JPS63269118A

JPS63269118A - 光学的ロ−パスフイルタ

Info

Publication number: JPS63269118A
Application number: JP62105161A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Nakayama; 正明中山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-04-28
Filing date: 1987-04-28
Publication date: 1988-11-07
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JP2840619B2

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】産業上の利用分野本発明は、２次元のサンプリングを行なうＣＣＤなどの
固体撮像素子の入射光路中に配置され、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。

従来の技術第５図は、固体撮像素子の画素配列及び開口例を示すも
ので、同図において、Ｈが水平走査方向、Ｖが垂直走査
方向を示す。隣接する２本の水平ラインの一方には、緑
色フィルタ１Ｇ及び背色フィルタ１ＢがＰｘの水平走査
方向の画素間隔で交互に配され、その他方には、緑色フ
ィルタ２Ｇ及び赤色フィルタ２ＲがＰｘの間隔で交互に
配される。

この垂直走査方向の画素間隔がＰアとされる。

このような格子状の開ロバターンにより被写体光がサン
プリングされるわけであるが、サンプリング定理におい
て明らかなように、サンプリング周波数の棒の周波数以
上の周波数成分は原理的に忠実にサンプリングして再現
することができず、これ以上の周波数成分が固体撮像素
子上に導かれると、偽信号となって現われることとなる
。

上述の固体撮像素子の場合には、第６図の空間周波数ス
ペクトラムに示すように、（ｆｘ＝ｏ。

５、＝Ｏ）の位置を中心とするベースバンド成分（２Ｇ
、Ｒ，Ｂのベクトルで示す）の他に、複数の有害なキャ
リア成分が発生する。第６図の横軸ｆｚ＋縦軸ｆア　は
、各々Ｐｘ／２π及びＰア／２πにより正規化された水
平周波数及び垂直周波数を表わしている。（ｆｘ＝１．
ｆア＝０）の位置を中心として生じるキャリア成分は、
垂直方向に延びる黒白のストライブからなるきめ細かい
縞模様の時にモアレを生じさせ、（ｆｘ＝’ｌｉ、ｆア
＝０）の位置を中心として生じるキャリア成分は、やや
荒い縦ストライプ時に、緑色及びマゼンタが生じるクロ
スカラー現象（偽色信号）を生じさせ、この偽信号は単
板でカラー信号を得ることによって生じるもので画質に
与える影響が最も大きい。（ｆｘ＝ｏ。

ｆｙ＝１）の位置を中心として生じるキャリア成分は、
細かい横ストライプの時にモアレを生じさせる。

したがって、これらの有害なキャリア成分を除去するた
めには、サンプリング定理に従って、入射光のうち、正
規化水平周波数でｆ！＝’Ａ以上の水平周波数成分、及
び正規化垂直周波数でｆア＝に以上の垂直周波数成分及
び水平方向にはｆ！＝’Ａの点で色信号をサンプリング
している為、ｆｘ＝’Ａの点を中心に色信号の周波数帯
域分の水平周波数成分を除去する必要がある。このよう
な理想的な光学的周波数特性を第７図に示す。同図で（
ム）は水平周波数特性、（Ｂ）は垂直周波数特性を表わ
す。

このような特性を目標とした光学的ローパスフィルタの
従来例としては、特開昭６０−１６４７１９号に示され
るものがある。これは、固体撮像素子の水平走査方向に
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の複屈折板と、水平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の複屈折板と、水平走査方
向に対して、−４５度近傍で常光成分とを分離する第３
の複屈折板よりなり、第２の複屈折板が中間に位置する
ように、第１の複屈折板、第２の複屈折板及び第３の複
屈折板が積層配置され、１本の入射光を７もしくは８本
に分離する光学的ローパスフィルタの基本的な技術を示
したものであるが、実施例としては第１．第２．第３の
複屈折板による常光成分と異常光成分との分離距離（そ
れぞれ、（１，、＋１２゜ｄ、とする）の関係が、ａ２
＝ｐｘで且りｄ、＝ｄ３＝ｄｙｌｉの関係にある例しか
示されていない。このような従来の光学的ローパスフィ
ルタによっては、１本の入射光は第８図に示すように分
離され、その周波数特性は第９図に示すようになる。第
９図において（ム）は水平方向の周波数特性を示し、同
図９１の曲線で示すｆｘ＝に３７・・・・・・にトラッ
プポイントを有するｃｏｓカーブと、同図９２の曲線で
示すｆｘ＝１，３．・・・・・・にトラップポイントを
有するｃｏｓ２カーブを合成した曲線９３が総合の水平
方向の通過特性となる。また第９図において（Ｂ）は垂
直方向の周波数特性を示すが、ｆア＝Ｐア／Ｐｘの奇数
倍の周波数にトラップポイントを有するＣｏ８２カーブ
（同図９４の曲線）が垂直方向の通過特性となる。

