JPH10104552A - 光学的ローパスフィルター及びそれを有する光学機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像素子を備えた光学機器に用いた際に、安
定したローパス効果を発揮し、良好な画像が得られる光
学的ローパスフィルターを提供すること。 【解決手段】 入射する光束の中心の波面の位相を基準
とした時、入射する光束の波面の位相を進める進相作用
を有する階段状の領域と、位相を遅らせる遅相作用を有
する階段状の領域とが、交互になるよう光学的ローパス
フィルターを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像素子を有する
ビデオカメラやデジタルカメラ等の光学機器に好適に用
いられる光学的ローパスフィルターに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ等の撮像素子を有する、例えば、
ビデオカメラやデジタルカメラのような光学機器におい
て、撮像素子の画素周期よりも高周波の周期構造を有す
る物体を撮影しようとすると、撮像素子は偽信号や偽色
を発生するため、撮像画像が劣化するという現象があ
る。

【０００３】この現象を防止するため、水晶板の複屈折
性を利用することにより物体の像を２つ以上に分離し
て、高周波の像をカットする光学的ローパスフィルター
が知られている。

【０００４】上記のような水晶板を利用した光学的ロー
パスフィルターで十分なローパス効果を得ようとする
と、少なくとも２枚の水晶板が必要である。しかしなが
ら、水晶板は高価であるため、このような構成ではコス
トが高くなってしまうという問題がある。また、偏光物
体では水晶の作用が適切に効かずローパス効果が低下し
てしまうという問題もある。

【０００５】このような問題に対して、特公昭４４−１
１５５に、複数のプリズムにより波面を分割し、像を２
つ以上に分離する光学的ローパスフィルターが開示され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
４４−１１５５に開示された光学的ローパスフィルター
では、図３２に示すように、ある像面ＩＳ１では像を分
割することができるが、像が１つに融合する他の像面Ｉ
Ｓ２が存在する。像面の状態により合焦を判断するＡＦ
機構を搭載した光学機器では、像面ＩＳ２を合焦位置と
判断してしまい、結果としてローパス効果が低下すると
いう問題があった。

【０００７】本発明は、上記のような課題に鑑みてなさ
れたものであり、光学機器に用いた際に、安定したロー
パス効果を発揮することができ、良好な画像が得られる
光学的ローパスフィルターを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学的ローパスフィルターは、入射する光
束の中心の波面の位相を基準とした時、入射する光束の
波面の位相を進める進相作用を有する階段状の領域と、
位相を遅らせる遅相作用を有する階段状の領域とが交互
に形成されていることを特徴としている。

【０００９】本発明の光学的ローパスフィルターにおい
て、進相作用を有する階段状の領域と遅相作用を有する
階段状の領域とは、入射する光束の中心を原点とした回
転方向において交互に形成されていることが好ましい。

【００１０】また、入射する光束の中心を原点、ρを有
効部の半径で規格化された径方向の座標系（０≦ρ≦
１）、φを回転方向の座標系（０≦φ≦２π）とした円
筒座標系（ρ，φ）により、本発明の光学的ローパスフ
ィルターの形状Ｓ（ρ，φ）は、 Ｓ（ρ，φ）＝Ｓｔｅｐ（Ｒ（ρ）×Ｔ（φ）） Ｒ（ρ）：径方向の基本形状関数 Ｔ（φ）：回転方向の基本形状関数 Ｓｔｅｐ（ｆ）：連続的な関数ｆを所定の階段状の関数
に変換する関数 で表される。

【００１１】この時、回転方向の基本形状関数Ｔ（φ）
が、 Ｔ（φ）＝ｃｏｓ（ｍφ） ｍ：２以上の整数 で表せ、周期的に変化する関数であることが好ましい。

【００１２】更に、径方向の基本形状関数Ｒ（ρ）が、
非線系関数であることが好ましい。

【００１３】また、本発明の光学的ローパスフィルター
には、合成樹脂材料により形成される形態、ガラス材料
により形成される形態、ガラス基板上に合成樹脂材料で
形成される形態、レンズ面上に形成される形態、透過率
を能動的に変化させることが可能な可変透過率素子上に
形成される形態、赤外線をカットする特性を有する材料
により形成される形態、赤外線をカットする特性を有す
る材料の基板上に形成される形態、所定の径方向にのみ
進相及び遅相作用を有する階段状の形状と、それと直交
する方向にのみ進相及び遅相作用を有する連続的な形状
が、平行平板の２つの面にそれぞれ形成される形態等が
存在する。

