JPH0915535A - 光学的ローパスフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不必要に解像力を低下させること無く、最適
なモアレ除去を行う。 【構成】 光学的ローパスフィルタ１は、ＴＮ型液晶素
子２と、水晶板３、４と、図中には示されていない液晶
素子駆動電源とからなり、ＴＮ型液晶素子２は、水晶板
３、４の間に配設されている。水晶板３、４の光学軸仰
角は、４５°方位角は、０°である。水晶板３の厚さ
は、３．４ｍｍ、水晶板４の厚さは、２．０ｍｍであ
る。また、ＴＮ型液晶素子２の液晶層入射面付近におけ
る光学軸方位角は、０°である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子を備えた
撮像装置、例えば、テレビカメラ、電子カメラ、ファイ
バースコープ、電子内視鏡等において、モアレを除去す
るために用いられる光学的ローパスフィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】幾何学的模様を有する物体をＣＣＤなど
の固体撮像素子やイメージガイドを用いて観察したり、
固体撮像素子とイメージガイドを組み合わせて物体を観
察した場合モアレが発生してしまうという問題がある。

【０００３】この様な問題を解決するために、従来の光
学的ローパスフィルタは、図５５（ａ）、（ｂ）のよう
な符号２０２で示す光学軸方向であり複屈折による光線
分離が図５５（ｃ）であるような複屈折素子２０１（水
晶板など）を図５６の撮像レンズ２０５と固体撮像素子
２０７の間に設置してモアレの除去を行っていた。ま
た、複数の方向のナイキスト限界周波数を同時にカット
する場合には、例えば、図５７（ａ）、（ｂ）のように
複屈折光学素子２０３、複屈折素子２０４を組み合わせ
光線分離を図５７（ｃ）のようにしていた。

【０００４】しかしながら、水晶などの複屈折素子で構
成される光学的ローパスフィルタは光学軸方向は固定で
あるため、モアレが発生していない場合も光線を分離し
てしまい不必要に解像力を低下させるという問題点があ
った。また、複数の方向に対応するために、複数枚の複
屈折素子を組み合わせた光学的ローパスフィルタでは、
必要に応じた光線分離方向を選択できないため物体よっ
ては１方向のみの光線分離しか必要がない場合などは不
必要な解像力低下を招いていた。

【０００５】また、内視鏡分野では、ファイバースコー
プや硬性鏡などにテレビカメラを取り付けて物体の観察
を行うことがある。しかし、一般に硬性鏡をＴＶカメラ
に取り付けてもモアレは発生しないが、ファイバースコ
ープをＴＶカメラに取り付けると強いモアレが発生す
る。ファイバースコープにおいてもスコープごとにイメ
ージファイバのサンプリングピッチと接眼光学系の焦点
距離が異なるために、スコープごとにモアレの発生量が
ことなる。したがって、水晶板などの複屈折素子のみで
全てのスコープの最適な光学的ローパスフィルタを得る
ことは、極めて困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上の様な問題を解決
するために特開昭６１−２５８５７０号公報において、
液晶素子の複屈折性を利用して光線分離幅を可変とした
光学的ローパスフィルタや水晶の複屈折性と液晶素子の
旋光性を利用して光線分離幅を可変とした光学的ローパ
スフィルタが考案されている。

【０００７】しかし、前者の場合には、水晶等と同等の
光線分離幅にする場合、液晶素子の厚さ自体は水晶等に
比べて薄くできるものの、液晶は水晶等に比べて光学的
透明度が低いため、フレア等が発生しやすく、画質が著
しく劣化するという問題があった。また後者の場合は、
基本的に光線分離幅が、異なる２状態しか実現できない
ため柔軟性が低いという問題、さらに２方向に同時に光
線を分離させるためには、２つの光学的ローパスフィル
タを用いなければならないため、画質の劣化、大型化、
コスト高などの問題があった。

【０００８】また、特開平６−７５１７５号公報におい
て、液晶素子の複屈折性と旋光性を利用した光学的ロー
パスフィルタが考案されているが、構成要素の全てが液
晶素子であるため、液晶層の合計の厚さが大になり画質
が劣化するという問題、特殊な形状の液晶素子を使用す
る事による液晶素子の動作不良、製造工程の増大、コス
ト高などの問題があった。

【０００９】さらに、特開平６−３１７７６５号公報、
特開平６−３１７７７６号公報、特開平６−３１７８０
３号公報、特開平６−３１７８０４号公報において、液
晶素子の複屈折性を利用した光学的ローパスフィルタが
考案されているが、光線分離幅が可変できないという問
題、液晶素子液晶層が厚いため、画像が劣化するという
問題があった。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、不必要に解像力を低下させること無く、最適な
モアレ除去を行うことのできる光学的ローパスフィルタ
を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の光学的
ローパスフィルタは、少なくとも１つの能動光学素子
と、前記能動光学素子の駆動源とを備え、能動光学素子
駆動力を変えることで、ローパス特性を変えることによ
り、不必要に解像力を低下させること無く、最適なモア
レ除去を行うことを可能とする。

【００１２】

【実施例】まず、具体的な実施例に先立ち本発明の概念
説明を行う。

【００１３】図１ないし図９は本発明の概念説明に係わ
り、図１は本発明の光学的ローパスフィルタの概念構成
を示す構成図、図２は図１の水晶板の光学軸の方位角を
示す説明図、図３は図１の水晶板の光学軸の仰角を示す
説明図、図４は図１のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＦ
Ｆになっている場合の作用について説明する説明図、図
５は図１のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＮになってい
る場合の作用について説明する説明図、図６はＴＮ型液
晶素子の駆動電圧が連続的または選択的に変化可能な図
１の光学的ローパスフィルタの変形例の概念構成を示す
構成図、図７は図６のＴＮ型液晶素子透過光の分離幅を
説明する説明図、図８は液晶駆動電圧ＯＦＦ時の図６の
ＴＮ型液晶素子のＭＴＦ空間周波数特性を示す特性図、
図９は液晶駆動電圧ＯＮ時の図６のＴＮ型液晶素子のＭ
ＴＦ空間周波数特性を示す特性図である。

【００１４】本発明の説明で用いる用語の内、光学軸と
は、光学的異方性媒質において、二つの独立な直線偏光
の位相速度が等しくなる方向のことであり、光軸とは、
光学系において、光が系からいっさいの屈折作用を受け
ずに進行できる方向のことである。

【００１５】本発明の光学的ローパスフィルタは、少な
くとも１つの能動光学素子と能動光学素子の駆動源を備
えていることを特徴とする。

【００１６】能動光学素子とは、光学的異方性を有する
光学素子の内、電場、磁場、熱等の駆動力を印加するこ
とによって、光学軸の方向が変化する光学素子または、
通常は、光学的に等方的な素子であるが、電場、磁場、
熱等の駆動力を印加することによって、光学的異方性を
示す光学素子のことである。

【００１７】光学的異方性を示す光学素子へ光が入射す
る場合、光学軸にたいする光の入射方向と光学軸にたい
する入射光の偏光方向の違いによって、複屈折によって
光線を常光線と異常光線に分離する作用をしたり、光学
素子から射出する際の光の偏光状態を光学素子へ入射す
る際の光の偏光状態とは異ならせる作用をしたりする。

【００１８】したがって、能動光学素子に駆動力を印加
することで光学素子の示す光学的異方性を変化させる
と、光学的ローパスフィルタとしての特性を変化させる
ことができる。

【００１９】つまり、能動光学素子を少なくとも１つ含
む光学的ローパスフィルタは、必要に応じて、能動光学
素子駆動力を変えることでローパス特性を変えることに
より、不必要に解像力を低下させること無く、最適なモ
アレ除去を行うことができる。

【００２０】また、本発明の光学的ローパスフィルタ
を、第一の複屈折素子と第二の複屈折素子と能動光学素
子と能動光学素子の駆動源とから構成し、さらに能動光
学素子を第一の複屈折素子と第二の複屈折素子との間に
配置する。このとき複屈折素子には、例えば水晶板が良
い。能動光学素子には印加する駆動力に応じて透過光の
偏光状態を変化させることができる光学素子、例えば、
ねじれネマティック型（以下、ＴＮ型と呼ぶ）液晶素子
が良い。

【００２１】このような構成をした光学的ローパスフィ
ルタ２１においては、図１に示すように、ＴＮ型液晶素
子２２を水晶板２３、２４（第一の複屈折素子と第二の
複屈折素子）の間に置く。また、ＴＮ型液晶素子２２に
は、駆動電源２５を接続しておく。なお、水晶板２３、
２４の光学軸は、図２に示すように方位角０°で、仰角
４５°である。

【００２２】ここで、図３に示すように光学軸の仰角と
は、光の入射方向をｚ軸にとった場合、光学軸とｚ軸と
がなす角のことであり、光学軸の方位角とは、ｚ軸に垂
直な方向にｘ軸、ｚ軸とｘ軸に垂直な方向にｙ軸をとっ
た場合、光学軸のｘ−ｙ平面成分がｘ軸となす角のこと
である。

【００２３】このような光学的ローパスフィルタ２１に
光線が入射した場合について考える。図４はＴＮ型液晶
素子２２の駆動電圧がＯＦＦになっている場合である。
水晶板２３に入射した光線は、常光線と異常光線に分離
してＴＮ型液晶素子２２に入射する。それぞれの光線
は、ＴＮ型液晶素子を通過すると偏光方向が９０°回転
するため、水晶板２３に対する常光線は、水晶板２４に
対して異常光線になり、水晶板２３に対する異常光線
は、水晶板２４に対して常光線になる。したがって、水
晶板２４通過後の光線分離幅Δoffは、下記（１）式の
ようになる。

【００２４】

【数１】 Δoff＝｜Δ1−Δ2｜ （１） ただし、Δ1は水晶板２３における光線分離幅、Δ2は水
晶板２４における光線分離幅である。

【００２５】一方、図５は、ＴＮ型液晶素子２２の駆動
電圧がＯＮになっている場合である。水晶板２３に入射
した光線は、常光線と異常光線に分離してＴＮ型液晶素
子２２に入射する。それぞれの光線は、ＴＮ型液晶素子
２２を通過しても偏光方向は変化しないので、水晶板２
３に対する常光線は、水晶板２４に対しても常光線にな
り、水晶板２３に対する異常光線は、水晶板２４に対し
ても異常光線である。

【００２６】したがって、水晶板２３通過後の光線分離
幅は、下記（２）式のようになる。

【００２７】

【数２】 ΔON＝｜Δ1＋Δ2｜ （２） したがって、駆動電圧のＯＦＦ／ＯＮの切り替えによっ
て、（１）式、（２）式であらわされる２種類の光線分
離幅に変わる。つまり、必要に応じて光線分離幅を変え
ることができるので、不必要に解像力を低下させること
無く、最適なモアレ除去を行うことができる。

【００２８】ただし、図１の構成において、駆動電圧Ｏ
Ｎとは、能動光学素子に電気光学効果の光学的応答しき
い値駆動電圧より十分大きな駆動電圧を印加することを
指し、駆動電圧ＯＦＦとは、駆動電圧を印加しないこと
を指す。

【００２９】なお、能動光学素子の駆動源は、駆動力を
連続的に変化させることができ、能動光学素子は、駆動
力の連続的変化に伴って透過光の偏光状態を連続的に変
化させられると良い。光学的ローパスフィルタの総合的
なＭＴＦ空間周波数特性は、第一の複屈折素子にて分離
した各光線の第二の複屈折素子に対する常光線成分光強
度と異常光線成分光強度の比によって決まる。第一の複
屈折素子にて分離した各光線の第二の複屈折素子に対す
る常光線成分光強度と異常光線成分光強度の比は、能動
光学素子透過光の偏光状態に依存する。

