JPS61501798A - 光学空間周波数フイルタ - 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】 光学空間周波数フィルタ 技術分野 本発明はと（に離散的なサンプリングイメージセンサに使用される光学空間周波 数フィルタに関する。

背景技術 離散的なサンプリング位置においてイメージをサンプリングするイメージセンサ を有するイメージセンシングシステムにおいては、イメージセンナで発生される 信号から再構成されるイメージ内に偽像的空間周波数成分の出現を減らすために 入力イメージの空間周波数の帯域を制限するのが好ましい。偽像的空間周波数の 発生をエイリアシングエラー（折重シェラ−）という。イメージがセンサの空間 サンプリング周波数のイよシ多い空間周波数成分を含むときにこの効果が発生す る。エイリアシングエラーによシ発生させられる可視パターンはモアレ（Ｍｏｉ ｒｅ　）ノミターンと呼ばれることが多い。このために、イメージセンシングシ ステムの光路内に光学空間周波数フィルタを使用することは既知である。

１９７１年６月２８日付のり、　Ｈ，Ｐｒ１ｔｃｈａｒｄの米国特許第３．５８ ８，２２４号は縞状カラーフィルタを有するカラーテレビカメラチューブに使用 される光学空間周波数フィルタを開示している。光学空間周波数フィルタは少（ とも一対の複屈折要素とその間にはさまれるに波長板とを有する。

フィルタの第４の複屈折要素は入射光線を相互に直角方向に偏光された２本の離 れた直線偏光に分割する。Ｋ波長板は光波の工成分をそれに直交する成分に対し バ波長だけ減速して光線の偏光状態を直線的から円形的に変更する。第２の複屈 折要素は２個の円偏光の各々を２個の離れた光に分割して１列に並ぶ４つの分離 光線を形成する。

イメージセンシングシステムの光路内に光学空間周波数フィルタが置かれると、 入力イメージ内の各スポットはイメージセンナ上で４個の離れたスポットに分割 される。イメージセンナには４個の重複する同一のイメージが現われ、各イメー ジは相互に少しずつ位置がずれている。イメージセンサに現われた複合イメージ はオリジナルイメージのややぼやけたものとなシ、空間解像度は低下する。空間 周波数フィルタの要素のある１つの配置では、分離スポットが一直線に並びこれ によシ空間解像度を直線方向に制限する。別な方法としては、分離スポットが平 行四辺形の四隅に並ぶように要素を相互に配置することで、これにより空間解像 度を２直交方向に制限できる。その周波数応答をさらに変更するために更に別の 複屈折要素と波長板とを追加してもよい。この種の空間周波数フィルタの別のも のとして、複屈折要素間における光の偏光状態を変更させる手段に光の１成分を 他成分よシ減速するよシもむしろ直接回転を与える光学活性要素を用いたものが ある。

あるカラーイメージセンナにおいては、ある色の空間サンプリング周波数は他の 色の空間サンプリング周波数とは異なる。

例えばイメージサンプリングシステムのあるタイプでは、緑の空間サンプリング 周波数は人間の眼が緑に対しよシ敏感なので赤や青の空間サンプリング周波数の ２倍である。今日まで上記の空間周波数は無色化機能を果すように構成されてお シ、すなわちフィルタの空間周波数応答はすべての色に対しほぼ同一である。

無色比濁波数応答は、るる色の空間サンプリング周波数が他の色よシ高い場合に カラーイメージセンナに使用するのは問題がるる。一層高度にサンプリングされ た色（例えば緑）内のエイリアシング（折重り）を減少させるようにフィルタの 周波数応答を最適に選定すると他の高度にではなくサンプリングされる色（例え ば青および赤）における空間周波数は適当な制限を受けることなく、その結果こ れらの色ではエイリアシング（折重シ）が発生する。他方、もし高度にではなく サンプリングされた色（例えば赤および青）に対し空間フィルタの周波数を最適 化すると、一層高度にサンプリングされた色（例えば緑）における空間周波数は 制限が不適当でろって、サンプルから再構成されるイメージの鮮度は低下して好 ましくない。

発明の開示 上記のタイプの光学空間周波数フィルタでろって、異なる色に対し異なる空間サ ンプリング周波数を有するイメージセンサに使用したとき上記のような欠点を取 除くようなフィルタを提供するのが本発明の目的である。

本発明によシ色依存性空間周波数応答を有する光学空間周波数フィルタを提供す ることによりこの目的は達成される。第１の色の光線の偏光状態を第１の量だけ 変更し、第２の色の光線の偏光状態を第１の量とは異なる第２の量だけ変更する 様に空間周波数フィルタの空間周波数応答が色依存性であるようになす光の偏光 状態を変える波長依存性手段によシこれは達成される。

