JPH0627421A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】二次元回折格子からなる光学的ロ−パスフィル
タを備えた撮像装置において、輝度の高い被写体を、絞
りを絞って撮影したときに強く発生する白黒モアレまた
は色モアレによる著しい画質の低下を解消する。 【構成】固体撮像素子１の水平方向Ｈ１、垂直方向Ｖ１
の画素寸法をｐsh，ｐsvとしたとき、撮像レンズ２によ
り固体撮像素子１に投影された格子要素４１の水平方向
Ｈ１、垂直方向Ｖ１の像周期ｐh ，ｐv が、ｎh とｎv
を１以上の整数としたとき、それぞれ、ｐh ＝２ｐsh／
（２ｎh ＋１）、ｐv ＝２ｐsv／（２ｎv＋１）を満足
するように設定する。表面に色フィルタアレイ６を備え
た固体撮像素子１の場合は、ｐsh，ｐsvを、色フィルタ
アレイ６の水平方向Ｈ、垂直方向Ｖにおける色組の周期
ｐfh，ｐfvで置き換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面に凸部または凹部
がドット状に形成された光学的ロ−パスフィルタを備え
た撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子を用いた撮像装置は、固体
撮像素子が不連続に、かつ規則正しく配置された画素を
有しているため、被写体に画素のピッチに対応する高周
波成分が含まれていると、折り返しによる偽信号が発生
する。また、単板式カラ−撮像装置は、固体撮像素子の
表面に色フィルタアレイを備え、これにより色信号を得
ているため、被写体に色フィルタアレイの１組の周期に
対応する高周波成分が含まれていると、偽色信号が発生
する。

【０００３】そのため、このような撮像装置の光学系に
は、偽信号および偽色信号の発生を防止する光学的ロ−
パスフィルタが配置されている。光学的ロ−パスフィル
タとしては、３枚以上の水晶版と１枚の赤外線遮断フィ
ルタとが貼り合わされてなるものが用いられているが、
積層構造を有する光学的ロ−パスフィルタは、量産性に
劣り、高価であるという問題点を有している。

【０００４】上記の問題を解決するために、回折格子か
らなる光学的ロ−パスフィルタが提案されている（特公
昭４９−２０１０５号公報、特開昭４８−５３７４１号
公報および特公昭５７−４２８４９号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、回折格子か
らなる光学的ロ−パスフィルタを用いた撮像装置で撮影
すると、回折格子の格子パタ−ンと固体撮像素子の画素
パタ−ンとの干渉によって白黒モアレが発生する場合が
ある。また、表面に色フィルタアレイを備えた固体撮像
素子の場合は、回折格子の格子パタ−ンと色フィルタア
レイの色パタ−ンとの干渉によって色モアレが発生する
場合がある。これらの白黒モアレあるいは色モアレは、
輝度の高い被写体を、絞りを絞って撮影したときに強く
発生し、画質を低下させる要因となっている。

【０００６】本発明の目的は、互いに交差する２方向の
格子を有する二次元回折格子からなる光学的ロ−パスフ
ィルタを備えた撮像装置において、輝度の高い被写体
を、絞りを絞って撮影したときに強く発生する白黒モア
レまたは色モアレによる著しい画質の低下を解消するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明によれ
ば、上記目的は、下記の（Ａ）、（Ｂ）の特徴を有する
光学的ロ−パスフィルタを備えた撮像装置を提供するこ
とにより達成される。 （Ａ）表面に、凸部または凹部からなる格子要素が互い
に交差する２つの方向に沿ってドット状に形成された光
学的ロ−パスフィルタが、撮像レンズと固体撮像素子と
の間に配置された撮像装置であって、上記固体撮像素子
の水平方向および垂直方向の画素寸法をｐshおよびｐsv
としたとき、上記撮像レンズにより上記固体撮像素子に
投影された上記格子要素の上記水平方向および垂直方向
の像周期ｐh およびｐv が、ｎh とｎv を１以上の整数
としたとき、それぞれ、 ｐh ＝２ｐsh／（２ｎh ＋１） （１） ｐv ＝２ｐsv／（２ｎv ＋１） （２） を満足することを特徴とする撮像装置。

