JPH0567921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は固体撮像素子に好適な光学フイルタに
関する。

従来の技術 現在、単管式のカラーテレビジヨンカメラに
は、撮像管の代わりに固体撮像素子を組み込んだ
ものがある。第８図に示すように、固体撮像素子
１はモザイク型の色フイルタ２と組み合わされ
る。

P_fは色フイルタ２の１サイクルピツチを示す。
この１サイクルピツチP_fは搬送周波数f_H1に対応
する水平空間周波数f_H1 ^*のサイクルに相当するよ
うに定めてある。固体撮像素子は撮像管とは構造
を異にするため、色ビートの発生の状況も固体撮
像素子と撮像管とでは多少相違する。このため、
撮像管に適用される光学フイルタを固体撮像素子
に適用した場合には、色ビートの除去が不十分で
あるという問題点があり、固体撮像素子には、特
別に設計した光学フイルタが必要となる。

ここで、一般的な固体撮像素子における色ビー
トの発生状況について説明する。第９図は、光学
フイルタを使用しないで、一般的な固体撮像素子
によりゾーンプレートを撮像した場合の受像管上
における色ビートの発生状況を示す。同図中、点
０はゾーンプレートの中心を示し、Ｘ軸は固体撮
像素子の走査方向、Ｙ軸は走査方向に対して垂直
な方向（以下走査垂直方向という）を示す。また
同図中の各位置は撮像画面上の位置を表わすと共
に、空間周波数を表わす。点０の空間周波数は零
であり、その他の点の空間周波数は点０からの距
離に比例する。従つて、Ｘ軸は被写体の走査方向
の空間周波数を表わし、Ｙ軸は走査垂直方向の空
間周波数を表わす。

ところで、ゾーンプレートは同心円の白黒パタ
ーンであるため、色ビートはＸ軸及びＹ軸に関し
て対称に表わされるが、実際上は第９図中第１象
限に表わされるものだけに注目すれば足りるた
め、以下第１象限内の色ビートについてだけ説明
する。また色ビートは現象であつて本来は符号を
付すことは出来ないが、便宜上符号付して説明す
る。点Ａ〜Ｅは色ビートの表われた個所（空間周
波数）を示す。円は色ビートの大きさを表わし、
径が大きい程色ビートが大きいことを意味する。
同図より分かるように、固体撮像素子を使用した
テレビジヨンカメラにより撮像を行なつた場合に
は、走査方向上についてみると、空間周波数f_H1 ^*
において、大きい色ビート３と中程度の色ビート
４とが空間周波数2f_H1 ^*において、小さい色ビー
ト５が表われ、走査垂直方向についてみると、空
間周波数f_V1 ^*において、小さい色ビート６と中程
度の色ビー４とが、空間周波数2f_V1 ^*において、
小さい色ビート７が表われる。

上記のような色ビートを発生させる固体撮像素
子に適用される光学フイルタの１例として、特公
昭57−15369号の光学フイルタがある。この光学
フイルタ１０は、第１０図に示すように、分離方
向が走査方向（Ｘ軸方向であり、第１１図中矢印
１１Ａで示す方向）である走査方向分離水晶板１
１と、Ｘ軸に対して反時計方向に45度回動した方
向（第１１図中矢印１２Ａで示す方向）を分離方
向とする反時計方向45度方向分離水晶板１２と、
Ｘ軸に対して時計方向に45度回動した方向（第１
１図中矢印１３Ａで示す方向）を分離方向とする
時計方向45度方向分離水晶板１３とを重ね合わせ
てなる構成である。

この光学フイルタ１０によれば、単位入射光束
１４は第１２図に示すように、４つの光線１５₁
〜１５₄に分離される。同図中、ベクトル，，
は夫々水晶板１１，１２，１３による分離方向
及び分離距離を表わす。光線１５₁〜１５₄の走査
方向の分離距離はP_x1、走査垂直方向の分離距離
はP_y1である。

