JPS619617A - カラ−ビデオカメラにおける複合複屈折板 - 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】 （技術分野） この発明は、カラービデオカメラにおける、複合複屈折
板に関する。

（従来技術） 民生用のカラービデオカメラにおいては、小型化、低コ
スト化、低消費電力化を目的として、単板式または単管
式の撮像系が用いられている。ここに、単管式の撮像系
とは単一の撮鐵管ないい、単板式の撮像系とは、受光素
子を２次元的に配列した自己走査型の撮像素子ないう。

これら単管式もしくは単板式の撮像系を用いるカラービ
デオカメラでは、画像を６原色に色分解するために、２
次元の空間的色変調フィルターが設けられる。

２次元の空間的色変調フィルターというのは、色分解す
るべき６原色をα、β、γとすると、α色を透過させる
微小なフィルターと、β色を透過させる微小なフィルタ
ーと、γ色を透過する微小なフィルターとを、多数、画
素配列に対応させて、２次元モザイク的に配列したもの
であって、光電変換面に配備される。３原色α、β、γ
は、原色型では、緑、赤、青、補色型では、シアン、マ
ゼンタ、イエローである。

珂・６図に、このような２次元の空間的色変調フィルタ
ーの１例を示す。この空間的色変調フィルターは原色型
であって、６種の微小なフィルターＣ）、Ｒ，Ｂｉ画累
配列に応じて２次元モザイク的に配列してなっている。

単板式の撮像系では、各微小なフィルターのひとつひと
つの下に受光素子がひとつずつ配列していることになる
。

フィルター〇は緑色光、フィルターＲは赤色光。

フィルターＢは青色光を、それぞれ透過させる。

この、！６図に示す空間的色変調フィルターは、緑色光
を透過させる微小なフィルター〇の配列が市松模様とな
っているところから、緑市松型と呼ばれている。

矛３図において矢印Ａで示す方向は、カラービデオカメ
ラを普通にかまえた状態において水平方向に対応し、水
平方向と呼ばれる。この水平方向Ａに直交する方向Ｂは
、垂直方向と呼ばれる。

空間的色変調フィルターにおける、水平方向の、繰返し
ピッチＰＨは、微小なフィルターの色配列の、水平方向
の繰返し周期である。同様に、上記色配列の、垂直方向
の繰返し周期は、垂直方向の繰返しピッチＰＶ　　であ
る。

ところで、このような２次元のを量的色変調フィルター
を用いる単板式又は単管式の撮像系を有するカラービデ
オカメラでは、周知の如く、光電変換面上における被写
体の＠に、空間周波数の高い部分があると、原色信号と
して識別され、再現された被写体のカラーｌはでは、当
該部分に本来の色とは異なる着色がなされるという、着
色物象が生ずることがある。

この↓うな着色現象を防止するために、空間周波数に対
する低域フィルターとして、複屈折板が利用されている
。

ことで、複屈折板について簡単に説明しておく。

複屈折板は、水晶や方解石のような、複屈折現象を示す
結晶体から板状に切り出された光学素子である。

今、矛４図を参照しつつ、水晶による複屈折板に例をと
って説明する。〕・４図に示す複屈折板１０は、水晶か
ら切り出された平行平面板である。切り出しは、光学軸
が　、すなわち結晶軸が、複屈折板の表裏の互いに平行
な平面に対し、はぼ４５度ななすようになされている。

複屈折板１０の中央において、表裏の平面に直交する軸
を複屈折板１０の光軸と称する。また、複屈折板１０の
表裏の平面のうち、光が入射する面？、入射面と称する
。そうすると、一般に複屈折板では、その光学軸は入射
面と光軸とに対して傾いている。

そこで、光軸方向から見た状態における、光学軸の入射
面・＼の射影を、以下射影線と呼ぶことにする。

さて、矛、４図に示すように、り屈折板１０に元軸方向
から光ＬＤ　　な入射させると、複屈折現象によって、
元Ｌｏ　　は、常光線Ｌ１　　と異常光線Ｌ２　　とに
分離し、これら常光線Ｌ１、異常光線Ｌ２　　は、複屈
折板１０かも射出すると、互いに距離Ｗだげ分離する。

この距離Ｗな分離幅という。

複屈折板１０の厚さをｄ、常光＠Ｌ１．異常光線Ｌ２　
　に対する屈折率を、そわぞれ、ｎｏ、ｎＱとすると、
分離幅Ｗは、 ２ｎｏｎ、） で与えられる。

さて、このような複屈折板を利用して、上記着色現象を
防止する方法として、牙５図に示すように、２枚の複屈
折板１２Ａ、　　１２ＢＱ貼り合せてなる複合複屈折板
１２ケ用いる方法が知らねている。

