、金属またはフィルムで構成されている。

固体撮像素子２は、その表面に色フィルタアレイ８を有
している０色フィルタアレイ８に投影される回折格子像
の周期（実効的な周期）Ｄは、第１０図のように、色フ
ィルタアレイ８における１組の周期Ｐの１倍に設定され
ている。

第７図の撮像レンズ１はズーム機能を備えている。撮像
レンズ１と保護ガラス６との間には、たとえば水晶や方
解石からなる複屈折板９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
部分または相出部分に同一符号を付して、その詳しい説
明を省略する。

上記構成において、第１０図の実効的な周期りが１色フ
ィルタアレイ８における１組の周期Ｐの１倍に設定され
ているから、輝度信号が、回折格子３により強度変調さ
れないので、回折格子像が画面上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
、互いに異なっているが、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できる。

実効的な周期りは１色フィルタアレイ８における１組の
周期Ｐの整数分の１倍であればよい、たとえば、第７図
の固体撮像素子２の画素周期が１５７ｚｍ、色フィルタ
アレイ８の１組の周期Ｐが３０７ｔｍ、撮像レンズ１の
焦点圧１ｌＩｌｆが１５ｍｍとする。上記の式（１）、
（２）および（３）から１回折格子３の周期ｄをＩＬ８
ＩＬｍ、格子の凸部の幅ａを５．８弘ｍ（位相差ｏ、５
８π）、スペーサ４の厚さｔを０．１８ｍｍにすること
によって、実効的な周期りは、色フィルタアレイ８にお
ける１組の周期Ｐの１／２倍になる。この場合も、輝度
信号は回折格子３により強度変調されず、したがって、
回折格子像の発生を防止できる。

また、上記のように、画素周期が１５ＪＬｍ、色フィル
タアレイ８における１組の周期Ｐが３０４ｍである場合
、空間周波数が３３．３本／　ｍ　ｍおよび１００本／
　ｍ　ｍに偽色信号が発生し、６８．７木／ｍｍおよび
１３３．３本／　ｍ　ｍに偽信号が発生する。

これに対し１回折格子３のＭＴＦ特性は、第９図の一点
鎖線で示すようになり、水晶板（複屈折板）９の分離幅
を１５ｇｍとすれば、第９図の破線で示す水晶板のＭＴ
Ｆ特性が得られる。撮像装置が有するＭＴＦ値は、上記
回折格子３と複屈折板９のＭＴＦ値を合成した値になる
から、第９図の実線で示す特性になるので、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、デフォーカス状態であっても、複
屈折板９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９により遮断することがで
きる。したがって、デフォ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、第１１図のように、上記実効的な周期りは、色フ
ィルタアレイ８における１組の周期Ｐの２倍であっても
よい、この場合には、輝度信号が回折格子３によって強
度変調されないので、回折格子像が生じない、なお、Ｒ
信号およびＢ信号の強度が異なり１画面に色ムラが生じ
るが、この色ムラは周期が小さいので、実用上問題がな
い。

また、この実施例では、第７図のスペーサ４における光
の入射部を開口させているので、スペーサ４と回折格子
３および色フィルタアレイ８とのｍｌに生じる隙間が、
互いに異なっていても、画面上に色ムラが生じない。

ところで、この発明において、回折格子像の周期（実効
的な周期Ｄ）の誤差は、２％以下であればよく、好まし
くは１％以下である。たとえば、回折格子像の周期が固
体撮像素子２の画素周期の１倍であれば回折格子像の総
数が全画素数に対して±１個の範囲（画素数が２５６で
あれば回折格子像の総数が２５５ないし２５７の範囲）
に、あるようにするのが好ましい。

第１２図はこの発明の第４の実施例を示す、この図にお
いて、回折格子３の基板３ａは、保護ガラス６を構成し
ている０回折格子３は、基板３ａがパッケージ５に嵌合
されているとともに、格子３ｂがスペーサ４に当接した
状態で、基板３ａの全周の周縁がパッケージ５に接着剤
７で接着されている。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、回折格子３の基板３ａが保
護ガラス６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２回折格子３の格子３ｂは固体撮像素
子２偏に配置されていたが、第１３図の第５の実施例の
ように、保護ガラス６側、つまり光の入射側に配置され
てもいてもよい、この実施例では回折格子３の基板３ａ
がスペーサ４を構成している。そのため、この実施例に
よれば、スペーサ４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４を回折格子３およ
び固体撮像素子２に接着したが、必ずしも接着する必要
はない。