【０００８】（Ｂ）表面に、凸部または凹部からなる格
子要素が互いに交差する２つの方向に沿ってドット状に
形成された光学的ロ−パスフィルタが、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
置された撮像装置であって、上記色フィルタアレイの水
平方向および垂直方向における色組の周期をｐfhおよび
ｐfvとしたとき、上記撮像レンズにより上記色フィルタ
アレイに投影された上記格子要素の上記水平方向および
垂直方向の像周期ｐh およびｐv が、ｍh とｍvを１以
上の整数としたとき、それぞれ、 ｐh ＝２ｐfh／（２ｍh ＋１） （３） ｐv ＝２ｐfv／（２ｍv ＋１） （４） を満足することを特徴とする撮像装置。

【０００９】本発明者らは、回折格子の格子周期と白黒
モアレまたは色モアレの最大モアレ周期との関係を検討
した。ここで、最大モアレ周期とは、発生する種々の周
期を有する白黒モアレまたは色モアレの中で最も大きな
モアレの周期のことである。検討の結果、回折格子の格
子周期と最大モアレ周期との間には、図５に示すような
関係が得られ、回折格子の周期をｐg 、固体撮像素子の
画素寸法をｐs とすると、最大モアレ周期ｐm は、 ｐg ＝ｐs ／ｎ （５） のとき、最大になり、 ｐg ＝２ｐs ／（２ｎ＋１） （６） のとき、最少の、 ｐm ＝２ｐs （７） になることが判った。ただし、ｎは１以上の整数であ
る。

【００１０】また、固体撮像素子の表面に備えられた色
フィルタアレイの三原色の色組の周期をｐf とすると、
最大モアレ周期ｐm は、 ｐg ＝ｐf ／ｍ （８） のとき、最大になり、 ｐg ＝２ｐf ／（２ｍ＋１） （９） のとき、最少の、 ｐm ＝２ｐf （１０） になることが判った。ただし、ｍは１以上の整数であ
る。

【００１１】なお、図５の横軸に示す回折格子の実効的
な周期とは、撮像レンズによって固体撮像素子または色
フィルタアレイ上に投影された回折格子（つまり格子要
素）の像周期である。

【００１２】したがって、互いに交差する２方向に格子
要素が配列された光学的ローパスフィルタが、撮像レン
ズによって固体撮像素子または色フィルタアレイに投影
されたとき、その投影像における固体撮像素子または色
フィルタアレイの水平方向および垂直方向に沿った格子
要素の像周期が、前述の（１），（２）式または
（３）、（４）式を満足するように設定されれば、最大
モアレ周期ｐm は、（７）式または（１０）式に示すよ
うに、画素寸法ｐs または色フィルタアレイの色組の周
期ｐf の２倍になる。その結果、輝度の高い被写体を、
絞りを絞って撮影した場合でも、白黒モアレまたは色モ
アレの周期が小さく、モニタ−画面上では観察不可能に
なるため、白黒モアレまたは色モアレの発生による画質
低下を解消することができる。

【００１３】

【実施例】以下、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。本発明によるカラ−撮像装置の概
略構成図を図１に示す。このカラ−撮像装置において
は、光の入射側から、撮像レンズ２、赤外線遮断フィル
タ３、光学的ロ−パスフィルタ４、保護ガラス５および
固体撮像素子１の順に配置されている。上記固体撮像素
子１は、その表面に色フィルタアレイ６を有し、ケ−ス
８内に収納されて、ケ−ス８の前面に取り付けられた上
記保護ガラス５により保護されている。上記撮像レンズ
２、赤外線遮断フィルタ３、光学的ロ−パスフィルタ４
およびケース８は、図示しないフレームに支持されてい
る。

【００１４】上記光学的ロ−パスフィルタ４の概略斜視
図を図２に示す。図２において、光学的ロ−パスフィル
タ４は、ドット状に形成された多数の凸部（格子要素）
４１を有しており、これら凸部４１により、周期ｐ１、
凸部の幅ａ１を有する矩形波状の第１の格子１０と、周
期ｐ2 、凸部の幅ａ2 を有する矩形波状の第２の格子２
０とが形成されている。これら格子１０，２０は、透明
基板７の１つの主表面７ａ上に、図１の光軸１２と直交
する面内で互いに交差する図２の方向１４，１５に配列
されている。すなわち凸部４１が互いに交差する２つの
方向１４，１５に沿ってドット状に形成されている。

【００１５】上記色フィルタアレイ６は、図３に示すよ
うに、水平方向Ｈおよび垂直方向Ｖに沿って三原色の色
組が多数配列されている。本実施例では、光学的ローパ
スフィルタ２は、その第１の格子１０の配列方向１４
が、色フィルタアレイ６の水平方向Ｈに合致するように
設定され、第２の格子２０の配列方向１５が、色フィル
タアレイ６の垂直方向Ｖに合致するように設定されてい
る。