複屈折板１２Ａ、　　１２Ｂは、光軸と光学軸とのなす
角は互いに等しいが、光学軸の入射面への射影、すなわ
ち、射影線の方向は、互いに直交するように、貼り合せ
られている。矛５図（Ｉ）において、直線ＬＡ　　、破
線ＬＢ　は、それぞれ、複屈折板１２Ａ。

１２Ｂの射影線を示している。

また、複屈折板１２Ａ、　　１２Ｂの分離幅を、それぞ
れＷＡ、Ｗ、とすると、ＷＡ　、　ＷＢは、２次元の空
間的色変調フィルターにおける水平方向、垂直方向の繰
返しピッチＰ）Ｉ、ＰＶと、それぞれ等しく設定されて
いる。

このような複合複屈折板１２を、結像レンズと撮像系の
間に配備し、射影線ＬＡ　の方向な、空間的色変調フィ
ルターの水平方向と平行にすると、着色現象をある程度
軽減することができる。

すなわち、複合複屈折板１２のＭＴＦは、水平方向およ
び垂直方向に対して、空間周波数ＵＩＣつき。

ＭＴＦ（水平方向）　＝　］　ｃｏｓπＵＰＩ（１ＭＴ
１’ｉ’（垂直方向）　＝　ｉ　ｃｏｓπＵＰＶ　ｊで
ある。従って、結像レンズ系のＭＴＦをＭＴＦ（レンズ
）とすると、結像レンズと複合複屈折板１２　　との合
成光学系めＭＴＦは、これをＭＴＦ（全）とすると、 水平方向に対しては、 ＭＴＦ（全；水平方向ン−ＭＴＦ（し／ズ）ＸＭＴ　Ｆ
　（水平方向） 垂直方向に対しては、 ＭＴＦ（全；垂直方向）−ＭＴＦ（レンズ）ｘ　ｙ、　
Ｔ　Ｆ　、（垂直方向） となる。

そこで、この関係をオ６図に示す。

矛６図において、鎖線による曲＠６−１なＭＴＦ（レン
ズ入実線にＸる曲線６−２．６−６を、それぞれＭＴＦ
（水平方向）、ＭＴＦ（垂直方向）とすると、光電変換
面における、水平方向のＭＴＦ、すなわちＭＴＦ　（全
；水平方向）は１，１−６図（１）の曲線６−４の如き
ものとなり、垂直力向のＭＴＦ、、すなわち、ＭＴＦ（
全、垂直方向）は、矛６図（ＩＩ）の曲線６−５の如き
も、のとなる。

曲＠６−４．６−５を見ると、これらは、空間周波数の
高い部分において、いずれも、結像レンズ系のＭＴＦよ
り小さくなっている。このことから、複合複屈折板１２
が、空間周波数に対する低域フィルターとして作用し、
高い空間周゛波数成分を、ある程度遮断することにより
、着色現象なある程度軽減することがわかる。

なお、矛６図において、Ｕｏ、■ｏは、ＭＴＦが０とな
る空間周波数であって、遮断周波数と呼ばれ、 である。

さて、着色し、象を完全に防止するためには、水平方向
、垂直方向のそれぞれにおいて、Ｕｏ、■。

より大きい空間周波数に対するＭＴＦ（全）がＯとなる
ことが必要であるが、ＭＴＦ’（水平方向）。

ＭＴＦ　（垂直方向）が、いずれも、コサイン関数の絶
対値として表さ１するため、結像し／ズ系のＭＴＦ　（
レンズ）が、Ｕｃ、１６以上の空間周波数に対し有限の
値をとるかきり、矛６図に示す如く、折り返し誤差（矛
６図で・・ノチを怖じた部分〕が存在し、Ｕｏ、７６以
上の空間周波数に対してもＭＴＦ（全）は有限の値をと
るので、着色現象を完全に防止することはできない。