また、光学フイルタの他の例として、特開昭59
−75222号の光学フイルタがある。この光学フイ
ルタ３０は、第１３図に示すように、分離方向が
走査方向（Ｘ軸方向であり、第１４図中矢印３１
Ａで示す方向）である走査方向分離水晶板３１
と、Ｘ軸に対して反時計方向に45度回動した方向
（第１４図中矢印３２Ａで示す方向）を分離方向
とする45度方向分離水晶板３２と、Ｘ軸に対して
垂直方向（第１４図中矢印３３Ａで示す方向）を
分離方向とする垂直方向分離水晶板３３とを重ね
合わせてなる構成である。

ここで、この光学フイルタ３０に走査方向と同
一方向を偏光方向とする直線偏光が入射した場合
を想定し、これを光学フイルタ３０に入射した直
線偏光の光点の分離状態を示す第１５図とその色
ビートの改善状況を示す第１６図とを用いて説明
する。

走査方向分離水晶板３１により分離された光線
は第１５図Ａに図示する如く、入射光３４の偏向
方向と分離方向とが一致するために、光線３５₁
のみとなり、この際の色ビートの改善は第１６図
Ａに図示する如く全く無い。

そして、走査方向分離水晶板３１を通過した光
線３５₁は45度方向分離水晶板３２にて分離され
第１５図Ｂに図示する如く光線３５₁と光線３５₂
となるので、この水晶板３１の分離距離を適当に
設定し、コントラスト零ライン３７を第１６図Ｂ
に図示する如く色ビート３の中心を通過させるこ
とができ、これにより色ビート３をある程度軽減
できる。

更に、45度方向分離水晶板３２を通過した光線
３５₁，３５₂は垂直方向分離水晶板３３にて分離
されて第１５図Ｃに図示する如く光線３５₁、光
線３５₂、光線３５₃及び光線３５₄となるので、
この水晶板３１の分離距離を適当に設定し、コン
トラスト零ライン３８を第１６図Ｃに図示する如
く色ビート４の中心を通過させることができ、こ
れにより色ビート４をある程度軽減できる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記した光学フイルタ１０によ
れば、走査方向の分離距離P_x1を適当に定めるこ
とにより、第９図中の色ビート３，４を軽減する
ことは出来るが、色ビート５を軽減することは出
来ず、色ビート５の軽減は、走査垂直方向の分離
距離P_y1を如何に定めても無理である。また色ビ
ート３，４についても十分には軽減されず、ある
程度は残つていた。従つて、上記の光学フイルタ
１０は、走査方向の色ビートを十分に軽減除去出
来ないという問題点があつた。

また、上記した光学フイルタ３０によれば、走
査方向と同一方向を偏光方向する直線偏光が入射
した場合、最大の色ビート３はコントラスト零ラ
イン３７による軽減のみしかなく、最大の色ビー
ト３を十分に軽減除去出来ず、更に、上記したコ
ントラスト零ライン３７，３８ではそのライン上
の空間周波数成分が低減されるため、解像度が劣
化するといつた問題点があつた。

一方、上記した光学フイルタ３０を用いて解像
度を優先させた分離距離を設定すると、コントラ
スト零ライン３７，３８は第１７図に図示する如
くコントラスト零ライン３７^-，３８^-となる。即
ち最大の色ビート３までの解像度を全方向に対し
て有するように設定し、且つ、色ビート３又は色
ビート４を最も軽減するには、同図に点線で図示
した1/4円Ｒと接するようにコントラスト零ライ
ン３７，３８を設定しなければならず、この結
果、コントラスト零ライン３７，３８は色ビート
３，４を通過しないコントラスト零ライン３７′，
３８′となる。従つて、光学フイルタ３０を用い
て解像度を優先させた分離距離を設定すると色ビ
ート３，４を軽減することができないといつた問
題点があつた。

そこで、本発明は、最大の色ビート３とこれに
続く色ビート４とがf_H1 ^*を通りＹ軸と平行な直線
上に位置することに着目して、上記問題点をこと
ごとく解決した光学フイルタを提供することを目
的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は、分離方向が走査方向と同一方向であ
り、分離距離が色ストライプフイルタの１サイク
ルピツチP_fの1/2である第１の水晶板と、分離方
向が走査方向に対して45度方向であり、分離距離
が色ストライプフイルタの１サイクルピツチP_fの
１／２乃至1/4である第２の水晶板と、分離方向が走
査方向と同一方向であり、分離距離が色ストライ
プフイルタの１サイクルピツチP_fの1/2乃至1/4で
ある第３の水晶板とを重ね合わせた構成である。