【００３０】したがって、能動光学素子透過光の偏光状
態を連続的に変化させることができれば、第一の複屈折
素子にて分離した各光線の第二の複屈折素子に対する常
光線成分光強度と異常光線成分光強度の比を連続的に変
化させることができ、光学的ローパスフィルタのＭＴＦ
空間周波数特性を連続的に変化させることができる。つ
まり、モアレの発生状況に応じて最適なＭＴＦ空間周波
数特性を選ぶことができ、最適なモアレ除去をおこなう
ことができる。

【００３１】また、能動光学素子を直線偏光状態を維持
したまま偏光面を回転させる偏光制御作用をする素子と
すると、偏光面回転角の波長依存性が小さいため、着色
することがほとんどない。したがって、着色による画質
の劣化を無くしたい場合や、色再現性を重視したりする
場合などに適している。

【００３２】さらに、能動光学素子を複屈折性を利用し
て光の偏光状態を制御する素子とすると、素子透過光偏
光状態の波長依存性が大きい。したがって、ローパス特
性に波長依存性を持たせたい場合などに適している。

【００３３】また、能動光学素子がＴＮ型液晶素子であ
る光学的ローパスフィルタにおいては、第一の複屈折光
学素子の光学軸方位角の絶対値とＴＮ型液晶素子液晶層
入射端面付近における光学軸方位角の絶対値の差が下記
式（３）を満たすと良い。また、とくに高画質が要求さ
れるときは、下記式（４）を満たす必要がある。

【００３４】

【数３】 ｜θ1｜−｜θLC｜＝（０°＋ｎ×１８０°）±１８° 又は ｜θ1｜−｜θLC｜＝（９０°＋ｎ×１８０°）±１８° （３）

【数４】 ｜θ1｜−｜θLC｜＝（０°＋ｎ×１８０°）±９° 又は ｜θ1｜−｜θLC｜＝（９０°＋ｎ×１８０°）±９ （４） ただし、｜θ1｜は第一の複屈折素子の光学軸方位角の
絶対値、｜θLC｜はＴＮ型液晶素子液晶層入射端面付近
における光学軸方位角の絶対値、ｎは０または１であ
る。

【００３５】液晶分子が９０°ねじれ配向であった場
合、ＴＮ型液晶素子液晶層入射端面付近の光学軸に平行
方向に偏光している光がＴＮ型液晶素子に入射した場
合、ＴＮ型液晶素子出射光は、ＴＮ型液晶素子液晶層出
射端面付近の光学軸に平行な偏光であり、ＴＮ型液晶素
子液晶層入射端面付近の光学軸に垂直方向に偏光してい
る光がＴＮ型液晶素子に入射した場合、ＴＮ型液晶素子
出射光は、ＴＮ型液晶素子液晶層射出面付近の光学軸に
垂直な偏光である。

【００３６】しかし、ＴＮ型液晶素子液晶層入射端面付
近の光学軸に平行かつ垂直方向でない方向に偏光した光
がＴＮ型液晶素子に入射した場合、ＴＮ型液晶素子射出
光の偏光は、液晶層光学軸に平行偏光成分と液晶層光学
軸に垂直偏光成分の位相差に応じた楕円率の楕円偏光と
なる。位相差は、常光線に対する屈折率と異常光線に対
する屈折率の差及び光波長及び液晶層の厚さに依存する
ので、ＴＮ型液晶素子射出光は波長ごとに偏光状態がこ
となり、着色してしまい画質を劣化されることになる。
第一の複屈折光学素子の光学軸方位角の絶対値とＴＮ液
晶層入射端面付近における光学軸方位角の絶対値の差が
式（３）を満たすときは、ＴＮ型液晶素子射出光の波長
ごとの偏光状態の差は小さいので着色によって画質が劣
化することなく、モアレ除去を行うことができる。

【００３７】また、能動光学素子がＴＮ型液晶素子であ
る光学的ローパスフィルタにおいて、第一の複屈折素子
の光学軸方位角とＴＮ型液晶素子液晶層の光入射端面付
近における光学軸方位角との差が下記式を満たすと、Ｔ
Ｎ型液晶素子液晶層入射端面付近の光学軸に平行かつ垂
直方向でない方向に偏光した光がＴＮ型液晶素子に入射
するため波長依存性の強い光学的ローパスフィルタにす
ることができる。ただし、式（３）の範囲は下記式には
含まないとする。

【００３８】｜θ1｜−｜θLC｜≠ｎ×９０° ここで、第一の複屈折光学素子の光学軸方位角の絶対
値、はＴＮ角液晶素子液晶層入射端面付近の光学軸方位
角の絶対値、ｎは０、１、２、３のいずれかの値であ
る。

【００３９】能動光学素子にＴＮ型液晶素子を用いる場
合、駆動電圧は、下記（５）式の範囲で連続的または選
択的に変化できることが望ましい。

【００４０】

【数５】 ｜Ｖth｜≦｜ＶP-P｜≦｜Ｖg｜ （５） ただし、ＶthはＴＮ型電気光学効果の光学的応答しきい
値液晶駆動電圧で、フレデリクス移転しきい値液晶駆動
電圧に比べて高い電圧である。ＶgはＴＮ型電気光学効
果の光学的応答が飽和する液晶駆動電圧である。ＶP-P
は液晶素子に印加する駆動電圧である。

【００４１】図６に示す光学的ローパスフィルタは、図
１に示したものと同じ光学的ローパスフィルタ２１であ
るが、ＴＮ型液晶素子駆動電圧は、駆動電源２６によっ
て、一定駆動電圧のＯＦＦ／ＯＮのほか、式（５）の範
囲の電圧をＴＮ型液晶素子に印加することができるよう
になっている。

【００４２】ＴＮ型液晶素子駆動電圧が下記式（６）の
ようである場合は、光線分離の様子は駆動電圧がＯＦＦ
の場合とほとんどかわりない。したがって、ＴＮ型液晶
素子透過光は、水晶板２４に対して常光線成分または異
常光線成分のみをもつため、図７（ａ）のような分離幅
が式（１）である２点分離となる。

【００４３】

【数６】 ｜ＶP-P｜＜｜Ｖth｜ （６） 駆動電圧が下記式（７）のようである場合は、光線分離
の様子は駆動電圧がＯＮの場合とほとんどかわりない。
したがってＴＮ型液晶素子透過光は、水晶板２４に対し
て常光線成分または異常光線成分のみをもつため、図７
（ｃ）のような分離幅が式（２）である２点分離とな
る。

【００４４】

【数７】 ｜ＶP-P｜＜｜Ｖg｜ （７） 駆動電圧が式（５）であるような場合、フレデリクス移
転しきい値駆動電圧付近であるため液晶分子の並び方
は、素子入射端面の液晶分子の向きと素子射出端面の液
晶分子の向きが９０°ねじれた状態と、液晶分子の向き
が光軸に平行な状態の中間の状態になる。このときＴＮ
型液晶素子入射光の入射端面の液晶分子の向きに平行な
偏光成分と垂直な偏光成分は、ＴＮ型液晶素子透過後、
偏光方向が駆動電圧に伴って０°〜９０°の間で回転す
る。

【００４５】したがって、ＴＮ型液晶素子透過光は、水
晶板２４に対して常光線成分と異常子光線成分の両方を
持つことになり、光線分離の様子は、図７（ｂ）のよう
に４点分離となる。分離した各光線光強度の比は、ＴＮ
型液晶素子透過光の水晶板２４に対する常光線成分と異
常光線成分の光強度比、すなわち、ＴＮ型液晶素子透過
光の偏光状態に依存する。つまり、ＴＮ型液晶素子駆動
電圧を式（５）の範囲で連続的に変化させると、分離し
た光線の光強度比を連続的に変化させることができる。

【００４６】以上のように、一定駆動電圧のＯＦＦ／Ｏ
Ｎのほか、式（５）の範囲の電圧をＴＮ型液晶素子に印
加できるようにすると、分離した光線の光強度比を連続
的に変化させることができるので、光学的ローパスフィ
ルタのＭＴＦ空間周波数特性を連続的に変化させること
ができる。すなわち、モアレの発生状況に応じて最適な
ＭＴＦ空間周波数特性を選ぶことができ、最適なモアレ
除去をおこなうことができる。

【００４７】また、複数の方向に光線分離させてモアレ
除去を行う場合や、物体によって必要な光線分離方向が
異なる場合は、第一の複屈折素子の光学軸方位角と第二
の複屈折素子の光学軸方位角が下記式（８）を満たすと
良い。

【００４８】

【数８】 ｜θ1｜≠｜θ2｜ （８） ただし、｜θ1｜は第一の複屈折素子の光学軸方位角の
絶対値、｜θ2｜は第二の複屈折素子の光学軸方位角の
絶対値である。

【００４９】複屈折素子で光線を分離させる場合、光線
の分離方向は、光学軸の方位角で決まる。つまり、第一
の複屈折素子の方位角と第二の複屈折素子の方位角が異
なれば、第一の複屈折素子による光線分離の方向と第二
の複屈折素子による光線分離の方向は異なることにな
る。このとき、能動光学素子に駆動力を印加すること
で、能動光学素子透過光の偏光状態を制御し、能動光学
素子の各透過光線が第二の複屈折素子に対して常光線成
分と異常光線成分の両方を持つようにすると同時に２方
向の光線分離を行うことができる。

【００５０】また、能動光学素子に駆動力を印加するこ
とで、能動光学素子透過光の偏光状態を制御し、第一の
複屈折素子に対して、常光線成分（異常光線成分）を持
つ光線が第二の複屈折素子に対して異常光線成分（常光
線）を持つ状態と第一の複屈折素子に対して、異常光線
成分（常光線成分）を持つ光線が第二の複屈折素子に対
して異常光線成分（常光線成分）を持つ状態とを切り替
えるようにすると、１方向のみの光線分離であるが光線
分離する方向を変えることができる。

【００５１】したがって、必要に応じて、能動光学素子
駆動力を制御することで、どの方向に光線分離するか、
いくつの方向に光線分離するかを選択することができる
ため、常に最適なモアレを除去を行うことができる。

【００５２】能動光学素子がＴＮ型液晶素子である光学
的ローパスフィルタにおいて、ＴＮ型液晶素子の液晶分
子がねじれ配向のときの光線分離幅が液晶分子がねじれ
配向でないときの光線分離幅よりも大きくなるように第
一の複屈折素子と第二の複屈折素子を配置すると良い。
ＴＮ型液晶素子のＭＴＦ空間周波数特性は、液晶駆動電
圧ＯＦＦのとき図８、液晶駆動電圧ＯＮ（式（７）を満
たす電圧）のとき図９のような特性を示す。

【００５３】すなわち、液晶駆動電圧が式（７）を満た
すときのほうが液晶駆動電圧ＯＦＦのときに比べて、空
間周波数の増加に伴うＭＴＦ低下量は小さい。そこで、
液晶分子がねじれ配向でないときに（液晶駆動電圧ＯＮ
で）光学的ローパスフィルタのカットオフ周波数が大き
くなる（光線分離幅小）ようにし、液晶分子がねじれ配
向のときの（液晶駆動電圧ＯＦＦ）カットオフ周波数が
小さくなる（光線分離幅大）ように第一の複屈折光学素
子と第一の複屈折光学素子を配置すると、カットオフ周
波数以下の周波数におけるＭＴＦ低下を最小限に止め、
カットオフ周波数以上の周波数におけるＭＴＦを最大限
低下させることができる。したがって、ＴＮ型液晶素子
のＭＴＦ特性を最大限利用し、解像力を不必要に低下さ
せない、効率の良いモアレ除去を行うことができる。

