JPS63161425A - 撮像装置 - 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、単管式カラービデオカメラや固体撮像素子
を用いたカラービデオカメラ等の光学系に用いて好適な
光学的ローパスフィルタに関する。

〔発明の概要〕

この発明は、少なくとも第１及び第２の周期構造から成
り、一方向或いは２方向以上のＭＴＦが遮断空間周波数
（カットオフ空間周波数）以下のＭ　Ｔ　Ｆ　（Ｍｏｄ
ｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ
）を所定値より高く保ちながら、遮断空間周波数以上の
ＭＴＦが低い領域を遮断空間周波数の２倍以上広く取る
ことにより、高コントラスト、低偽信号の画像が得られ
るようにしたものである。

〔従来の技術〕

一般にストライプ状色分解フィルタを使用した単管式カ
ラービデオカメラや、離散的画像構造を有する固体撮像
素子を用いたカラービデオカメラでは、被写体像を光学
的に空間サンプリングして揚機出力を得る。

このようなカラービデオカメラの取扱うことのできる絵
柄の細かさはサンプリング周波数に関連して決まり、そ
れ以上の高空間周波数成分が含まれると偽信号（偽色信
号、モアレ）発生の原因となる。

たとえば今、被写体の像が上記ストライプ状色分解フィ
ルタ上に形成された時に、このストライプ状色分解フィ
ルタの空間周波数と同一の周波数成分が被写体像に混在
していた場合、この同一の周波数成分により偽信号が発
生し、再生画像に被写体の色と無関係な色がついてしま
う。

このためカメラでは被写体の高空間周波数成分を制限す
る光学的ローパスフィルタが撮像光学系に必要となる。

従来、光学的ローパスフィルタとして、水晶の複屈折を
利用したものがある。水晶を使用した光学的ローパスフ
ィルタは、水晶の複屈折を利用して、ストライプ状色分
解フィルタの空間周波数成分の画像に対して、光学的な
ぼけを与え、この空間周波数の属する周波数帯域よりも
低い空間周波数に対しては極力高い鮮像度を維持するも
のであり、水晶の厚さで光学的ローパスフィルタとして
の特性を変えることができるという特徴をもっている。

しかし、水晶の原料コストが高く、また固体撮像素子の
場合のように数枚の水晶が必要となると、その製造上の
問題が多（量産性に通さない。

そこでプラスチック等の位相ノイズ型光学的ローパスフ
ィルタが提案されている。

位相ノイズ型光学的ローパスフィルタは結像光学系の瞳
関数の自己相関関数がこの系の伝達関数（ＭＴＦ）を与
えることに注目し、この瞳関数に積極的に波面収差をも
たせて目的とする任意の特性を得るものである。

たとえば位相差を与える縞状の薄膜を透明な基板上に形
成し、これを光学系に挿入することによって瞳関数の位
相項を変えて、光学的ローパスフィルタの特性をもたせ
るようにしたものである。

光学的ローパスフィルタの特性としては条件１）′ａ断
空間周波数以下のＭＴＦが十分に高いこと（高コントラ
ストが得られる）、条件２）遮断空間周波数以上のＭＴ
Ｆが低い領域を十分広く取ること（低偽信号が得 られる）、 が必要であるが、従来の位相ノイズ型光学的ローパスフ
ィルタでは不十分であった。

そこで本出願人は周期構造及びＭＴＦ設計を工夫した位
相ノイズ型光学的ローパスフィルタを先に提案した（特
開昭６１−１２６５３２号）、この位相ノイズ型光学的
ローパスフィルタによれば上述の条件ｌ）及び２）を略
々満足するＭＴＦ特性が得られた。第５図はその一例を
示すものである。この第５図より遮断空間周波数ｆｃ以
下のＭＴＦが高く、ＭＴＦが低いｆｃ≦ｆ≦ｆｄの領域
が広いことがわかる。但し、ｆｄはＭＴＦが第２回目に
零となる点の周波数である。

（発明が解決しようとする問題点〕 ところが、撮像素子及び色分解フィルタの種類によって
は更に高空間周波数のＭＴＦを十分に落とす必要があり
、また、ズームレンズ付カラービデオカメラではズーミ
ング中に特に偽信号が目立つ等の理由によりｆ≧ｆｃで
のＭＴＦを第５図の特性よりも更に改良する必要が生じ
る場合がある。

ここで問題になるのは特にｆ　＞　ｆｄ領領域のＭＴＦ
の立ち上がりである。

この発明は斯る点に鑑みてなされたもので、遮断空間周
波数以下のＭＴＦが十分に高く、しかも遮断空間周波数
以上のＭＴＦが低い領域を十分に広（取ることが可能な
位相ノイズ型光学的ローパスフィルタを提供するもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明による光学的ローパスフィルタは、少なくとも
第１及び第２の周期構造（１，２）から成り、１方向或
いは２方向以上に対して遮断空間周波数ｆｃ以下のＭＴ
Ｆが所定値より高い部分を有し、遮断空間周波数ｆｃ以
上のＭＴＦが低い領域（ＭＴＦ≦０．３の領域）を遮断
空間周波数ｆｃの２倍以上広く取るように構成している
。