発明が解決しようとする問題点上述した従来の光学ローパスフィルタの通過特性のうち
、水平方向の特性は本来遮断すべき周波数成分は遮断さ
れていて第７図（ム）に示した理想特性に近い特性が得
られているが、垂直方向の特性には次のような問題点が
ある。

第８図のように分離された１本の入射光の垂直方向の分
離距離は、Ｐｘ／２を基準としたものであリ、画素の水
平方向間隔Ｐｘにより決定されていて、画素の垂直方向
間隔Ｐアによっては決定されていない。したがって垂直
方向の周波数特性の通過特性のトラップポイントは理想
値が棒であるのに対しＰア／２πで正規化した垂直周波
数のＰア／Ｐｘの点（及びその奇数倍の周波数）となり
、ＰｘとＰｙの関係によってトラップ点が変化すること
となる。したがってＰア／Ｐｘが棒に近い値をとる固体
撮像素子では、上述した従来の光学的ローパスフィルタ
では必要な垂直方向通過特性が得られるが、Ｐｘが２Ｐ
アより小さくなってＰア／Ｐｘが棒と大きく異なる値と
なる固体撮像素子用には必要り特性が得られなくなる。

このような状態は、水平解像度を上げる為に水平方向の
画素数を多くした固体撮像素子において発生する。つま
９、垂直方向の画素数ｎマがテレビシラン方式に基すい
て決定される値（ＮＴＳＩＣ方式では約５００画素・ｐ
ムＬ方式では約ｅｏｏ画素）に固定されているため−が
一定であるのに対し、Ｐ８は水平方向画素数ｎｌの変化
により変化し、したがってｎＨが多くなるとＰア／Ｐｘ
は大きくなる。例えばＮＴＳＣ方式で水平方向画素数が
６７、ｏ画素の場合には、テレビジ、７画面の縦・横比
が３　：４　（＝ｓｏｏ：ｃｓ７ｏ）であるので、ｐｘ
＝ｐアとなる。このような場合の、従来の光学ローパス
フィルタの垂直方向の通過特性は、第１０図１０１の曲
線に示す特性となり、同図１０２の曲線に示す理想特性
との遮断周波数域の被写体として表われる確率の高い、
低い周波数領域における特性差が大きくなり、偽信号が
大きくなる。（ちなみに、水平画素数が約４００と少な
い場合には、Ｐｙ／Ｐｘ＝３／６ｏＯ／４／４ｏｏ＝０
．６とな９この場合の特性は同図１０３の曲線となゆ、
遮断域の低周波数領域での理想特性との差は少なく、従
来の光学的ローパスフィルタで十分な特性が得られてい
る。）以上述べたように、従来の光学的ローパスフィルタでは
、水平画素数の多い固体撮像素子に使用したときには、
垂直方向の周波数特性に必要な特性が得られず、細かい
横ストライプを撮影したときに大きな偽信号が発生する
という問題点がある。

問題点を解決するだめの手段本発明は、上述した問題点を解決するため、固体撮像素
子の水平走査方向に対して、略４５度の角度で距離ｄ、
だけ常光成分と異常光成分とを分離する第１の複屈折板
と、上記水平走査方向に対して略平行に距離ｄ２だけ常
光成分と異常光成分とを分離する第２の複屈折板と、上
記水平走査方向に対して、略−４５度の角度で距離略ｄ
、だけ常光成分と異常光成分とを分離する第３の複屈折
板とよりなり、上記第２の複屈折板が中間に位置するよ
うに、上記第１．第２．第３の複屈折板が積層配置され
、且つ前記常光成分と異常光成分とノ分離距離ｄ、及ヒ
ｄ２ノ関係ヲｄ２／ｒ２＜ｄ、＜５ｄ２とした光学的ロ
ーパスフィルタである。

作用本発明は、上記した構成の光学的ローパスフィルタで、
固体撮像素子の水平画素間隔Ｐｘと垂直画素間隔ｐアと
の関係がＰア／Ｐ、ｃの値が機と大きく異なる場合にも
、水平方向のみならず垂直方向の周波数特性も理想特性
に近い値を達成して、偽信号の発生の少ない固体撮像カ
メラを達成するものである。

