JPH04109213A - 光学的ローパスフィルター - Google Patents

光学的ローパスフィルター

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JPH04109213A
JPH04109213A JP22889390A JP22889390A JPH04109213A JP H04109213 A JPH04109213 A JP H04109213A JP 22889390 A JP22889390 A JP 22889390A JP 22889390 A JP22889390 A JP 22889390A JP H04109213 A JPH04109213 A JP H04109213A
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optical low
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勉 鵜澤
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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〕 本発明は、ビデオカメラ、電子スチルカメラ。
ファイバースコープなとに使用される光学的ローパスフ
ィルターに関する。
〔従来の技術〕
CCDなどの規則的画素配列を持つ撮像素子を用いたカ
メラでは、ナイキスト周波数よりも高い周波数成分か被
写体に含まれていると、モアレ縞と呼ばれる偽信号が発
生する。又は、ファイバースコープにおいてもモアレ縞
が発生するか、これもCCDと同様ファイバー束か規則
的ファイバー配置を持つ為である。
そこで、これらの光学系中には、モアレ縞の発生を防ぐ
ために高周波成分を制限する光学的ローパスフィルター
か配置されている。そして、光学的ローパスフィルター
として、回折格子形状の位相型光学的ローパスフィルタ
ーか数多く提案されている。
この種光学的ローパスフィルターに望まれる条件は以下
の通りである。
(1)2次元方向にローパス効果を持つこと。
即ち、撮像素子やファイバー束は、一般に2次元の広か
りを持つため、光学的ローパスフィルターも水平、垂直
方向なと2次元方向に効果を持つのか望ましい。
(2)  低周波数成分に対する空間周波数レスポンス
か高いこと。
即ち、抑制すべき周波数以外では空間周波数レスポンス
か高いのか理想的であるか、特に低周波の空間周波数レ
スポンスか高いことが重要である。
(3)デフォーカス時、抑制周波数付近の空間周波数レ
スポンスの上昇が小さいこと。
即ち、位相型光学的ローパスフィルターはフィルター而
で波面収差を発生させることによりローパス効果を持た
せたものであるため、デフォーカスによる波面収差との
相互作用によりデフォーカス状態では抑制周波数付近の
空間周波数レスポンスか上昇してモアレ縞か発生してし
まうという問題がある。この現象は水晶板を用いた光学
的ローパスフィルターでは発生せず、位相型のものにお
いて改善か望まれている。
ところで、上記(1+の問題に関して、2次元位相格子
構造を持つものとしては、特公昭49−20105号公
報に記載のものがある。又、上記(3)の問題に関して
、デフォーカス時のローパス効果を改善したものとして
は、特公昭49−20236号公報に記載のものかある
が、具体的な周波数特性は示されていない。そして、両
者共、位相部断面形状が矩形であるため、それらの周波
数特性は特公昭49−201.05号公報の第3図に示
されているように低周波数成分に対する空間周波数レス
ポンスがやや低い即ち上記(2)の点で不十分であると
いう問題かある。
一方、上記(2)の問題に関して、低周波で空間周波数
レスポンスを高めたものとしては、特開昭61−1.4
9923号公報や特開昭61−126532号公報に記
載のように、位相部の断面形状を円弧1台形、三角形、
正弦波形にしたものがある。
しかし、これらのものは、上記(3)の点を満足しては
いない。
以下、この点について、第15図乃至第17図に示した
如く、1次元方向において断面形状が正弦波形状の格子
を互いに直交するように形成して照る光学的ローパスフ
ィルターを具体例として取上げて説明する。
第15図において、1は撮影レンズ、2は光学的ローパ
スフィルター 3は撮影レンズ1による結像位置である
。そして、第16図に光軸Oを含む断面を示した光学的
ローパスフィルター2の正弦波のピッチP (x、y方
向で同一)を0.37mmとし、位相部の高さhを0.
