JPH03219207A - 光学的ローパスフイルタおよびそれを備えた撮像装置 - Google Patents

光学的ローパスフイルタおよびそれを備えた撮像装置

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JPH03219207A
JPH03219207A JP2212208A JP21220890A JPH03219207A JP H03219207 A JPH03219207 A JP H03219207A JP 2212208 A JP2212208 A JP 2212208A JP 21220890 A JP21220890 A JP 21220890A JP H03219207 A JPH03219207 A JP H03219207A
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泰章 西田
Katsuya Fujisawa
藤沢 克也
Yoshihiro Fujita
藤田 欣裕
Shiro Osada
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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] この発明は単板式固体撮像装置や単管式カラー撮像装置
に用いられ、偽信号や偽色信号の発生を抑制する光学的
ローパスフィルタおよびそれを備えた撮像装置に関する
[従来の技術J 単管式カラー撮像装置および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、上記の固体撮像装置におい
ては1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、これらの撮像装置では、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が、これ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17図のような
回折格子30を用いた光学的ローパスフィルタが開発さ
れている(例えば、特公昭48−−20105号公報、
特開昭48−53741号公報および特公昭57−42
849号公報参照)、上記回折格子30は矩形波状の断
面形状を有しており、そのMTF(Modulatio
n Transfer Function )特性を第
18図に示す、第17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(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b、入射光の波長を入とすると、第18図のカッ
トオフ周波数faおよびfbは、それぞれ、下記の式(
1)および式(2)で表される。
fa=a/b入        (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、回折格子30の周期dと凸部の輻
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、上記回折格子30からなる光学的ローパスフィ
ルタは、第18図に示すように、カットオフ周波数fb
よりも高い周波数域におけるMTF値が高い、そのため
、ズームレンズを備えた撮像装置に回折格子30を用い
た場合には、ズームダウン時に偽信号や偽色信号が発生
する。
この欠点を解消するために、互いに交差する2方向に格
子を有する回折格子を、撮像面の画素などの配列に対し
て所定角度で偏位させた光学的ローパスフィルタが提案
されている(特開昭63161425号公報参照)、と
ころが、この先行技術では、MTF偵の低い領域が広く
なるものの、撮像装置の絞りを絞り込んだときに回折格
子の像(以下1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19図および第
20図を用いて説明する。
第19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、)が、第20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。
以上は回折格子の周期を画素周期の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、色フィルタアレイの1組の周期と、実
効的な周期との関係から、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63−83785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さfΦd/(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、離れた位置にあ