【００１４】結像光学系と、撮像素子と、本発明の光学
的ローパスフィルターを有することを特徴とする光学機
器において、光学的ローパスフィルターは、結像光学系
の絞り近傍に設けられることが好ましい。

【００１５】また、本発明の光学的ローパスフィルター
は、径方向において進相または遅相作用の大きい方向を
撮像素子の画素の配列の方向に対して３０°〜６０°の
範囲で傾けて配置することが好ましい。ここで、略４５
°傾けて配置することが特に好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明において像面の座
標系を説明するための図である。

【００１７】本発明においては、像面上で４つの点像に
分離した振幅分布を図１のように円筒座標系で考え、 Ｕ（ｒ，θ）＝Ｕ（ｒ）×ｃｏｓ（２θ＋δ） （１） δ：定数 と表す。

【００１８】このような振幅分布を与える波面（収差）
の形状から円筒座標系で表した光学的ローパスフィルタ
ーの形状を導く。

【００１９】導出の手順を説明する。いま、円筒座標系
で表された光学的ローパスフィルターの基本形状を Ｓ（ρ，φ）＝Ａ×Ｒ（ρ）×ｃｏｓ（ｍφ） （２） と表す。ここで、Ａは定数、ρは光学的ローパスフィル
ターの半径で規格化した径方向の座標系で０≦ρ≦１、
Ｒ（ρ）は径方向の基本形状関数、φは回転方向の座標
系で０≦φ≦２π、回転方向の周期性よりｍ＝２，３，
４…（整数）である。

【００２０】このような形状から透過波面に付加される
波面収差は、光学的ローパスフィルターの屈折率をｎと
すると、 Ｗ（ρ，φ）＝Ａ×Ｓ０（ρ，φ）×（１−ｎ） ＝Ａ′Ｒ（ρ）×ｃｏｓ（ｍφ） （３） と表せる。ここで、Ａ′＝（１−ｎ）Ａである。

【００２１】このような波面収差を有する波面による像
面上の振幅分布は、結像系の瞳関数の回折積分により得
られることが知られている。Ｍ．Ｂｏｒｎ，Ｅ．Ｗｏｌ
ｆ著「光学の原理（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐ
ｔｉｃｓ）」により、回折積分は、

【００２２】

【外１】 となる。ここで、Ｃは定数、ｋは波数ｋ＝２π／λ、λ
は波長である。また（ｕ，ｖ，θ）は像面上の規格化さ
れた円筒座標系で、ｕは光軸方向、ｖは径方向、θは回
転方向を表す。

【００２３】物体が無限遠のときｖと実際の座標系の間
には、 ｖ＝πｒ／λＦ （５） が成り立つ。ｒは実際の距離、Ｆは光学系のＦナンバー
である。

【００２４】基準像面での振幅分布を考えるときはｕ＝
０であり、式（４）は

【００２５】

【外２】 となる。「光学原理」９．４に従い、Ｊａｃｏｂｉの恒
等式を用いて

【００２６】

【外３】 ここで、Ｊｓ（ｘ）はｓ次の第１種のベッセル関数であ
る。

【００２７】さらに、φに関する項別積分により、

【００２８】

【外４】 となる。式（８）の第１項目は原点に対して回転方向に
一様に分布する振幅を表し、第２項目以降の積分からは
回転方向にｃｏｓ（ｍθ）の周期で振幅分布ができるこ
とが判る。

【００２９】すなわち、入射する光束の波面に対して、
開口部の中心の位相を基準として、入射する光束の波面
の位相を進める進相作用を及ぼす形状と、位相を遅らせ
る遅相作用を及ぼす形状が、開口部の回転方向に形成さ
れている光学的ローパスフィルターを光学系内に設ける
ことにより、光学系を透過する光束の波面に進相遅相の
位相変動を与えることができ、その回折像として光束の
結像面において結像スポットを複数のスポットに分離す
ることができることが分かる。

【００３０】本発明の光学的ローパスフィルターは、従
来の光学的ローパスフィルターと同様に、所定の空間周
波数のＭＴＦを０にし、それよりも高周波数のＭＴＦを
低下させる効果を有しながら、高価な材料を用いる必要
がないので安価に製造することができる。また、本発明
による光学的ローパスフィルターを撮像光学系の絞り近
傍に配することにより、各像高の光束に対して等しい進
相遅相作用を与えることができる。

