JPH08122707A - 光学的ローパスフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特定の波長領域に光吸収作用を持つ光学部材
を用いて構成した光学的ローパスフィルタを提供するこ
と。 【構成】 Ｆナンバーが１１以下となるような絞り径が
可変式の開口絞り１２を有するレンズ系１１、１３ある
いは、Ｆナンバーが１１以下となるような絞り径が常時
固定の開口絞り１２を有するレンズ系１１、１３と、固
体撮像素子１５の間に配置される回折格子からなる光学
的ローパスフィルタ１４であって、上記光学的ローパス
フィルタ１４は特定の波長領域に光吸収作用を持つ光学
部材の少なくとも一方の面に格子形状を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、色分離フィルタを有す
る撮像管や固体撮像素子などの空間的に離散的なサンプ
リングを行う撮像素子を用いた、監視カメラ、ビデオカ
メラ等の光学系において、像面上の不要な空間周波数成
分を除去あるいは減衰させる光学的ローパスフィルタ及
びそれを用いたボードカメラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ビデオカメラ等の映像取り込
み装置では、色分離フィルタを有する撮像管や固体撮像
素子等の撮像素子を用いており、画像情報を空間的に離
散的なサンプリングをする事で出力信号を得ている。撮
像素子に入力される映像に、撮像素子の持つナイキスト
周波数よりも高い空間周波数成分が含まれている場合、
撮像素子から出力される信号には、本来入力画像が持た
ない構造や色が現れ、モアレ縞、偽色等の偽信号が発生
する。そこで、従来からナイキスト周波数以上の空間周
波数成分を遮断あるいは減衰させるため、光学系の一部
に光学的ローパスフィルタを挿入しており、従来、水晶
の複屈折性を応用した光学的ローパスフィルタが用いら
れてきた。

【０００３】また、近年では特開平３−２１９２０７に
あるように回折格子が光学的ローパスフィルタとして利
用されるようになってきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水晶を
利用した光学的ローパスフィルタは、水晶の持つ複屈折
を利用しているため、所望の遮断周波数を得るために
は、厚さを調整して構成する必要がある。また、フィル
タ特性として、遮断周波数を超えた空間周波数領域でフ
ィルタ特性が劣化するので、性能を向上させるために
は、複数枚の水晶板を重ね合わせる必要があり、フィル
タ自体の厚みが大きくなって、光学系中に水晶光学的ロ
ーパスフィルタ挿入のために大きな空間を確保しなけれ
ばならずコンパクト化できなかった。また、水晶自体が
高価な材料でありコストダウンができないと言う欠点が
あった。

【０００５】また、特開平３−２１９２０７に示されて
いる従来の回折格子型の光学的ローパスフィルタを含む
撮像系は、レンズ系、光学的ローパスフィルタ、赤外線
カットフィルタ、撮像素子から構成されている。このよ
うな構成では光学的ローパスフィルタの他に赤外領域の
波長の光をカットするフィルタも撮像系中に組み込む必
要があるため、コンパクト化、低コスト化できないと言
った欠点があった。さらに、上記のような構成の光学的
ローパスフィルタを通常のビデオカメラ等の光学系に組
み込むと絞り込んだ場合、格子形状が撮像面に映り込む
と言う欠点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の構成によれば、
Ｆナンバーが１１以下となる絞り径が可変式の開口絞
り、あるいはＦナンバーが１１以下となる有効径が常時
固定の開口絞りを有するレンズ系と固体撮像素子の間
に、特定の波長領域に光吸収作用を持つ光学部材の少な
くとも一方の面に格子形状を形成した光学的ローパスフ
ィルタを挿入している。上記構成により、Ｆナンバーが
大きくなって、像面上に回折格子のパターンが映り込ま
なくなり、かつ特定の波長領域、例えば赤外領域の波長
の光を吸収する光学部材上に回折格子を形成することに
より、１枚で赤外カットフィルタと光学的ローパスフィ
ルタの役割を同時に持つことができるため小型化、低コ
スト化を実現するものである。また、Ｆナンバーが１１
以上に相当するような光量を得る場合には、ＣＣＤ等の
撮像素子を通常シャッタ駆動から電子シャッタ駆動に移
行することにより光量を調整する等の電気的手法を用い
ることにより解決している。