実施例以下本発明の一実施例について図面を参照して説明する
。第１図は、この一実施例における第１の複屈折板１１
．第２の複屈折板１２．第３の複屈折板１３の光学的特
性の説明に用いるものである。同図において、レンズを
介された入射光は、図面の用紙面に直交する方向で複屈
折板１１，１２゜１３に供給される。複屈折板１１は、
入射光を常光線及び異常光線に分離し、これらの常光線
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に対して略４５度の角度をな
すものである。複屈折板１２は、常光線及び異常光線が
存在する主要面１５が水平走査方向と略一致するもので
ある。複屈折板１３は、その主要面１６が水平走査方向
Ｈに対して略−４５度の角度をなすものである。これら
３個の複屈折板１１．１２．１３は第２の複屈折板１２
が中間に位置するように積層され、第１もしくは第３の
複屈折板が固体撮像素子に最も近い位置に来るように入
射光路中に配される。なお、以降の説明は第３の複屈折
板が固体撮像素子に最も近い位置に配されているとして
説明を行なう。また、３枚の複屈折板１１．１２．１３
の主要面の互いのなす角度は、相対的なものであゆ、角
度の計測方法は時計回り９反時計回りいずれであっても
良い。

次に本実施例における３枚の複屈折板によって入射光が
分離される分離距離の一般解について説明する。

いま第１及び第３の複屈折板による常光線と異の条件に
あるときに、この３枚の複屈折板の上記した組み合わせ
による入射光の分離された結果は第２図に示すようにな
る。つまり、第２図の原点に入射された１本の光ば、第
１の複屈折板１１により、水平走査方向に対し４５度の
方向に距離ｄ。

だけ分離され、（第２図の実線の矢印で示す。）おのお
の等しい強度の２本の光線となる。次にこれらの光線は
第２の複屈折板１２によって、おのおの水平走査方向に
対して平行に距離ｄ２だけ分離され（第２図の破線の矢
印で示す。）、おのおの等しい強度を有する４本の光線
となる。次にこれら４本の光線は第３の複屈折板１３に
よって、おのおの水平走査方向に対して一４５度の方向
に距離ｄ、だけ分離され（第２図の一点鎖線の矢印で示
す。）、最終的に第２図に示すような、おのおの強度の
等しい２１〜２８の８本の光線に分離される。

以上のような実施例は、第３図（ム）に示すような水平
方向Ｈにｄ２の距離だけ常光線と異常光線を分離する光
学的ローパスフィルタと、第３図（Ｂ）に示すような、
１本の光線をｄ、／＃の長さのひし形の頂点の位置の４
本の光線に分ける光学的ローパスフィルタとを合成した
ものとして考えられる。

奇数倍の点にトラップポイントを有するｃｏｇカーブの
周波数特性を有し、第３図（Ｂ）に示す光学的口（＝ｆ
ｘｏ２）の奇数倍の点にトラップポイントを有するａｏ
ｓ２カーブの周波数特性を有し、垂直方向にツブポイン
トを有するｃｏｗ２カーブの周波数特性を有している。

したがって、上記実施例の光学的ローパｘフィルタの水
平方向の周波数特性は性を有することとなる。

次にこの実施例において、従来例の問題点の項で引用し
たような、ＰｘとＰアが略等しい場合に、望ましい水平
及び垂直周波数特性が得られるように、ｄ、及びｄ２の
値を決定した場合の特性について述べる。

従来例Ｏｄ　、　＝　ａ　２／−１ｆ＝０．７０７４２
とは大きく異な１．６る）　ｆ−、、＝凱ｆ−８２＝　、　　ｔ　ｆＯＱｆ’
ｌ＝　、−となり、水平方向の周波数特性は、第４図（
ム）の曲線４２特性となり、曲線４４に示す従来例（（
１２：Ｐｘ。

ｄ、　＝ｄ２／ｖ”　）の特性（第９図（ム）曲線９３
を前掲）と同じく曲線４ｏに示す理想特性（第７図（ム
）の曲線を前掲）に近い遮断特性が得られている。

また、垂直方向の周波数特性は、第４図（Ｂ）の曲線６
１に示す特性となり、同図曲線６２に示す従来例の特性
（第１０図曲線１０１を前掲）に比して、同図曲線６０
に示す理想特性に近い特性となっている。

以上の例の一般解について考察する。本発明では、従来
例のように、（１，＝　ｄ　２／Ｊ７！　＝　Ｐｘ／シ
に固に固定されるのではなく、ｄ、をＰアの値をも考慮
とすることができ、垂直方向の周波数特性を理想特性に
近い値とすることができ、水平・垂直双方の周波数特性
ともに良好な特性が得られる。

なお一般解として、６．の値の望ましい範囲は次のとお
りである。つまりｆｌｏｏ２を、ｆｌｏｏ、より近さな
値に設定すると、水平方向の周波数特性の本来通過させ
るべき周波数領域での特性が劣化（通過パワーが小さく
なりすぎる）してしまうので、’Ａ＝／ｘ工１　＜　ｆ
ｘＯｏ２の値に設定するのが現実的である。