あるイメージセンサに使用するとき、要素の個々の厚さとそれらの相対配置は、 第１の色に対する空間周波数はセンサによる第１の色のサンプリング周波数に関 連し、第２の色に対する空間周波数応答は第２の色のサンプリング周波数に関連 するように選択される。

本発明の利点は主としてフィルタの空間周波数応答が色依存性であるということ にアシ、異なる色に対し異なる空間サンプリング周波数を有するイメージセンサ を備えたカラーイメージセンシングシステム内ではエイリアシング（折重シ）効 果は減少し、しかも１色又はそれ以上のカラーの解像度を犠牲にすることはない 。さらにこの色依存性光学空間周波数フィルタは容易かつ安価に構成できる。こ れは丈夫でろ＃）１次元または２次元における異なる周波数応答に対しても容易 に適合できる。

図面の簡単な説明 本発明の実施例を図を用いて以下詳細に説明する。ここで、第１図は異なる色を 異なる空間サンプリング周波数でサンプリングするためのカラーイメージセンナ を有するイメージセンシングシステムの説明的斜視図； 第２ａ図は本発明による色依存性空間周波数フィルタの略図；第２ｂ図は非偏光 白色光のスポットに応答する第２ａ図のフィルタの出力を示す図； 第３図は第２ａ図に示すフィルタ内の波長板の向きを示すのに用いる図； 第４図は第２ａ図に示すフィルタの色依存性空間周波数応答を示す図； 第５ａ図は本発明による色依存性空間周波数フィルタの他の実施例の略図； 第５ｂ図は非偏光白色光の−Ｓポットに彪答する第５ａ図に示すフィルタの出力 を示す図； 第６ａ図は二次元色依存性周波数応答を有する本発明による空間フィルタの略図 ； 第６ｂ図は非偏光白色光のスポットに応答する第６ａ図に示すフィルタの出力を 示す図； 第７ａ図は本発明による他の二次元色依存性空間フィルタの略図； 第７ｂ図は非偏光白色光のスポットに応答する第７ａ図に示すフィルタの出力を 示す図；　・ 第８図は第７ａ図に示すフィルタの異なる空間方向における色依存性空間周波数 応答を示す図； 第９ａ図は本発明による色依存性空間周波数フィルタの他の実施例の略図； 第９ｂ図は非偏光白色光のスポットに応答する第９ａ図に示すフィルタの出力を 示す図； 第１０図は第９ａ図に示すフィルタの色依存性空間周波数応答を示す図； 第１１図は全波長板または高次の全波長板を有する色依存性空間周波数フィルタ の働きを説明するのに有用な、光線の波長に対しスポット強度をプロットした図 ；第１２ａ図は本発明による色依存性空間周波数フィルタの他の実施例の略図； 第１２ｂ図は非偏光白色光のスポットに応答する第１２ａ図に示すフィルタの出 力を示す図； 第１３図は阿波長板または高次の阿波長板を有する色依存性空間周波数フィルタ の働きを説明するのに有用な、光線の波長に対しスポット強度をプロットした図 でおる。

第１図に示すイメージセンシングシステムは、それぞれ緑、赤、緑、青を意味す るＧＲＧＢの文字を付した縦縞で示された菫なシ合うカラーフィルタ列を有する ＣＯＤイメージセンサのような外戚したサンプリングタイプのカラーイメージセ ンサ１２上にイメージの焦点を合わせるレンズ１０と、カラー依存性空間周波数 フィルタ１４と、を有する。第１図に示すように、カラーイメージセンサ１２上 の緑のフィルタ要素（Ｇ）は赤（Ｒ）または青（Ｂ）のフィルタ要素の２倍配置 されている。色依存性空間周波数フィルタ１４は入力イメージの緑成分の空間周 波数をイメージセンサ１２上のフィルタ要素の列内の緑フイルタ要素の周波数に 関連する周波数に制限し、入力イメージの赤および青の成分の空間周波数をイメ ージセンサ１２上の赤および青のフィルタ要素の周波数に関連するおる低い周波 数に制限する。

従って色依存性空間周波数フィルタはイメージセンサの出力信号Ｓから形成され るイメージ内の各色のアリアシング（折重））を減少し、しかもイメージの何れ の色の解像度すなわち鋭敏度を犠牲にすることはない。

第２図は、色依存性空間周波数フィルタ１４の展開平面図を示す。フィルタ１４ は第１の複屈折要素１６と、波長板１８と、第２の複屈折要素２０と、を有する 。複屈折要素は方解石や石英のような複屈折を示す鉱物結晶から作られる。波長 板は天然産の複屈折結晶かまたは波長板形成用の人ニブラスチック材料かの何れ かで作られる。