【０００７】また、上記構成の光学系を用いることによ
り、小型で安価なボードカメラを実現できる。

【０００８】

【作用】本発明の光学的ローパスフィルタは、Ｆナンバ
ーが１１以下となる絞り径が可変式の開口絞りを有する
光学系中に配置されるか、あるいはＦナンバーが１１以
下となるような常時固定の絞りを有する光学系中に光学
的ローパスフィルタを配置するために撮像面上に回折格
子のパターンが映り込まない。また、Ｆナンバーが１１
以上に相当する明るさは電子シャッタ等の電気的方法に
よって得ることができる。

【０００９】

【実施例】図１に本発明の第１の実施例の光学的ローパ
スフィルタを使用したときの撮像系の構成図を示す。図
１において１１は絞りより物体側にある１枚あるいは複
数枚よりなるレンズ系、１２はＦナンバーが１１以下と
なるような有効径が可変である開口絞り、１３は絞りよ
り像面側にある１枚あるいは複数枚よりなるレンズ系、
１４は光学的ローパスフィルタ、１５は撮像素子を示し
ている。また、図２に従来の光学的ローパスフィルタを
用いた光学系を示す。２１は複数枚よりなるレンズ系、
２２は赤外カットフィルタ、２３は光学的ローパスフィ
ルタ、２４は撮像素子を示している。図から明らかなよ
うに、従来の光学的ローパスフィルタは、レンズ系と撮
像素子の間に赤外カットフィルタを挿入する必要がある
ためコンパクトにできない欠点を有している。それに対
し、本発明の光学的ローパスフィルタは赤外光を吸収す
る光学部材で構成することにより、赤外カット用の光学
系を挿入する必要がなくなりコンパクトにできる。

【００１０】また、上記の構成をとることにより、Ｆナ
ンバーが大きくなることがなくなるため像面上に回折格
子の形状パターンが映り込むといったことがなくなる。

【００１１】図３に本発明第１の実施例の光学的ローパ
スフィルタの格子形状を１次元方向、台形形状に構成し
た場合の斜視図を示す。

【００１２】図４に図３の光学的ローパスフィルタを屈
折率ｎｄが１．５２の光学材料を用いて、一周期を６４
０μm、格子の高さを０．４３μmとし、像面から６．４
ｍｍの位置に置いたときの白色光における伝達特性をに
示す。横軸に空間周波数、縦軸にＯＴＦ値を示す。図４
より明らかなように空間周波数が６０本／ｍｍ付近で空
間遮断周波数を持つ光学的ローパスフィルタを実現でき
る。

【００１３】また、本発明第２の実施例の光学的ローパ
スフィルタを用いた撮像系は、図１において１２の絞り
の有効径がＦナンバーが１１以下となるような常時固定
の開口絞りを有しているものである。

【００１４】図５に図１の光学的ローパスフィルタの格
子形状を１次元方向、正弦波形状に構成した本発明第３
の実施例の光学的ローパスフィルタの斜視図を示す。

【００１５】また、図６に図５の光学的ローパスフィル
タを屈折率ｎｄが１．５２の光学材料を用いて、一周期
を６４０μm、格子の高さを０．４３μmとし、像面から
６．４ｍｍの位置に置いたときの白色光における伝達特
性をに示す。横軸に空間周波数、縦軸にＯＴＦ値を示
す。図６より明らかなように空間周波数が６５本／ｍｍ
付近で空間遮断周波数を持つ光学的ローパスフィルタを
実現できる。

【００１６】図７に本発明の第４の実施例の構成図を示
す。光学的ローパスフィルタの両面に格子形状を形成
し、かつ一方の面と他方の面が互いに垂直な方向に周期
構造を持つものである。上記のように回折格子を形成す
ることにより、水平及び垂直の２方向の空間遮断周波数
を有する光学的ローパスフィルタを実現できる。

【００１７】図８に本発明の第１の実施例の光学的ロー
パスフィルタを用いたボードカメラの構成図を示す。８
１は絞りより物体側にある１枚あるいは複数枚よりなる
レンズ系、８２はＦナンバーが１１以下となるような有
効径が可変である開口絞り、８３は絞りより像面側にあ
る１枚あるいは複数枚よりなるレンズ系、８４は光学的
ローパスフィルタ、８５は撮像素子、８６は信号処理回
路を示している。

【００１８】また、本発明第２の実施例を用いたボード
カメラは、図８において８２の絞りがＦナンバーが１１
以下となるような有効径が常時固定の開口絞りを有して
いる。

