JPS60164719A - 光学的ローパスフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、２次元のサンプリングを行なうＣＯＤ、Ｍ
ＯＳなどの固体撮像素子の入射光路中に配置ぎｒｌ、、
キャリア成分の影響を抑圧する光学的ローパスフィルタ
に関する。

「背景技術とその問題点」 第１図は、固体撮像素子例えば１チツプのＣＣＤイメー
ジセンサの絵素配列及び開口を示すもので、第１図にお
いて、Ｈが水平方向（即ち走査方向）、■が垂直方向Ｐ
示す。隣接する２本のラインの一方には、緑色フィルタ
Ｉ　Ｇ及び青色フィルタ１ＢがＰｘ　Ｃ例えば１７μｍ
）　ｒｎ水平方向の絵素間隔で交互に配２ｒＬ、その他
方には、９色フィルタ２Ｇ及び赤色フィルタ２ＲがＰＸ
の間隔で交互に配ざｎる。この垂直方向の絵素間隔がＰ
ｙ（例えば１３μｍ）とぎｎる。このような格子状の開
ロバターンにより撮像光がサンプリングざｎる。

上述のＣＣＤイメージセンサのサンプリング出力には、
第２図の空間周波数スペクトラムに示Ｔように、Ｃｆｘ
”０．ｆｙ＝ｏ）の位置を中心とするベースバンド成分
（２Ｇ、Ｒ，Ｈのベクトルで水数を表わしている。（ｆ
　ｘ””］、　、　Ｊ’　ｙ＝０　）の位置ヲ中心とし
て生じるキャリア成分は、垂直方向Ｇこ延びる黒白のス
トライブからなる細かい縞模様の時Ｇこモアレを生じび
せ−Ｃｆ　Ｘ＝’／２　、　ｆ　ｙ””Ｏ）の位置を中
心として生じるキャリア成分は、やや荒い縦ストライス
時に、緑色及びマゼンタが生じるクロスカラー現象を生
じぎせる。Ｃｆ　ｘ＝ｏ、　ｆｙ＝１　）の位置を中心
として生じるキャリア成分は、ｆＪ］かい横ストライプ
の時にモアレ２生じぎせる。

したがって、こｎらの有害なキャリア成分の位置にトラ
ップポイントを有する光学的ローノくスフィルタを構成
する必要がある。し力）　シフｊから、ベースバンド成
分の高域周波数成分までも減衰だせてしまうと、解像度
の低下が生じる。したがって。

前述の位置をトラップポイントとし、ベースバンド成分
を減衰させない特性の光学的ローパスフィルタが好まし
い。例えば、水平方向０こ関しては。

第３図Ａに示すように、（ｆｘ＝’／２）（ｆｘ＝１）
ψをトラップポイントとし、（ｆｘ＝Ｏ）〜Ｃｆｘ＝１
／２）の範囲では、十分に損失が少ない特性が好ましい
。

１枚の複屈折水晶板を用いた光学的ローパスフィルタの
周波数特性は、第３図Ｂに示すような房カーブで表ゎ２
ｒ＋、、２枚の複屈折水晶板を重ねた光学的ローパスフ
ィルタの周波数特性は、第３図Ｃに示すよっな房カーブ
で表わざちる。ＣＯＳカーブの周波数特性は、ベースバ
ンド成分を減衰ぎせず、解像度の低下をひき起こぎない
反面、キャリア成分の影響を抑圧する効果が小さい。ｃ
ｏｓ２カーブは、キャリア成分の影響分抑圧できるが、
ヘースバンド成分分失なわせ、解像度の低下が生じる。

「発明の目的」 したがって、この発明の目的は、ベースバンド成分の高
域周波数成分？減少ぎせずＱこ、キャリア成分の影響を
除去できる特性を有する光学的ロー）：　スフイｈり？
ｉ：ｍ供することにある。

この発明の他の目的は、水晶板の必要枚数が３枚で丁み
、したがって、水晶板の貼合わせ工程の簡略化を図るこ
とができると共に、薄形の光学的ローパスフィルタを提
供することＯこアル。