【００３１】式（８）において、第２項目により先に式
（１）で示した振幅分布を表すとすると、ｃｏｓ（ｍ
θ）内のｍは２となる。これにより、光学的ローパスフ
ィルターの基本形状は、 Ｓ（ρ，φ）＝Ａ×Ｒ（ρ）×ｃｏｓ（２φ） （９） となる。

【００３２】式（８）による振幅分布は、

【００３３】

【外５】 となる。

【００３４】付加される収差量が小さいときは、式（１
０）のはじめの数項に積分値のほとんどが含まれ、第２
項目の積分により像面上の回転方向に周期的にできる強
度（Ｕ×Ｕ^* ）の分布を特徴づけることができる。これ
により光学的ローパスフィルターの径方向の基本形状関
数Ｒ（ρ）は、式（１０）の第２項目の積分において、
撮像素子、例えばＣＣＤの画素によって決まる所定の位
置ｖｃの近傍でその絶対値が最大となる形状にすればよ
い。

【００３５】

【外６】

【００３６】ＣＣＤの画素のピッチがｐのとき、ＣＣＤ
に要求される輝度信号のカットオフ周波数は、ｆｃ＝１
／（２ｐ）であるので、光学的ローパスフィルターによ
り得られる分離した点像の間隔ｄｃは、 ｄｃ＝１／（２ｆｃ）＝ｐ （１２） となる。

【００３７】ＣＣＤの画素方向に対して点像を図２によ
うに配置した場合は、 ｒｃ＝ｄｃ／√２ （１３） となる。これにより式（１１）におけるｖｃが求められ
る。

【００３８】式（１１）の積分が、ｖ＝ｖｃで最大値を
有するには Ｊ₁ ｛ＫＡ′Ｒ（ρ）｝≒Ｊ₂ （ｖｃρ） （１４） であればよい。

【００３９】本発明の光学的ローパスフィルターは、連
続的な関数で表される基本形状を光の波長よりも小さい
段差を有する階段状の形状で近似したものである。本発
明の光学的ローパスフィルターの形状は、連続的な関数
を階段状に変換するＳｔｅｐ関数を用いて、以下の式の
ように表せる。

【００４０】 Ｓ（ρ，θ）＝Ｓｔｅｐ（Ａ×Ｒ（ρ）×Ｔ（φ）） （１５） Ｓｔｅｐ関数は、例えば、連続的な関数を波長の１／４
ピッチの階段状に変換する関数である。

【００４１】本発明による光学的ローパスフィルターに
おいて、進相または遅相作用の大きい方向をＣＣＤなど
の受光素子の画素の配列の方向に対して３０°〜６０°
の範囲で設定すると、受光素子の画素の配列の方向に直
交する方向の線像強度分布が平均化され、ローパス効果
を高める上で有効であり、特に４５°に設定するのが一
番良い。

【００４２】本発明による光学的ローパスフィルター
は、所定の径方向にのみ進相または遅相作用を有する階
段状の形状と、それと直交する方向にのみ遅相または進
相作用を有するシリンドリカル面などの連続的な形状を
設けた構成でも良い。この場合は一方の面に階段状の形
状を有し、もう一方の面に連続的な（シリンドリカル）
面を有する構成でも、連続的な（シリンドリカル）面の
上に階段状の形状を形成した構成でもよい。

【００４３】本発明の光学的ローパスフィルターは単一
で用いても十分なローパス効果を有するが、水晶の光学
的ローパスフィルターと併用することにより、撮像素子
の仕様の違いによりカットすべき空間周波数が異なる場
合でも、水晶の厚さを調整することにより様々な光学機
器に流用することができる。

【００４４】（実施例１）図３は、本発明の光学的ロー
パスフィルターを用いた光学機器の撮影光学系の要部概
略図である。

【００４５】Ｌ１からＬ９は撮影光学系を構成するレン
ズであり、Ｌ１からＬ３により正のパワーの第１群、Ｌ
４からＬ６により負のパワーの第２群、Ｌ７により正の
パワーの第３群、Ｌ８からＬ９により正のパワーの第４
群を構成している。本実施例の撮像光学系では、第２群
が光軸方向に移動することにより変倍し、第４群が光軸
方向に移動することにより像面補償およびフォーカスを
行う。