（目　　的） そこで、本発明の目的は、従来の複合複屈折板に比して
、さらに有効に、着色現象を軽減させつる、新規な複合
複屈折板の提供にある。

（構　　成） 以下、本発明を説明する。

本発明の複合複屈折板は、矛１および矛２の複屈折板を
互いに貼り合せてなる。

矛１および矛２の複屈折板は、光軸と光学軸とのなす角
が互いに等しい。

これら２枚の複屈折板は、光学軸の入射面への射影、す
なわち射影線が、互いに角θななすよう。

に貼り合せられる。

この角θは、空間的色変調フィルターにおける水平方向
、垂直方向の繰返しピッチＰｎ、ＰＶＫ対し、 Ｈ ＜　ｔａｎθ＜　１　　　　　　　　（１）ｖ なる関係を満足するように定められる。

また、之・１．牙２の複屈折板の分離幅ｗ１．ｗ２が、
それぞれ、 ２ＰＨｔａｎＵ ｒ９）′ となるように、各複屈折板の厚さが定められる。

前述したように、複合複屈折板を用いる限り、水平方向
、垂直方向のいずれにも、ＭＴＦの折り返し誤差が現れ
、この折り返し誤差のために、着色功、象を完全に除去
することはできない。従って、着色現象を如何にして有
効に軽減させるかは、結局、如何にして、折り返し誤差
を減少させるかという問題に帰着する。

さて、矛１図は、本発明による複合複屈折板を示してい
る。すなわち、複合複屈折板１４は、複屈折板１４Ａ、
　　１４Ｂを貼り合せてなっている。複屈折板１４Ａは
、第１の複屈折板、複屈折板１４Ｂは矛２の複屈折板で
ある。これら複屈折板ｉ４Ａ、　　１４Ｂの厚さを、そ
れぞれｄｌ、ｄ２とする。

複屈折板１４Ａ、　　１４ＢＩＣおいて、光軸と光学軸
とのなす角は互いに等しい。しかし、光学軸の入射面へ
の射影すなわち射影線は、矛１図（ＩＩ）Ｋ示すように
、複屈折板１４Ａでは射影線ＬＡ１　、複屈折板１４Ｂ
では射影線ＬＢ１であって、両者は、角θだけ傾いてい
る。角θが、前述の式（１）の条件を満し、厚さｄｌ、
ｄ２が分離幅ｗ１．ｗ２に対する式（２）、　（３）を
満足するように定められていることは、いうまでもない
。

複合複屈折板１４は、射影線ＬＡＩの方向が、空間的色
変調フィルターの水平方向に平行となるようにして、結
像レンズ系と撮像系との間に配備される。以下、条件式
（１）、（２）、（３）の意味するところを説明する。

この複合複屈折板１４の水平方向のＭ’ＴＦをＭＴＦ　
（Ｈ）　、垂直方向のＭＴＦを、Ｍ　Ｔ　Ｆ　（Ｖ　）
とすると、２・１、矛２の複屈折板の分離幅Ｗ４．Ｗ２
に対し、これらは、 ＭＴＦ　（Ｈ）　＝　Ｉ　５ｉｎ２θｃｏｓ　（πＵ　
（Ｗｌ　−Ｗ２ｃｏｓθ）　）　＋　ｃｏｓ　０ｃｏｓ
　（πＵ（’Ｊ　＋Ｗ２ｃｏｓθ〕　叫　　　　　　（
４）Ｍ　Ｔ　Ｆ”　（Ｖ　）　−１ｃｏｓ　（πＶ　（
’Ｗ２ｓｉｎθ）川と与えられる。Ｕおよび■は、空間
周波数である。

着色現象を軽減させるための遮断周波数Ｕ。。

■ｏ　　は、前述の如く、 ■ｏｖｃ対し、ＭＴＦは０となるから、この条件を用い
て（４）式を整理すると、次の（５）式が得られる。

この（５）式から、Ｗｌ、　ｗ２を求めると、を用いる
と、結局（６）式から、（２）式および（３）式が得ら
れる。（２）式において、Ｗｌ〉０　であることを考慮
すると、 が得られる。この（７）式から、ただちに（１）式が得
られる。

結局、（１）、　（２＞、　（３１〕各式を満足するよ
５に作製された複合複屈折板１４の、水平方向、垂直方
向・のＭＴＦ、すなわちＭＴＦ（Ｈ）、ＭＴＦ’（Ｖ）
は、（４）式から、 となる。

具体的な例として、Ｐ＋＋　＝　０．０２３　ｍｍ、　
　ＰＶ　＝Ｑ、３１３４ｍｍであるような、空間的色変
調フィルターを用いる場合を考えてみる。このとき遮断
周波数ＴＪｃ、”ｃは、それぞれＵ。−＝　２１．７３
９　ｃ　／　ｍｔｎ、■。＝３７．３１３　Ｃ／關であ
る。