【００１６】図１の固体撮像素子１は、その撮像面１ａ
が上記光軸１２に直交するように配置されており、この
撮像面１ａには、図４に示すように、水平方向Ｈ１と垂
直方向Ｖ１に沿って多数の光検出素子１６が設けられて
いる。固体撮像素子４における撮像面１ａの外周には、
固体撮像素子１に発生する暗電流を差し引いて鮮明な画
像を得るためのオプティカルブラック１７と呼ばれる領
域が設けられている。本実施例では、固体撮像素子１の
水平方向Ｈ１と垂直方向Ｖ１は、色フィルタアレイ６の
水平方向Ｈと垂直方向Ｖのそれぞれに合致している。

【００１７】図１の光学的ローパスフィルタ４は、撮像
レンズ２によって色フィルタアレイ６に投影されたと
き、図２の回折格子１０，２０の投影像、つまり凸部４
１の投影像の上記水平方向Ｈおよび垂直方向Ｖの周期ｐ
h ，ｐv （実効的な周期）が、図３のように、それぞ
れ、色フィルタアレイ６における色組の水平方向Ｈおよ
び垂直方向Ｖの周期ｐfh、ｐfvの例えば２／３に設定さ
れており、これによって、上記（３），（４）式を満足
させている。ここで、上記実効的な周期ｐh ，ｐvは、
前述のように、撮像面に投影された回折格子像の周期な
ので、必ずしも図２の格子１０，２０自体の周期ｐ1 ，
ｐ2 と一致するとは限らない。

【００１８】つぎに、格子１０，２０の実効的な周期、
つまり凸部４１の実効的な周期を求める方法について、
格子配列の方向１４，１５と色フィルタアレイ６の水平
方向Ｈおよび垂直方向Ｖとが合致していない一般的な場
合を例にして説明する。第１の格子１０の水平方向Ｈお
よび垂直方向Ｖの実効的な周期ｐh1、ｐv1と、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ｐ
h2、ｐv2とは、それぞれつぎの式（１１），（１２），
（１３）および（１４）で表される。

【００１９】 Ｐh1≒ｃｏｓ（θ１）・ｆ・ｐ1 ／（ｆ−ｂ） （１１） Ｐv1≒ｓｉｎ（θ１）・ｆ・ｐ1 ／（ｆ−ｂ） （１２） Ｐh2≒ｓｉｎ（θ２）・ｆ・ｐ2 ／（ｆ−ｂ） （１３） Ｐv2≒ｃｏｓ（θ２）・ｆ・ｐ2 ／（ｆ−ｂ） （１４）

【００２０】このように、水平方向Ｈに対する第１の格
子１０の格子方向１４の角度θ１、垂直方向Ｖに対する
第２の格子２０の格子方向１５の角度θ2 、撮像レンズ
２の焦点距離f 、および図１に示す撮像面、つまり色フ
ィルタアレイ６の表面と格子１０，２０の主表面７ａと
の距離ｂを考慮して、上記（１１）〜（１４）式から実
効的な周期ｐh1、ｐv1，ｐh2，ｐv2を求め、ｐh1，ｐh2
のそれぞれが（３）式を満足し、ｐv1，ｐv2のそれぞれ
が（４）式を満足するように、格子１０，２０の周期ｐ
1 、ｐ2 を設定する。

【００２１】上記構成によれば、光学的ローパスフィル
タ４の格子パタ−ンと色フィルタアレイ６の色パタ−ン
に発生する最大モアレ周期ｐm が、色フィルタアレイ６
における色組の周期ｐfh、ｐfvの２倍となるから、最大
モアレ周期ｐm が小さく、モニタ−画面上では観察不可
能なため、輝度の高い被写体を、絞りを絞って撮影した
ときに発生するモアレによる画質低下を解消できる。

【００２２】上記実効的な周期ｐh 、ｐv は、色フィル
タアレイ６の１組の周期ｐfh、ｐfvの２／３以外でも、
式（３）、（４）が満足されればよい。

【００２３】図６は第２実施例を示すもので、ケース８
内に収納された光学的ローパスフィルタ４と、色フィル
タアレイ６を有する固体撮像素子１とが、これらの間に
介挿された平面矩形の枠状のスペーサ１８とともに、接
着剤１９で固定されて一体化されて、撮像ユニットＵが
形成されている。上記ケース８の開口部が、保護ガラス
５によって覆われている。上記スペーサ１８は、例えば
金属フィルムをエッチングによりパターニングしたもの
である。