【００４６】図中１は本発明による光学的ローパスフィ
ルター、２は絞り、３は赤外カットフィルター、４はＣ
ＣＤ等の撮像素子である。光学的ローパスフィルター
を、絞り２の近傍に設けることで入射する各画角の光束
の波面に対して等しく、位相の変化が与えられ、有効な
ローパス効果が得られる。

【００４７】本実施例の光学的ローパスフィルターは、
光軸上の光の位相に対して進相作用を有する形状と遅相
作用を有する形状とを絞り２近傍の平板上に設けたもの
である。本実施例の光学的ローパスフィルターの形状を
表す等高線図を図４に示す。図中、１ラインで表される
領域間には１／４波長の段差があり、ラインとラインの
間は平坦で、＋で示している部分が開口の中心に対して
凸になっている部分で、−で示している部分が凹になっ
ている部分である。

【００４８】図４に示したように本発明の光学的ローパ
スフィルターは、開口の中心を原点とした円筒座標系で
表したときに、回転方向において、入射する波面の位相
に対して進相作用のある部分（−で示している部分）か
ら遅相作用のある部分（＋で示している部分）へと階段
状に変化する形状となっている。

【００４９】この時、進相作用のある部分と遅相作用の
ある部分は、それぞれ２箇所以上設ける必要がある。例
えば、図５のように進相作用のある部分と遅相作用のあ
る部分が１箇所ずつしかない場合は、透過波面は傾き成
分が多くなり像がある方向にずれるだけで、像を有効に
分離することはできない。また、図６のように進相作用
のある部分のみ、または進相作用のある部分のみで構成
されている場合は、ある像面では像を分割することがで
きるが、像が１つに融合してしまう像面が必ず存在する
ため、特公昭４４−１１５５の光学的ローパスフィルタ
ーと同様に、ローパス効果が低下する。

【００５０】本実施例の光学的ローパスフィルターの面
の基本形状の数値実施例を以下に示す。

【００５１】 Ｓ１（ρ，φ）＝Ａ１×Ｒ１（ρ）×ｃｏｓ２（φ） （１６） ここで、Ａ１：定数、λ：波長であり、 Ｒ１（ρ）＝（３．５３４ρ＋２．８６７ρ² −１３．２６７ρ³ −７．０７９ρ⁴ ＋１２．７３７ρ⁵ ）λ （１７） ０≦ρ≦１，０≦φ≦２π

【００５２】本実施例の光学的ローパスフィルターは、
径方向にも波面の位相に対して進相作用のある部分と遅
相作用のある部分を設けたものである。φ＝０のときの
径方向の基本形状を図７に実際の断面形状を図８に示
す。

【００５３】図９に像面上の点像強度分布の等高線図を
示し、図１０にＦ／１．６５のときの像面上のＣＣＤの
画素方向と垂直な方向に加算した線像強度分布を示す。
図１１、図１２に本実施例の光学的ローパスフィルター
のＦ／１．６５，Ｆ／５．６のときのＭＴＦを示す。

【００５４】ここまではレンズに収差のない理想的な状
態での説明をしてきたが、レンズに収差が存在する場合
でも本発明によるローパスフィルターの効果は損なわれ
るものではない。光学系の特性からレンズの波面収差を
Φとすると、レンズ系およびローパスフィルターによる
瞳関数ｈ０、ｈ１は ｈ０＝ｅｘｐ（ｉΦ） （１８） ｈ１＝ｅｘｐ（ｉＷ） （１９） となり、全系での瞳関数ｈは ｈ＝ｈ０×ｈ１ （２０） となる。振幅分布Ｕはｈのフーリエ変換Ｆで求められる
ので Ｕ＝Ｆ（ｈ）＝Ｆ（ｈ０×ｈ１）＝Ｆ（ｈ０）* Ｆ（ｈ１） （２１） となる。ここで演算子＊はコンボリューションを表し、
Ｆ（ｈ１）は先に説明した光学的ローパスフィルターに
よる振幅分布と一致するので、ローパス効果に変りがな
いことが分かる。

【００５５】図１３に示すような波面収差を有する光学
系に本発明による式（１６）で表されるローパスフィル
ターを付加した場合について説明する。図１４、図１５
にこの場合の射出瞳上の波面収差と像面上の点像強度分
布の等高線図を示し、図１６、図１７にＦ／１．６５、
Ｆ／５．６のときのＭＴＦを示す。なお、この計算結果
では光学系の波面収差を考慮し、ＭＴＦの低周波成分が
最大になるように光軸方向にデフォーカスしている。

