KR100272103B1 - Optical low pass filter - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An optical low-pass filter is provided to decrease the aliasing distortion causing the degradation of image quality and to reduce the assembling clearance and manufacturing costs by using a single birefringent element with an optical axis. CONSTITUTION: The optical low-pass filter(30) has a single birefringent element(35) with an optical axis(35c) which is arranged under a predetermined angle(theta) with respect to a horizontal scanning direction of a solid picture generation apparatus provided in the video camera. An incident beam of the birefringent element(35) is divided into an ordinary ray and an extraordinary ray. That is, the incident beam is splitted into two beams while passing through the optical low-pass filter(30).

Description

광저역통과필터{Optical low pass filter}Optical low pass filter

본 발명은 광저역통과필터에 관한 것으로, 상세하게는 비디오 카메라에 채용되어 공간 샘플링시의 얼라이어싱 디스토션(aliasing distortion)을 저감시키는 광저역통과필터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical low pass filter, and more particularly, to an optical low pass filter which is employed in a video camera to reduce aliasing distortion during spatial sampling.

일반적으로 비디오 카메라는 전하결합소자(CCD:charge coupled device) 등의 고체 촬상소자와 칼라 필터를 구비하며, 상기 칼라 필터를 통해 얻어지는 피사체의 칼라별 영상을 공간 샘플링하여 칼라 비디오 출력을 만들게 된다. 이때 상기와 같은 공간 샘플링은 칼라 코딩에 따라 달라지는 얼라이어싱 디스토션 등을 유발시킨다. 따라서, 최근 그 수요가 증가하는 산업용 비디오 카메라, 가정용 비디오 카메라 및 스틸 카메라 등에서 이러한 얼라이어싱 디스토션을 줄이기 위한 여러 방안이 모색되고 있다.In general, a video camera includes a solid state image pickup device such as a charge coupled device (CCD) and a color filter, and spatially samples a color-specific image of a subject obtained through the color filter to produce a color video output. In this case, such spatial sampling causes an aliasing distortion that varies depending on color coding. Accordingly, in recent years, various methods for reducing such aliasing distortion have been sought in industrial video cameras, home video cameras, and still cameras.

도 1a는 통상적인 단일 칩 CCD의 화상 요소 배열의 일예를 보인 도면이다. 여기서 P_x는 수평 스캐닝 방향에서 화상 요소 R, G 및 B(1a)(1b)(1c) 사이의 거리를 나타낸다. 그리고 P_y`는 수직 스캐닝 방향에서 화상 요소 사이의 거리는 나타낸다. 칼라 필터(1)가 도 1a와 같이 주기적으로 반복되는 길이 방향의 스트라이프 형상의 칼라 필터인 경우 상기 칼라 필터(1)는 도 1b와 같이 표현될 수 있다.1A is a diagram showing an example of an image element arrangement of a conventional single chip CCD. Where P_x represents the distance between the image elements R, G and B (1a) (1b) (1c) in the horizontal scanning direction. And P_y` represents the distance between image elements in the vertical scanning direction. When the color filter 1 is a stripe-shaped color filter in the longitudinal direction that is periodically repeated as shown in FIG. 1A, the color filter 1 may be represented as shown in FIG. 1B.

도 1b의 경우에 공간 샘플링은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 x, ``y` 각각은 수평과 수직 스캐닝 방향의 좌표이고 m`, `n은 정수이다.In the case of FIG. 1B, spatial sampling may be expressed as Equation 1 below. Where x and y are each coordinates of the horizontal and vertical scanning directions and m and n are integers.

Figure pat00001
Figure pat00001

또한, 상기한 바와 같은 식을 푸리에 변환하면 수학식 2와 같이 된다. 여기서 u`,`v` 각각은 수평과 수직 스캐닝 방향의 공간주파수를 의미한다.In addition, Fourier transformation of the above-described equation gives equation (2). Where u and v represent spatial frequencies in the horizontal and vertical scanning directions.

Figure pat00002
Figure pat00002

그러므로 도 1b에 도시된 칼라 필터(1)에서 R, G, B 각 칼라의 캐리어 성분 F_R ,``` F_G ,``` F_B`` 각각은 수학식 3, 수학식 4 및 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.Therefore, in the color filter 1 shown in FIG. 1B, the carrier components F_R, `` `F_G,` `` F_B`` of each of R, G, and B colors are represented by Equations 3, 4, and 5, respectively. Can be represented.