る回折格子と撮像面とをpm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。
この発明は上記不都合に鑑みてなされたもので、高い空
間周波数域におけるMTF値を低くして低偽色信号また
は低偽信号の画像が得られるとともに、回折格子の像が
撮像面に発生するのを抑制できる光学的ローパスフィル
タを提供することを1つの目的とする。さらに、この発
明は、回折格子からなる光学的ローパスフィルタを備え
た撮像装置において1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
することを他の目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記1つの目的を達成するために、この出願の請求項(
1)〜(5)の発明は、互いに交差する2方向に格子を
有する回折格子からなる光学的ローパスフィルタであっ
て、上記2方向の格子が撮像面に対して偏位して配置さ
れている。実効的な周期が、水平方向および垂直方向に
おいて、それぞれ、色フィルタアレイの1組または画素
の周期の1倍以下もしくは2倍に設定されている。
また、請求項(4)の発明では、上記2方向の格子の上
記水平方向における成分を合成したMTF値、ならびに
、上記2方向の格子の上記垂直方向の成分を合成したM
TF値が各々0.2以下になる領域が、上記画素の周期
に対応する空間周波数からこの空間周波数の2倍以上と
なるように、?方向の格子が所定角度偏位している。
また、請求項(5)の発明では、上記2方向の格子の上
記水平方向における成分を合成したMTF値、ならびに
、上記2方向の格子の上記垂直方向の成分を合成したM
TF値が各々0.2以下になる領域が、上記色フィルタ
アレイの1組の周期に対応する空間周波数からこの空間
周波数の2倍以上となるように、2つの格子が所定角度
偏位している。
上記能の目的を達成するために、請求項(6)および(
7)の発明は、上記回折格子からなる光学的ローパスフ
ィルタと固体撮像素子とが、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。
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。
[作用] この出願の請求項(1)〜(5)の発明によれば、実効
的な周期が、水平方向および垂直方向において、画素ま
たは色フィルタアレイの1組の周期の1倍以下である場
合は、モアレ縞が発生しても、回折格子像の周期が小さ
いので、モアレ縞の濃淡のコントラストが低くなるから
、回折格子像が目立たない、特に、実効的な周期が、水
平方向および垂直方向において、画素または色フィルタ
アレイの1組の周期の整数分の1倍に設定されている場
合は、輝度の出力信号が各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。
また、実効的な周期が、水平方向および垂直方向におい
て、画素または色フィルタアレイの1組の周期の2倍で
ある場合は、輝度ムラが生じても、輝度ムラのピッチが
小さいので、回折格子像が目立たない画面になる。
また、各格子が撮像面に対して偏位しているので、合成
されたMTF値を、カットオフ周波数以上において低く
して、低偽信号や低偽色信号の画像を得ることができる
特に、請求項(4)もしくは(5)の発明では、比較的
高い空間周波数域におけるMTF値を低く設定したので
、偽信号または偽色信号の極めて少ない画像が得られる
また、請求項(6)〜(+7)の発明によれば、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、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] 以下、この発明の光学的ローパスフィルタの実施例を図
面にしたがって説明する。
第1図は光学的ローパスフィルタを備えた単板式カラー
撮像装置の概略構成を示す、この図において、光の入射
側から、ズーム機能を備えた撮像レンズ2、赤外線遮断
フィルタ3、光学的ローパスフィルタ4、保護ガラス5
および固体撮像素子lの順に配置されている。固体撮像
素子lは、その表面に色フィルタアレイ6を有する。
第2図は上記光学的ローパスフィルタ4の概略斜視図で
ある。第2図において、上記光学的ローパスフィルタ4
は、周期d1、凸部の輻a1を有する矩形波状の第1の
格子10と1周期d2、凸部の輻a2を有する矩形波状
の第2の格子20とが、透明基板7の1つの主表面7a
に、互いに交差する方向に配置されている。
第3図において、第1の格子lOの方向は、色フィルタ
アレイ6(第1図参照)の水平方向Hの配列に対して、
θ1偏位した角度に設定されている。また、第2の格子
20の方向は、色フィルタアレイ6(第1図参照)の垂
直方向■の配列に対して、θ2偏位した角度に設定され
ている。なお、両路子10,2.0の交差角が90°の
場合はθ1=θ2となる。
上記第1図において、撮像レンズ2により色フィルタア