上記各実施例では、回折格子３の断面形状を。

矩形波状としたが５台形波状、正弦波状などの他の形状
にしてもよい。

また、上記実施例では、赤外線を遮断する性質を有する
基板上に回折格子３の格子３ｂ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、回折格子３のパターンを形成してもよい
。

さらに、上記回折格子３は、互いに交差する２方向に格
子を有していてもよく、固体撮像素子２の水平方向およ
び垂直方向に対して同格子の方向が偏位していてもよい
。

［発明の効果］以上説明したように、この出願の各請求項の発明によれ
ば、実効的な周期が、画素の周期または色フィルタアレ
イにおける１組の周期に対する２倍または整数分の１倍
に設定されているので、回折格子像の目立たない画面が
得られるか、あるいは、回折格子像が画面に生じない、
しかも１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
って、製造性が向上するとともに、回折格子像が画面上
に生じるのを一層抑制できる。

さらに、請求項（４）の発明によれば、回折格子の他に
、デフォーカス状態においてもＭＴＦ特性が変化しない
複屈折板を設けたので、デフォーカス状態においても、
偽色信号の発生を防止できる。

また、請求項（５）の発明によれば、反射防止膜をスペ
ーサの両生表面に有しているので、スペーサと回折格子
および固体撮像素子との隙間が互いに異なっていても、
色ムラの生じるおそれがない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す撮像装置の概略
構成図、第２図は第１図の■−■線断面図、第３図は実
効的な周期が画素周期の１倍または２倍である場合の出
力信号の特性図、第４図は回折格子のＭＴＦ値を示す特
性図、第５図は第２の実施例を示す概略構成図、第６図
は第５図のＶ−Ｖ線断面図、第７図は第３の実施例を示
す概略構成図、第８図は第７図の■−■線断面図、第９
図は撮像装置のＭＴＦ値を示す特性図、第１０図は実効
的な周期が色フィルタアレイにおける１組の周期の１倍
である場合の出力信号の特性図、第１１図は同２倍であ
る場合の出力信号の特性図、第１２図は第４の実施例を
示す断面図、第１３図は第５の実施例を示す断面図、第
１４図は従来の回折格子の斜視図、第１５図はそのＭＴ
Ｆ値を示す特性図、第１６図は従来の撮像装置の概略構
成図、第１７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・・・撮像レンズ、２・・・固体撮像素子、３・・・
回折格子、３ａ・・・基板、３ｂ・・・格子、４・・・
スペーサ。４ｂ、４ｃ・・・反射防止膜、８・・・色フィルタアレ
イ、９・・・複屈折板、Ｄ・・・回折格子像の周期（実
効的な周期）、Ｐ・・・色フィルタアレイの１組の周期
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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ィルタが配設された撮像装置に
おいて、上記撮像レンズにより上記固体撮像素子に投影
される回折格子像の周期が、上記固体撮像素子における
画素の周期の２倍または整数分の１倍に設定され、上記
回折格子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。
（２）撮像レンズと表面に色フィ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
フィルタが配設された撮像装置において、上記撮像レン
ズにより上記色フィルタアレイに投影される回折格子像
の周期が、上記色フィルタアレイにおける１組の周期の
２倍または整数分の１倍に設定され、上記回折格子と上
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。
（３）請求項（１）もしくは（２）において、上記回折
格子は、赤外線を遮断する基板の主表面に格子が形成さ
れている撮像装置。
（４）請求項（１）、（２）もしくは（３）において、
上記撮像レンズと上記回折格子との間に複屈折板が配置
されている撮像装置。
（５）請求項（１）、（２）、（３）もしくは（４）に
おいて、上記スペーサは２つの主表面に反射防止膜を有
している撮像装置。