【００５６】図１８、図１９は回転方向の形状が異なる
別の光学的ローパスフィルターの等高線図である。

【００５７】それぞれの図において形状は、 Ｓ２（ρ，θ）＝Ａ２×Ｒ２（ρ）×ｃｏｓ（３φ） （２２） Ｓ３（ρ，θ）＝Ａ３×Ｒ３（ρ）×ｃｏｓ（４φ） （２３） となる。式（８）の第２項目の積分から、式（２２）に
よる光学的ローパスフィルターでは像面上で６つに分離
した分布を有し、式（２３）による光学的ローパスフィ
ルターでは像面上で８つに分離した分布を有する構成と
なる。

【００５８】ここまで示した形状の例は、回転方向
（φ）には周期的で、進相作用のある部分と遅相作用の
ある部分の形状が対称な形のものばかりであるが、図２
０に示した等高線図のように非対称で非周期的な形状を
しているとき、あるいは進相遅相作用を及ぼす部分の高
さ（深さ）が均一でない形状をしているときは、基本形
状を表す関数がこれまでのように単一ではなく、 Ｓ（ρ，φ）＝ΣＡｍ×Ｒｍ（ρ）×ｃｏｓ（ｍφ） （２４） ｍ＝１，２，３，…，ｎのように表されていると考えら
れ、その回折積分（８）の結果は、像面上にできる複数
のスポットの回転方向の周期性、形状の均一性が損なわ
れるものとなる。

【００５９】このような場合でも、ＣＣＤの画素方向と
垂直な方向に加算した線像強度分布の形状が、ＣＣＤの
画素のピッチｐを幅とした矩形状の分布にほぼなってい
れば、光学的ローパスフィルターとしての機能に影響は
ない。そのためには式（２４）で表される形状によって
生ずる波面収差において、式（８）の第２項目の積分
が、画素ピッチｐから決まるｖｃ（式（１２）または式
（１３））の近傍において極値を有するようになってい
ればよい。

【００６０】（実施例２）図２１は実施例２の撮影光学
系の要部概略図である。

【００６１】本実施例は、ローパス効果を有する面を撮
影光学系を構成するレンズの面に設けたものである。実
施例１と同符号のものは基本的に同機能なので説明を省
略する。

【００６２】ローパス効果を有する面は絞り２の近傍の
レンズに設けるのが望ましい。本実施例ではレンズＬ
７′のｒ１面に設けている。

【００６３】このようなレンズは、アクリルなどの合成
樹脂（プラスチック）やガラスを溶解して成形するモー
ルドレンズとして成形すると容易に製造でき、撮影レン
ズとして設計されたレンズ形状の成形の型に実施例１で
示したようなローパス効果を有する階段状の形状を付加
すればよい。また、ガラスのレンズを球面で研磨し、そ
の球面にアクリルなどの合成樹脂（プラスチック）で実
施例１で示したようなローパス効果を有する階段状の形
状を付加するようにして作っても良い。

【００６４】また、図２２に示すように、ローパス効果
を有する面形状をレンズＬ７″の絞り２から遠い側の一
方の面ｒ２に設け、他方の面ｒ１に球面、または軸対称
非球面を設けた構成にしても良い。

【００６５】（実施例３）図２３は、実施例３の撮影光
学系の要部概略図である。

【００６６】本実施例においては、本発明によるローパ
ス効果を有する面を透過率を能動的に変化させて光量を
変化させる可変濃度素子５に設け、絞り２の近傍に配置
したものである。可変濃度素子５は、ＥＣ液晶などを平
板で封入した構造をしており、ローパス効果を有する面
は、ＥＣ液晶を封入する平板上に形成している。その
他、実施例１と同符号のものは基本的に同機能なので説
明を省略する。

【００６７】（実施例４）図２４は、実施例１４の撮影
光学系の要部概略図である。

【００６８】本実施例では、ローパス効果を有する面を
赤外カットフィルター３′に設け、この赤外カットフィ
ルター３′を絞り２の近傍に配置したものである。ロー
パス効果を有する面は、特開平６−１１８２２８に記載
されているような赤外カット機能を有する合成樹脂（プ
ラスチック）材料を実施例１で示したような形状に成形
してもいいし、平板の赤外カットフィルターに別の材料
で実施例１で示したような形状を付加する構成でも良
い。その他、実施例１と同符号のものは基本的に同機能
なので説明を省略する。