〔作用〕

光学的ローパスフィルタを少なくとも第１及び第２の周
期構造（１，２）で構成する。そして、一方向例えばＸ
方向又はｙ方向酸いは２方向以上例えばＸ方向とＸ方向
の間の幾つかの方向に対して遮断空間周波数ｆｃ以下の
ＭＴＦが所定値例えば第２図において直線ａで示す値よ
り高い部分を有し、遮断空間周波数ｆｃ以上のＭＴＦが
低い領域好ましくはＭＴＦが０．３以下の領域を遮断空
間周波数ｆｃの２倍以上広く取る。これにより高コント
ラスト、低偽信号の画像が得られる。

〔実施例〕

以下、この発明の諸実施例を第１図〜第４図に基づいて
詳しく説明する。

第１図はこの発明の第１実施例の構成を横形的に示した
もので、同図において、（１）は周期長すなわちピッチ
Ｐａを有する第１の周期構造、（２）はピッチＰａを有
する第２の周期構造であって、これ等は図示せずも透明
基板の第１及び第２の主表面に互いに対向し且つ直交す
るように配置されている。いま、周期構造（１）はＸ′
方向に、周期構造で２）はｙ′方向に第５図と同じＭＴ
Ｆ特性を持つものとする。そして、周期構造（１）及び
（２）を夫々垂直軸及び水平軸に対してθだけ例えば時
計方向に回転させて偏位させる。このときＸ′方向とθ
の角度をなすＸ方向の周期構造（１）のＭＴＦ特性は周
期構造（１）と（２）が直交しているときのピッチをＰ
ａとすると、Ｘ方向に対するピッチＰが となるので、 と変化するがＭＴＦ特性の形状は同じで第２図の実線で
示すようになる。但し、ｆ　ＩＣは遮断空間周波数、ｆ
　１ｄはＭＴＦが第２回目に零となる点の周波数である
。

また、周期構造（２）のＸ方向のＭＴＦ特性も同様にＸ
方向に対するピッチＰが となるので、 と変化するがＭＴＦ特性の形状は同じで第２図の破線で
示すようになる。第２図の特性はθ−２５゜の場合であ
る。

そこで周期構造（１）、（２）を総合したＸ方向のＭＴ
Ｆ特性は瞳関数よりＭＴＦを計算することにより第２図
の一点鎖線で示すようになる。ここで第５図の特性と比
較して見ると、第２図の一点鎖線のＭＴＦ特性は、ｒ≦
ｆｄのＭＴＦはほとんど変化ないがｆ≧ｆｃのＭＴＦの
低い領域が広がっていることがわかる。特にｆ≧ｆｄ領
域のＭＴＦの立ち上がりが改善されていることがわかる
。

また、第２図よりｆ≦ｆｄのＭＴＦは周期構造（１）の
ＭＴＦが支配的であり、ｆ≧ｆｄのＭＴＦは周期構造（
２）のＭＴＦが支配的となっており、周期構造（１）、
　（２）が互いに助は合うことによりＸ方向のＭＴＦが
改善されることがわかる。

また、第１図におけるＸ方向のＭＴＦはＸ方向のＭＴＦ
に対する周期構造（１１，（２１の役割を交換すること
により同様のことが成り立ち、すなわち周期構造（１）
のＸ方向のＭＴＦは第２図に破線で示すようになり、周
期構造（２）のＸ方向のＭＴＦは第２図に実線で示すよ
うになり、周期構造（１）、　（２）を総合したＸ方向
のＭＴＦは第２図の一点鎖線で示すようになり、結局Ｘ
方向の場合と同じである。

従って、 となり、ｘ、１両方向のＭＴＦを周期構造（１）、　（
２）で互いに補い合うことにより改良可能となる。Ｘ。

ｙは水平走査方向とそれに垂直な方向等画像構成上重要
な方向を選べばよい。

次に周期構造（１１，（２１を回転する角度θに付いて
検討して見る。第１図に示すように周期構造（１）。

（２）が互いに略々垂直に形成され且つ略々同じ特性を
有するとき、θが小さい場合、θ−０°すなわち第５図
と略々間し特性になり効果はない、一方、θが大きい場
合、第２図におけるｆ　ｉＣとｆ　２Ｃが近づき、この
結果ｆ≦ｆｃにおけるＭＴＦが低下し、偽信号も大きく
なる可能性があり、また、第１図におけるｘｌ、ｙ１方
向の解像度がかなり落ちる。

従って、θの範囲としては１０°≦θ≦４０”が適当で
ある。ただし、周期構造（１）、　（２１の特性が大き
く異なる場合或いは周期構造（１）、　（２）のなす角
度が９０°から大きくずれた場合、この限りでない。