「発明の概要」 この発明は、固体撮像素子と撮像レンズとσ）間に配置
ざｎる光学的ローパスフィルタであって。

固体撮像素子の走査方向に対して、４５度近傍で常光成
分と異常光成分とを分離する第１の水晶板と。

走査方向と平行に常光成分と異常光成分とを分離する第
２の水晶板と。

走査方向に対して、−４５度近傍で常光成分と異常光成
分とを分離する第３の水晶板とよりなり。

第２の水晶板が中間Ｇこ位置するように、第１の水晶板
、第２の水晶板及び第３の水晶板が積層配置ぎわ。

１本の入射光を７もしくは８本に分離することを特徴と
する光学的ローパスフィルタでアル。

「実施例」 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第４図は、この一実施例における第１の水晶板１
１．第２の水晶板１２及び第３の水晶板１３の光学的特
性の説明に用いるものである。第４図において、撮像レ
ンズ分介ぎｎた入射光は１図面の用紙面に直交する方向
で水晶板１１゜１２．１３に供給でちる。

水晶板１１は、入射光を常光線及び異常光線に分離し、
こｎらの常光線及び異常光線が存在する図面の用紙面と
垂直に延びる主要面１４が水平走査方向Ｈに対してθ１
　（例えば＋４５）の角度をなすものである。水晶板１
２は、常光線及び異常光線が存在する主要面１５が水平
走査方向と一致するものである。水晶板１３は、その主
要面１６が水平走査方向Ｉ］に′対して０２　（例えば
−４５）の角度をな丁ものである。こｎらの３個の水晶
板１１．１２．１３は、第２の水晶板１２が中間に位置
するように、積層ＩＬ貼合わ’２ｙｒする。また。

固体撮像素子側Ｇこ最も近い位置に水晶板１３が来るよ
うに、入射光路中に配ｇｎる。

ここで、３枚の水晶板１１．１２．１３の主要面の互い
のな丁角度は、相対的なものである０例えば水晶板１１
が破線で示すように、（θ、−−４ｇ）のものであわば
、水晶板１３が破線で示すように。

（θ２＝＋４５°）のものであわば良い。したがって。

３枚の水晶板１１．１２．ｉ３の組合せ方法としては、
水晶板１２の主要面１５が０及び１８０の夫々で２通り
の組合せ方法が可能である。

水晶板１１は、水平方向の絵素間隔をＰＸとする時に、
常光線及び異常光線の距離をａＰＸとするものである。

水晶板１２は、この分離距離をＰｘとするものであり、
水晶板１３は、この分離距離＋σＰｘとするものである
。このような分離距離の設定は、水曽晶板１１．１２．
１３の厚みの寸法を選定することＧこよりなしうる。

第１の水晶板１１への入射光は１強ざが等しく平行な常
光線Ｏ７及び異常光線ｅ１ｃこ１次的に分かわる。この
２つの光線が第２の水晶板１２へ入射ａｎることにより
、夫々常光線及び異常光線に分かｎ、水晶板１２からは
、常光線０．から２次的に生じた常光線０１０２及び異
常光線ｏ１ｅ２゜並びに異常光線ｅ１から２次的に生じ
た常光線ｅ１０２及び異常光線ｅ１８２の計４本の光線
が生じる。第２の水晶板１２を通過後、この４本の光線
は平行となる。この４本の光線の強ざは、水Ｊ＆［１１
，１２の主要面のな丁角θ１によって変化する。第５図
Ａに示すようＧこ１両者の主要面が平行した位置からθ
、回転ぎせらｎると、４本の光線の強さは、下式のもの
となる。

０１０２”０１ＣＯ３θ１　０Ｉｅ２−０１ｓＩｎθ１
ｅ、ｏ　２　＝ｅ　１ｓ石　θ　１　ｅｌｅ　２　＝＝
ｅ　１αβ　θ　。

この４本の光線が第３の水晶板１３に入射ｇｒすること
により、各光線から３次的に計８本の常光線及び異常光
線が発生ずる。第５図Ｂは、光線ｏ、ｏ２から３次的に
生じた常光線０．０２０３及び異常光線ｏ１．ｏ２ｅ８
．並びに光線０１ｅ２から３次的に生じた常光線０，６
２０ｇ及び異常光線０□ｅ２ｅ３の関係を示し、こｎら
は、水晶板１２゜１３の夫々の主要面がな丁角２θ２と
すると、下式で示す強ぎのものとなる。