【００５４】能動光学素子が直線偏光状態を維持したま
ま偏光面を回転させる偏光制御作用をする液晶素子であ
り、式（８）を満たす光学的ローパスフィルタにおい
て、下記式（９）を満たすと、同時に複数の方向に光線
分離する状態と１方向のみに光線分離する状態を切り替
えることができ、常に最適なモアレ除去を行うことがで
きる。

【００５５】

【数９】 θP≠（ｎ×９０°） （９） ただし、θPは液晶素子による偏光面の回転角、ｎは整
数である。

【００５６】このような液晶素子を用いると、液晶駆動
電圧しきい値付近を用いなくとも、液晶素子を透過する
各光線は、第２の複屈折素子に対して常光線成分と異常
光線成分の両方を持つ。したがって、液晶素子駆動電圧
でしきい値付近を用いずに駆動電圧ＯＦＦ／ＯＮ（式
（７）を満たす電圧）のみでいくつの方向に光線分離す
るかを選択することができるため、液晶素子を安定して
駆動する事ができ、また液晶駆動電源を簡略化すること
ができる。

【００５７】能動光学素子が液晶素子である場合、液晶
素子液晶層の厚さは、３０μｍ以下であることが望まし
い。これは、液晶は、光学ガラスなどに比べると、光学
的透明度は低いため、層の厚さを大にすると散乱により
画質が著しく劣化して好ましくないからである。

【００５８】以下、図面を参照し、上記の概念構成を念
頭に具体的な実施例について説明する。

【００５９】図１０ないし図１２は本発明の第１実施例
に係わり、図１０は光学的ローパスフィルタの構成を示
す構成図、図１１は図１０のＴＮ型液晶素子の構成を示
す構成図、図１２は図１０の光学的ローパスフィルタを
有する内視鏡用外付けＴＶカメラを備えた内視鏡システ
ムの構成を示す構成図である。

【００６０】図１０に示すように、本実施例の光学的ロ
ーパスフィルタ１の構成は、ＴＮ型液晶素子２と、水晶
板３、４と、図中には示されていない液晶素子駆動電源
とからなり、ＴＮ型液晶素子２は、水晶板３、４の間に
配設されている。水晶板３、４の光学軸仰角は、４５°
方位角は、０°である。水晶板３の厚さは、３．４ｍ
ｍ、水晶板４の厚さは、２．０ｍｍである。また、ＴＮ
型液晶素子２の液晶層入射面付近における光学軸方位角
は、０°である。

【００６１】図１１に示すように、ＴＮ型液晶素子２
は、厚さ約１００ｎｍのＩＴＯ電極膜５、６付きの厚さ
１．１ｍｍのガラス基板７、８（例えばジオマテック
（株）製）に厚さ２００ｎｍの配向膜９、１０（例えば
チッソ石油化学（株）製ＰＳＩ−Ａ−３１０４−ＯＭ１
＋ＮＢ１１）を付ける。配向膜９、１０の間に直径８．
９７μｍのスペーサ１１（例えば積水化学工業（株）製
ミクロパールＳＰ−２０９）を挿入し液晶層用のギャッ
プを作り、ネマティック液晶１２（例えばチッソ石油化
学（株）製ＯＭ−２０００ＸＸ，Δｎ＝０．２４２，
ｎ。＝１．５２４）を注入し、封止剤１３（例えばチッ
ソ石油化学（株）製Ａ−７０４−６０）にてネマティッ
ク液晶１２を封止する。スペーサ１１は、液晶層用ギャ
ップ全域にわたって、一様な密度で分布している。ＩＴ
Ｏ電極膜５、６は、図中には示されていない素子外部か
らの電気配線が接続されている。

【００６２】このような光学的ローパスフィルタ１にお
いては、液晶駆動電圧がＯＦＦのとき光線分離幅は８．
２μｍ、液晶駆動電圧がＯＮ（５Ｖ）のとき光線分離幅
は３１．８μｍである。

【００６３】したがって、液晶駆動電圧のＯＮ／ＯＦＦ
によって、光線分離幅を２状態のどちらかを選択でき、
不必要な解像力低下を防ぎ、状況に応じたモアレ除去を
おこなうことができる。

【００６４】また、液晶駆動電圧を式（５）を満たす範
囲すなわち、１．５Ｖ〜３．５Ｖにすると光線分離は４
点分離となるため、より最適なローパス特性を選択して
モアレ除去を行うことができる。なお、水晶板３、４の
厚みは、状況な応じた最適な厚みを変更しても良いこと
は言うまでもない。また、ネマティック液晶１２、配向
膜９、１０、スペーサ１１、封止剤１３、ガラス基板
１、８、ＩＴＯ電極膜５、６は、他の製品を用いても同
様な効果が得られる。また、ガラス基板７、８を省略
し、水晶板３、４に直接ＩＴＯ電極膜５、６を付けても
良い。また、スペーサ１１は、液晶層を通過する光束の
外周に沿ってリング状に配置しても良い。このようにす
ると、液晶層を通過する光のスペーサ１１による散乱を
なくすこができるため、画質の低下を防ぐことができ
る。

【００６５】ところで、図１２に示すように、本実施例
の光学的ローパスフィルタ１を実装した内視鏡用外付け
ＴＶカメラを用いた内視鏡システムにおいては、光学的
ローパスフィルタ１と赤外カットフィルタ３１とＴＮ型
液晶素子２（図示せず）の駆動電源装置３２とをアダプ
タレンズ３３（焦点距離４５．８ｍｍ）の背後に取り付
けたアダプタ３４を介して、ファイバスコープ３５（接
眼レンズ３６の焦点距離７．９ｍｍ、ファイバ画質ピッ
チ７．５μｍ）とＴＶカメラ３７（ＣＣＤ３８は、２／
３インチ相当、有効画質数（Ｈ）５１０，（Ｖ）４９
２、画質サイズ（Ｈ）１７μｍ，（Ｖ）１３μｍ、チッ
プサイズ（Ｈ）１０ｍｍ，（Ｖ）９．３ｍｍ、ＲＧＢモ
ザイクカラーフィルタ付き）を接続する。

【００６６】ＴＶカメラ３７から出力される信号は、Ｔ
Ｖカメラ制御装置３９を介してモニタ４０上に表示され
る。

【００６７】アダプタ３４は、ファイバスコープ３５の
他にファイバスコープ３５とは接眼レンズ焦点距離、フ
ァイバー画質ピッチの異なるファイバスコープ４１や硬
性鏡４２を接続する事もある。

【００６８】上述したように、駆動電源装置３２の液晶
駆動電圧をＯＮ／ＯＦＦすることによって、アダプタ３
４に取り付けるファイバスコープ等の内視鏡に適してい
る光線分離幅を選ぶようにすると、不必要な解像力低下
をさせずにモアレ除去をおこなうことができる。

【００６９】また、液晶駆動電圧を連続的に変化させれ
ば、アダプタ３４に取り付ける内視鏡により適したロー
パス特性を選択することができ、最適なモアレ除去を行
うことができる。

【００７０】なお、ＣＣＤ３８やアダプタレンズ３３
は、本実施例で示したものに限らなくとも良い。光学的
ローパスフィルタ１を二つ以上用いる用にしても良い
し、光学的ローパスフィルタ１に水晶板を一枚以上追加
して用いても良い。

【００７１】また、光学的ローパスフィルタ１及び赤外
カットフィルタ３１は、アダプタ３４に装着するのでは
なく、ＴＶカメラ３７内のＣＣＤ３８の前側に装着しと
も良い。ＴＮ液晶素子２の駆動電源装置３２は、ＴＶカ
メラ制御装置３９と一体化しても良い。駆動電圧操作ス
イッチは、ＴＮ液晶素子２の駆動電源装置３２、ＴＶカ
メラ制御装置３９、ＴＶカメラ３７、アダプタ３４のい
ずれにとりつけても良い。また、モアレの発生量を検出
し、自動的に駆動電圧を操作するようにしても良い。

【００７２】図１３ないし図１８は本発明の第２実施例
に係わり、図１３は光学的ローパスフィルタの構成を示
す構成図、図１４は図１３の水晶板の光学軸の方位角を
示す説明図、図１５は図１３のＴＮ型液晶素子の駆動電
圧がＯＦＦになっている場合の作用について説明する説
明図、図１６は図１３のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯ
Ｎになっている場合の作用について説明する説明図、図
１７は図１３のＴＮ型液晶素子の駆動電圧が可変になっ
ている場合の作用について説明する説明図、図１８は図
１７における光線分離を説明する説明図である。

【００７３】図１３に示すように、第２実施例の光学的
ローパスフィルタ５１は、ＴＮ型液晶素子５２と水晶板
５３、５４とＴＮ液晶素子５２の駆動電源５５から構成
される。

【００７４】ＴＮ型液晶素子５２の液晶層入射端面付近
における平均的光学軸方位角の絶対値０°であり、水晶
板５３、５４の光学軸仰角は、４５°であって、図１４
に示すように、水晶板５３の光学軸方位角は０°、水晶
板５４の光学軸方位角は１８０°である。水晶板５３
は、水晶板５４に比べて厚くなっている。また、駆動電
源５５は、式（５）、（６）、（７）の範囲において出
力電圧を連続的に変化させることができるようになって
いる。

【００７５】このような光学的ローパスフィルタ５１の
入射光線の様子を示しているのが図１５及び図１６であ
り、ｘ−ｙ断面における光線分離の様子も同時に示して
いる。

【００７６】ＴＮ型液晶素子５２の駆動電圧が式（６）
を満たすとき、図１５のように、水晶板５３に入射した
光線は、常光線と異常光線とに分離して進行し、ＴＮ型
液晶素子５２に入射する。ＴＮ型液晶素子５２の射出光
偏光方向は、入射光偏光方向に対して９０°回転するの
で、水晶板５３に対する常光線は、水晶板５４に対して
は異常光線となり、水晶板５３に対する異常光線は、水
晶板５４に対しては常光線になる。したがって、光学的
ローパスフィルタ５１による光線分離幅は、式（２）の
ようになる。

【００７７】一方、ＴＮ型液晶素子５２の駆動電圧が式
（７）を満たすとき、図１６のように、水晶板５３に入
射した光線は、常光線と異常光線とに分離して進行し、
ＴＮ型液晶素子５２に入射する。ＴＮ型液晶素子５２の
射出光偏光方向は、入射光偏光方向と同じなので、水晶
板５３に対する常光線は、水晶板５４に対しても常光線
となり、水晶板５３に対する異常光線は、水晶板５４に
対しても異常光線になる。したがって、光学的ローパス
フィルタ５１による光線分離幅は、式（１）のようにな
る。

【００７８】以上のような光学的ローパスフィルタ５１
では、ＴＮ型液晶素子５２が図８のＭＴＦ空間周波数特
性を示す駆動電圧のときの光線分離幅のほうが、図９の
ＭＴＦ空間周波数特性を示す駆動電圧のときの光線分離
幅よりも、大きくなるような構成である。したがって、
ＴＮ型液晶素子５２のＭＴＦ特性を最大限に利用し、解
像力を不必要に低下させない、効率の良いモアレ除去を
行うことができる。

【００７９】また、液晶駆動電源５５によって、光学的
ローパスフィルタ５１に式（５）、（６）、（７）を満
たす駆動電圧を印加した場合の光線の様子を図１７に、
ｘ−ｙ断面における光線分離の様子を図１８に示す。液
晶駆動電圧が式（６）を満たす場合の光線分離は、図１
８（ａ）のようになり、液晶駆動電圧が式（７）を満た
す場合の光線分離は、図１８（ｃ）のようになる。一
方、液晶駆動電圧が式（５）式を満たす場合は、ＴＮ型
液晶素子５２の各透過光線は、水晶板５４に対して常光
線成分と異常光線成分の両方を持つため、光線分離は図
１８（ｂ）のように４点分離になる。さらに各分離光線
の光強度比は、液晶駆動電圧の連続的変化に伴って連続
的に変化させることができる。