レイ6に投影される回折格子像の水平方向Hおよび垂直
方向V(第3図参照)の周期Dlh 、 Dlv (以
下、実効的な周期という)は、第4図のように、それぞ
れ、色フィルタアレイ6における1組の水平方向H8よ
び垂直方向Vの周期ph、pマのたとえば1倍に設定さ
れている。ここで、実効的な周期とは、撮像面に投像さ
れた回折格子像の周期を意味するので、必ずしも第3図
の格子10.20自体の周期di、d2と一致するとは
限らない。
上記各格子10.20には、偏位角θl 、θ2が設定
されているので、第1の格子1oの水平方向Hおよび垂
直方向■の周期は、それぞれ、di/cosθ1および
di/ sinθ1となる。また、第2の格子20の水
平方向Hおよび垂直方向Vの周期は、それぞれ、 d2
/ sinθ2およびd2/ cosθ2となる。その
ため、第1の格子10の水平方向Hおよび垂直方向■の
実効的な周期111hおよびDlv 、第2の格子20
の水平方向Hおよび垂直方向Vの実効的な周期D2hお
よびD2マは。
Dlh ’w f−di/ ((f −b) casθ
1)D1vΣf * di/ ((f −b) sin
θ1)D2bユf −d2/ ((f −b) sin
θ2)D2v−! f @ d2/ ((f −b) 
cosθ2)となる、したがって、上記焦点距離f、撮
像面と格子10.20との距離すおよび偏位角θ1.θ
2を考慮して、格子10.20の周期di、d2が設定
されている。
上記偏位角θ1.θ2は、両格子10.20における水
平方向Hの成分を合成したMTF値が、第5図(a)の
実線で示すように、カットオフ周波数fhllないしf
h22の領域において、0.2以下となる角度に設定さ
れている。また、上記偏位角θl。
θ2は、両格子10.20における垂直方向Vの成分を
合成したMTF値が、第5図(b)の実線で示すように
、カットオフ周波数fマ21ないしfvl2の領域にお
いて、0.2以下となる角度に設定されている。なお、
上記第3図の偏位角θ1.θ2は、光学的ローパスフィ
ルタ4の形状および両格子10.20と撮像面との距離
すの関数として定められる。
つぎに、上記構成の作用を説明する。
まず、偏位θl、θ2を有していない場合における第1
および第2の格子10.20のMTF特性を、それぞれ
、第6図(a)および第6図(b)に示す、入射光の波
長を入、格子面と撮像面との距離をbとすると、水平方
向におけるMTF特性のカットオフ周波数fhlおよび
fh2は、それぞれ、下記の式(0および(5)で表す
ことができる。
fhl =al/ b ・入         (4)
fh2 = (di −al) / b ”入    
 (5)また、垂直方向におけるMTF特性のカットオ
フ周波数fマ1およびfマ2は、それぞれ、下記の式(
8)および(7)で表すことができる。
fvl =a2/ b 11人         (8
)fv2− (d2−a2) / b ”入     
(7)一方、第3図に示すように、偏位角θl、θ2が
設定されている場合は、前述のように、第1の格子10
の水平方向Hにおける周期がdl/cosθ1、垂直方
向Vの周期がdi/sinθlとなる。また、第2の格
子20の水平方向Hにおける周期はd2/sin θ2
、垂直方向Vにおける周期はd2/cosθ2となる。
したがって、第1の格子10における水平方向Hのカッ
トオフ周波数fhll 、 fhl2および垂直方向V
におけるカットオフ周波数fvll 、 fvl2は、
上記(4)、(5)式から、それぞれ、下記の式(8)
、(!3)、(10)および(11)で表される。
fhll= al/ (be  cosθ1 ・ 入)
         (8)fh12=(di −al)
 /(b@cosθ1−人)(8)fvll= at/
 (be  sinθ1 ・入)       (10
)fv12=(di −al) /(be  sinθ
1 ・入)   (11)また、第2の格子20におけ
る水平方向Hのカットオフ周波数fh21 、 fb2
2および垂直方向■におけるカットオフ周波数fマ21
.fマ22は、上記(6)(7)式から、それぞれ、下
記の式(12)、(13)、(14)および(15)で
表される。
fh21=a2/(be  sinθ211人)   
    (12)fh22= (d2−a2)、 / 
(b11sinθ2 ・入)   (13)fマ21=
a2/(be  cosθ2 φ入)       (
14)fv22=(d2−a2) /(be  cos
θ2 ・入)   (15)上記(8) 、(!II)
、(12) 、(+3)式より、第1および第2の格子
to、20の水平方向HのMTF特性は、それぞれ、第
5図(a)の−点鎖線および二点鎖線で示すようになる
。これらの値を総合したMTF値は、瞳関数から計算す
ると、実線で示すように、広い空間周波数域において0
.2以下になる。このMTF値が0.2以下となる領域
は、第4図の色フィルタアレイ6における水平方向Hの
1組の周期phに対応する空間周波数17phから、こ