作 用 第１の水晶板及び第３の水晶板は、色ビートの
うちf_H1 ^*を通りＹ軸と平行な直線上に位置する最
大の色ビート３とこれに続く色ビート４とを軽減
除去するように二重に作用し、第２の水晶板は、
色ビート５を軽減し、且つ色ビート６，７を軽減
するように作用する。

実施例 次に本発明になる光学フイルタの一実施例につ
いて説明する。

第１図に示すように、光学フイルタ２０は、固
体撮像素子１（第８図参照）における走査方向
（Ｘ軸方向）と同一方向を分離方向（第２図中矢
印２１Ａで示す方向）とする第１の水晶板２１
と、Ｘ軸に対して時計方向に135度回動した方向
を分離方向（第２図中矢印２２Ａで示す方向）と
する第２の水晶板２２と、固体撮像素子１におけ
る走査方向と同一方向を分離方向（第２図中矢印
２３Ａで示す方向）とする第３の水晶板２３とが
積重された構造である。

この光学フイルタ２０に入射した単位光束２４
は、まず、第１の水晶板２１において複屈折し
て、第３図中ベクトルで示すように、Ｘ軸方向
に光線２５₁と２５₂とに分離される。分離された
光線２５₁，２５₂は第２の水晶板２２において複
屈折して、ベクトルで示すように、45度方向に
光線２５₃と２５₄とに分離される。分離された各
光線２５₁〜２５₄は第３の水晶板２３において複
屈折して、ベクトルで示すように、Ｘ軸方向に
分離される。これにより、単位光束２４は、「Ｚ」
字状に８本の光線２５₁〜２５₈に分離される。
P_X2，P_X3は夫々走査方向の分離距離を示し、P_y2
は走査垂直方向の分離距離を示し、またＰ 45°は
45度方向の分離距離を示す。

分離距離P_X2は第１の水晶板２１の厚さt₁によ
り定まり、分離距離P_y2及びＰ 45°は第２の水晶板
２２の厚さt₂により定まり、分離距離P_X3は第３
の水晶板２３の厚さt₃により定まる。

本実施例においては、第１の水晶板２１の厚さ
t₁は、分離距離P_X2が前記の色フイルタ２の１サ
イクルピツチP_fの1/2となるように定めてある。
厚さt₁とピツチP_fとの関係は、t₁＝（P_f／2K）で
表わされる。こゝで、Ｋは5.87958×10^-3である。
例えば、ピツチP_fが46μｍである場合には、厚さ
t₁は約3.91mmとなる。また第２の水晶板２２の厚
さt₂は分離距離Ｐ 45°が色フイルタ２の１サイク
ルピツチp_fの1/2となるように定めてあり、t₂＝t₁
である。第３の水晶板２３の厚さt₃は、分離距離
P_X3が色フイルタ２の１サイクルピツチP_fの1/2よ
り多少短いように定めてある。

次に、上記の光学フイルタ２０の特に走査方向
に関する特性について説明する。

第１の水晶板２１は厚さt₁が上記のように定め
てあるため、第５図中破線の曲線で示すよう
に、コントラストが水平空間周波数f_H1 ^*で零とな
るような特性を有する。この特性をゾーンプレー
トを撮像した画面上で表わすと、第４図に示すよ
うになる。同図中、２６は第１の水晶板２１によ
るコントラスト零ラインである。ここで、第１の
水晶板２１の厚さt₁はP_X2＝P_f／２となるように
定めてあるため、コントラスト零ライン２６は、
水平空間周波数f_H1 ^*を通り、Ｙ軸と平行となる。
このコントラスト零ライン２６は、第１の水晶板
２１が最大のフイルタ効果を発揮するラインであ
る。従つて、ハツチングで示すライン２６の近傍
の空間周波数領域はライン２６上を最大としてフ
イルタ効果が及ぶ範囲であり、この範囲に含まれ
ており、主要な色ビートを構成する色ビートを
３，４が軽減される。