この条件をｌｉ、、ｄ２．Ｐｘの関係に書き改めると、
ｄ、＜ｖ’Σ（１２＝〜ｉＰｘとなる。また、従来例の
説明の項で説明したように、従来例のようにｆｘｏＯ２
＝２・ｆ、。

とすると問題点が生じ、ｆｘｃｏ２＜２・ｆｚｏｏ、と
する必要があるので、この条件を含めた（１．、（１２
，Ｐｘの望ましい関係はａ２／ｖ’＝＜ａｌ＜ｚａ２＝
　Ｊ　Ｐ。

のようになる。

なお、以上の説明ではｄ２＝ＰｘシたがってｆｘＯｏ、
＝’Ａ　　としへ例を説明したが、この時にｆｘＯｏ２
がｆｘｏｏ、に近くなると、水平方向の通過特性が劣化
（通過パワーが小さくなる）しすぎるので、これを防止
するには、ｆｘＯｏ、の値を棒より少し大きくする（し
たがって４２をＰｘより少し小さくする。）ことで、遮
断特性をあまり劣化させることなく達成できる。

発明の詳細な説明したように、本発明によれば、水平方向、垂直方
向ともに良好な特性の光学的ローパスフィルタを得るこ
とができ、特に従来例に比して垂直方向の特性を改良す
ることができ、固体撮像カメラ、特に水平画素数が相対
的に多い固体撮像素子を用いたカメラの画質を改善する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に用いる各複屈折板の光学的
特性の説明に用いる略構成図、第２図は本発明による入
射光線の分離される様子を示す説明図、第３図は本実施
例の光学的特性の説明図、第４図は本実施例の光学周波
数特性図、第６図は本発明を適用するｃａｎ固体撮像素
子の開ロバターンの一例の拡大平面図、第６図はこのＣ
ＯＤ固体撮像素子により得られる空間周波数スペクトラ
ム図、第７図はこのｃａｎ固体撮像素子に必要な光学的
ローパスフィルタの理想特性を示す特性図、第８図は従
来の光学的ローパスフィルタによる光線分離の様子を示
す説明図、第９図、第１０図はこの従来例の光学的ロー
パスフィルタの周波数特性図である。１１・・・・・・第１の複屈折板、１２・・・・・・第
２の複屈折板、１３・・・・・・第３の複屈折板。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ＩＩ
−オＩの複屈折板１２−第２のＳ屈櫂枝Ｉ３−第３の１１届＃積１４−王＃−面１５−　主　要　面１６−主！＃面第１図第２図　　　　　　　２１−勿一尤臆ＶＪｌ／１ｌｒ（Ｊ２第３図第４図第５図第６図第７図正規心米平周看歌パワー第８図ｄ２＝＆ｃｌｔ　”Δ τ 第９図嬉１０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）固体撮像素子の水平走査方向に対して、略４５度
の角度で距離ｄ＿１だけ常光成分と異常光成分とを分離
する第１の複屈折板と、上記水平走査方向に対して略平
行に距離ｄ＿２だけ常光成分と異常光成分とを分離する
第２の複屈折板と、上記水平走査方向に対して、略−４
５度の角度で距離略ｄ＿１だけ常光成分と異常光成分と
を分離する第３の複屈折板とよりなり、上記第２の複屈
折板が中間に位置するように、上記第１、第２、第３の
複屈折板が積層配置され、且つ前記常光成分と異常光成
分との分離距離ｄ＿１及びｄ＿２の関係がｄ＿２／√２
＜ｄ＿１＜√２ｄ＿２関係にあることを特徴とする光学
的ローパスフィルタ。
（２）固体撮像素子の水平走査方向に対して、略４５度
の角度で距離ｄ＿１だけ常光成分と異常光成分とを分離
する第１の複屈折板と、上記水平走査方向に対して略平
行に距離ｄ＿２だけ常光成分と異常光成分とを分離する
第２の複屈折板と、上記水平走査方向に対して略−４５
度の角度で距離略ｄ＿１だけ常光成分と異常光成分とを
分離する第３の複屈折板とよりなり、上記第２の複屈折
板が中間に位置するように、上記第１、２、３の複屈折
板が積層配置され、且つ前記常光成分と異常光成分との
分離距離ｄ＿１及びｄ＿２と前記固体撮像素子の水平方
向画素間隔Ｐ＿ｘの関係が、ｄ＿２＞Ｐ＿ｘ但しｄ＿２
≒Ｐ＿ｘ且つＰ＿ｘ／√２＜ｄ＿１＜√２Ｐ＿ｘの関係
にあることを特徴とする光学的ローパスフィルタ。