の空間周波数 1/pbの2倍以上に設定するのが好ま
しい。
また、上記(10)、(II)、(1,4)、(15)
式より、第1および第2の格子10.20の垂直方向V
のMTF特性は、それぞれ、第5図(b)の−点鎖線お
よび二点鎖線で示すようになる。これらの値を総合した
MTF値は、同様に実線で示すようになり、広い空間周
波数域において0.2以下になる。この上記MTF値が
0.2以下となる領域は、第4図の色フィルタアレイ6
における垂直方向Vの1組の周期pマに対応する空間周
波数1/pマから、この空間周波数1/pマの2倍以上
に設定するのが好ましい。
このように、高周波側のMTF値が小さいので、低偽色
信号の画像が得られる。
なお、単板式固体撮像装置の場合、上記水平方向および
垂直方向のMTF値が0.2以上となる領域は、それぞ
れ、固体撮像素子における水平方向および垂直方向の画
素の周期に対応する空間周波数から、この空間周波数の
2倍以上に設定するのが好ましい。
また、上記構成によれば、第4図のように、実効的な周
期111h、 Diマが、色フィルタアレイ6における
1組の周期1)h、Pマの1倍であるから、輝度信号は
、格子to、20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。
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することができる。
上記実効的な周期f)lh、 Diマは1色フィルタア
レイ6の1組の周期ph、pマの整数分の1倍であれば
良く、たとえば1/2倍、173倍などであっても、輝
度信号が格子10.20により変調されないので、同様
の効果が得られる。
また、第7図のように、上記実効的な周期旧り。
D1マは、色フィルタアレイ6の1組の周期Ph、Pマ
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の位置と、画素の境界の位置とが
一致していないときは、回折格子像による明暗が平均化
されない、しかし、色ムラの生じるピッチが小さいので
、実用上問題がない。
さらに、図示していないが、上記実効的な周期は、色フ
ィルタアレイ6の1組の周期の1倍又は整数分の1倍で
なくても、1倍以下であればよい、この場合には、モア
レ縞が発生するものの、回折格子像の周期が小さいので
、モアレ縞の濃淡のコントラストが低いから、実用上問
題がない。
特に、実効的な周期が色フィルタアレイ6(7)1組の
周期の 172倍よりも小さければ、上記コントラスト
が極めて低くなる。
上記第4図の実施例では、実効的な周期旧り。
D1マを、色フィルタアレイ6における1組の周期Ph
、Pマの1倍としたが、色フィルタアレイを有していな
い単板式固体撮像装置の場合は、第8図(a) 、 (
b)のように、固体撮像素子1における画素の周期の1
倍または2倍としてもよい、この場合、輝度の出力信号
は、格子10.20により強度変調されないので、やは
り、回折格子像が画面に映る現象を生じない、さらに、
実効的な周期を、画素の周期の整数分の1倍を除く、1
倍以下にしても、−度ムラの生じるピッチが小さくなる
また、上記第1図の実施例は、単板式固体撮像装置につ
いて述べたが、撮像管を有する単管式カラー撮像装置に
ついても適用できる。
つぎに、上記について数値を用いて説明する。
第1図の固体撮像素子lの画素周期を水平方向で15g
m、垂直方向で10ALmとし、色フィルタアレイ6の
1組の周期を水平方向で30#Lm、垂直方向で20g
mとした場合には、水平方向においては33.3 、8
B、7 、100および133.3木/■lに、また垂
直方向においては50 、100,150および200
本/腸1に偽信号が発生する。一方、レンズ2の焦点距
離fが15gmである場合、光学的ローパスフィルタ4
における第1の格子lOの周期diを2.58μm、凸
部幅a1を0.88gm、偏位角θ1を 31  °に
設定し、@2の格子20の周期d2を2.76gm、凸
部幅a2を1.19 pLm、偏位角θ2を33.7°
に設定し、光学的ローパスフィルタ6の格子面と色フィ
ルタアレイ6の撮像面との距離すを55JLmに設定し
て、光学的ローパスフィルタ4および固体撮像素子1を
配置する。
この場合、撮像面における第1の格子10の回折格子像
の周期は、固体撮像素子lの水平方向における画素周期
の115であり、垂直方向の画素周期の I/2である
。また撮像面における第2の格子20の回折格子像の周
期は、固体撮像素子1の水平方向の画素周期のI/3で
あり、垂直方向の画素周期の173である。したがって
、輝度の出力信号は各格子10.20により強度変調さ
れないので、絞りを絞り込んだときに回折格子像が映る
という現象も生じない、また、ズームアツプ、ダウン時
にも偽信号および偽色信号は発生しない。
ところで、上記実施例の光学的ローパスフィルタ4では
、第2図のように、第1の格子10および第2の格子2
0を透明基板7の1つの主表面7aに形成したが、第1
