JPH0467009A

JPH0467009A - 光学的ローパスフィルタ

Info

Publication number: JPH0467009A
Application number: JP2177721A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Okayama; 裕昭岡山; Shusuke Ono; 小野　周佑; Masayuki Yoneyama; 匡幸米山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1992-03-03

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単管式カラービデオカメラや固体撮像素子を用
いたカラービデオカメラ等の光学系において、画像を離
散的に得る際に波長によらず等しい光学的ローパス効果
を与える光学的ローパスフィルタに関するものである。

従来の技術一般的に固体撮像素子を用いたビデオカメラ等では、画
像情報を空間的にＭ数的にサンプリングすることによっ
て出力画像を得ている。このとき被写体に橿像素子の空
間的なサンプリング周波数よりも高い空間周波数が含ま
れている場合、固体撮像素子で取り込まれ出力される信
号は、被写体の有さない構造や偽信号を含んだものとな
る。すなわち、固体撮像素子の採取できないナイキスト
周波数よりも高い空間周波数成分がエイリアジング、モ
アレ縞、偽色等になって出力される。このため、従来か
ら撮像系の一部に光学的ローパスフィルタを配置するこ
とによって、固体揚機素子に入力される被写体の高い空
間周波数成分を制限しており、光学的ローパスフィルタ
には水晶板等の複屈折を利用したもの、位相格子を用い
たものがある。また、近年では、位相格子フィルタの安
価で、薄くでき、軽量であると言う利点から、撮像系の
小型軽量化のために広く用いられるようになってきてい
る。

しかし、水晶板フィルタの場合は光学的ローパスフィル
タ効果が波長によって大きく異なることがなかったが、
位相格子フィルタの場合材料のもつ屈折率分散などの特
性によって波長ごとに異なるローパス効果となり、全波
長で一定の性能をもった光学的ローパスフィルタを得る
ことが困難であるという問題点があった。

以下、図面を参照しながら、上述した位相格子フィルタ
の例について説明する。第４図は位相格子を利用した光
学的ローパスフィルタの原理を示すものである。第４図
において１は光学系で、２は位相格子フィルタである。

１から射出される光束３及び４は像面５上の点○に結像
しようとするが、複合プリズムからなる位相格子の光学
的ローパスフィルタによって屈折させられ、前記５上の
点Ａ１及び点Ａ２にそれぞれ結像する。位相格子フィル
タ２は、複合プリズムで入射光束を分離することによっ
てローパス効果を得ている。さらに、位相格子を構成す
るプリズムの形状を変化させることによって光学的ロー
パス効果の特性を変化させることも可能である。

以上のように構成された光学的ローパスフィルタについ
て、以下、その動作について説明する。

位相格子フィルタによって屈折させられ分離される距離
をＤとした場合、光学系の伝達関数（ＭＴＦ）ｈ（ｆ）
は、水晶フィルタと同様にｈ（ｆ）＝ｌ　ｃｏｓ　（ｙ
ｒＤｆ）となり、分離幅の関数としてＭＴＦは決定される。

この分離幅は位相格子フィルタの複合、プリズムの頂角
の大きさでコントロールしている。しかし、位相格子フ
ィルタでは、位相格子フィルタ内部と位相格子の外部と
の屈折差を利用して屈折分離するため、位相格子フィル
タの材料のもつ屈折率分散によって波長ごとの分離幅が
異なり、結局波長ごとのＭＴＦが異なったものとなる欠
点があった。

すなわち、位相格子フィルタでの波長による光学的ロー
パス効果の特性が一定とする事が困難であった６例えば
、第５図に、波長による屈折率分散が比較的大きい光学
ガラス材料を用いた場合に得られる光学的ローパス効果
として空間周波数とＭＴＦの関係のグラフを、第６図に
波長による屈折率分散が比較的小さいガラス材料を用い
た場合に得られる光学的ローパス効果として空間周波数
とＭＴＦの関係のグラフをＲＧＢについて示す。

また、第５図及び第６図の横軸は空間周波数、縦軸はＭ
ＴＦ値を示している。第５図と６図から従来の位相格子
フィルタでは各波長における光学的ローパス効果にばら
つきが生じていることが明らかに分かる。

発明が解決しようとする課題　　　　　ゝ本発明は、上
記８Ｂに鑑み、波長によらず一定した光学的ローパス効
果を得ることのできる位相格子フィルタを提供するもの
である。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために、本発明は、少なくとも１次
元に周期構造を備えた複合プリズムを、少なくとも２枚
合成し、それぞれのプリズムを形成する材料は、それぞ
れの面の屈折率がある波長λ。でｎ２　（λ。）となるとき、使用波長域において、１２（λ）ｎ、（λ）：屈折率（物体側の材料）ｎ２（λ）：屈折率（像面側の材料）となる構成を備えたものである。

作用本発明は、上記した構成により２枚の複合プリズムの間
の光線の屈折の仕方を、それぞれのプリズム形成材料の
各波長における屈折率の比がほぼ一定となるように構成
することによって、各波長での光束の分離幅をほぼ一定
にすることによって、各波長で一定した光学的ローパス
効果の特性を得ることとなる。