第２の水晶板２２の厚さt₂はt₂＝t₁としてある
ため、この水晶板２２のコントラスト零ライン
は、第４図中２７で示す如くになり、ハツチング
で示す空間周波数領域がフイルタ効果が及ぶ範囲
となり、色ビート３，４を含めて他の色ビート
５，６，７が軽減される。なお、t₂＝t₁であるた
め、第４図中、コントラスト零ライン２７の点０
よりの距離Ｌは、同図中の距離ｍと等しい。

第３の水晶板２３の厚さt₃は上記のように定め
てあるため、この水晶板２３のコントラスト零ラ
インは、第４図中２８で示す如くになり、上記の
ライン２６に近接してこれと平行となる。ハツチ
ングで示す空間周波数領域がフイルタ効果が及ぶ
範囲となり、色ビート３，４が更に軽減される。

従つて、色ビート３〜７のうち主要な色ビート
３，４は第１の水晶板２１によるフイルタ効果に
加えて第２の水晶板２２によるフイルタ効果を作
用され、更には第３の水晶板２３によるフイルタ
効果を作用され、即ちフイルタ効果を三重に作用
されて、略完全に除去される。他の色ビート５，
６，７は、第２の水晶板２２によるフイルタ効果
を作用されて軽減される。

第２の水晶板２２による走査方向のMTF特性
は、第５図中一点鎖線の曲線で示すように、第
４図中のコントラスト零ライン２６がＸ軸と交差
する水平空間周波数f_H2 ^*においてコントラストが
零となるような特性となる。第３の水晶板２３に
よる走査方向のMTF特性は、第５図中二点鎖線
の曲線で示すように、第４図中のコントラスト
零ライン２８がＸ軸と交差する水平空間周波数
f_H3 ^*においてコントラストが零となる特性とな
る。

光学フイルタ２０の走査方向の特性は、第１と
第２と第３の水晶板２１，２２，２３のMTF特
性が総合された第５図中実線の曲線で示すよう
な特性、即ち、水平空間周波数f_H1 ^*及びf_H2 ^*及び
f_H3 ^*でコントラストが零となる特性となる。

従つて、上記の光学フイルタ２０を固体撮像素
子を用いたテレビジヨンカメラの光学系に使用す
ることにより、走査方向についてみると、色ビー
ト３，４は略完全に除去され、色ビート５につい
ては軽減され、また走査垂直方向についてみる
と、色ビート６，７が軽減される。

さてここで、従来の光学フイルタ３０と本発明
に係る光学フイルタ２０とを比較するため、光学
フイルタ２０へ入射する単位光束２４が走査方向
と同一方向を偏光方向とする直線偏光である場合
について、光学フイルタ２０に入射した直線偏光
の光点の分離状態を示す第１８図とその色ビート
の改善状況を示す第１９図とを用いて説明する。

この光学フイルタ２０に入射した単位光束２４
は、まず、走査方向を分離方向とする第１の水晶
板２１において複屈折する。しかし、第１の水晶
板２１の分離方向と単位光束２４の偏光方向とが
一致するため、第１８図Ａ中に図示する如く光線
２５₂のみが第１の水晶板２１より出力され、実
質的に複屈折の効果はない。このため、第１８図
Ａ中に図示する如く色ビートは何等改善されずこ
の点は上記した光学フイルタ３０と同様である。

そして、第１の水晶板２１を通過した光線２５
_２は、第２の水晶板２２で分離されて第１８図Ｂ
と図示する如く光線２５₂と光線２５₄とになるの
で、この第２の水晶板２２の分離距離を適当に設
定することにより、コントラスト零ライン２９を
第１６図Ｂに図示する如く色ビート３の中心を通
過させ、色ビート３の軽減を図ることができ、こ
の点についても上記した光学フイルタ３０と同様
である。

しかしながら、本発明の要旨に係る第３の水晶
板２３は走査方向と同一方向を分離方向とするた
め、上記した光学フイルタ３０中の垂直方向分離
水晶板３３とは構成は勿論のことその作用におい
ても全く異なるものである。