【００６９】（実施例５）図２５は、実施例５の撮影光
学系の要部概略図である。

【００７０】本実施例では、波面の位相に進相遅相作用
を与える面が、絞り２の近傍に設けられたアクリルなど
の合成樹脂材料からなる平板の両面に成形されている。
絞り２から遠い方の面の形状は図２６に示すような等高
線を持つ階段状の形状をしており、絞り２に近い方の面
は、図２６に示した階段状の形状変化と直交する方向に
図２７に等高線図として示す連続的なシリンドリカル形
状をしている。この素子を透過した平面波は、図２８に
示したような位相を持つ波に変換され、実施例１で説明
した光学的ローパスフィルターと同様な効果を果たす。
その他、実施例１と同符号のものは基本的に同機能なの
で説明を省略する。

【００７１】（実施例６）図２９は、実施例６の撮影光
学系の要部概略図である。

【００７２】本実施例では光学的ローパスフィルター１
の作用面を絞りの近傍に設け、更に複屈折軸を傾けて作
られた水晶板１６を撮影光学系の中に設けたものであ
る。その他、実施例１と同符号のものは基本的に同機能
なので説明を省略する。

【００７３】光学的ローパスフィルター１は、主に高周
波成分をカットし、水晶板６は、ＣＣＤによるカットオ
フ周波数を設定している。このような構成により、画素
数の異なるＣＣＤを用いた撮影光学系に共通に使用する
ことができるようになる。

【００７４】図３０、図３１は上記のような構成で、光
学的なカットオフ周波数をそれぞれ１１０本、８０本に
設定したときのＭＴＦを示している。点線が光学的ロー
パスフィルター１単独での特性で、実線がこれに水晶板
６を付加したときのＭＴＦである。Ａで示される範囲
が、高周波成分の抑制効果が現れる領域を表し、ｆｃは
水晶板で決まる光学的なカットオフ周波数である。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビデオカメラやデジタルカメラなどの光学機器に用いた
際に、安定したローパス効果を発揮でき、良好な画像が
得られる光学的ローパスフィルターを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】円筒座標系を表す図である。

【図２】像面の点像の間隔と中心から点像までの距離を
説明するための図である。

【図３】実施例１の光学機器の撮影光学系の概略構成図
である。

【図４】実施例１の光学的ローパスフィルターの等高線
図である。

【図５】進相作用を有する領域と遅相作用を有する領域
が１箇所ずつしかない形状を示す等高線図である。

【図６】遅相作用を有する領域しかない形状を示す等高
線図である。

【図７】実施例１の数値実施例における径方向の基本形
状を示す図である。

【図８】実施例１の数値実施例における径方向の断面形
状を示す図である。

【図９】実施例１の数値実施例における点像強度分布の
等高線図である。

【図１０】実施例１の数値実施例においてＦ／１．６５
のときのＣＣＤの画素方向と垂直な方向に加算した線像
強度分布を示す図である。

【図１１】実施例１の数値実施例においてＦ１．６５の
ときのＭＴＦを示す図である。

【図１２】実施例１の数値実施例においてＦ５．６のと
きのＭＴＦを示す図である。

【図１３】実際の光学系の波面収差を表す図である。

【図１４】図２０に示した波面収差を有する光学系に、
実施例１の数値実施例における光学的ローパスフィルタ
ーを設けたことによって生ずる射出瞳上の波面収差を示
した等高線図である。

【図１５】図２０に示した波面収差を有する光学系に、
実施例１の数値実施例における光学的ローパスフィルタ
ーを設けたときの像面上の点像強度分布を示した等高線
図である。

【図１６】図２０に示した波面収差を有する光学系に、
実施例１の数値実施例における光学的ローパスフィルタ
ーを設けた光学系のＦ１．６５のときのＭＴＦを示す図
である。

【図１７】図２０に示した波面収差を有する光学系に、
実施例１の数値実施例における光学的ローパスフィルタ
ーを設けた光学系のＦ５．６のときのＭＴＦを示す図で
ある。