【００８０】したがって、光学的ローパスフィルタのＭ
ＴＦ空間周波数特性を連続的に変化させることができ、
モアレの発生状況に応じて最適なＭＴＦ空間周波数特性
を選ぶことができ、最適なモアレ除去を行うことができ
る。

【００８１】なお、本実施例の水晶板５３、５４の厚み
は、同じであっても良い。

【００８２】図１９ないし図２２は本発明の第３実施例
に係わり、図１９は光学的ローパスフィルタの構成を示
す構成図、図２０は図１９の水晶板の光学軸の方位角を
示す説明図、図２１は図１９のＴＮ型液晶素子の駆動電
圧がＯＦＦになっている場合の作用について説明する説
明図、図２２は図１９のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯ
Ｎになっている場合の作用について説明する説明図であ
る。

【００８３】図１９に示すように、本実施例の光学的ロ
ーパスフィルタ６１は、ＴＮ型液晶素子６２と水晶板６
３、６４とＴＮ型液晶素子駆動電源６５から構成され
る。なお、ＴＮ型液晶素子液晶層入射端面付近における
光学軸方位角の絶対値は０°である。

【００８４】本実施例のＴＮ型液晶素子６２は、通常の
ＴＮ型液晶素子と異なり、液晶分子の配向ねじれ角は４
５°である。水晶板６３、６４の光学軸仰角は４５°で
あり、図２０に示すように、水晶板６３の光学軸方位角
は０°、水晶板６４の光学軸方位角は１３５°である。
すなわち、ＴＮ型液晶素子液晶層射出端面付近における
光学軸方位と水晶板６４の光学軸方位は、平行である。
また、水晶板６３は、水晶板６４と同じ厚さである。

【００８５】このような光学的ローパスフィルタ６１の
入射光線の様子を図２１及び図２２に示し、同時にｘ−
ｙ断面における光線分離の様子を示す。液晶素子駆動電
圧が、式（６）を満たすとき、図２１のように、水晶板
６３に入射した光線は、常光線と異常光線と分離して進
行し、ＴＮ型液晶素子６２に入射する。ＴＮ型液晶素子
６２の射出光偏光方向は、入射光偏光方向に対して４５
°回転するので、水晶板６３に対する常光線は、水晶板
６４に対しても常光線となり、水晶板６３に対する異常
光線は、水晶板６４に対しても異常光線になる。したが
って、光学的ローパスフィルタ６１による光線分離は発
生しない。

【００８６】一方、ＴＮ型液晶素子駆動電圧が式（７）
を満たすとき、図２２のように、水晶板６３に入射した
光線は、常光線と異常光線とに分離して進行し、ＴＮ型
液晶素子６２に入射する。ＴＮ液晶素子６２の射出光偏
光方向は、入射光偏光方向と同じなので、水晶板６３に
対する常光線、異常光線は、それぞれ、水晶板６４に対
しては常光線成分と異常光線成分の両方をもつことにな
る。したがって、光線分離は４点分離になり、しかも、
４５°異なる２方向に分離する。

【００８７】以上のような光学的ローパスフィルタ６１
は、液晶駆動電圧を変化させることによって、光線分離
をさせないか、同時に異なる２方向に光線分離させるか
を選択することができるため、必要に応じた最適なモア
レ除去が行える。１つ光学的ローパスフィルタ６１で同
時に異なる２方向のモアレ除去が行える為、光学的ロー
パスフィルタの個数を低減することができ、小型化、原
価低減が可能となる。さらに、液晶駆動電圧しきい値付
近を使用しないため、液晶素子を安定して駆動すること
ができ、液晶駆動電源を簡略化することができる。

【００８８】なお、水晶板６３と水晶板６４の厚さは、
異なっても良い。この場合、液晶駆動電圧が式（６）を
満たすとき、光線は２点に分離する。

【００８９】図２３ないし図２８は本発明の第４実施例
に係わり、図２３は光学的ローパスフィルタの構成を示
す構成図、図２４は図２３の水晶板の光学軸の方位角を
示す説明図、図２５は図２３のＴＮ型液晶素子の駆動電
圧がＯＦＦになっている場合の作用について説明する説
明図、図２６は図２３のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯ
Ｎになっている場合の作用について説明する説明図、図
２７は図２３のＴＮ型液晶素子の駆動電圧が可変になっ
ている場合の作用について説明する説明図、図２８は図
２７における光線分離を説明する説明図である。

【００９０】図２３に示すように、本実施例の光学的ロ
ーパスフィルタ７１は、ＴＮ型液晶素子７２と水晶板７
３、７４とＴＮ液晶素子駆動電源７５から構成される。
ＴＮ型液晶素子液晶層入射端面付近における平均的光学
軸方位角の絶対値は０°である。水晶板７３、７４の光
学軸仰角は４５°であり、図２４に示すように、水晶板
７３の光学軸方位角は０°、水晶板７４の光学軸方位角
は９０°である。水晶板７３と水晶板７４は同じ厚さで
ある。また、ＴＮ型液晶素子駆動電源７５は式（５）、
（６）、（７）の範囲において出力電圧を連続的に変化
させることができるようになっている。

【００９１】このような光学的ローパスフィルタ７１の
入射光線の様子を図２５及び図２６に示し、同時にｘ−
ｙ断面における光線分離の様子を示す。液晶素子駆動電
圧が、式（６）を満たすとき、図２５のように、水晶板
７３に入射した光線は、常光線と異常光線とに分離して
進行し、ＴＮ型液晶素子７２に入射する。ＴＮ型液晶素
子７２の射出光偏光方向は、入射光偏光方向に対して９
０°回転するので、水晶板７３に対する常光線は、水晶
板７４に対しても常光線となり、水晶板７３に対する異
常光線は、水晶板７４に対しても異常光線になり、光線
分離が図のようになる。

【００９２】一方、ＴＮ型液晶素子駆動電圧が式（７）
を満たすとき、図２６のように、水晶７３に入射した光
線は、常光線と異常光線とに分離して進行し、ＴＮ液晶
素子７２に入射する。ＴＮ液晶素子７２の射出光偏光方
向は、入射偏光方向と同じなので、水晶板７３に対する
常光線は、水晶板７４に対しては異常光線になり、水晶
板７３に対する異常光線は水晶板７４に対しては常光線
になり、光線分離が図のようになる。したがって、図２
６に示すように、光線分離幅は図２５と同じであるが、
光線分離方向は図２５と９０°異なる。

【００９３】このような光学的ローパスフィルタ７１
は、液晶駆動電圧を変化させることによって、光線の分
離方向を選択することができる。

【００９４】また、液晶駆動電源７５によって、光学的
ローパスフィルタ７１に式（５）、（６）、（７）を満
たす駆動電圧を印加した場合の光線の様子を図２７に、
ｘ−ｙ断面における光線分離の様子を図２８に示す。液
晶駆動電圧が式（６）を満たす場合の光線分離は、図２
８（ａ）のようになり、液晶駆動電圧が式（７）を満た
す場合の光線分離は、図２８（ｃ）のようになる。

【００９５】一方、液晶駆動電圧が式（５）式を満たす
場合は、水晶板７３で分離した各光線は、水晶板７４に
対して常光線成分と異常光線成分の両方を持つため、光
線分離は図２８（ｂ）のように４点分離になり、同時に
異なる２方向に光線分離することになる。さらに各分離
光線の光強度比は、液晶駆動電圧の連続的変化に伴って
連続的に変化させることができる。したがって、光線を
どの方向に分離させるか、光線をいくつの方向に分離さ
せるかを選択することができ、さらに光学的ローパスフ
ィルタのＭＴＦ空間周波数特性を連続的に変化させるこ
とができる、モアレの発生状況に応じて最適なモアレ除
去を行うことかできる。

【００９６】なお、水晶板７３と水晶板７４の厚さは、
異なっても良い。

【００９７】図２９ないし図３２は本発明の第５実施例
に係わり、図２９は光学的ローパスフィルタの構成を示
す構成図、図３０は図２９の水晶板の光学軸の方位角を
示す説明図、図３１は図２９のＴＮ型液晶素子の駆動電
圧がＯＦＦになっている場合の作用について説明する説
明図、図３２は図２９のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯ
Ｎになっている場合の作用について説明する説明図であ
る。

【００９８】図２９に示すように、本実施例の光学的ロ
ーパスフィルタ８１は、第３実施例の光学的ローパスフ
ィルタ６１に水晶板８２を取り付けた構成である。図３
０に示すように、水晶板８３の光学軸仰角は、４５°で
あり、光学軸方位角は、−９０°である。その他の構成
は第３実施例と同じである。

【００９９】このような光学軸ローパスフィルタ８１の
入射光線の様子を図３１及び図３２に示し、同時ににｘ
−ｙ断面における光線分離の様子を示す。

【０１００】第３実施例との違いは以下のことである。
すなわち、液晶駆動電圧が式（６）を満たすとき、光線
分離は、図３１のように２点分離になる。液晶駆動電圧
が式（７）を満たすとき、光線分離は、図３２のよう
に、８点分離で分離方向は３方向になる。

【０１０１】したがって、光学的ローパスフィルタ８１
に水晶板８２を加えることによって、より多くの方向の
光線分離に対応することができる。

【０１０２】図３３ないし図３６は本発明の第６実施例
に係わり、図３３は光学的ローパスフィルタの構成を示
す構成図、図３４は図３３の水晶板の光学軸の方位角を
示す説明図、図３５は図３３のＴＮ型液晶素子の駆動電
圧が可変になっている場合の作用について説明する説明
図、図３６は図３５における光線分離を説明する説明図
である。

【０１０３】図３３に示すように、本実施例の光学的ロ
ーパスフィルタ９１は、第４実施例の光学的ローパスフ
ィルタ７１に水晶板９２を取り付けた構成である。図３
４に示すように、水晶板９２の光学軸仰角は、４５°で
あり、光学軸方位角は、−４５°である。その他の構成
は第４実施例と同じである。

【０１０４】このような光学的ローパスフィルタ９１の
入射光線の様子を図３５に示し、図３６にｘ−ｙ断面に
おける光線分離の様子を示す。液晶駆動電圧が式（６）
を満たすとき、光線分離は図３６（ａ）のように、４点
分離で、２方向の分離になる。液晶駆動電圧が式（７）
を満たすとき、光線分離は図２６（ｃ）のように４点分
離で、１方向の分離になる。また液晶駆動電圧が式
（５）を満たすとき、光線分離は図３６（ｂ）のよう
に、８点分離で、３方向の分離になる。

【０１０５】したがって、光学的ローパスフィルタ９１
は、液晶駆動電圧を変えることによって、いくつの方向
に光線分離させるかを選択することができる。

【０１０６】図３７ないし図４０は本発明の第７実施例
に係わり、図３７は光学的ローパスフィルタの構成を示
す構成図、図３８は図３７の水晶板の光学軸の方位角を
示す説明図、図３９は図３７のＴＮ型液晶素子の駆動電
圧が第１の状態になっている場合の作用について説明す
る説明図、図４０は図３７のＴＮ型液晶素子の駆動電圧
が第２の状態になっている場合の作用について説明する
説明図である。