このようにして、本実施例では周期構造（１）及び（２
）を直交の状態より角度θが１０°〜４０°の間で所定
角度偏位させることにより、１方向すなわちＸ方向かｙ
方向酸いは２方向以上すなわちＸ方向とｙ方向の間で幾
つかの方向のＭＴＦが遮断空間周波数以下のＭＴＦを所
定値すなわち第２図において、ＭＴＦ＝１．０とｆｃを
つなぐ直線ａで表わされる値より高く保ちながら、遮断
空間周波数以上のＭＴＦが低い領域好ましくはＭＴＦ≦
０．３の領域を遮断空間周波数の２倍以上広く取ること
ができ、高コントラスト、低偽信号の画像が得られる。

但し、遮断空間周波数以下でｆｃ付近のＭＴＦが直線ａ
より若干低くなる場合等、画像のコントラストに影響を
与えない場合は、遮断空間周波数以下の全領域のＭＴＦ
が直線ａより高い値を保つ必要はない、なお、上記ＭＴ
Ｆは光の波長に対する依存性を有するが、遮断したい特
定波長のＭＴＦ、使用波長領域での総合ＭＴＦ等代表的
なＭＴＦを表わすものとする。

第３図はこの発明の第２実施例の構成を示すもので、第
３図Ａはその平面図、第３図Ｂはその横断面図である。

本実施例では透明、基板（３）の一方の主表面に実質的
に周期構造（１）及び（２）からなる周期構造（４）を
一体形成したものである。つまり２次元位相ノイズ型光
学的ローパスフィルタを構成している。

周期構造（４）をＸ′方向に対してθだけＸ方向に回転
させて偏位させ、また、ｙ′方向に対してθだけｙ方向
に回転させて偏位させることにより、第１図と同様の効
果が得られ、そのときの総合特性は第２図に一点鎖線で
示すようなものとなる。

なおこのとき角度θはｘｌ、ｙ１方向の特性が略々同じ
場合１０°≦θ≦４０°の間で選定するようにする。

このようにして、本実施例でも上述した第１実施例と略
々同様の作用効果を得ることができる。

第４図はこの発明の第３実施例の構成を示すもので、第
１図及び第３図の場合同一のピッチを有する周期構造を
所定角度回転して偏位させることによりピッチを異なる
ものとしたが、本実施例では最初からピッチの異なるも
のを用いる場合である。すなわち、第４図において、ピ
ッチＰ１を有する周期構造（５）及びピッチＰ２を有す
る周期構造（６）を図示せずも透明基板の第１及び第２
の主表面に互いに同一方向に配置する。つまり、本実施
例は一方向だけ作用させればよい場合である。この場合
も総合特性は第２図に一点鎖線で示すようなものとなる
。

このようにして本実施例でも上述の第１及び第２実施例
と略々同様の作用効果を得ることができる。

なお、上述の実施例では第１及び第２の周期構造の場合
を例にとり説明したが、それ以上の周期構造の場合も同
様に適用できる。また、上述の実施例では透明基板が一
枚の場合であるが、複数枚の場合でも同様に通用でき、
例えば第１及び第２の透明基板を用いた場合、第１の透
明基板の各主表面に夫々第１及び第２の周期構造を設け
、第２の透明基板の各主表面に夫々第３及び第４の周期
構造を設け、第１と第３の周期構造を組合わせ、第２と
第４の周期構造を組合わせて使用するようにしてもよい
。

〔発明の効果〕

上述の如（この発明によれば、位相ノイズ型の光学的ロ
ーパスフィルタを少なくとも第１及び第２の周期構造で
構成し、１方向或いは２方向以上に対して遮断空間周波
数以下のＭＴＦが所定値より高い部分を有し、遮断空間
周波数以上のＭＴＦが低い領域を遮断空間周波数の２倍
以上広く取るようになし、特にｆ≧ｆｄ領域のＭＴＦの
立ち上がりを低く抑えたので、高コントラスト、低偽信
号の画像が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図の動作説明に供するための特性図、第３図及び第４
図は夫々この発明の他の実施例を示す構成図、第５図は
従来例の特性図である。 （１１，（２）、　（４）、　（５）、　（６）は周期
構造、（３）は透明基板である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも第１及び第２の周期構造から成り、１方
   向或いは２方向以上に対して遮断空間周波数以下のＭＴ
   Ｆが所定値より高い部分を有し、遮断空間周波数以上の
   ＭＴＦが低い領域を遮断空間周波数の２倍以上広く取る
   ようにしたことを特徴とする光学的ローパスフィルタ。 ２、上記第１及び第２の周期構造は夫々透明基板の主表
   面に第１及び第２の軸に対し所定角度偏位して配置され
   ている特許請求の範囲第１項記載の光学的ローパスフィ
   ルタ。 ３、上記第１及び第２の周期構造は夫々透明基板の第１
   及び第２の主表面に形成されている特許請求の範囲第２
   項記載の光学的ローパスフィルタ。 ４、上記第１及び第２の周期構造は透明基板の一つの主
   表面に形成されている特許請求の範囲第２項記載の光学
   的ローパスフィルタ。 ５、上記第１及び第２の周期構造は異なる周期長を有し
   、同一方向に配置されている特許請求の範囲第１項記載
   の光学的ローパスフィルタ。