48X10−’mmとし、位相部の屈折率nを1.5と
する。更に、光の波長λを0.54 X 1.0’−’
mmとし、フィルター2の格子面から結像面3までの距
離lを4 mmとし、第17図に示したように光束がフ
ィルター2の格子面で直径が2P (=2x0.37=
0.74mm)の広がりを持つものとする。ちなみに、
位相差δはδ(n−1)h/λで表わされる。尚、光学
的ローパスフィルター2がレンズ群中或はレンズ群の物
体側に配置される場合のlは、例えば特開平l−146
018号公報に示されているように光学的換算距離を用
いる。
この場合の合焦時の結像位置3での周波数特性は第18
図に示した如くになる(x、y方向において同一である
。)。但し、fcは抑制周波数である。
一方、±0.2 nu++デフォーカスした時の周波数
特性は、夫々第19図(A)及び(B)に示した如くに
なる。即ち、合焦時にレスポンスか低く抑えられていた
周波数(抑制周波数fc)付近は、デフォーカス時抑制
効果か薄れてレスポンスか上昇してしまい、モアレ縞発
生の原因となる。
このように、単に1次元格子を互いに直交するように重
ね合わせたたけでは上記(3)の点を満足する光学的ロ
ーパスフィルターは得られない。
し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、2次元方向にローパス効
果を持つと共に、低周波数成分に対する空間周波数レス
ポンスが高く、更にデフォーカス時抑制周波数付近の空
間周波数レスポンスの上昇か小さい光学的ローパスフィ
ルターを提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明による光
学的ローパスフィルターは、位相部がなだらかに立上が
る格子を同心円形又は同心で離心率の等しい楕円形に形
成して成るものである。
即ち、本発明による光学的ローパスフィルターは、光軸
○に垂直にx、y軸をとった時の)(y平面での形状を
示す第1図(A、)と、光軸Oとy軸を含む断面での形
状を示す第1図(B)とに示されているように、径方向
断面か正弦波形状の格子か同心円形に形成されている。
ここで、第1図(B)に示した如く、レンズを通る光束
の半径の中に位相部が丁度−ピッチ(周期)分入り、該
位相部によって発生する最大位相差δをδ=2/3λと
する。
この場合の合焦時の周波数特性は第2図に示した如くで
あり(x、X方向において同一である)、低周波での空
間周波数レスポンス(MTF)は高く、抑制周波数fc
では低く抑えられていることか分る。
次に、光束の最大径で波面収差にして=6λのデフォー
カスを与える。これはF / 5.4の光束で= 0.
2 mmのデフォーカスを与えたのに相当する。
この場合の周波数特性は夫々第3図(A)及び(B)に
示した如くになり(x、X方向で同一である)、抑制周
波数fcでの空間周波数レスポンス(MTF)の上昇が
従来例(第19図(A)及び(B)参照)と比へて極め
て小さくなっており、従ってモアレ縞の発生を抑制でき
る。
尚、撮像素子かX方向とX方向とて画素密度か異なって
いる場合なとては、X方向とX方向て格子のピッチを異
ならせる即ち楕円形に形成して、X方向とX方向とで異
なった周波数特性を持たせれば良い。
又、本発明による光学的ローパスフィルターは、好まし
くは、上記構成に加えて、 位相部の最大高さをh、位相部の高さの平均値をhA1
2、最大位相差をδ、フィルタか配置される光学系の有
効感度波長範囲内にある何れかの光の波長をλとした時
、下記条件を満足することを特徴としている。
0、4 h < hAv、< 0.6 h      
・・・・(1)0.4λ〈δ〈2λ         
・・・・(2)条件式+1.)、 +2)は位相部の形
状に関し、これらは良好なローパス効果を得るためのも
のである。
ます、条件式(1)は、「矩形状の位相部を持つ場合の
位相部のピッチに対する位相部の幅」に相当する量を規
定したものであり、位相部の幅がピッチの1/2程度、
即ち位相部の最大高さhと位相部の高さの平均値h A
V、との関係に置き換えればh AVゎ# 0.5 h
程度であるということである。条件式(1)の範囲を越