Figure pat00003
Figure pat00003

F_G`=`F_R`` e^{-j P_x `u`}F_G` = `F_R`` e ^ {-j P_x` u`}

F_B`=`F_R``e^{-j`2`P_x `u}F_B` = `F_R``e ^ {-j`2`P_x` u}

여기서 캐리어 성분 F_G`와 F_B`에서 e^{-j `P_x `u`}와 e^{-j `2`P_x `u`}는 각각 캐리어 성분 F_R에 대한 위상차를 나타낸다.Here, e ^ {-j `P_x` u`} and e ^ {-j `2`P_x` u`} in the carrier components F_G` and F_B` respectively indicate phase differences with respect to the carrier component F_R.

상기한 바와 같은 캐리어 성분은 도 1c에 도시된 바와 같은 공간 스펙트럼으로 나타난다. 여기서 가로 좌표축 f_x 와 세로 좌표축 f_y` 는 각각

Figure pat00004
Figure pat00005
로 규격화 되어 있다.The carrier component as described above is represented by the spatial spectrum as shown in FIG. 1C. Where the abscissa f_x and the ordinate f_y` are
Figure pat00004
Wow
Figure pat00005
It is standardized as

도 1c에서 화살표의 길이는 캐리어 성분의 양을 나타내고, 화살표의 방향은 캐리어 성분의 위상차를 나타낸다. 공간 주파수가 좌표(1,0)에 위치하는 캐리어 성분(2)은 고체 촬상소자에 투영되는 피사체가 수직방향으로 길고 가는 흑백의 띠를 가지는 경우 무아레(Moire)를 일으키는 원인이 된다.In FIG. 1C the length of the arrow represents the amount of carrier component and the direction of the arrow represents the phase difference of the carrier component. The carrier component 2 whose spatial frequency is located at the coordinates (1,0) causes moire when the subject projected onto the solid-state image sensor has a long, thin black and white band in the vertical direction.

좌표(2/3, 0)에 위치하는 캐리어 성분(3)은 다소 좁은 수직방향 스트라이프 패턴을 가지는 피사체에 대해 녹색(G)과 마젠타(Ma)의 크로스 칼라의 원인이 되며, 좌표(1/3, 0)에 위치하는 캐리어 성분(4)은 수직방향의 약간 거친 스트라이프 형상의 패턴을 가지는 피사체에 대해 녹색(G)과 마젠타(Ma)의 크로스 칼라의 원인이 된다.The carrier component (3) located at the coordinates (2/3, 0) causes a cross color of green (G) and magenta (Ma) for a subject having a rather narrow vertical stripe pattern, and coordinates (1/3). , The carrier component 4 located at 0) causes a cross color of green (G) and magenta (Ma) with respect to a subject having a slightly rough stripe pattern in the vertical direction.

또한, 좌표(0, 1)에 위치하는 캐리어 성분(5)은 좁은 수평방향 스트라이프 패턴을 가지는 피사체에 대해 무아레의 원인이 된다. 한편, 좌표(0, 1/2)에 위치하는 캐리어 성분(6)은 약간 거친 수평방향 스트라이프 패턴을 가지는 피사체에 대한 스캐닝시에 플리커링(flickering)을 발생시키게 되지만, 이 플리커링은 동시에 2개의 수평 라인을 스캐닝함으로써 제거될 수 있다.In addition, the carrier component 5 located at coordinates (0, 1) causes moire for a subject having a narrow horizontal stripe pattern. On the other hand, the carrier component 6 located at coordinates (0, 1/2) causes flickering during scanning of a subject having a slightly coarse horizontal stripe pattern, but this flickering causes two flickering at the same time. Can be removed by scanning a horizontal line.