第２図に示すように図平面に平行な光軸２２を有する第１の複屈折要素１６は非 偏向白色光Ｗを、図平面に垂直な方向に偏光されて魚卵で示されている「常光線 」成分（０）と、図平面内の方向で「常光線」の偏光方向に垂直な方向に偏光さ れて矢印で示されている「異常光線」成分（８）とに分割する。複屈折要素から は相互に離れて２本の光線が平行にかつ入射光Ｗに平行に出る。波長板１８は白 色光の赤および青成分の偏光状態を直線偏光かに円矢印Ｒ，Ｂで示すような円偏 光に変更するが、白色光の緑成分の偏光状態は矢印Ｇおよび点Ｇで示すように変 更しない。この結果は、波長板が赤および青においてはｙ波長板の効果を有し、 緑においては全波長板の効果を有することによる。

第３図に波長板１８の正面図が示されている。波長板は、第１の複屈折要素１６ から出るシート平面に平行なｅ光線の偏光方向に対し角θをなす光軸２６を有す る一枚シートの複屈折材料からなる。この第１の実施例ではθ；４５°でａる。

波長板の必要厚さは以下に述べるように計算され、波長板は製作が容易である。

光軸２４を有する第２の複屈折要素２０は図平面内に偏光された光線を矢印で示 すｅ光線に屈折し、図平面に垂直に偏光された光を魚卵で示す０光線に通過させ る。

図平面に又図平面に垂直に偏光された等しい成分を有する円偏光された光は等し く、ｅ光線、０光線に分割される。図平面内に偏向された直線偏光はｅ光線上に 伝搬され、図平面に垂直な偏光は０光線上に伝搬される。また、円偏光された入 射光中の赤および青成分は等分にｅおよび０光線内へ分割されるが、直線偏光の 緑成分は全部がｅか０かの何れかの光線上に伝搬される。その結果、第２の複屈 折要素２０から出る４本の光線は　′色を有している。

要素１６からのｅ光線と要素２０から００光線とからめられたことを示すｅＯの 印を付けられた最上段の光線は緑の光線を欠くのでマゼンタ色を呈する。ｏｓの 印を付けられた最下段の光線もまた同じ色を呈する。ＯＱおよびＯｅの印を付け られた中央の２本の光線はそれぞれその中では緑光線が支配的で緑色を呈する。

第２ａ図に示すように４本の光線が均等に離され赤と青の光線量が４点すべてに 均等であると、フィルタ１４の空間カットオフ周波数は緑に対しては青および赤 に対するよシも２倍となる。第２１：１図は非偏光白色光のスポットに応答して フィルタによシ発生された色スポットのパターンを示す。

スポット間の距離およびスポットの相対強度はフィルタ１４０周波数応答を決定 する。距離は要素１６．２０のそれぞれの厚さで調整される。相対強度は要素の 配置および波長板の厚さ即ち減速度によシ調整される。フィルタの周波数応答は イメージセンサ上のカラーフィルタ要素の間隔に関連して選定される、空間周波 数応答は第４図に示されている。線２８は入射イメージの緑成分に対するフィル タの空間周波数応答を示す。緑の周波数応答は空間周波数が３Ａｄ（、において １次のゼロを有する。

ここで勺は緑色のスポット間の距離である。緑３０は入射イメージの赤および青 成分に対するフィルタの空間周波数応答を示す。赤と青光線が４個のスポット間 に均等に分割されるとき、のゼロを有し、ここで”ＲＢはマゼンタ色のスポット 間の距離である。スポットが等間隔に離れているとき、ｄＲＢ＝＝　３　ａＧと からなる赤と青とに対する周波数応答に対する１次のゼロは缶で生ずる。

前記のように、２個の複屈折要素にはさまれる波長板１８は光線の赤と青の波長 に対してはに波長板で１、光線の緑の波長に対しては全波長板である。波長板は 光線のある成分を他の成分に比較して減速するよって作用し、これにより光線の 側光状態を変更する。厚さｔの波長板の減速度は次式で与えられる。

ここでΔφは光線の直交成分間の相対変位（ラジアン）、λは光線の波長、 （ｎｏ−ｎｏ）は材料の複屈折度、 複屈折度は波長人との関数関係は弱いけれども、これは複屈折の分散といわれ、 この効果は大抵の材料に対し比較的小さく、１次の計算では無視して差支えない 。式（１）の右辺の分母内のλで与えられる波長と強い関数関係を有するものは 波長板を緑に対し全波長板として作用させ赤と青に対しては〆波長板として作用 させる。

青、緑、赤の光線の波長をそれぞれλＢ＝、４５μ、λＧ＝、５５μ。

λＲ＝、　６５μとし、緑の光線の波長に対し１次の全波長板（Δφ。

＝２π）を選択すると、全波長板の赤および青に対する効果は次のように計算さ れる。（１）式から、これらの値は赤や青に対し望ましいに波長板効果に極めて 接近している。しかしながら円偏光を得るよりもむしろ楕円偏光が形成される。