【０１０７】図３７に示すように、本実施例の光学的ロ
ーパスフィルタ１０１は、ＴＮ型液晶素子１０２と水晶
板１０３、１０４とＴＮ液晶素子駆動電源１０５から構
成される。ＴＮ型液晶素子液晶層入射端面付近における
平均的光学的軸方位角の絶対値は０°である。水晶板１
０３、１０４の光学軸仰角は、４５°であり、図３８に
示すように水晶板１０３の光学軸方位角は４５°、水晶
板１０４の光学軸方位角は４５°である。水晶板１０３
は、水晶板１０４に比べて厚くなっている。

【０１０８】光学的ローパスフィルタ１０１に光が入射
した場合を図３９及び図４０に示し、同時に、ｘ−ｙ断
面における光線分離の様子を示す。液晶駆動電圧が式
（６）を満たすとき、図３９のように、水晶板１０３に
入射した光線は、常光線と異常光線とに分離して進行
し、ＴＮ型液晶素子１０２に入射する。このとき、水晶
板５８に対する常光線、異常光線ともに、ＴＮ型液晶素
子１０２の液晶層入射端面付近の液晶分子に対しては常
光線成分と異常光線成分の両方を持つことになる。ＴＮ
型液晶素子１０２透過光の偏光状態は、ＴＮ型液晶素子
１０２液晶層の厚さに対応して生じる液晶分子に対する
常光線と異常光線の位相差によって、楕円偏光となる。
したがって、ＴＮ型液晶素子１０２を透過した各光線
は、水晶板１０４に対して常光線成分と異常光線成分の
両方を持つことになり、光線成分は４点分離で、１方向
の分離となる、ただし、水晶板１０３に対する常光線の
ＴＮ型液晶素子１０２透過後の楕円偏光の楕円長軸と水
晶板１０３に対する異常光線のＴＮ型液晶素子１０２透
過後の楕円偏光の楕円長軸は直交しているので、水晶板
１０３に対する常光線の水晶板１０４に対する常光線成
分と異常光線成分の光強度比と水晶板１０３に対する異
常光線の水晶板１０４に対する常光線成分と異常光線成
分の光強度比は互いに逆数関係になる。

【０１０９】一方、液晶駆動電圧が式（７）を満たすと
き、図４０のように、水晶板１０３に入射した光線は、
常光線と異常光線とに分離して進行し、ＴＮ型液晶素子
１０２に入射する。ＴＮ型液晶素子１０２の透過光の偏
光状態は、ＴＮ型液晶素子１０２入射光の偏光状態と同
じなので、水晶板１０３に対する常光線は、水晶板１０
４に対しても常光線であり、水晶板１０３に対する異常
光線は、水晶板１０４に対しても異常光線である。した
がって、光線分離は２点分離となる。

【０１１０】以上のような光学的ローパスフィルタ１０
１は、液晶駆動電圧を変えることによって、ローパス特
性を変化させることができる。また、液晶駆動電圧をし
きい値付近にして使用しなくとも、光線分離を４点分離
にすることが可能であり、安定してローパスフィルタを
駆動できる。また本実施例は液晶の複屈折性を利用して
光の偏光状態を制御しているため、波長依存性の強い光
学的ローパスフィルタにすることができる。

【０１１１】また、水晶板１０３、１０４の光学的方位
角は、０°、９０°、１８０°、２７０°以外であれば
液晶の複屈折性を利用することができる。水晶板の光学
軸方位角に応じて分離した各光線の光強度比を変えるこ
とができるので、必要に応じた光学軸方位角を選べば、
必要に応じたローパス特性にすることができる。

【０１１２】また、ＴＮ型液晶素子１０２は、超ねじれ
複屈折効果（ＳＢＥ）型液晶素子、超ねじれネマティッ
ク（ＳＴＮ）型液晶素子、電界制御複屈折（ＥＣＢ）型
液晶素子など、液晶分子の複屈折を利用して偏光状態を
制御する液晶素子に置き換えても良い。この場合水晶板
の光学軸方位角は、上記のような制限をしなくとも良
い。

【０１１３】第１実施例〜第６実施例においてもＳＢＥ
型、ＳＴＮ型、ＥＣＢ型液晶素子を用いても良い。この
場合、波長依存性の強い光学的ローパスフィルタとな
る。

【０１１４】なお、本発明で用いる水晶板の厚さは、実
施例に示したものに限るものではなく、必要に応じて水
晶板の厚さを変えても、同様な効果が得られる。また、
水晶板の代わりに方解石板などの複屈折板を用いても同
様な効果が得られる。

【０１１５】図４１ないし図４７は本発明の第８実施例
に係わり、図４１は光学的ローパスフィルタを用いたＴ
Ｖカメラの構成を示す構成図、図４２は図４１のＴＶカ
メラの第１の変形例の構成を示す構成図、図４３はズー
ミングに連動して光学的ローパスフィルタのローパスフ
ィルタ効果を可変とした図４１のＴＶカメラの第２の変
形例の要部構成を示す構成図、図４４は図４１のＴＶカ
メラに広角レンズを装着した構成を示す構成図、図４５
は図４１のＴＶカメラに望遠レンズを装着した構成を示
す構成図、図４６は図４１のＴＶカメラの第３の変形例
の構成を示す構成図、図４７は図４１のＴＶカメラの第
４の変形例の構成を示す構成図である。

【０１１６】図４１に示すように、本発明の光学的ロー
パスフィルタ１１１を用いたＴＶカメラ１１２は、ズー
ムレンズ１１３の焦点キョリの変化に応じて光学的ロー
パスフィルタ１１１のローパスフィルタ効果が変わるよ
うになっている。図４１はズームレンズ１１３の焦点キ
ョリが短い時の図で、光学的ローパスフィルタ１１１の
ローパスフィルタ効果は強くなっている。なぜなら物体
像の固体撮像素子１１４への結像倍率の絶対値は小さい
ので、物体像は高周波成分が多くモアレが出やすいから
である。そして、固体撮像素子１１４からの撮像信号は
カメラコントロールユニット（ＣＣＵ）１１５により信
号処理され、モニタ１１６に表示されるようになってい
る。

【０１１７】図４２はズームレンズ１１３の焦点キョリ
が長い場合の状態を示したもので、光学的ローパスフィ
ルタ１１１のローパスフィルタ効果は弱くなっている。
なぜなら物体像の結像倍率の絶対値はズームレンズ１１
３の焦点キョリが短かい場合に比べ大きいので、物体像
は、高周波成分が少ないからモアレが出にくく、ローパ
スフィルタ効果は弱い方がよいのである。

【０１１８】ズームレンズ１１３のズーミングに連動し
て光学的ローパスフィルタ１１１のローパス効果が変わ
るようにしてもよいし、手動で光学的ローパスフィルタ
１１１のローパス特性を変えてもよいし、図４３はズー
ミングに連動して光学的ローパスフィルタ１１１のロー
パスフィルタ効果が変る場合のブロック図である。ズー
ムコントローラ１２１からの信号でズームレンズの駆動
回路１２２が動きモータ１２３によりギア１２４が動き
ズーミングが行なわれる。同時にズームコントローラ１
２１からの信号で光学的ローパスフィルタ１１１にかか
る電圧を制御する電圧制御回路１２５がうごき光学的ロ
ーパスフィルタ１１１のローパス効果が変化する。

【０１１９】なお、上記で光学的ローパスフィルタ１１
１のローパスフィルタ効果が強いというのは光学的ロー
パスフィルタ１１１の低周波のＭＴＦが低い状態をさ
し、ローパスフィルタ効果が弱いというは光学的ローパ
スフィルタ１１１の低周波のＭＴＦが高い状態を指す。

【０１２０】図４４及び図４５は交換レンズ方式のＴＶ
カメラの場合であり、図４４は広角レンズが装着された
場合を、図４５は望遠レンズが装着された場合を示す。

【０１２１】レンズマウント部１３１には接点があり、
広角レンズ１３２には抵抗Ｒ1があり、望遠レンズ１３
３にはＲ2があり、Ｒ1≠Ｒ2とすることで、光学的ロー
パスフィルタ１１１にかかる電圧を変え光学的ローパス
フィルタ１１１のローパスフィルタ効果を広角時には強
く、望遠時には弱くしている。抵抗Ｒ1、Ｒ2のかわりに
変換レンズの焦点キョリ情報を書き込んだＲＯＭ（ＲＥ
ＡＤ ＯＮＬＹ ＭＥＭＯＲＹ）等とレンズ側に組み込
み、ＴＶカメラ１１２側からそれをよみ出し光学的ロー
パスフィルタ１１１にかかる電圧を制御しローパスフィ
ルタ効果を可変させてもよい。

【０１２２】図４６は、物体キョリの変化に対応して光
学的ローパスフィルタ１１１のローパスフィルタ効果を
変えるＴＶカメラ１１２の例で、レンズ１３５の摺動を
ロッズ１３６で伝え可変抵抗１３７をうごかし光学的ロ
ーパスフィルタ１１１にかかる電圧を変え光学的ローパ
スフィルタ１１１のローパスフィルタ特性を可変するの
である。ピントが遠方に合っている時（図４６（ａ））
は結像倍率の絶対値は低く、物体像は高周波成分が多い
ので光学的ローパスフィルタ１１１のローパスフィルタ
効果は強くなる。また、近くにピントが合っている時
（図４６（ｂ））はその逆でローパスフィルタ効果は弱
くなる。

【０１２３】可変抵抗１１６のかわりに、電気的にレン
ズ１１４の位置を検出してその情報を光学的ローパスフ
ィルタ１１１にかかる電圧に変換してもよい。オートフ
ォーカス式のカメラなら、レンズ駆動情報から光学的ロ
ーパスフィルタ１１１にかかる電圧を求め、ローパスフ
ィルタ特性を変えてもよい。

【０１２４】図４７は、本実施例のＴＶカメラの第４の
変形例で、固体撮像素子１１４からの撮像信号をＣＣＵ
１１５で映像情報に変換し、画像情報分析回路１４１に
て画像中のモアレの強弱を検出し、モアレが強い場合に
は光学的ローパスフィルタ１１１のローパスフィルタ効
果を強くする。画像中のモアレが弱い時には光学的ロー
パスフィルタ１１１のローパスフィルタ効果を弱くす
る。

【０１２５】モアレの強弱を画像情報分析回路１４１で
検出するかわりに、物体が何であるかを認識し、物体に
応じて光学的ローパスフィルタ１１１のローパス効果を
変化させてもよい。たとえば、ビルの窓を遠景から撮っ
た場合にはモアレが出やすいのでローパスフィルタ効果
を強くする、あるいは被写体にネクタイがあればローパ
スフィルタ効果を弱くする、などである。

【０１２６】画像中の明暗の境界がはっきりしている場
合にもローパスフィルタ効果を強くするとよい。もちろ
ん、画像情報分析回路１４１は人間の頭脳ほどは有効に
働かない場合もあるので、ローパスフィルタ効果を手動
で可変できるようにしてもよく、また、自動可変と手動
可変とを切り換えられるよう、スイッチ１４２を設けて
もよい。

【０１２７】図４８ないし図５４は本発明の第９実施例
に係わり、図４８は光学的ローパスフィルタの構成を示
す構成図、図４９は図４８の光学的ローパスフィルタの
作用を説明する説明図、図５０は図４８の光学的ローパ
スフィルタの第１の変形例の構成を示す構成図、図５１
は図５０の透明電極の鳥カン図、図５２は図５０の光学
的ローパスフィルタの作用を説明する説明図、図５３は
図４８の光学的ローパスフィルタの第２の変形例の構成
を示す構成図、図５４は図５３の光学的ローパスフィル
タの作用を説明する説明図である。