実施例以下本発明の一実施例の光学的ローパスフィルタについ
て、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における光学的ローパス
フィルタ及び光学的ローパスフィルタラ配置したときの
光学系の概略図を示すものである。

第１図において、６と７は３角形を１次元に配置した位
相格子フィルタであり、それぞれの材料の屈折率の係は
、ある波長λ。でｎ、（メ）：屈折率（物体側の材料）ｎ２　（λ）：屈折率（像面側の材料）に基づき選択さ
れ、互いにプリズム面同士が密着するように配置されて
いる。このとき、請求の範囲に記載の条件式は、提示範
囲内でほぼ等しいローパス効果を得られ、本発明の目的
とする効果を得ることが可能な範囲である。８は固体撮
像素子である。９はプリズム面を構成するプリズムの角
度である。１０は６と７によって構成される位相格子面
である。実施例として選択した実際の材料の屈折率を第
１表に示す。

（以　下　余　白）ｎ２　（λ０）となるとき、使用波長域において、ｎ２　（λ）以上のように構成された光学的ローパスフィルタについ
て、以下第１図及び第２圀を用いてその動作を説明する
。

まず第２図は波長による分離距離を示すものであり、第
１図に示す光学的ローパスフィルタがら固体撮像素子８
までの距離をｌＯ＋ｏ＋ａ、複合プリズムのプリズム角
９を３．５°とした場合の分離距離を継軸に、波長を横
軸に取って示している。また、第３図にこのときの空間
周波数にょるＭＴＦのグラフを示す。

以上のように本実施例によれば、複数枚から合成した位
相格子光学的ローパスフィルタのそれぞれのフィルタを
構成するプリズム材料を各波長での屈折率の比が等しい
があるいはほぼ等しくなるように選択することによって
、各波長における光学的ローパス効果を一定あるいはほ
ぼ一定にすることができる。

なお、第１の実施例において位相格子６は１次元に配置
した３角形としたが、位相格子６は２次元に配置した多
角形あるいは曲面としてもよい。

また、同様に位相格子７は１次元に配置した３角形とし
たが、位相格子６と噛み合うように構成したものであれ
ば位相格子のプリズム面形状は位相格子６と同様２次元
に配置した多角形あるいは曲面としてもよい、また、本
発明はプリズム角の大きさのみに依存してローパス効果
及び波長に対するローパス特性を得るものであるためプ
リズムの配置は非周期的なものであってもよい。さらに
、プリズム面を両面に有した構造であってもその効果は
明らかであり、格子面は両面にあってもよい。

また、本発明の構成を繰り返し用いることによって波長
によるローパス特性を自在作り出すこともできる。

発明の効果以上のように本発明は固体撮像素子をもつビデオカメラ
等の撮像系に、互いに各波長での屈折率の比が一定ある
いはほぼ一定となるような材料で構成された複数枚の位
相格子を合成する事で構成した光学的ローパスフィルタ
を設けることにより、各波長で一定あるいはほぼ一定と
なる空間周波数遮断特性をもった光学系を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における光学的ローパス
フィルタの光学系の概略図、第２図は第１図に示された
実施例のときの光束の分離距離と波長との関係図、第３
図は本発明の実施例の波長による空間周波数に対するＭ
ＴＦ値のグラフ、第４図は従来の位相格子フィルタを用
いたときの原理図、第５図は屈折率分散が比較的大きい
材料を用いたときの位相格子フィルタの波長による空間
周波数に対するＭＴＦ値のグラフ、第６図は屈折率分散
が比較的小さい材料を用いたときの位相格子フィルタの
波長による空間周波数に対するＭＴＦ値のグラフである
。６・・・・・・位相格子、７・・・・・・位相格子、８
・・・・・・固体撮像素子、９・・・・・・プリズム角
、１０・・・・・・位相面。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名１　図ｃ−４立５Ｂ４条７−−−イＲＪ１）１日シー４社＜Ｃ＋：ｔｒＡＬｒ＝
１！Ｉｔ）１−１）１）Ｍイ象ｔ）１−一一フ”リス２角Ｉａ−−イを絹１ｉ第　３ｇｉ＠４１５ｉ１図ジ皮灸

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも１次元に周期的に配列されたプリズム
面を少なくとも１面に備えた位相格子フィルタを、プリ
ズム面が互いに密着するように複数枚光軸方向に組み合
わせ、上記位相格子フィルタのとなりあうそれぞれの面
の屈折率がある波長λ＿０でｎ＿１（λ＿０）／ｎ＿２（λ＿０）＝ｃ（ｃ：ある定
数）となるとき、使用波長域において、ｃ×０．９８＜ｎ＿１（λ）／ｎ＿２（λ）＜ｃ×１．
０２ｎ＿１（λ）：屈折率（物体側の材料）ｎ＿２（λ）：屈折率（像面側の材料）となるように構成された光学的ローパスフィルタ。
（２）請求項（１）記載の光学的ローパスフィルタを用
いて、フィルタを通過する光束を等しい、或いは、ほぼ
等しい光学的ローパス効果を得ることを特徴とする光学
的ローパスフィルタ。