相対スポット強度は次式から計算される。

１０６　＝　Ｉ６０　＝”Ａ　（１−Ｃｏｓ　（Δφ））　（４）工。。＝工。

。＝１−１゜。　（５） ここでエエアは光線で形成される個々のスポットの強度。このパターンにおける 全エネルギ量は２と定義されることに注意。

上記の波長に対し、これらのスポットの強度は表１のように与えられる。

Ｂ・（，４５μ）　０．５９　０．４１Ｇ　（，５５μ＞　１．００　０．００ Ｒ（，６５μ）０．７９　０．２１ 緑光線はすべて中央スポットに集中し、赤と青の光線は中央と外側のスポットに 分割されていることをこの計算は示している。この結果は赤と青に対し正確には （工。。＝工。。＝、５）という理想的な結果ではないが、λ＝、５５μに対し １次の全波長板を用いたフィルタは緑に対し赤または背に対するよシ高い周波数 応答をもつ好ましい特徴を有する。

第４１図はＯＯスポットに対する光線の波長とスポット強度との関係をプロット したものである。曲線６６は緑における１次の全波長板に対するものである。曲 線６６で示すように、可視スペクトルの範囲にわたシ相対スポット強度の変化は なだらかである。

複屈折の分散を大抵の材料に対し考慮した場合この結果は少し変ってくる。波長 板が全波長減速子となる波長を変更することによシ外側スポットに無視できる量 の緑を許容するとスポット間の赤と青のバランスを更によくすることができる。

上記のようなタイプの色依存性空間周波数フィルタは、第１図に示すように中心 間隔１２μのフィルタ要素をもつ縞状カラーフィルタパターンを有する半導体カ ラーイメージセンサのために作られた。複屈折結晶１６．２０はそれぞれ厚さが ２．．３０ｍ、４．３５ｎｍの石英板でるる。これらの厚さは実験を行ったとき にたまたま実験室で入手できたものであって、２．　ＯＮ、４．００■の厚さの ものを使用するのが一層好ましい。石英板の光軸は第２ａ図に示すように約４５ °を向いている。波長板は、０３０インチ厚さのセルローズアセテートブチレー トを積層したプラスチック波長板で波長、５３μで１次の全波長減速を有してい る。波長板材料はＧ　Ａ　Ｂ　Ｌａｍ１ｎａｔｅｄ　Ｒａ、ｔａｒｄｅｒｓ　（ 積層減速子）の商品名でＰｏ１ａｒｏｉｄ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社からシー トの形で購入できる。

波長板はその代シに１次の全波長板を作る標準方法の何れかで製作してもよい（ Ｃｈａｐｔｅｒ　１０．　ｐ　１０−１１２．　ｔｈｅ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏ ｆ○ｐｔｉｃｓ、　ＭｃＧｒａｗ　Ｈｌｌｌ（ＮＹ）、　１９７８参照）。要素 は第２ａ図、第３図に示す方向に並べられ、取付具内に一緒にクランプされ、イ メージセンシングシステムの光路内に置かれる。こうして完成したフィルタはほ ぼ１３μ間隔の４個の色スポットを形成し、ｅＯとｏｅのスポット間の全長は４ ０μである。イメージセンシングシステムで形成されたイメージは、色依存性空 間周波数フィルタを使用しないシステムで形成されるイメージよシこれら３色す べてに実質的にエイリアシング（折重シ）が少ないことが観察された。どの色に も顕著な解像度のロスはなか。

つた。

生産個数によってはフィルタを製作する要素は安価に生産可能である。フィルタ は要素を適切な向きに積層してインデックスがマツチする光学セメントでそれら を固定して簡単に作れる。

でき上りの構造は丈夫で取扱が容易である。

上記の実施例では複屈折要素２０は要素１６０２倍の厚さを有し、４本の出力光 線を均等に分離する。スポットの相対間隔は複屈折要素１６．２０の相対厚さを 変更することによシ変えることができる。例えば、もし要素２０を第５ａ図に示 すように要素１６と同一厚さとすれば、第５ｂ図に示すように３個のスポットパ ターンが形成される。ちょうど今説明したように、第５ｂ図に示す・ぐターンの 中央スポットの赤と青の強度は両側スポツトの強度の２倍となる。要素の配置を 変更すれば次のように３個のスポット内の赤と青の強度を均等にすることが可能 である。