【図１８】光学的ローパスフィルターの他の形状を示す
等高線図である。

【図１９】光学的ローパスフィルターの他の形状を示す
等高線図である。

【図２０】光学的ローパスフィルターの他の形状を示す
等高線図である。

【図２１】実施例２の光学機器の撮影光学系の概略構成
図である。

【図２２】実施例２の光学機器の撮影光学系の別の形態
の概略構成図である。

【図２３】実施例３の光学機器の撮影光学系の概略構成
図である。

【図２４】実施例４の光学機器の撮影光学系の概略構成
図である。

【図２５】実施例５の光学機器の撮影光学系の概略構成
図である。

【図２６】実施例５における光学的ローパスフィルター
の絞りから遠い方の面の等高線図である。

【図２７】実施例５における光学的ローパスフィルター
の絞りに近い方の面の等高線図である。

【図２８】実施例５における光学的ローパスフィルター
によって生ずる波面収差を示した等高線図である。

【図２９】実施例６の光学機器の撮影光学系の概略構成
図である。

【図３０】実施例６において、光学的なカットオフ周波
数を１１０本に設定したときのＭＴＦを示す図である。

【図３１】実施例６において、光学的なカットオフ周波
数を８０本に設定したときのＭＴＦを示す図である。

【図３２】従来のプリズムを利用した光学的ローパスフ
ィルターの問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 光学的ローパスフィルター ２ 絞り ３ 赤外カットフィルタ ４ ＣＣＤ Ｌ１〜Ｌ９ 撮影光学系を構成するレンズ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射する光束の中心の波面の位相を基準
   とした時、入射する光束の波面の位相を進める進相作用
   を有する階段状の領域と、位相を遅らせる遅相作用を有
   する階段状の領域とが、交互に形成されていることを特
   徴とする光学的ローパスフィルター。
2. 【請求項２】 前記進相作用を有する階段状の領域と前
   記遅相作用を有する階段状の領域とが、入射する光束の
   中心を原点とした回転方向において交互に形成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の光学的ローパスフィ
   ルター。
3. 【請求項３】 入射する光束の中心を原点、ρを有効部
   の半径で規格化された径方向の座標系（０≦ρ≦１）、
   φを回転方向の座標系（０≦φ≦２π）とした円筒座標
   系（ρ，φ）により、形状Ｓ（ρ，φ）が、 Ｓ（ρ，φ）＝Ｓｔｅｐ（Ｒ（ρ）×Ｔ（φ）） Ｒ（ρ）：径方向の基本形状関数 Ｔ（φ）：回転方向の基本形状関数 Ｓｔｅｐ（ｆ）：連続的な関数ｆを所定の階段状の関数
   に変換する関数 で表されることを特徴とする請求項１、２記載の光学的
   ローパスフィルター。
4. 【請求項４】 前記回転方向の基本形状関数Ｔ（φ）
   が、 Ｔ（φ）＝ｃｏｓ（ｍφ） ｍ：２以上の整数 で表される周期的に変化する関数であることを特徴とす
   る請求項３記載の光学的ローパスフィルター。
5. 【請求項５】 前記径方向の基本形状関数Ｒ（ρ）が、
   非線形関数であることを特徴とする請求項３、４記載の
   光学的ローパスフィルター。
6. 【請求項６】 所定の径方向にのみ進相及び遅相作用を
   有する階段状の形状と、それと直交する方向にのみ進相
   及び遅相作用を有する連続的な形状が、平行平板の２つ
   の面にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１、
   ２記載の光学的ローパスフィルター。
7. 【請求項７】 結像光学系と、撮像素子と、請求項１乃
   至６記載の光学的ローパスフィルターを有することを特
   徴とする光学機器。
8. 【請求項８】 前記光学的ローパスフィルターが、前記
   結像光学系の絞り近傍に設けられることを特徴とする請
   求項７記載の光学機器。
9. 【請求項９】 径方向において、進相または遅相作用の
   大きい方向を前記撮像素子の画素の配列の方向に対して
   ３０°〜６０°の範囲で傾けて、前記光学的ローパスフ
   ィルターを配置することを特徴とする請求項７、８記載
   の光学機器。
10. 【請求項１０】 径方向において、進相または遅相作用
    の大きい方向を前記撮像素子の画素の配列の方向に対し
    て略４５°傾けて、前記光学的ローパスフィルターを配
    置することを特徴とする請求項７、８記載の光学機器。