【０１２８】本実施例の光学的ローパスフィルタ１５０
は、図４８に示すように、コレステリック液晶１５１を
用いたものである。透明キバンたとえばガラス１５２の
間にコレステリック液晶１５１が、そのらせん軸がガラ
ス１５２とほぼ垂直になるように配向している。なお、
符号１５３は透明電極、符号１５４は配向膜である。こ
の時、上方から入射光は円形にボケた像を作りローパス
フィルタ効果が強い。図４９に示すように、光学的ロー
パスフィルタ１５０で電圧を印加した場合、コレステリ
ック液晶１５１の配向は分子長軸がガラス１５２に垂直
なホメオトロピック配向になり、（あるいは近づき）ロ
ーパスフィルタ効果が小さくなる。

【０１２９】コレステリック液晶１５１の代わりに、ら
せん軸がガラス１５２にほぼ垂直なカイラルスメクチッ
ク液晶を用いてもよい。あるいはらせん軸がガラス１５
２にほぼ垂直な強誘電性液晶を用いてもよい。また、印
加電圧はＯＮ、ＯＦＦでなく、連続的に可変させてもよ
い。

【０１３０】印加する電圧Ｖはしきい値電圧Ｖch-Nより
大きいことが望ましく、しきい値電圧Ｖch-Nは、

【数１０】 である。

【０１３１】ただし、ｄ…液晶セルの厚さ（図４８の
ｄ） ｐ…らせんピッチの長さ Ｅａ…誘電異方性 Ｅｏ…真空の誘電率 Ｋ22…液晶の弾性テンソル（６×６）の２２成分 π…円周率 である。また、

【数１１】 （単位：ボルト）であるのが温度変化にも強く、良い。

【０１３２】図５０に誘導電性のカイラルスメクチック
液晶１５６を用いた可変液晶ローパスフィルタの図を示
した。図５１は透明電極１５３の鳥カン図である。図５
０の状態では上方から入射する光線はカイラルスメクチ
ック液晶１５６で散乱を受けて多少ボケる。

【０１３３】ここで、しきい値以上の電圧を印加する
と、図５２のように液晶分子は１方向を向くので、複屈
折性で入射光は、およそはっきり２点に分かれる。

【０１３４】このようにスイッチ１５７のＯＮ、ＯＦＦ
でローパスフィルタ効果を可変にできるのである。もち
ろん電圧を連続に変化させて、ローパスフィルタ効果を
変化させてもよい。

【０１３５】図５３はカイラルスメクチック液晶１５６
のらせん軸がガラス１５２に平行な一つの方向を向いた
場合の液晶ローパスフィルタの１例である。電圧がＯＦ
Ｆの時はらせん軸の方向にグレーティングのような作用
がおこり、入射光は０次、１次、２次…の複数の点に分
かれる。

【０１３６】図５４は図５３において電圧をＯＮにした
時で、らせんが消失し分子は一方向を向くので複屈折性
が生じるため入射光は２点に分離する。このためローパ
スフィルタ効果を可変にできるものである。

【０１３７】なお、図５３の状態でローパスフィルタ効
果が不変のローパスフィルタとして用いることもでき
る。カイラルスメクチック液晶１５６のかわりにコレス
テリック液晶１５１、強誘電性液晶を用いてもよい。

【０１３８】第８実施例の光学的ローパスフィルタ１１
１に、本第９実施例の液晶可変ローパスフィルタを用い
てももちろん良い。

【０１３９】また、第１実施例の内視鏡システムに、だ
い２、３、４、５、６、７、９実施例の光学的ローパス
フィルタを用いても良い。

【０１４０】［付記］ （付記項１） 少なくとも１つの能動光学素子と、前記
能動光学素子の駆動源とを備えたことを特徴とする光学
的ローパスフィルタ。

【０１４１】（付記項２） 第一の複屈折素子と第二の
複屈折素子とを備え、前記能動光学素子が前記第一の複
屈折素子と前記第二の複屈折素子との間に配設されてい
ることを特徴とする付記項１に記載の光学的ローパスフ
ィルタ。

【０１４２】（付記項３） 前記能動光学素子の前記駆
動源は、駆動力を連続的に変化させ、前記能動光学素子
は、前記駆動力の変化に伴って透過光の偏光状態を連続
的に変化させることを特徴とする付記項１または２に記
載の光学的ローパスフィルタ。

【０１４３】（付記項４） 前記能動光学素子が、直線
偏光状態を維持したまま偏光面を回転させる偏光制御作
用する素子であることを特徴とする付記項１、２または
３のいずれか１つに記載の光学的ローパスフィルタ。

【０１４４】（付記項５） 前記能動光学素子が、複屈
折性を利用して光の偏光状態を制御する素子であること
を特徴とする付記項１、２または３のいずれか１つに記
載の光学的ローパスフィルタ。

【０１４５】（付記項６） 前記能動光学素子がＴＮ型
液晶素子であって、前記第一の複屈折素子の光学軸方位
角と前記ＴＮ型液晶素子液晶層の光入射端面付近におけ
る光学軸方位角との差がほぼ０°又は、ほぼ９０°、ほ
ぼ１８０°又は、ほぼ２７０°であることを特徴とする
付記項２に記載の光学的ローパスフィルタ。

【０１４６】（付記項７） 前記能動光学素子がＴＮ型
液晶素子であって、前記第一の複屈折素子の光学軸方位
角と前記ＴＮ型液晶素子液晶層の光入射端面付近におけ
る光学軸方位角との差が下記式を満たすことを特徴とす
る付記項２に記載の光学的ローパスフィルタ。

【０１４７】｜θ1｜−｜θLC｜≠ｎ×９０° ただし、｜θ1｜は第１の複屈折素子の光学軸方位角の
絶対値、｜θLC｜はＴＮ型液晶素子液晶入射端面付近の
光学軸方位角の絶対値、ｎは０、１、２、３の内のいず
れかの値である。

【０１４８】（付記項８） 前記能動光学素子がＴＮ型
液晶素子であって、前記ＴＮ型液晶素子の駆動電圧が下
記式の範囲の少なくとも一部を含むことを特徴とする付
記項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１つに
記載の光学的ローパスフィルタ。

【０１４９】｜Ｖth｜＜｜ＶP-P｜＜｜Ｖg｜ ただし、ＶthはＴＮ型電気光学効果の光学的応答しきい
値液晶駆動電圧、ＶgはＴＮ型電気光学効果の光学的応
答が飽和する液晶駆動電圧、ＶP-Pは液晶素子に印加す
る駆動電圧である。

【０１５０】（付記項９） 能動光学素子がＴＮ型液晶
素子であって、前記ＴＮ型液晶素子の駆動電圧が下記式
の範囲の少なくとも一部を含むことを特徴とする付記項
１、２、３、４、５、６、７または８に記載の光学的ロ
ーパスフィルタ。

【０１５１】｜Ｖth｜＜｜ＶP-P｜＜｜Ｖth＋２｜（単
位：ボルト） ただし、ＶthはＴＮ型電気光学効果の光学的応答しきい
値液晶駆動電圧、ＶP-Pは液晶素子に印加する駆動電圧
である。

【０１５２】（付記項１０） 前記第一の複屈折素子の
光学軸方位角の絶対値と前記第二の複屈折素子の光学軸
方位角の絶対値が異なることを特徴とする付記項２、６
または７のいずれか１つに記載の光学的ローパスフィル
タ。

【０１５３】（付記項１１） 前記能動光学素子がＴＮ
型液晶素子であって、前記ＴＮ型液晶素子の液晶分子が
ねじれ配向のときの光線分離幅が前記液晶分子がねじれ
配向でないときの光線分離幅よりも大であることを特徴
とする付記項１、２、３、４、５、６、７、８または１
０のいずれか１つに記載の光学的ローパスフィルタ。

【０１５４】（付記項１２） 前記第一の複屈折素子の
光学軸方位角の絶対値と前記第二の複屈折素子の光学方
位角の絶対値が異なり、前記能動光学素子が直線偏光状
態を維持したまま偏光面を回転させる偏光制御作用をす
る液晶素子であって、前記液晶素子による偏光面回転角
が下記式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光
学的ローパスフィルタ。

【０１５５】θP≠（ｎ×９０°） ただし、θPは液晶素子による偏光面回転角、ｎは整数
である。

【０１５６】（付記項１３） 前記能動光学素子が液晶
素子であって、前記液晶素子液晶層の厚さが３０μｍ以
下であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
６、７、８、９、１０、１１または１２記載の光学的ロ
ーパスフィルタ。

【０１５７】（付記項１４） 可変ローパスフィルタを
備え、ズームレンズの焦点距離の変化に応じて前記可変
ローパスフィルタのローパスフィルタ効果を変化させる
ことを特徴とする撮像装置。

【０１５８】（付記項１５） 可変ローパスフィルタを
備え、交換レンズの焦点距離の変化に応じて前記可変ロ
ーパスフィルタのローパスフィルタ効果を変化させるこ
とを特徴とする撮像装置。

【０１５９】（付記項１６） 可変ローパスフィルタを
備え、物体距離の変化に応じて前記可変ローパスフィル
タのローパスフィルタ効果を変化させることを特徴とす
る撮像装置。

【０１６０】（付記項１７） 可変ローパスフィルタ及
び物体を認識する手段を備え、物体に応じて前記可変ロ
ーパスフィルタのローパスフィルタ効果を変化させるこ
とを特徴とする撮像装置。

【０１６１】（付記項１８） カイラルコレステリック
液晶を前記カイラルコレステリック液晶の螺旋軸が基板
にほぼ垂直になるように配向させ、前記カイラルコレス
テリック液晶に印加する電圧を変化させる事によりロー
パスフィルタ効果を変化させることを特徴とする可変ロ
ーパスフィルタ （付記項１９） カイラルスメクチック液晶を前記カイ
ラルスメクチック液晶の螺旋軸が基板にほぼ垂直になる
ように配向させ、前記カイラルスメクチック液晶に印加
する電圧を変化させる事によりローパスフィルタ効果を
変化させることを特徴とする可変ローパスフィルタ （付記項２０） 強誘電性液晶を前記強誘電性液晶の螺
旋軸が基板にほぼ垂直になるように配向させ、前記強誘
電性液晶に印加する電圧を変化させる事によりローパス
フィルタ効果を変化させることを特徴とする可変ローパ
スフィルタ ［付記項１に対応する説明］付記項１の光学的ローパス
フィルタは、少なくとも１つの能動光学素子と能動光学
素子の駆動源を備えていることを特徴とする。能動光学
素子とは、光学的異方性を有する光学素子の内、電場、
磁場、熱等の駆動力を印加することによって、光学軸の
方向が変化する光学素子または、通常は、光学的に等方
的な素子であるが、電場、磁場、熱等の駆動力を印加す
ることによって、光学的異方性を示す光学素子のことで
ある。光学的異方性を示す光学素子へ光が入射する場
合、光学軸にたいする光の入射方向と光学軸にたいする
入射光の偏光方向の違いによって、複屈折によって光線
を常光線と異常光線に分離する作用をしたり、光学素子
から射出する際の光の偏光状態を光学素子へ入射する際
の光の偏光状態とは異ならせる作用をしたりする。した
がって、能動光学素子に駆動力を印加することで光学素
子の示す光学的異方性を変化させると、光学的ローパス
フィルタとしての特性を変化させることができる。した
がって、能動光学素子を少なくとも１つ含む光学的ロー
パスフィルタは、必要に応じて、能動光学素子駆動力を
変えることでローパス特性を変えることにより、不必要
に解像力を低下させること無く、最適なモアレ除去を行
うことができる。