ｏＬｏ２０３　＝ｏ１０２ＣＯ５θ２＝ｏｌｃｏｓθＩ
ＣＯ３θ２０１０２　ｅＢ　”＝　０１０２ｓｉｎθ２
＝０１ｃｏｓθＩ　Ｓｉｎθ２０１　ｅ　２　０Ｉｔ　
Ｆ”　０１　ｅ　２　Ｓｉｎ　θ　２　＝　Ｏｔｓｌｎ
　θ　１　ｓｉｎ　θ　２０１ｅ２ｅ３　”０１ｅ２Ｃ
Ｏ５θ　２　＝　０　１ｓ＋ｎ　θ　１α応　θ　２第
５図Ｃは、光線ｅ１ｅ２から３次的に生じた常光線ｅ１
ｅ２ｏ、及び異常光線ｅ、ｅ２ｅ３．並びに光線ｅ１０
２から３次的Ｇこ生じた常光線ｅ１０２０８及び異常光
線ｅ□０□ｅ３の関係を示し、こわらは、下式で示す強
さのものとなる。

ｅ１０２０１１　””ｅｌＯ２ｃＯ５θ２：ｅｔｓｉｎ
θ１いθ２ｅｚ　０２　ｅｓ　＝ｅ１０２Ｓｈｌ　θ　
２：ｅｌｓｌｒｌ　θ　１ｓｌｎ　θ　２ｅｉｅ２０ｓ
　”’ｅ＋ｅ２ｓｈｉθ２　””　ｅ　１部θ１ｓｉｎ
θ２ｅ　１　ｅ　２　ｅ　３　””　ｅ　１　ｅ　２　
ＣＥＳθ２”’ｅ１ｃＯｓθ１部θ２上述の式において
、（θ１＝Ｏ）（θ２＝０）即ち３枚の水晶板１１．１
２．１３の主要面が平行していると仮定すると。

０１＝＝Ｑ、ｏ２＝０１０２０３ ｅ１−ｅｌｅ２　””ｅｌ　ｅ２ｅｓ となり、１次的に生じた常光線０１及び異常光線ｅ１が
そのまま水晶板１２．１３を通って出る。

この一実施例では、（θ１＝４５°）（θ２＝４５）と
しているためＧこ、水晶板１３から生じる８本の光線は
、（・Σ０１）又は（Σｅｘ）の強ぎのものとなり＊　
（０１＝ｅ１　）の関係から、この８本の光線の強ざは
、互いに等しいものとなる。

第６図を参照して、原点に入射Ｆｎた１本の光が分離２
ｎる方向及び距離について説明Ｔる０第１の水晶板１１
により、入射光は、その主要面１４内でａＰＸの距離だ
け分離２’ｒ１．る。次の水晶板１２により、その主要
面１５（破線で示す）内でＰｘの距離だけ分離２７’Ｌ
る。更に１次の水晶板１３により、その主要面１６　（
１点鎖線で示す）内でａＰＸの距離だけ分＠ｖｎ、る。

最終的に、上述の８本の光線が第６図に示すように生じ
、固体撮像素子に入射ｇｎる。２本の光線ｏ１ｅ２ｏ３
及ヒｅ、ｏ、ｅ３．ｇｆ＆が重なり合うものとなる。

この３枚の水晶板１１．１２．１３からなるこの発明の
一実施例は、水平方向に関しては、第７図Ａに示すよう
Ｏこ、水平方向ＨにＰｘの距離でもって、常光線と異常
光線を分離する光学的ローパスフイルタと、第７［Ｈに
示すように、１本の光線□αＰｘ、７）長、。。５形。

頂点。位置。４本。

光線に分ける光学的ローパスフィルタとを合成したもの
として考えることができる。第７図Ａに示す光学的ロー
パスフィルタは、第８図に示すように、水平方向に関し
て、（ｆｘ＝１／２）（ｆｘ＝３／２）・。