ＰＶ −＝　０．５８２６であるから、条件式（１）を満足す
る角ａ θの範囲は、およそ６１度より大きく４５度より小さい
範囲である。θをパラメーターとして、複合複屈折板の
、水平方向のＭＴＦを（８）式に従って算出して図示し
てみると、１１２図（１）の曲線２−２ないし２−７の
如きものとなる。曲線２−１は、従来の複合複屈折板１
２を用いる場合のＭＴＦ（水平方向）である。曲線２−
２．２−３．２−４゜２−５．２−６．２−７のそれぞ
れにおいて、角θの値は、それぞれ６２度、６４度、６
６度、６８度。

４０度、４２度である。従来のＭＴＦ（水平方向）を表
す曲線２−１と比較してただちに分る↓うに、本発明の
複合複屈折板１４を用いると、遮断周波数Ｕｏ　　より
大きな空間周波数に対し、複合複屈折板１４　　のＭＴ
Ｆ（水平方向）は小さくなっている。

これによって、光電変換面でのＭＴＦ（全；水平方向）
Ｋおける折返し誤差が、従来の′ものより減少し、水平
方向における着色現象もそれに応じて、軽減される。と
くに、この例の場合、角θを６８度〜４２度くらいに設
定すると、ＭＴＦ　（全；水平方向）における折返し誤
差を著しく小さくすることができ、水平方向における着
色現象を実質的に防止できる。

一方、垂直方向のＭＴＦ、すなわちＭ　Ｔ　Ｆ　（Ｖ）
は、矛２図（ｎ）の如くなって、これは、角θに依存し
ない。

従って、この場合、遮断周波数■。以上の空間周波数で
は、従来と同様の折り返し誤差が発生する。しかし、Ｐ
Ｖ＜ＰＨであるため（ＰＶ　＜　ＰＨは、２次元撮像系
において一般的である。）Ｖｏ＞Ｕｃとなるため、垂直
方向の角線力は水平方向のそれに比して大きく、折り返
し誤差自体も小さい（Ｖｃより高い空間周波数領域では
、結像レンズ系のＭＴＦ自体も小さい）ので、着色現象
は実質上問題とならない。

（効　果） 以上、本発明によれば、新規な複合複屈折板な提供でき
る。

この複合複屈折板では、水平方向のＭＴＦにおいて、遮
断周波数以上の空間周波数領域のＭＴＦ値が、従来の複
合複屈折板のそれよりも小さくなるため、折返し誤差を
有効に減少させることができ、それにともない水平方向
の着色胡象をより有効に軽減させることができる。

【図面の簡単な説明】

矛１図は、本発明の複合複屈折板を説明するための図、
牙２図は、本発明の詳細な説明するための図、才・６図
は、空間的色変調フィルターの１例を示す部分平面図、
矛４図は、複屈折板な説明するための図、矛５図および
牙６図は、従来技術とその問題点を説明するための図で
ある。 １４Ａ・・・珂・１の複屈折板、１４Ｂ・・・矛２の複
屈折板、１４・・・複合複屈折板 イ戸Ｆｐ　　イ　　じ七り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２次元の空間的色変調フィルターを有する単板式もしく
   は単管式の撮像系を用いるカラービデオカメラにおいて
   、結像レンズ系と、上記撮像系の光電変換面との間に配
   備される複合複屈折板であって、 光軸と光学軸とのなす角が互いに等しい第１および第２
   の複屈折板を、上記光学軸の、入射面への射影が、互い
   に角θをなすように貼り合せてなり、 上記角θは、空間的色変調フィルターにおける水平方向
   の繰返しピッチをＰ＿Ｈ、垂直方向の繰返しピッチをＰ
   ＿Ｖとして、 （Ｐ＿Ｖ）／（Ｐ＿Ｈ）＜ｔａｎθ＜１ なる関係を満足するように定められ、 上記第１の複屈折板における分離幅Ｗ＿１、第２の複屈
   折板における分離幅Ｗ＿２が、それぞれ、Ｗ＿１＝（２
   Ｐ＿Ｈ）／πｔａｎ＾−＾１｛１／（ｃｏｓ２θｔａｎ
   （［Ｐ＿Ｖπ］／［２Ｐ＿Ｈｔａｎθ］））｝Ｗ＿２＝
   （Ｐ＿Ｖ）／（ｓｉｎθ） となるように、上記第１および第２の複屈折板の厚さが
   定められたことを特徴とする、カラービデオカメラにお
   ける複合複屈折板。