即ち、第２の水晶板２２を通過した光線２５₂
と光線２５₄とは第３の水晶板２３にて分離され
て第１８Ｃに図示する如く光線２５₂、光線２５
_４、光線２５₆、光線２５₈となるので、この第３
の水晶板２３の分離距離を適当に設定し、コント
ラスト零ライン２６を第１６図Ｃに図示する如く
色ビート３，４の中心を通過させ、色ビート３，
４の軽減を同時に行なつている。

従つて、この光学フイルタ２０によれば、最大
の色ビート３はコントラスト零ライン２９のみた
らずコントラスト零ライン２６でも軽減すること
ができ、色ビート３を完全に除去できる。

但し、コントラスト零ライン２９はそのライン
上の空間周波数成分が低減されるため、解像度が
不必要に劣化する。そこで、解像度を優先させて
第２の水晶板２２の分離距離を設定すると、コン
トラスト零ライン２９は第２０図に図示する如く
コントラスト零ライン２７となる。

即ち、最大の色ビート３までの解像度を全方向
に対して有するように設定し、且つ、色ビート３
を最も軽減するには、同図に点線で示した1/4円
Ｒと接するようにコントラスト零ライン２９を設
定すれば良く、この結果、コントラスト零ライン
２９は色ビート３を通過しないコントラスト零ラ
イン２９となる。

従つて、光学フイルタ２０を用いて解像度を優
先させた分離距離を設定すると、第２の水晶板２
２によつては色ビート３，４を直接軽減すること
ができないものの、本発明の要旨に係る第３の水
晶板２３により、従来の光学フイルタ３０で軽減
できなかつた最大の色ビート３及びこれに続く色
ビート４を軽減除去できる。

尚、本発明は上記の実施例に限るものではな
く、第２の水晶板２２の厚さt₂及び第３の水晶板
２３の厚さt₃を、色フイルタ１サイクルピツチP_f
の1/2よりも小さく１サイクルピツチP_fの1/4より
も大きい範囲内の適当な寸法に定めた構成とし得
る。例えば、第２の水晶板２２の厚さt₂を上記実
施例の場合より薄くし、第３の水晶板２３の厚さ
t₃を上記実施例の場合より厚くしてもt₃＝t₁とし
てもよい。第２の水晶板２２のコントラスト零ラ
インは第６図中例えば２７Ａで示すように水平空
間周波数f_H1 ^*の２倍の水平空間周波数2f_H1 ^*と交差
するラインとなり、第３の水晶２３のコントラス
ト零ラインは２８Ａで示すように第１の水晶板２
１のコントラスト零ライン２６と一致する。この
ようなコントラスト零ライン２７Ａを有する第２
の水晶板２２の走査方向のMTF特性は、第７図
中二点鎖線の曲線Ａで示す如くになり、コント
ラスト零ライン２８Ａを有する第３の水晶板２３
の走査方向のMTF特性は、曲線と一致する曲
線Ａで示す如くになる。この光学フイルタの走
査方向のMTF特性は、第７図中実線の曲線Ａ
で示す如くになる。この光学フイルタによれば、
強力なフイルタ効果が色ビート３，５に対して作
用するため、色ビート３及び４は上記の光学フイ
ルタに比べてより完全に除去され、色ビート５も
上記の光学フイルタに比べてより効果的に軽減さ
れる。

なお、上記の光学フイルタにおいて、第３図中
光線２５₅，２５₇が夫々光線２５₂，２５₄と一致
し、単位光束は６つの光線に分離される。

また、第１及び第２の水晶板２１，２３の並び
の順番は上記に限定されるものではなく、逆でも
同様のMTF特性が得られるのは勿論である。即
ち、第１乃至第３の水晶板２１，２２，２３の並
びの順番は、第２の水晶板２２が中央であればよ
い。