【００１９】また、図１に示す光学的ローパスフィルタ
を特定の波長領域に光吸収作用を持つ光学ガラスを用い
て形成することにより耐候性に優れ、温度変化によって
光学特性が変化しにくい光学的ローパスフィルタを実現
できる。

【００２０】あるいは、図１に示す光学的ローパスフィ
ルタを特定の波長領域に光吸収作用を持つ樹脂を用いて
形成することにより量産性に優れた、低コストの光学的
ローパスフィルタを実現できる。

【００２１】なお、図１に示す実施例の光学的ローパス
フィルタはレンズ側に回折格子を形成しているが像面側
に形成してもよい。

【００２２】なお、図３及び図５に示す光学的ローパス
フィルタは１次元方向に格子形状を形成しているが、２
次元方向に格子形状を形成してもよい。

【００２３】また、図３及び図５に示す光学的ローパス
フィルタは格子形状を台形形状及び正弦波形状で構成し
たが、上記形状に限定せず矩形形状あるいは三角形形状
であってもよい。

【００２４】なお、図７に示す光学的ローパスフィルタ
は一方の面と他方の面の周期構造が互いに垂直になるよ
うに構成しているが、一方の面と他方の面の周期構造が
互いに斜めになるように構成してもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上、述べたところから明らかなよう
に、本発明はＦナンバーが１１以下となるような絞りを
有する光学系と撮像素子の間に特定の波長領域において
光吸収作用を示す光学部材からなる光学的ローパスフィ
ルタを提供している。上記のような構成をとることによ
り、絞り込んだときに撮像面において回折格子の形状が
映らない光学系を得ることができる。 また、赤外領域
で光吸収作用を持つ光学材料を用いることにより、赤外
カットフィルタを除くことができるコンパクトなボード
カメラを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の光学的ローパスフィルタ
を用いた光学系の概略図

【図２】従来の光学的ローパスフィルタを用いた光学系
の概略図

【図３】本発明の第１実施例の光学的ローパスフィルタ
の周期構造を１次元方向、台形波形状に構成した場合の
斜視図

【図４】本発明の第１実施例の光学的ローパスフィルタ
の特性図

【図５】本発明の第３実施例の光学的ローパスフィルタ
の周期構造を１次元方向、正弦波形状に構成した場合の
斜視図

【図６】本発明の第３実施例の光学的ローパスフィルタ
の特性図

【図７】本発明の第４実施例の光学的ローパスフィルタ
の一方の面と他方の面の周期構造を互いに垂直になるよ
うに形成した構成図

【図８】本発明の光学的ローパスフィルタを用いたボー
ドカメラの概略図

【符号の説明】

１１ レンズ系 １２ 絞り １３ レンズ系 １４ 光学的ローパスフィルタ １５ 撮像素子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｆナンバーが１１以下となるような絞り径
   が可変式の開口絞りを有するレンズ系と固体撮像素子の
   間に配置される回折格子からなる光学的ローパスフィル
   タであって、前記光学的ローパスフィルタは特定の波長
   領域に光吸収作用を持つ光学部材の少なくとも一方の面
   に格子形状を有することを特徴とする光学的ローパスフ
   ィルタ。
2. 【請求項２】Ｆナンバーが１１以下となるような絞り径
   が常時固定の開口絞りを有するレンズ系と固体撮像素子
   の間に配置される回折格子からなる光学的ローパスフィ
   ルタであって、前記光学的ローパスフィルタは特定の波
   長領域に光吸収作用を持つ光学部材の少なくとも一方の
   面に格子形状を有することを特徴とする光学的ローパス
   フィルタ。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２記載の光学的ロー
   パスフィルタにおいて、光学部材に特定の波長領域に光
   吸収作用を持つ光学ガラスを用いたことを特徴とする光
   学的ローパスフィルタ。
4. 【請求項４】請求項１または請求項２記載の光学的ロー
   パスフィルタにおいて、光学部材に特定の波長領域に光
   吸収作用を持つ樹脂を用いたことを特徴とする光学的ロ
   ーパスフィルタ。
5. 【請求項５】請求項１または請求項２記載の光学的ロー
   パスフィルタにおいて、光学部材の両面に格子形状を有
   し、かつ一方の面は他方の面と互いに異なる方向に周期
   構造を持つ光学的ローパスフィルタ。
6. 【請求項６】請求項１または請求項２記載の光学的ロー
   パスフィルタを用いたことを特徴とするボードカメラ。