スポットの強度は次式から計算できる。

工。。＝工。。＝１−２ｓ１ｎθＧｏｓθ（１−Ｃｏｓ△φＲＢ）　（６）■。

。＝工。。＝２００８２θ８１ｎ２θ（１−ＣｏｒΔφＲＢ）（７）ここでθは 第３図に示すように、波長板の固定軸（光軸）と、第１の複屈折要素１６からの ｅ光線の偏光方向とのなす角、 ΔφＲＢは光線の赤と背の波長に対する波長板の減速度。

式（６）と（力とは、出力スポットを１列に配列するように向きを与えられた複 屈折要素１６．２０の厚さのいかなる組合せにも適用される。式（４）、（５） はこれらの式をθ＝４５°として簡略化したものである。

中央スポットの赤と青の光線の強度を両列側の赤と青の強度と等しくするために は、θまたはΔφＲＢ’は赤および青成分に対し次式を満足することになる。

■。。＝工。。＝Ｉ０゜＋１゜。　（８）（６）式、（７）式から次式の満足を 前提として上記は成立する。

５ｉｎ２２θ（１−ΔＣｏｓΔφＲＢ　）　＝　４／３（９）θを一定とすれば 、直ちに次の解が一例として得られる。

θ＝４５°；ΔφＲＢ　＝　２πｍ±１．９１　ｒａｄ　（１１ここでｍは整数 である。（９）式からはもちろん他の解もめられる。緑を単一スポットで得るた めにはΔφ。＝２πｍの条件は保持しなければならない。

このように波長板に回転を与えること、即ち波長板の減速度を変えることによシ 、スポットにおける光線の色強度を変更可能である。一般にここに開示される実 施例についてこれはあてはまる。要素は対称であるのでスポットのペアは同一強 度を有する。

ここまでは波長板１８は緑に対する１次の全波長板として説明してきた。更に高 次の全波長板を本発明の実施例に採用してもよい。しかしながら緑に対する波長 板の次数を上げると、そのスポットにおける波長と強度との相対変化が大きくな る。前述のように第１１図の曲線６６は、緑に対し１次の全波長板１８（ΔφＧ ＝２π）を有する空間周波数フィルタにおいて、波長に対し００スポツトの相対 強度が変化する様子を示す。曲線６８は緑において２次の全波長板（ΔφＧ＝４ π）に対する相対強度の変化の様子を示す。曲線７０は緑に対し３次の全波長板 （ΔφＧ＝６π）に対する相対強度の変化の様子を示す。曲線６６．６８．７゜ を比較してみると、波長板の次数がふえると共に、ｏｏスポットにおける光線の 相対強度は波長と共に大きく変化することがわかる。上記の３つの次数では、関 数は可視波長内で振動をする。この現象は３次の波長板に対し背の波長のところ で現れはじめ、曲線７０が波長、４６μ付近で反転しているのが顕著である。こ の振動を避けるために、波長板の次数は４次以下にすべきである。

今まで説明してきた例では、色依存性空間周波数フィルタによシ形成された光線 は一直線上に並んでいる。もし複屈折要素１６．２０の一方を他方に対し相対的 に９０°回転すると、スポットは第６ｂ図に示すように長方形パターンに配列さ れる。もし複屈折要素１６．２０が第６ａ図に示すように同一厚さであればパタ ーンは正方形になる。この配列にすれば、フィルタの空間周波数応答は異なる色 は異なる方向へと別々に出すことが可能である。この種の空間周波数フィルタは 、例えばセンサに沿った２つの直交方向に異なるサンプリング周波数を有するイ メージセンサには有用である。Ｏｅとｅｏのスポットが水平線上にくるようにこ のフィルタを回転すると、ダイヤ七ン）＃型のパターンが形成される。緑は水平 方向にのみぼやけ、赤および青は水平、垂直の両方向でぼやける。複屈折要素を 相互に９０’回転した場合、第２の複屈折要素２０において、第１の複屈折要素 １６からくる０光線はｅ光線となシ、第１の複屈折要素からのｅ光線は第２の複 屈折要素に関しては０光線となる。第６ａ図においては第１の複屈折要素１６か ら出る光線は０光線だけが示されている。ｅ光線はＱ光線の真下になるのでみえ ない。同様に第２の複屈折要素２０から出る光線は００およびｏｅ光線だけが示 されている。ｅｏおよびｅｅ光線はそれぞれ００およびＯｅ光線の下にきて見え ない。もし複屈折要素間の角度を９０゜の倍数以外の角に回転されると、平行四 辺形パターンが形成され緑は４個のスポットすべてに現れる。