発明の効果 上述の如く、本発明になる光学フイルタによれ
ば、第１の走査方向分離複屈折板と45度方向分離
複屈折板と、第２の走査方向分離複屈折板とを重
ね合わせてなり、且つ第１の走査方向分離複屈折
板の厚さをこれによる分離距離が色フイルタの１
サイクルピツチの1/2に相当する寸法、45度方向
分離複屈折板及び第２の走査方向分離複屈折板の
厚さを夫々色フイルタの１サイクルピツチの1/2
乃至1/4に相当する寸法となるように定めてなる
構成であるため、走査方向に表われる主要な色ビ
ートに対しては、第１、第２の走査方向分離複屈
折板が二重に作用し、場合によつては45度方向分
離複屈折が加えて作用して計三重に作用し、然し
て上記の主要な色ビートを略完全に除去すること
が出来、また45度方向分離複屈折板が走査方向に
表われれるその他の色ビートを軽減すると共に走
査方向垂直方向に表われる色ビートを軽減し、然
して特に固体撮像素子に適用した場合に、走査方
向に表われる色ビートは略完全に、走査垂直方向
に表われる色ビートは十分に軽減することが出
来、固体撮像素子に好適であるという特長を有す
る。

また、更に、走査方向と同一方向の直線偏光が
入射した場合においても第２の走査方向分離複屈
折板を有するため、解像度を不必要に劣化させる
ことなく最大の色ビート及びこれに続く色ビート
を軽減除去できるという効果があり、例えば、水
面を背景として撮像し直線偏光が入射する場合に
おいても色ビートを軽減除去できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる光学フイルタの一実施例
の構成を示す斜視図、第２図は第１図の光学フイ
ルタを構成する各水晶板の光線分離方向を示す
図、第３図は第１図の光学フイルタによる光線分
離の状態を示す図、第４図は第１図の光学フイル
タの特性をゾーンプレートを撮像した画面上にコ
ントラスト零ラインを描いて示す図、第５図は第
１図の光学フイルタのMTF特性を示す図、第６
図は本発明の別の実施例である光学フイルタの特
性を示す第４図に対応する図、第７図はこの光学
フイルタのMTF特性を示す図、第８図は固体撮
像素子の１例を色フイルタと併せて示す分解斜視
図、第９図は第８図の固体撮像素子によりゾーン
プレートを撮像したときに受像管に表われる色ビ
ートの発生状況を示す図、第１０図は従来の光学
フイルタの１例の構成を示す斜視図、第１１図は
この光学フイルタ１０を構成する各水晶板の光線
分離方向を示す図、第１２図はこの光学フイルタ
１０による光線分離状態を示す図、第１３図は従
来の光学フイルタの他の例の構成を示す斜視図、
第１４図はこの光学フイルタ３０を構成する各水
晶板の光線分離方向を示す図、第１５図はこの光
学フイルタ３０による直線偏光の光線分離状態を
示す図、第１６図はこの光学フイルタ３０による
直線偏光の色ビートの改善状況を示す図、第１７
図はこの光学フイルタ３０により解像度を考慮し
た直線偏光の色ビートの改善状況を示す図、第１
８図は本発明になる光学フイルタ２０による直線
偏光の光線分離状態を示す図、第１９図はこの光
学フイルタ２０による直線偏光の色ビートの改善
状況を示す図、第２０図はこの光学フイルタ２０
により解像度を考慮した直線偏光の色ビートの改
善状況を示す図である。 １……固体撮像素子、２……色フイルタ、３〜
７……色ビート、２０……光学フイルタ、２１…
…第１の水晶板、２２……第２の水晶板、２３…
…第３の水晶板、２４……単位光束、２５₁〜２
５₈，３５₁〜３５₄……光線、２６，２７，２７
Ａ，２８，２８Ａ，２９，３７，３７′，３８，
３８′……コントラスト零ライン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 撮像素子の前側に色フイルタと共に配される
   光学フイルタにおいて、 該撮像素子における走査方向と同一方向が分離
   方向であり、該色フイルタの１サイクルピツチの
   略1/2に相当する分離距離を有する第１の走査方
   向分離複屈折透明板と、 上記走査方向に対して45度傾斜した方向が分離
   方向であり、該色フイルタの１サイクルピツチの
   １／２乃至1/4に相当する分離距離を有する45度方向
   分離複屈折透明板と、 上記走査方向と同一方向が分離方向であり、該
   色フイルタの１サイクルピツチの1/2乃至1/4に相
   当する分離距離を有する第２の走査方向分離複屈
   折透明板とを有する光学フイルタであつて、 該45度方向分離複屈折透明板を中央に配して該
   第１、第２の走査方向分離複屈折透明板を夫々重
   ね合わせてなることを特徴とする光学フイルタ。