の格子lOを透明基板7の他の主表面7bに形成しても
よい、また、図示しないが、第1の格子lOを1つの透
明基板の主表面に形成し、第2の格子を他の透明基板の
主表面に形成し、これらの透明基板を主表面で任意に貼
り合わせた構造でもよい。また、上記実施例では、第1
の格子10および第2の格子20の断面形状が矩形波状
であるが、台形波状や正弦波状などの他の形状でもよい
つぎに、この発明の撮像装置の実施例を図面にしたがっ
て説明する。
第9図は撮像装置の第1の実施例を示す、第9図におい
て、撮像レンズ2と固体撮像素子lとの間には、この発
明の光学的ローパスフィルタ21としての回折格子が配
設されている。上記光学的ローパスフィルタ21は、赤
外線を遮断する基板21aの主表面に断面が矩形波状の
格子21bが形成されてなる。
光学的ローパスフィルタ21と固体撮像素子1との間に
は、スペーサ22が介挿されている。上記光学的ローパ
スフィルタ21、スペーサ22および固体撮像素子1は
、パッケージ23内に収納されており、パッケージ23
の保護ガラス5で保護されている。
上記スペーサ22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22と固体撮像素子lとは、互いに押し付
けられた状態で、第1O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24で
接着されている。また、上記スペーサ22と光学的ロー
パスフィルタ21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24で接着されて
いる。
つまり、光学的ローパスフィルタ21と固体撮像素子1
とは、これらの間に介挿されたスペーサ22とともに、
積層されて一体化されている。
なお、接着剤24は、スペーサ22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22はガラス板などで構成してもよい。
なお、前述の(1)〜(3)式における光学的ローパス
フィルタ21と撮像面(固体撮像素子面または色フィル
タアレイ面)との距離すは、スペーサ22の厚さをt、
その屈折率をnとすると、下記の式(16)で表わされ
る。
b = t / n              (1
6)たとえば、(1)〜(3)式における光学的ローパ
スフィルタ21と撮像面との距離すが上述のように55
uLmである場合、スペーサ22が有する屈折率が1.
6であれば、スペーサ22の厚さtは88μ厘にすれば
よい。
また、上記構成によれば、第9図の光学的ローパスフィ
ルタ21、スペーサ22および固体撮像素子1は、積層
されて一体化されているから、光学的ローパスフィルタ
21と固体撮像素子lとの互いの位置決めが容易である
。そのため、光学的ローパスフィルタ21から固体撮像
素子1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、(3
)式の実効的な周期りの精度が向上するので、光学的ロ
ーパスフィルタ21の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、上記光学的ローパスフィル
タ21、スペーサ22および固体撮像素子1の主表面の
全面に接着剤24を塗布した場合は、硬化した接着剤2
4に気泡が生じたり、接着剤24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、光学的ローパスフィルタ21
、スペーサ22および固体撮像素子l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24に気
泡が生じたり、接着剤24の量が不均一になっても何ら
支障がない。
なお、上記実施例の場合、スペーサ22と固体撮像素子
1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24が侵入するおそれがない。
第11図および第12図は、撮像装置の第2の実施例を
示す。
第11図において、スペーサ22は、フィルム22aと
、このフィルム22aの両主表面に書着された反射防止
膜22b、22cとで構成されている。その他の構成は
第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9図の実施例では、スペーサ22と光学的ローパ
スフィルタ21および固体撮像素子l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11図の実施例では、スペーサ22の両主
表面に反射防止11i22b、22c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13図および第14図は、撮像装置の第3の実施例を
示す。
第13図において、スペーサ22は口の字形のリング状
に形成されて、光の入射部が開口している。上記スペー