本発明による色依存性空間周波数フィルタの周波数応答は、波長板と複屈折要素 とを更に追加してよシ細かにすることが可能である。第７ａ図は非偏光白色光Ｗ に応答して第７ｂ図に示すようなカラースポットを形成するような２次元色依存 性空間周波数フィルタの一例を示す。この空間周波数フィルタは図示のように３ 個の複屈折要素５０．５２．５４と、ぞれらの間にはさまれた２個の波長板５６ ．５８と、を有している。第１の複屈折要素５０は非偏光の白色光を０光線とｅ 光線とに分割する。第１の複屈折要素５０が第７ａ図に示すような向きに置かれ るとｅ光線は０光線の真下にきて図ではみえない。波長板５６はすべての色に対 し１次のに波長板である。この目的のためには、（１）π 式によるとΔφｏ＝７式おける赤、緑、青の各波長間の減速度の差は無視できる ほど小さいので、緑の波長λ。；、５５μにおける１次のに波長板で十分である 。Ｋ波長板５６はθ光線および０光線のすべての色の偏光状態を円矢印Ｒ，Ｇ、 　Ｂで示すように円偏光に変更する。

複屈折要素５２は各円偏光を第７ａ図の点部シよび矢印で示すように相互に直角 方向に偏光されたθ光線と０光線とに分割する。第７ａ図ではｏｅ光線と９０光 線とのみが示され、ｅｅ光線とｅｏ光線とはそれぞれＯｅ光線と。０光線との直 下になる。

波長板５８は前記のように緑に対しては全波長板で赤および青に対してはに波長 板であって光線の赤および青成分の偏光状態を円偏光に変更するが緑光線の偏光 状態には影響を与えない。

複屈折要素５４は４本の各光線をｅ光線と。光線とに分割する。

緑光線はすべて４個の内側スポットｏｏｏ、　ｏｓｓ、　ｅｏｏ、　ｅｅｅにシ フトされる。赤および背光線は第７ｂ図に示すように８個のスポットに均等に分 割される。

第８図は第７ａ図に示すフィルタの光線の異なる色の異なる方向における周波数 応答を示す略図である。線６ｏは、空間周波数フィルタの周波数応答がＸ方向で 緑色に対し空間周波数イｄｘ（Ｇ）で１次のゼロを有することを示す。線６２は 、空間周波数フィルタの周波数応答が光線のすべての色に対しｙ方向で空間周波 数、！４　ｄ７　（ＲＣｒＢ　）で１次のゼロを有することを示す。線６４は、 空間周波数フィルタの周波数応答が、光線の赤および青色に対しＸ方向で空間周 波数ＱＧＩ−１−ゴ７酊巧で１次のゼロを有することを示す。

前にも記し；とように本発明においては緑に対し高次の波長板が有用である。第 ９ａ図は緑に対し高次の全波長板１８を有する色依存性光学空間周波数フィルタ を示す。第９ａ図に示すように、赤および青光線の大部分は高次の波長板によｆ ｉ　ｅｏおよびＯｅスポツｌ−に現れる。（１）式から、波長板が２次であって 緑に対して全波長板（ΔφＧ＝４π）であるとき、腎に対してはほぼイ波長板（ ΔφＢ　＝　４．８π）であシ、赤に対しては阿波長板とに波長板との中間でる ることがわかる。波長板が緑に対し３次波長板（ΔφＧ＝６π）であるとき、赤 に対してはほぼ正確に％波長板（ΔφＲ＝５．Ｑ７π）であるが青に対しては％ 波長板に近いというわけにはいかない（Δφ３＝ｚ３π）。波長板が赤および青 に対しほぼＨ波長板であってθ；４５６の向きにあるときは、第９ａ図の波長板 から出る光線上の矢印および点部で示すように赤および青光線の偏光は緑光線の 偏光方向から約９０°回転される。その結果、赤および青光線は第２の複屈折要 素２０で緑光線からほぼ全部が分離される。

表２は△φＧが４πおよび６πのときの相対スポット強度を示す。

表　２゜ Ｂ、（，４５μ”）　０．０３　０．９７　０，２５　０．７５Ｇ（，５５μ） 　１，００　０．００　１．００　０．００Ｒ（，６５μ）　０．３２　０．６ ８　０．０１　０．９９第９ｂ図は第９ａ図に示す色依存性空間周波数フィルタ で形成されるスポットパターンを示す。第１０図は第９ａ図に示すフィルタの異 なる色に対する周波数応答を示す略図である。線７２はイメージの緑成分に対す る周波数応答が空間周波数ｙ６ｄ。

で１次のゼロを有することを示し、ここでｄＧは第９ｂ図に示すように中央の２ 個のスポット間の距離である。第１Ｏ図の線７４はイメージの赤および青成分に 対する周波数応答が空間周波数’ｇ　ｄＲＢで１次のゼロを有することを示し、 ここでａＲＢは第９ｂ図に示すように外側の２個のスポット間の距離でろる。