えると、ローパス効果か小さくなり、モアレ縞の発生を
抑制することかできなくなる。これを避けるためには位
相部の高さを高くすれば良いが、波長によるローパス効
果の差つまり色収差が大きくなり好ましくない。
又、条件式(2)は位相部の高さつまり最大位相差を規
定したものであり、条件式(2)の下限を越えて位相差
が小さくなると、ローパス効果が小さくなりモアレ縞の
発生を抑制することが出来なくなる。
又、上限を越えた場合は、格子面による回折効果が大き
くなりすぎ、抑制周波数fcは低い値しか取ることが出
来ないため、画素密度の高い撮像素子や細いファイバー
径のファイバー束に対しては解像力が低下し過ぎて使用
することか出来なくなる。又、色収差も大きくなり、好
ましくない。
更に、本発明による光学的ローパスフィルターは、上記
構成に加えて、 光学系の瞳位置付近に格子面を位置せしめたことを特徴
としている。
即ち、例えば第4図に示した如く、撮影レンズ1の瞳位
置付近に光学的ローパスフィルター2の格子面を位置せ
しめれば、画面の中心と周辺とで同様のローパス効果を
得ることかできる。
〔実施例〕
以下、図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する
。第5図(A)、(B)及び(C)は夫々本発明による
光学的ローパスフィルターの第1実施例の光軸Oに垂直
にx、y軸をとった時のXy平面での形状を示す図、光
軸Oとy軸を含む断面での形状を示す図及び光軸0とy
軸を含む断面での形状を示す図であって、本実施例は正
弦波形断面を有する楕円形格子を有している。そして、
該格子のX方向ピッチは0.37mm、y方向ピ・ソチ
は0.26 mm、位相部の高さの平均値h AV、は
0.5h、最大位相差δは0.8λ、光の波長λは0.
54XIO−’mm、フィルター2の格子面から結像面
までの距離pは4 mmとなっている。又、格子中心を
位相部の山の頂点としている。
ここて格子面を通る光束の半径をQ、 37 mm即ち
撮影レンズのFナンバーをF y’ 5.4とした時の
合焦時の周波数特性は第6図に示した如くであり、低周
波での空間周波数レスポンスは高く、X方向の抑制周波
数f。、(−55本/mm) 、  N’力方向抑制周
波数fC,,(=34本/’ mm )では低く抑えら
れていることか分かる。
次に、’:: 0.2 mmデフォーカスすると、その
時の周波数特性は夫々第7図(A)及び(B)に示した
如くになり、抑制周波数f。x+fcy  での空間周
波数レスポンスの上昇が小さいことか分かる。
第8図は第2実施例の光軸○に垂直にx、y軸をとった
時の光軸Oとy軸(y軸)を含む断面での形状を示す図
であって、本実施例は正弦波形断面を有する円形格子を
有している。そして、該格子のピッチは0.37 mm
、位相部の高さの平均値h8.8は0.5h、最大位相
差δは0.6λ、光の波長λは0.54XlO’mm、
フィルター2の格子面から結像面までの距離fは4 m
mとなっている。又、格子中心を位相部の山と谷の中間
付近としている。
ここで、光束のFナンバをF / 5.4とした時の合
焦時の周波数特性は第9図に示した如くであり、低周波
での空間周波数レスポンスは高く、抑制周波数fc (
=1.03本/ mm )では低く抑えられていること
か分かる。
次に、: o、 2 mmデフォーカスすると、その時
の周波数特性は夫々第10図(A、 )及び(B)に示
した如くになり、抑制周波数f、での空間周波数レスポ
ンスの上昇が小さいことか分かる。
第11図は第3実施例の光軸0に垂直にx、  y軸を
とった時の光軸Oとy軸(y軸)を含む断面での形状を
示す図であって、本実施例は三角波形断面を有する円形
格子を有している。本実施例でも第2実施例と同様の特
性か得られる。尚、径方向断面の形状としては、円弧波
形や台形波形でも良い。又、位相部の高さの平均値は最
大高さの1/2程度が望ましい。
第12図は第4実施例の光軸Oに垂直にx、  y軸を
とった時の光軸Oとy軸(y軸)を含む断面での形状を
示す図であって、本実施例は撮影レンズ1中のレンズ面
の何れかを格子面として形成して成るものである。この