【００２４】なお、固体撮像素子１光学的ローパスフィ
ルタ４の一体化は、上記接着のほか、ネジ止め、封入、
一体成形のいずれでもよい。上記スペーサ１８は、上記
枠状とは異なり、ポリエチレンテレフタレートのような
透明な樹脂フィルムを重ねた平板状であってもよいし、
感光性樹脂を固体撮像素子１と光学的ローパスフィルタ
４の一方または両方に光パターニングしたものであって
もよい。また、スペーサ１８の代わりに、接着剤中に一
定の直径を有するビーズ、ロッド等を入れて、固体撮像
素子１と光学的ローパスフィルタ４間の距離を正確に保
持する構造としてもよい。

【００２５】上記各実施例では、カラ−撮像装置につい
て説明したが、色フィルタアレイ６を有していない白黒
用の撮像装置の場合は、図２の第１および第２の格子１
０，２０が図４の固体撮像素子１に投影されたときに、
この固体撮像素子１の水平方向Ｈ１および垂直方向Ｖ１
に沿った格子像の実効的な周期ｐh ，ｐv が、（１），
（２）式を満足するように設定すればよい。この場合、
白黒モアレの最大周期は、固体撮像素子１の水平方向Ｈ
１および垂直方向Ｖ１の画素寸法ｐsh、ｐsvの２倍とな
るから、やはり、輝度の高い被写体を、絞りを絞って撮
影したときに発生するモアレによる画質低下を解消でき
る。

【００２６】上記各実施例では、ドット状に形成された
凸部４１の断面形状が矩形波状であるが、台形波状や正
弦波状など他の形状でもよい。また、凸部４１の平面形
状は正方形、長方形、円形などである。本発明における
光学的ロ−パスフィルタ４は、格子要素として、上記凸
部４１に代えて凹部を互いに交差する２つの方向に形成
したものでもよい。また、凹部と凸部を組み合わせ、交
差する２つの方向で凹凸の高さを変えてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
偽信号および偽色信号を遮断する回折格子からなる光学
的ロ−パスフィルタを備えた撮像装置において、輝度の
高い被写体を、絞りを絞って撮影したときに発生する白
黒モアレや色モアレによる画質の低下を解消することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るカラ−撮像装置を示
す概略構成図である。

【図２】同実施例の光学的ロ−パスフィルタを示す斜視
図である。

【図３】同実施例の色フィルタアレイと光学的ローパス
フィルタとの関係を示す正面図である。

【図４】同実施例の固体撮像素子を示す斜視図である。

【図５】最大モアレ周期と回折格子の格子周期との関係
を表す図である。

【図６】本発明の第２実施例に係るカラ−撮像装置を示
す概略構成図である。

【符号の説明】

１…固体撮像素子、２…撮像レンズ、４…光学的ロ−パ
スフィルタ、６…色フィルタアレイ、１０…第１の格
子、１４，１５…交差する２方向、２０…第２の格子、
４１…凸部（格子要素）、Ｈ…水平方向、Ｖ…垂直方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に、凸部または凹部からなる格子要
   素が互いに交差する２つの方向に沿ってドット状に形成
   された光学的ロ−パスフィルタが、撮像レンズと固体撮
   像素子との間に配置された撮像装置であって、 上記固体撮像素子の水平方向および垂直方向の画素寸法
   をｐshおよびｐsvとしたとき、上記撮像レンズにより上
   記固体撮像素子に投影された上記格子要素の上記水平方
   向および垂直方向の像周期ｐh およびｐv が、ｎh とｎ
   v を１以上の整数としたとき、それぞれ、 ｐh ＝２ｐsh／（２ｎh ＋１） ｐv ＝２ｐsv／（２ｎv ＋１） を満足することを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】 表面に、凸部または凹部からなる格子要
   素が互いに交差する２つの方向に沿ってドット状に形成
   された光学的ロ−パスフィルタが、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
   れた撮像装置であって、 上記色フィルタアレイの水平方向および垂直方向におけ
   る色組の周期をｐfhおよびｐfvとしたとき、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た上記格子
   要素の上記水平方向および垂直方向の像周期ｐh および
   ｐv が、ｍh とｍv を１以上の整数としたとき、それぞ
   れ、 ｐh ＝２ｐfh／（２ｍh ＋１） ｐv ＝２ｐfv／（２ｍv ＋１） を満足することを特徴とする撮像装置。