【０１６２】［付記項２に対応する説明］また、付記項
２の光学的ローパスフィルタは、第一の複屈折素子と第
二の複屈折素子と能動光学素子と能動光学素子の駆動源
とからなり、能動光学素子が第一の複屈折素子と第二の
複屈折素子との間におかれている。複屈折素子には、例
えば水晶板が良い。能動光学素子には印加する駆動力に
応じて透過光の偏光状態を変化させることができる光学
素子、例えば、ねじれネマティック型（以下、ＴＮ型と
呼ぶ）液晶素子が良い。このような構成をした光学的ロ
ーパスフィルタの効果を以下に説明する。図１に示すよ
うにＴＮ型液晶素子２２を水晶板２３、と水晶板２４の
間に置く。また、ＴＮ型液晶素子２２には、駆動電源２
５を接続しておく。水晶板２３、２４の光学軸は、仰角
４５°、方位角０°である。ここで、図３に示すように
光学軸の仰角とは、光の入射方向をｚ軸にとった場合、
光学軸とｚ軸とがなす角のことであり、光学軸の方位角
とは、ｚ軸に垂直な方向にｘ軸、ｚ軸とｘ軸に垂直な方
向にｙ軸をとった場合、光学軸のｘ−ｙ平面成分がｘ軸
となす角のことである。このような光学的ローパスフィ
ルタに光線が入射した場合について考える。図４はＴＮ
型液晶素子２２の駆動電圧がＯＦＦになっている場合で
ある。水晶板２３に入射した光線は、常光線と異常光線
に分離してＴＮ型液晶素子２２に入射する。それぞれの
光線は、ＴＮ型液晶素子を通過すると偏光方向が９０°
回転するため、水晶板２３に対する常光線は、水晶板２
４に対して異常光線になり、水晶板２３に対する異常光
線は、水晶板２４に対して常光線になる。したがって、
水晶板２４通過後の光線分離幅Δoffは、下記式のよう
になる。

【０１６３】 Δoff＝｜Δ1−Δ2｜ （１） ただし、Δ1は、水晶板２３における光線分離幅、Δ2
は、水晶板２４における光線分離幅である。一方図５
は、ＴＮ型液晶素子２２の駆動電圧がＯＮになっている
場合である。水晶板２３に入射した光線は、常光線と異
常光線に分離してＴＮ型液晶素子２２に入射する。それ
ぞれの光線は、ＴＮ型液晶素子２２を通過しても偏光方
向は変化しないので、水晶板２３に対する常光線は、水
晶板２４に対しても常光線になり、水晶板２３に対する
異常光線は、水晶板２４に対しても異常光線である。し
たがって、水晶板２４通過後の光線分離幅は、下記式の
ようになる。

【０１６４】 ΔON＝｜Δ1＋Δ2｜ （２） したがって、駆動電圧のＯＦＦ／ＯＮの切り替えによっ
て、（１）式、（２）式であらわされる２種類の光線分
離幅に変わる。したがって、必要に応じて光線分離幅を
変えることができるので、不必要に解像力を低下させる
こと無く、最適なモアレ除去を行うことができる。

【０１６５】ただし、本発明において、駆動電圧ＯＮと
は、能動光学素子に電気光学効果の光学的応答しきい値
駆動電圧より十分大きな駆動電圧を印加することを指
し、駆動電圧ＯＦＦとは、駆動電圧を印加しないことを
指す。

【０１６６】［付記項３に対応する説明］能動光学素子
の駆動源は、駆動力を連続的に変化させることができ、
能動光学素子は、駆動力の連続的変化に伴って透過光の
偏光状態を連続的に変化させられると良い。光学的ロー
パスフィルタの総合的なＭＴＦ空間周波数特性は、第一
の複屈折素子にて分離した各光線の第二の複屈折素子に
対する常光線成分強度と異常光線成分光強度の比によっ
て決まる。第一の複屈折素子にて分離した各光線の第二
の複屈折素子に対する常光線成分強度と異常光線成分光
強度の比は、能動光学素子透過光の偏光状態に依存す
る。したがって、能動光学素子透過光の偏光状態を連続
的に変化させることができれば、第一の複屈折素子にて
分離した各光線の第二の複屈折素子に対する常光線成分
光強度と異常光線成分光強度の比を連続的に変化させる
ことができ、光学的ローパスフィルタのＭＴＦ空間周波
数特性を連続的に変化させることができる。したがっ
て、モアレの発生状況に応じて最適なＭＴＦ空間周波数
特性を選ぶことができ、最適なモアレ除去をおこなうこ
とができる。

【０１６７】［付記項４に対応する説明］能動光学素子
は直線偏光状態を維持したまま偏光面を回転させる偏光
制御作用をする素子は偏光面回転角の波長依存性が小さ
いため、着色することがほとんどない。したがって、着
色による画質の劣化を無くしたい場合や、色再現性を重
視したりする場合などに適している。

【０１６８】［付記項５に対応する説明］能動光学素子
が複屈折性を利用して光の偏光状態を制御する素子は、
素子透過光偏光状態の波長依存性が大きい。したがっ
て、ローパス特性に波長依存性を持たせたい場合などに
適している。

【０１６９】［付記項６に対応する説明］能動光学素子
がＴＮ型液晶素子である光学的ローパスフィルタにおい
ては、第一の複屈折光学素子の光学軸方位角の絶対値と
ＴＮ型液晶素子液晶層入射端面付近における光学軸方位
角の絶対値の差が下記式（３）を満たすと良い。また、
とくに高画質が要求されるときは、下記式（４）を満た
す必要がある。

【０１７０】 ｜θ1｜−｜θLC｜＝（０°＋ｎ×１８０°）±１８° 又は ｜θ1｜−｜θLC｜＝（９０°＋ｎ×１８０°）±１８° （３） ｜θ1｜−｜θLC｜＝（０°＋ｎ×１８０°）±９° 又は ｜θ1｜−｜θLC｜＝（９０°＋ｎ×１８０°）±９ （４） ただし、｜θ1｜は第一の複屈折素子の光学軸方位角の
絶対値、｜θLC｜はＴＮ型液晶素子液晶層入射端面付近
における光学軸方位角の絶対値、ｎは０または１であ
る。液晶分子が９０°ねじれ配向であった場合、ＴＮ型
液晶素子液晶層入射端面付近の光学軸に平行方向に偏光
している光がＴＮ型液晶素子に入射した場合、ＴＮ型液
晶素子液晶層端面付近の光学軸に平行な偏光であり、Ｔ
Ｎ型液晶素子液晶層入射端面付近の光学軸に垂直方向に
偏光している光がＴＮ型液晶素子に入射した場合ＴＮ型
液晶素子射出光は、ＴＮ型液晶素子出射光は、ＴＮ型液
晶素子液晶層射出面付近の光学軸に垂直な偏光である。
しかし、ＴＮ型液晶素子液晶層入射端面付近の光学軸に
平行かつ垂直方向でない方向に偏光した光がＴＮ型液晶
素子に入射した場合、ＴＮ型液晶素子射出光の偏光は、
液晶層光学軸に平行偏光成分と液晶層光学軸に垂直偏光
成分の位相差に応じた楕円率の楕円偏光となる。位相差
は、常光線に対する屈折率と異常光線に対する屈折率の
差及び光波長及び液晶層の厚さに依存するので、ＴＮ型
液晶素子射出光は波長ごとに偏光状態がことなり、着色
してしまい画質を劣化されることになる。第一の複屈折
光学素子の光学軸方位角の絶対値とＴＮ液晶層入射端面
付近における光学軸方位角の絶対値の差が式（３）を満
たすときは、ＴＮ型液晶素子射出光の波長ごとの偏光状
態の差は小さいので着色によって画質が劣化することな
く、モアレ除去を行うことができる。

【０１７１】［付記項７に対応する説明］能動光学素子
がＴＮ型液晶素子である光学的ローパスフィルタにおい
て、第一の複屈折素子の光学軸方位角とＴＮ型液晶素子
液晶層の光入射端面付近における光学軸方位角との差が
下記式を満たすと、ＴＮ型液晶素子液晶層入射端面付近
の光学軸に平行かつ垂直方向でない方向に偏光した光が
ＴＮ型液晶素子に入射するため波長依存性の強い光学的
ローパスフィルタにすることができる。ただし、式
（３）の範囲は下記式には含まないとする。

【０１７２】｜θ1｜−｜θLC｜≠ｎ×９０° ここで、第一の複屈折光学素子の光学軸方位角の絶対
値、はＴＮ角液晶素子液晶層入射端面付近の光学軸方位
角の絶対値、ｎは０、１、２、３のいずれかの値であ
る。

【０１７３】［付記項８に対応する説明］能動光学素子
にＴＮ型液晶素子を用いる場合、駆動電圧は、下記式の
範囲で連続的または選択的に変化できることが望まし
い。

【０１７４】 ｜Ｖth｜≦｜ＶP-P｜≦｜Ｖg｜ （５） ただし、ＶthはＴＮ型電気光学効果の光学的応答しきい
値液晶駆動電圧で、フレデリクス移転しきい値液晶駆動
電圧に比べて高い電圧である。Ｖ5はＴＮ型電気光学効
果の光学的応答が飽和する液晶駆動電圧である。ＶP-P
は液晶素子に印加する駆動電圧である。図６に示す光学
的ローパスフィルタは、図１に示したものと同じ光学的
ローパスフィルタであるが、ＴＮ型液晶素子駆動電圧
は、駆動電源２６によって、一定駆動電圧のＯＦＦ／Ｏ
Ｎのほか、式（５）の範囲の電圧をＴＮ型液晶素子に印
加することができるようになっている。ＴＮ型液晶素子
駆動電圧が下記式（６）のようである場合は、光線分離
の様子は駆動電圧がＯＦＦの場合とほとんどかわりな
い。したがって、ＴＮ型液晶素子透過光は、水晶板２４
に対して常光線成分または異常光線成分のみをもつた
め、図７（ａ）のような分離幅が式（１）である２点分
離となる。駆動電圧が下記式（７）のようである場合
は、光線分離の様子は駆動電圧がＯＮの場合とほとんど
かわりない。したがってＴＮ型液晶素子透過光は、水晶
板２４に対して常光線成分または異常光線成分のみをも
つため、図７（ｃ）のような分離幅が式（２）である２
点分離となる。

【０１７５】 ｜ＶP-P｜＜｜Ｖth｜ （６） ｜ＶP-P｜＜｜Ｖg｜ （７） 駆動電圧が式（５）であるような場合、フレデリクス移
転しきい値駆動電圧付近であるため液晶分子の並び方
は、素子入射端面の液晶分子の向きと素子射出端面の液
晶分子の向きが９０°ねじれた状態と、液晶分子の向き
が光軸に平行な状態の中間の状態になる。このときＴＮ
型液晶素子入射光の入射端面の液晶分子の向きに平行な
偏光成分と垂直な偏光成分は、ＴＮ型液晶素子透過後、
偏光方向が駆動電圧に伴って０°〜９０°の間で回転す
る。したがって、ＴＮ型液晶素子透過光は、水晶板２４
に対して常光線成分と異常子光線成分の両方を持つこと
になり、光線分離の様子は、図７（ｂ）のように４点分
離となる。分離した各光線光強度の比は、ＴＮ型液晶素
子透過光の水晶板２４に対する常光線成分と異常光線成
分の光強度比、すなわち、ＴＮ型液晶素子透過光の偏光
状態に依存する。したがって、ＴＮ型液晶素子駆動電圧
を式（５）の範囲で連続的に変化させると、分離した光
線の光強度比を連続的に変化させることができる。以上
のように、一定駆動電圧のＯＦＦ／ＯＮのほか、式
（５）の範囲の電圧をＴＮ型液晶素子に印加できるよう
にすると、分離した光線の光強度比を連続的に変化させ
ることができるので、光学的ローパスフィルタのＭＴＦ
空間周波数特性を連続的に変化させることができる。し
たがって、モアレの発生状況に応じて最適なＭＴＦ空間
周波数特性を選ぶことができ、最適なモアレ除去をおこ
なうことができる。