サ22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1は、その表面に色フィルタアレイ6
を有している。
第13図の撮像レンズ2はズーム機能を備えている。撮
像レンズ2と保護ガラス5との間には、たとえば水晶や
方解石からなる複屈折板25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。
上記構造の撮像装置が有するMTF値は、上記光学的ロ
ーパスフィルタ21と複屈折板25のMTF値を合成し
た値になり、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25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25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、この実施例では、第13図のスペーサ22におけ
る光の入射部を開口させているので、スペーサ22と光
学的ローパスフィルタ21および色フィルタアレイ6と
の間に生じる隙間が、互いに異なっていても、画面上に
色ムラが生じない。
第15図は撮像装置の第4の実施例を示す、この図にお
いて、光学的ローパスフィルタ21の基板21aは、保
護ガラス5を構成している。光学的ローパスフィルタ2
1は、その基板21aがパッケージ23に嵌合され、そ
の格子21bがスペーサ22に当接した状態で、基板2
1aの全周の周縁がパッケージ23に接着剤24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、光学的ローパスフィルタ2
1の基板21aが保護ガラス5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、光学的ローパスフィルタ21の格子
21bは固体撮像素子l偏に配置されていたが、第16
図の第5の実施例のように、保護ガラス5側、つまり光
の入射側に配置されていてもよい、この実施例では光学
的ローパスフィルタ21の基板21aがスペーサ22を
構成している。そのため、この実施例によれば、スペー
サ22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22を光学的ローパ
スフィルタ21および固体撮像素子1に接着したが、必
ずしも接着する必要はない。
また、上記実施例では、赤外線を遮断する性質を有する
基板上に光学的ローパスフィルタ21の格子21b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、光学的ローパスフィ
ルタ21のパターンを形成してもよい。
[発明の効果] 以上説明したように、この出願の請求項(1)ないしく
3)の発明によれば、光学的ローパスフィルタを構成す
る回折格子の各格子の像が撮像面に生じるのを抑制でき
るとともに、各格子を撮像面に対して偏位させたので、
カットオフ周波数以上におけるMTF値を低くして、低
偽信号や低偽色信号の画像を得ることができる。
特に、請求項(0もしくは(5)の発明によれば、比較
的高い空間周波数域におけるMTF値を低く設定したの
で、偽信号または偽色信号の極めて少ない画像が得られ
る。
また、請求項(6)および(7)の発明によれば。
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
のを一層有効に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の光学的ローパスフィルタを備えた単
板式カラー撮像装置の概略構成図、第2図はこの発明の
光学的ローパスフィルタの一実施例を示す斜視図、第3
図は同平面図、第4図は実効的な周期が色フィルタアレ
イの1組の周期の1倍である場合の出力信号の特性図、
第5図は光学的ローパスフィルタのMTF値を示す特性
図、第6図は偏位がないとした場合の特性図、第7図は
実効的な周期が色フィルタアレイの1組の周期の2倍で
ある場合の出力信号の特性図、第8図は実効的な周期が
画素の周期の1倍または2倍である場合の出力信号の特
性図、第9図はこの発明の撮像装置の第1の実施例を示
す概略構成図、第10図は第9図のX−X線断面図、第
11図は撮像装置の第2の実施例を示す概略構成図、第
12図は第11図の■−■線断面図、第13図は撮像装
置の第3の実施例を示す概略構成図、第14図は第13
図の茗−W線断面図、第15図は撮像装置の第4の実施
例を示す断面図、第16図は撮像装置の第5の実施例を
示す断面図、第17図は従来の回折格子の斜視図、第1
8図はそのMTF値を示す特性図、第19図は従来の撮
像装置の概略構成図、第20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。 l・・・固体撮像素子、2・・・撮像レンズ、4,21
・・・光学的ローパスフィルタ、6・・・色フィルタア
レイ、10・・・第1の格子、20・・・第2の格子、
22・・・スペーサ、D 、 Dlb、 Diマ・・・