これまでの実施態様および実施例では、複屈折要素の間にはさまれる波長板は緑 に対し１次または高次の全波長板として説明してきた。色依存性空間周波数フィ ルタを製作する問題の他の種類の解決法は緑に対し阿波長板を使用することであ る。この場合縁の減速度はΔφＧ＝２πｍ±πとなり、ここでｍは整数でるる。

第１２ａ図は緑に対し阿波長板を使用する色依存性空間周波数フィルタの展開平 面図を示す。波長板７４は複屈折要素７６．７８の間にあってθ笥４５°の向き を有している。波長板７４は緑に対して阿波長板であり赤および青に対してに波 長板である。緑に対し波長板７４は偏光面を９０００回転し、従って第１の複屈 折要素７６から出る０光線は第２の要素７８ではｅ光線となり、逆にｅ光線は０ 光線となる。赤および青光線に対しては波長板７４は入射直線偏光を円偏光に変 更し、この結果第２の複屈折要素７８によ択　４個の出力スポットが形成される 。

このフィルタで形成される出カバターン（第１２１）図に示す）は第２ａ図に示 すフィルタで形成されるパターンと同一である。

しかしこの実施例では、第２の複屈折要素が前の例とは異なシ１８００回転され ている（光軸８０の位置に注意）。パターンにおける中央の２個のスポットはｏ ｅおよびｅｏ光線で形成されるが逆に第２ｂ図では００およびｅｅ光線で形成さ れている。赤および青スポットは強度が等しい点で、このフィルタの空間周波数 応答は第４図に示すものと同一である。

式（６）、（７）は、このフィルタで形成されるスポットの直線配列に対するス ポット強度の計算にも成立する。緑の減速度の有効な値はΔφ。＝π、３π、５ πを含む。表３はΔφ。のこれも３種類の値に対するスポットの相対強度を示す 。

工。。　工。。　工。。　工。。　工。。　工。。

Ｂ（，４５μ）　０．１２　０．８８　０．７５　０．２５　０．９７　０．０ ３Ｇ　（、５５μ）　０．００　１．００　０．００　１．００　０．００　１ ．０ＯＲ（，６５μ）　０．０６　０．９４　０．４４　０，５６　０，８７　 ０．１３中央の２個のスポラ）Ｉ。８の波長に対する強度変化が第１３図に示さ れ、ここで曲線８２はΔφＧ＝πに対し１曲線８４はΔφＧ＝３πに対し、曲線 ８６はΔφＧ＝５πに対するものである。

第１３図を第１１図と比較すると（全波長板の例の中央２（ｌ！の強度）、曲線 ８２は曲線６６の上にあシ、曲線８４は曲線６６と６８との間に６Ｄ、曲線８６ は曲線６８と７０との間に位置していることが興味深い。第１１図および第４３ 図に示す６本の曲線は２個の緑スポットだけを形成するための最初の６種類の解 決法を示すが、一方第３、第４のスポットでは赤および青光線が顕著となる。減 速度が増加する払赤および青光線はパターンの外側スポットに更に多く現れる。

全波長板を使用したフィルタと同様、％波長板を含むフィルタでも種々の１次元 および２次元パターンを形成可能である。

２個の複屈折結晶の間の角度を９０°の倍数以外の角度とした場合、平行四辺形 パターンが形成される。しかしながら翅波長板のケースでも緑光線が４個のスポ ット中の２１１！Ｉだけに現れるように減速子（波長板）の方向を定めることが 可能で、これはθに方向を定められた％波長板は光線の偏光面を２０だけ回転す るからでるる。減速子の方向を４５°以外の角度に向けると４個のスポット中の 赤および青光線の量もまた変化する。さらに波長板と複屈折要素を追加して４個 以上のスポットを有するパターンの形成も可能である。

偏光状態を変更する手段としてこれまで、いわゆる複屈折結晶から構成された波 長板、または人工の指向性プラスチック材料をとシ上げてきたが、これ以外にも 同一効果を示す他の手段かい（つかある。他の材料として液体結晶などが複屈折 を示し、これが２個の結晶間の波長板として使用可能である。光学活性といわれ る他の光学効果もまた、結晶間の偏光状態を変更するのに適した手段でらる。直 線偏光が光学的活性材料を通過伝搬するとき、その偏光面は回転される。全回転 量は、でるり、ここでｎＬおよび兜は左旋および右旋円偏光に対する屈折率で、 ｔは材料の厚さである。回転のηへの依存性は、波長板と同様異なる色に対して は光線の偏光状態を異なって変更し、従って色依存性空間周波数フィルタの形成 に使用可能である。−片の光学活性材料を用ぺその厚さは、緑光線の偏光面を１ ８０’回転し、赤および青光線の偏光面を１８０°±４５６だけ回転するのに適 切な厚さとすれば、緑光線に対する全波長板に類比な状態が構成できる。光学活 性材料としてよく知れたものに、結晶石英（その光軸に沿って伝搬する光線用） およびコレステロール液体結晶の二種類がある。