【０１７６】［付記項１０に対応する説明］複数の方向
に光線分離させてモアレ除去を行う場合や、物体によっ
て必要な光線分離方向が異なる場合は、第一の複屈折素
子の光学軸方位角と第二の複屈折素子の光学軸方位角が
下記式（８）を満たすと良い。

【０１７７】 ｜θ1｜≠｜θ2｜ （８） ただし、｜θ1｜は第一の複屈折素子の光学軸方位角の
絶対値、｜θ2｜は第二の複屈折素子の光学軸方位角の
絶対値である。複屈折素子で光線を分離させる場合、光
線の分離方向は、光学軸の方位角で決まる。つまり、第
一の複屈折素子の方位角と第二の複屈折素子の方位角が
異なれば、第一の複屈折素子による光線分離の方向と第
二の複屈折素子による光線分離の方向は異なることにな
る。このとき、能動光学素子に駆動力を印加すること
で、能動光学素子透過光の偏光状態を制御し、能動光学
素子の各透過光線が第二の複屈折素子に対して常光線成
分と異常光線成分の両方を持つようにすると同時に２方
向の光線分離を行うことができる。また、能動光学素子
に駆動力を印加することで、能動光学素子透過光の偏光
状態を制御し、第一の複屈折素子に対して、常光線成分
（異常光線成分）を持つ光線が第二の複屈折素子に対し
て異常光線成分（常光線）を持つ状態と第一の複屈折素
子に対して、異常光線成分（常光線成分）を持つ光線が
第二の複屈折素子に対して異常光線成分（常光線成分）
を持つ状態とを切り替えるようにすると、１方向のみの
光線分離であるが光線分離する方向を変えることができ
る。したがって、必要に応じて、能動光学素子駆動力を
制御することで、どの方向に光線分離するか、いくつの
方向に光線分離するかを選択することができるため、常
に最適なモアレを除去を行うことができる。

【０１７８】［付記項１１に対応する説明］能動光学素
子がＴＮ型液晶素子である光学的ローパスフィルタにお
いて、ＴＮ型液晶素子の液晶分子がねじれ配向のときの
光線分離幅が液晶分子がねじれ配向でないときの光線分
離幅よりも大きくなるように第一の複屈折素子と第二の
複屈折素子を配置すると良い。ＴＮ型液晶素子のＭＴＦ
空間周波数特性は、液晶駆動電圧ＯＦＦのとき、図８、
液晶駆動電圧ＯＮ（式（７）を満たす電圧）のとき図９
のような特性を示す。すなわち、液晶駆動電圧が式
（７）を満たすときのほうが液晶駆動電圧ＯＦＦのとき
に比べて、空間周波数の増加に伴うＭＴＦ低下量は小さ
い。そこで、液晶分子がねじれ配向でないときに（液晶
駆動電圧ＯＮで）光学的ローパスフィルタのカットオフ
周波数が大きくなる（光線分離幅小）ようにし、液晶分
子がねじれ配向のときの（液晶駆動電圧ＯＦＦ）カット
オフ周波数が小さくなる（光線分離幅大）ように第一の
複屈折光学素子と第一の複屈折光学素子を配置すると、
カットオフ周波数以下の周波数におけるＭＴＦ低下を最
小限に止め、カットオフ周波数以上の周波数におけるＭ
ＴＦを最大限低下させることができる。したがって、Ｔ
Ｎ型液晶素子のＭＴＦ特性を最大限利用し、解像力を不
必要に低下させない、効率の良いモアレ除去を行うこと
ができる。

【０１７９】［付記項１２に対応する説明］能動光学素
子が直線偏光状態を維持したまま偏光面を回転させる偏
光制御作用をする液晶素子であり、式（８）を満たす光
学的ローパスフィルタにおいて、下記式（９）を満たす
と、同時に複数の方向に光線分離する状態と１方向のみ
に光線分離する状態を切り替えることができ、常に最適
なモアレ除去を行うことができる。

【０１８０】 θP≠（ｎ×９０°） （９） ただし、θPは液晶素子による偏光面の回転角、ｎは整
数である。このような液晶素子を用いると、液晶駆動電
圧しきい値付近を用いなくとも、液晶素子を透過する各
光線は、第２の複屈折素子に対して常光線成分と異常光
線成分の両方を持つ。したがって、液晶素子駆動電圧で
しきい値付近を用いずに駆動電圧ＯＦＦ／ＯＮ（式
（７）を満たす電圧）のみでいくつの方向に光線分離す
るかを選択することができるため、液晶素子を安定して
駆動する事ができ、また液晶駆動電源を簡略化すること
ができる。

【０１８１】［付記項１３に対応する説明］能動光学素
子が液晶素子である場合、液晶素子液晶層の厚さは、３
０μｍ以下であることが望ましい。これは、液晶は、光
学ガラスなどに比べると、光学的透明度は低いため、層
の厚さを大にすると散乱により画質が著しく劣化して好
ましくないからである。

【０１８２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光学的ロー
パスフィルタによれば、少なくとも１つの能動光学素子
と、前記能動光学素子の駆動源とを備え、能動光学素子
駆動力を変え、ローパス特性を変えるので、不必要に解
像力を低下させること無く、最適なモアレ除去を行うこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念説明に係る光学的ローパスフィル
タの概念構成を示す構成図

【図２】図１の水晶板の光学軸の方位角を示す説明図

【図３】図１の水晶板の光学軸の仰角を示す説明図

【図４】図１のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＦＦにな
っている場合の作用について説明する説明図

【図５】図１のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＮになっ
ている場合の作用について説明する説明図

【図６】ＴＮ型液晶素子の駆動電圧が連続的または選択
的に変化可能な図１の光学的ローパスフィルタの変形例
の概念構成を示す構成図

【図７】図６のＴＮ型液晶素子透過光の分離幅を説明す
る説明図

【図８】液晶駆動電圧ＯＦＦ時の図６のＴＮ型液晶素子
のＭＴＦ空間周波数特性を示す特性図

【図９】液晶駆動電圧ＯＮ時の図６のＴＮ型液晶素子の
ＭＴＦ空間周波数特性を示す特性図

【図１０】本発明の第１実施例に係る光学的ローパスフ
ィルタの構成を示す構成図

【図１１】図１０のＴＮ型液晶素子の構成を示す構成図

【図１２】図１０の光学的ローパスフィルタを有する内
視鏡用外付けＴＶカメラを備えた内視鏡システムの構成
を示す構成図

【図１３】本発明の第２実施例に係る光学的ローパスフ
ィルタの構成を示す構成図

【図１４】図１３の水晶板の光学軸の方位角を示す説明
図

【図１５】図１３のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＦＦ
になっている場合の作用について説明する説明図

【図１６】図１３のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＮに
なっている場合の作用について説明する説明図

【図１７】図１３のＴＮ型液晶素子の駆動電圧が可変に
なっている場合の作用について説明する説明図

【図１８】図１７における光線分離を説明する説明図

【図１９】本発明の第３実施例に係る光学的ローパスフ
ィルタの構成を示す構成図

【図２０】図１９の水晶板の光学軸の方位角を示す説明
図

【図２１】図１９のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＦＦ
になっている場合の作用について説明する説明図

【図２２】図１９のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＮに
なっている場合の作用について説明する説明図

【図２３】本発明の第４実施例に係る光学的ローパスフ
ィルタの構成を示す構成図

【図２４】図２３の水晶板の光学軸の方位角を示す説明
図

【図２５】図２３のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＦＦ
になっている場合の作用について説明する説明図

【図２６】図２３のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＮに
なっている場合の作用について説明する説明図

【図２７】図２３のＴＮ型液晶素子の駆動電圧が可変に
なっている場合の作用について説明する説明図

【図２８】図２７における光線分離を説明する説明図

【図２９】本発明の第５実施例に係る光学的ローパスフ
ィルタの構成を示す構成図

【図３０】図２９の水晶板の光学軸の方位角を示す説明
図

【図３１】図２９のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＦＦ
になっている場合の作用について説明する説明図

【図３２】図２９のＴＮ型液晶素子の駆動電圧がＯＮに
なっている場合の作用について説明する説明図

【図３３】本発明の第６実施例に係る光学的ローパスフ
ィルタの構成を示す構成図

【図３４】図３３の水晶板の光学軸の方位角を示す説明
図

【図３５】図３３のＴＮ型液晶素子の駆動電圧が可変に
なっている場合の作用について説明する説明図

【図３６】図３５における光線分離を説明する説明図

【図３７】本発明の第７実施例に係る光学的ローパスフ
ィルタの構成を示す構成図

【図３８】図３７の水晶板の光学軸の方位角を示す説明
図

【図３９】図３７のＴＮ型液晶素子の駆動電圧が第１の
状態になっている場合の作用について説明する説明図

【図４０】図３７のＴＮ型液晶素子の駆動電圧が第２の
状態になっている場合の作用について説明する説明図

【図４１】本発明の第８実施例に係る光学的ローパスフ
ィルタを用いたＴＶカメラの構成を示す構成図

【図４２】図４１のＴＶカメラの第１の変形例の構成を
示す構成図

【図４３】ズーミングに連動して光学的ローパスフィル
タのローパスフィルタ効果を可変とした図４１のＴＶカ
メラの第２の変形例の要部構成を示す構成図

【図４４】図４１のＴＶカメラに広角レンズを装着した
構成を示す構成図

【図４５】図４１のＴＶカメラに望遠レンズを装着した
構成を示す構成図

【図４６】図４１のＴＶカメラの第３の変形例の構成を
示す構成図

【図４７】図４１のＴＶカメラの第４の変形例の構成を
示す構成図

【図４８】本発明の第９実施例に係る光学的ローパスフ
ィルタの構成を示す構成図

【図４９】図４８の光学的ローパスフィルタの作用を説
明する説明図

【図５０】図４８の光学的ローパスフィルタの第１の変
形例の構成を示す構成図

【図５１】図５０の透明電極の鳥カン図

【図５２】図５０の光学的ローパスフィルタの作用を説
明する説明図

【図５３】図４８の光学的ローパスフィルタの第２の変
形例の構成を示す構成図

【図５４】図５３の光学的ローパスフィルタの作用を説
明する説明図

【図５５】従来例に係る光学的ローパスフィルタの構成
を示す構成図

【図５６】図５５の光学的ローパスフィルタの光学系の
配置を説明する説明図

【図５７】図５５の光学的ローパスフィルタの変形例の
構成を示す構成図

【符号の説明】

１…光学的ローパスフィルタ ２…ＴＮ型液晶素子 ３、４…水晶板 ５、６…ＩＴＯ電極膜 ７、８…ガラス基板 ９、１０…配向膜 １１…スペーサ １２…ネマティック １３…封止剤

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの能動光学素子と、前記
   能動光学素子の駆動源とを備えたことを特徴とする光学
   的ローパスフィルタ。
2. 【請求項２】 第一の複屈折素子と第二の複屈折素子と
   を備え、 前記能動光学素子が前記第一の複屈折素子と前記第二の
   複屈折素子との間に配設されてい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。
3. 【請求項３】 前記能動光学素子の前記駆動源は、駆動
   力を連続的に変化させ、 前記能動光学素子は、前記駆動力の変化に伴って透過光
   の偏光状態を連続的に変化させることを特徴とする請求
   項１または２に記載の光学的ローパスフィルタ。