・・の点にトラップポイントを有する邸カーブの周波数
特性２１を有し、第７図Ｂに示す光学的ローパスフィル
タは、（ｆ　ｘ　＝　１　）　（ｆ　ｘ　＝　３　）・
・°゛の点にトラップポイントを有する魚２カーブの周
波数特性２２を有する。したがって、この発明の一実施
例は、第８図において、斜線で示すように１周波数特性
２１．２２を合成した通過特性２３を有したものとなる
。

また、この発明の一実施例は、垂直方向に関しては、第
７図Ｂに示す光学的ローパスフィルタと同様の第９図に
示すｃＯｓ２カーブの周波数特性２４を有する。ここで
、垂直方向の周波数ｆｙは、第１図に示すＣＣＤイメー
ジセンサの開ロバターンの垂直方向の絵素間隔Ｐｙによ
って定まるもので。

（Ｐ　Ｘ＝１７　ｐｍ、Ｐ　ｙ＝１．３　μｍ）ノ時ｒ
ｉ＝　ハ、（’／Ｐｘ　＜ｌ／Ｐｙ　）となり、（ｆｙ
＝１）より小ぎい位置にトラップポイントが生じる。こ
のため、（ｆｘ＝Ｏ，、Ｊ’ｙ＝”／２）の位置に生じ
る有害なキャリア成分の影響を抑圧することができる。

上述の水平方向の周波数特性２３及び垂直方向の周波数
特性２４から、空間周波数的には、第１０図において、
ｆｙの軸と平行な直線２５゜２６及びｆｘ＝ｆｙの夫々
の軸と４５の角度をなし。

Ｃｆ　ｘ−１）　Ｃｆ　Ｘ＝−１）・・・・の位置を通
る傾いた直線２７．２８で示ざｎるトラップポイントが
生じ。

斜線で示すベースバンド成分が得らｎる。

この一実施例は、ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像
素子の開口が長方形の繰り返しに配列ぎている。しかし
ながら、θ８．θ２の値は、＋４５及び−４５に全く一
致してなくても、その近傍であｎば良い。また、水晶板
１１．１２．１３の分離距離は、ｐＸ、’ｆｆｐＸの値
に略々等しくても良い０ 「発明の効果」 この発明に依ｎば、（ｆｘ、ｆｙ）が（１／２．０）−
（１，０）　、　（０，１／２）　、（０，１）　、　
（１／２．１／２　）などの点にトラップポイントを有
し、ギヤ１ノア成分の影響を抑圧できると共に、ベース
ノくンド成分の損失が少ない特性の光学的ローノぐスフ
イルりを実現することができる。

この発明は、必要とする水晶板の枚数が３枚と少なくす
ることかでき、したがって、貼合わせ工程の簡略化を図
ることができると共Ｇこ、薄形の光学的ローパスフィル
タとできるＯ

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用できるＣＣＤイメージセンサの
開ロバターンの一例の拡大平面図、第２図はこの発明の
説明に用いる空間周波数スペクトラム、第３図は光学的
ローパスフィルタの説明Ｇこ用いる周波数特性図、第４
図はこの発明の一実施例に用いる各水晶板の光学的特性
の説明のための路線図、第５図、第６図、第７図はこの
発明の一実施例の光学的特性の説明のための路線図、第
８図、第９図及び第１０図はこの発明の一実施例の周波
数特性の説明に用いるグラフであるＱｌｌ・・・・・・
第１の水晶板、１２・・・・・・第２の水晶板、１３・
・・・・・第３の水晶板。 代理人　杉　浦　正　知 特開昭ＧＯ−１６４７１９（６）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 固体撮像素子の入射光路中に配置２７”Ｌる光学的ロー
   パスフィルタであって。 上記固体撮像素子の走査方向Ｏこ対して、４５度近傍で
   常光成分と異常光成分とを分離する第１の水晶板と。 上記走査方向と平行に常光成分と異常光成分とを分離す
   る第２の水晶板と。 上記走査方向に対して、−４５度近傍で常光成分と異常
   光成分とを分離する第３の水晶板とよりなり。 上記第２の水晶板が中間に位置するよう【こ、上記第１
   の水晶板、上記第２の水晶板及び上記第３の水晶板が積
   層配置ざｎ。 １本の入射光を７もしくは８本に分離することを特徴と
   する光学的ローパスフィルタ。