回折格子像の周期、H・・・水平方向、■・・・垂直方
向、Ph、Pマ・・・色フィルタアレイの1組の周期、
θ1.θ2・・・偏位角。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)単板式固体撮像装置の撮像レンズと固体撮像素子
    との間に配量され、互いに交差する2方向に格子を有す
    る回折格子からなる光学的ローパスフィルタであつて、
    上記2方向の格子が上記固体撮像素子の画素の配列に対
    して偏位して配量され、上記撮像レンズにより上記固体
    撮像素子の水平および垂直方向に投影される回折格子像
    の周期が、それぞれ、上記固体撮像素子における画素の
    水平および垂直方向の周期の1倍以下もしくは2倍に設
    定されている光学的ローパスフィルタ。
  2. (2)単板式固体撮像装置の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配置され、互
    いに交差する2方向に格子を有する回折格子からなる光
    学的ローパスフィルタであつて、上記2方向の格子が上
    記色フィルタアレイに対して偏位して配量され、上記撮
    像レンズにより上記色フィルタアレイの水平および垂直
    方向に投影される回折格子像の周期が、それぞれ、上記
    色フィルタアレイにおける水平および垂直方向の1組の
    周期の1倍以下もしくは2倍に設定されている光学的ロ
    ーパスフィルタ。
  3. (3)単管式カラー撮像装置の撮像レンズと表面に色フ
    ィルタアレイを有する撮像管との間に配置され、互いに
    交差する2方向に格子を有する回折格子からなる光学的
    ローパスフィルタであつて、上記2方向の格子が上記色
    フィルタアレイに対して偏位して配量され、上記撮像レ
    ンズにより上記色フィルタアレイの水平および垂直方向
    に投影される回折格子像の周期が、それぞれ、上記色フ
    ィルタアレイにおける水平および垂直方向の1組の周期
    の1倍以下もしくは2倍に設定されている光学的ローパ
    スフィルタ。
  4. (4)請求項(1)において、上記偏位は、上記2方向
    の格子の上記水平方向における成分を合成したMTF値
    、ならびに、上記2方向の格子の上記垂直方向の成分を
    合成したMTF値が各々0.2以下になる領域が、上記
    画素の周期に対応する空間周波数からこの空間周波数の
    2倍以上となる角度に設定されている光学的ローパスフ
    ィルタ。
  5. (5)請求項(2)もしくは(3)において、上記偏位
    は、上記2方向の格子の上記水平方向における成分を合
    成したMTF値、ならびに、上記2方向の格子の上記垂
    直方向の成分を合成したMTF値が各々0.2以下にな
    る領域が、上記色フィルタアレイの1組の周期に対応す
    る空間周波数からこの空間周波数の2倍以上となる角度
    に設定されている光学的ローパスフィルタ。
  6. (6)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、上記光学的ローパスフィルタは、互いに交差す
    る2方向の格子を有し、上記2方向の格子が上記固体撮
    像素子の画素の配列に対して偏位して配置され、上記撮
    像レンズにより上記固体撮像素子の水平および垂直方向
    に投影される回折格子像の周期が、それぞれ、上記固体
    撮像素子における画素の水平および垂直方向の周期の1
    倍以下もしくは2倍に設定されており、この光学的ロー
    パスフィルタ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。
  7. (7)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、上記光学的ロ
    ーパスフィルタは、互いに交差する2方向の格子を有し
    、上記2方向の格子が上記色フィルタアレイに対して偏
    位して配置され、上記撮像レンズにより上記色フィルタ
    アレイの水平および垂直方向に投影される回折格子像の
    周期が、それぞれ、上記色フィルタアレイにおける水平
    および垂直方向の1組の周期の1倍以下もしくは2倍に
    設定されており、この光学的ローパスフィルタと上記固
    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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113841034A (zh) * 2019-04-23 2021-12-24 合刃人工智能有限责任公司 用宽带滤光片与光强探测器集成的高动态范围光学传感器

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