場合、光学的ローパスフィルターのためのスペースが不
要になり、光学系をコンパクトに構成できる。尚、複数
のレンズ面を格子面としても良い。又、位相部の高さの
平均値は最大高さの1/2程度か望ましい。
第13図は第5実施例の光軸Oに垂直にx、  y軸を
とった時の光軸Oとy軸(y軸)を含む断面での形状を
示す図であって、本実施例は格子中心付近の位相部の高
さを周辺部よりも高くしたちのである。本実施例によれ
ば、撮影レンズの絞りを絞り込んだ場合に格子面を通る
光束か細くなり光束の中の位相部の数か少なくなってロ
ーパス効果が低下するのを防ぐことができる。尚、位相
部の高さの平均値は最大高さの1/2程度が望ましい。
第14図は第6実施例の光軸0に垂直にx、  y軸を
とった時の光軸Oとy軸(y軸)を含む断面での形状を
示す図であって、本実施例は格子中心付近の位相部のピ
ッチを周辺部よりも小さくしたものである。本実施例に
よれば1、第5実施例と同様に絞り込み時のローパス効
果の低下を防くことかできる。尚、位相部の高さの平均
値は最大高さの1/2程度が望ましい。
〔発明の効果〕
上述の如く、本発明による光学的ローパスフィルターは
、2次元方向にローパス効果を持つと共に、低周波数成
分に対する空間周波数レスポンスか高く、更にデフォー
カス時抑制周波数付近の空間周波数レスポンスの上昇か
小さいという実用上重要な利点を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図(A、 )及び(B)は夫々本発明による光学的
ローパスフィルターの光軸と垂直な平面での形状を示す
図及び光軸を含む断面での形状を示す図、第2図は上記
光学的ローパスフィルターの合焦時の周波数特性を示す
図、第3図(A)及び(B)は上記光学的ローパスフィ
ルターのデフォーカス時の周波数特性を示す図、第4図
は本発明による光学的ローパスフィルターの配置例を示
ス図、第5図(A)、(B)及び(C)は夫々第1実施
例の光軸と垂直な平面(XV平面)での形状を示す図、
光軸とX軸を含む断面での形状を示す図及び光軸とy軸
を含む断面での形状を示す図、第6図は上記第1実施例
の合焦時の周波数特性を示す図、第7図(A、 ’)及
び(B)は上記第1実施例のデフォーカス時の周波数特
性を示す図、第8図は第2実施例の光軸を含む断面での
形状を示す図、第9図は上記第2実施例の合焦時の周波
数特性を示す図、第1O図(A)及び(B)は上記第2
実施例のデフォーカス時の周波数特性を示す図、第11
図乃至第14図は夫々第3乃至第6実施例の光軸を含む
断面での形状を示す図、第15図は従来例を含む光学系
の斜視図、第16図は上記従来例の光軸を含む断面を示
す図、第17図は上記従来例の格子面における光束の広
がりを示す図、第18図は上記従来例の合焦時の周波数
特性を示す図、第19図(、A )及び(B)は上記従
来例のデフォーカス時の周波数特性を示す図である。 ]・・・・撮影レンズ、2・・・・光学的ローパスフィ
ルター 3・・・・結像面。 第1図 第5図 (ご) 19図 第1Ω図 (A) (B) c 空間用:Jべ(ぢ介m) 第15図 第16図 第17図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)位相部がなだらかに立上がる格子を同心円形又は
    同心で離心率の等しい楕円形に形成して成る光学的ロー
    パスフィルター。 (2)位相部の最大高さをh、位相部の高さの平均値を
    h_A_V_e、最大位相差をδ、フィルタが配置され
    る光学系の有効感度波長範囲内にある何れかの光の波長
    をλとした時、下記条件を満足することを特徴とする請
    求項(1)に記載の光学的ローパスフィルター。 0.4h<h_A_V_e<0.6h・・・・(1)0
    .4λ<δ<2λ・・・・(2) (3)光学系の瞳位置付近に格子面を位置せしめたこと
    を特徴とする請求項(1)又は(2)に記載の光学的ロ
    ーパスフィルター。
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