偏光状態を変更するのに有効な材料としてほかに、液体結晶や電気光学材料のよ うな電気活性材料が６９、これらは電場がかげられるとその影響で複屈折および ／または光学活性を示す。

・電気光学材料にはＫ　ＯＰ　（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｄｉｈｙｄｒｏｇｅｎ　 ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　）およびＰＬＺＴ　（１ｅａｄ　ｚｉｒｃｏｎａｔｅ　ｔ ｉｔａｎａｔｅ）がある。これらの材料を使用して、電気光学材料にかける電圧 を変化すれば色依存性空間周波数フィルタの空間周波数応答が変化可能である。

産業利用性 色依存性光学空間周波数フィルタのことを説明してきたが、空間周波数フィルタ は特に、異なる色に異なるサンプリング周波数を有するカラーイメージセンナに 対する入射空間周波数を制限するのに用いられ、これによｌる色のエイリアシン グ（折重なシ）を減少させかつ他の色の解像度を低下することはない。色依存性 空間周波数フィルタは高価でなく製作が容易であるという利点をさらに有する。

このフィルタは、例えばテレビカメラ、電気スチル、ムービーカメラ、またはフ ィルムビデオプレーヤのように異なる色に対して異なるサンプリング周波数を有 するカラーイメージセンナを有するイメージセンシング装置の性能を改善するの に有用でろる。

ＦＩＧ、　３ 交響Ｎ１遣奴 ＦＩＧ、　５ａ ＦＩＧ、　９゜ ＦＩＧ、　１０ 製氷１ｐｌ　ＦＩＧ、　ＩＩ Ａ；−ＥＸＴＯ：：＝＝シｒＮＴＥＦニド；入ＴＯＷ：Ｘ、ζＬＳＥＡスＣＨ＝ 虫、Ｅ！ミＣＲτＣ二！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕少くとも一対の複屈折要素と、複屈折要素の間で光線の偏光状態を変更す る手段と、を有するタイプの光学空間周波数フイルタであつて、 光線の偏光状態を変更する手段は、第１の色の光線の偏光状態を第１の量だけ変 更し、第２の色の光線の偏光状態を第１の量とは充分に異なる第２の量だけ変更 し、従つて空間周波数フイルタの空間周波数応答は実質的に色依存性であること を特徴とする光学空間周波数フイルタ。 （２）空間周波数応答は２直交方向で異なることな特徴とする請求の範囲第１項 に記載のフイルタ。 （３）光線の偏光状態を変更する手段は緑光線に対して全波長板であり赤および 青光線に対しては１／４波長板であるような波長板であることを特徴とする請求 の範囲第１項に記載のフイルタ。 （４）光線の偏光状態を変更する手段は、緑光線に対して２／１波長板であり赤 および青光線に対しては１／４波長板であるような波長板であることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載のフイルタ。 （５）光線の偏光状態を変更する手段は、光学活性材料からなることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載のフイルタ。 〔６〕カラーイメージセンサと空間周波数フイルタとの組合体であつて、 光線の第１の色に対し第１のサンプリング周波数を有し、光線の第２の色に対し 第２のサンプリング周波数を有するカラーイメージセンサと； 空間周波数フイルタで少くとも一対の複屈折要素と、複屈折要素の間で光線の偏 光状態を変更する手段と、を有し、光線の偏光状態を変更する手段は、第１の色 の光線の偏光状態を第１の量だけ変更し、第２の色の光線の偏光状態を第１の量 とは充分に異なる第２の量だけ変更し、そのため空間周波数フイルタの空間周波 数応答は実質的に色依存性であり、第１の色に対する空間周波数応答は第１の色 のサンプリング周波数に関連し、第２の色に対する空間周波数応答は第２の色の サンプリング周波数に関連しているものである空間周波数フイルタと；を含む組 合体。 （７）イメージセンサのカラーサンプリング周波数は２直交方向で異なり、空間 周波数フイルタの空間周波数応答はそれに応じて２方向で異なる請求の範囲第６ 項に記載の組合体。 （８）イメージセンサは赤、緑、青の光線を感知し、光線の偏光状態を変更する 手段は、緑光線に対して全波長板であり赤および青光線に対しては１／４波長板 であるような波長板である請求の範囲第６項に記載の組合体。 （９）イメージセンサは赤、緑、青の光線を感知し、光線の偏光状態を変更する 手段は、緑光線に対して１／２波長板であり赤および青光線に対しては１／４波 長板であるような波長板である請求の範囲第６項に記載の組合体。 （１０）光線の偏光状態を変更する手段は、光学活性材料から成る請求の範囲第 ６項に記載の組合体。