한편, 상기 무아레는 신호처리방법에서 샘플 앤 홀드(sample and hold) 조작에 의해 제거될 수 있다. 따라서 전체적으로 볼 때 도 1a와 같은 화상 요소 배열에서 화질의 저하는 주로 수평방향에서 발생된다. 한편, 얼라이어싱 디스토션의 원인이 되는 상기 캐리어 성분 중 점선은 CCD에서 전기적인 신호처리에 의해 제거될 수 있다. 반면에 실선은 전기적인 신호처리에 의해 제거될 수 없으므로 이를 줄이기 위해 광저역통과필터가 채용된다.Meanwhile, the moire may be removed by a sample and hold operation in the signal processing method. Therefore, as a whole, the degradation of the image quality in the image element arrangement as shown in FIG. On the other hand, the dotted line of the carrier component that causes the aliasing distortion can be removed by electrical signal processing in the CCD. On the other hand, since the solid line cannot be removed by electrical signal processing, a light low pass filter is employed to reduce this.

도 2는 얼라이어싱 디스토션을 줄이기 위해 채용된 종래의 광저역통과필터를 개략적으로 보인 도면이다.2 is a schematic view of a conventional optical lowpass filter employed to reduce aliasing distortion.

도면을 참조하면, 종래의 광저역통과필터(10)는 각각 광축이 1개인 제1 및 제2복굴절 소자(13)(15)로 이루어진다. 이때 상기 제1복굴절 소자(13)의 광축(13a)은 도시된 바와 같이 고체 촬상소자의 수평 스캐닝 방향에 대해 θ 만큼 기울어지게 배치된다. 그리고 상기 제2복굴절 소자(15)의 광축(15a)은 고체 촬상소자의 수평 스캐닝 방향에 대해 -θ 만큼 기울어지게 배치된다.Referring to the drawings, the conventional optical low pass filter 10 is composed of first and second birefringent elements 13 and 15 each having one optical axis. In this case, the optical axis 13a of the first birefringent element 13 is disposed to be inclined by θ with respect to the horizontal scanning direction of the solid state image pickup device as shown. The optical axis 15a of the second birefringent element 15 is disposed to be inclined by −θ with respect to the horizontal scanning direction of the solid state image pickup device.

무편광인 빔이 상기 제1복굴절 소자(13)에 입사되면 정상광선(ordinary ray)과 이상광선(extra-ordinary ray)으로 분기된다. 그리고, 상기 정상광선과 이상광선 각각은 제2복굴절 소자(15)에 입사되어 다시 정상광선과 이상광선으로 분기되어 출사된다. 그러므로 입사빔은 상기 광저역통과필터(10)를 통과하여 4개의 출사광빔으로 출사된다.When an unpolarized beam is incident on the first birefringent element 13, the beam is branched into an ordinary ray and an extra-ordinary ray. Each of the normal and abnormal light beams is incident on the second birefringent element 15, and branches back to the normal light beams and the abnormal light beams. Therefore, the incident beam passes through the light low pass filter 10 and is emitted as four outgoing light beams.

상기 각 출사광빔에 대한 밝기와 위치는 상기 제1복굴절소자(13)의 두께 D1과 제2복굴절소자(15)의 두께 D2, 그리고 상기 제1 및 제2복굴절 소자(13)(15) 각각의 광축(13a)(15a)이 이루는 각 2θ 에 의해 결정된다. 그러므로 상기 제1 및 제2복굴절소자(13)(15)의 두께 D1과 D2, 그 광축(13a)(15a) 사이의 각 2θ 에 대해 이 제1 및 제2복굴절소자(13)(15)에 의해 분기되는 광의 수평 및 수직 스캐닝 방향에 대한 공간 반응(spatial response)을 각각 구할 수 있다.The brightness and position of each of the exiting light beams may include a thickness D1 of the first birefringent element 13, a thickness D2 of the second birefringent element 15, and each of the first and second birefringent elements 13, 15. It is determined by the angle 2θ formed by the optical axes 13a and 15a. Therefore, for each angle 2θ between the thicknesses D1 and D2 of the first and second birefringent elements 13 and 15, and the optical axes 13a and 15a, the first and second birefringent elements 13 and 15 are provided. The spatial response to the horizontal and vertical scanning directions of the light branched by each can be obtained.

이때 상기 광저역통과필터(10)는 그 두께 D1과 D2, 두 광축(13a)(15a) 사이의 각 2θ가 소정값이 되도록 함으로써, 얼라이어싱 디스토션 예컨대, 크로스 칼라가 예상되는 공간주파수에 대해 반응이 0이 되도록 할 수 있다. 그러므로 상기한 바와 같은 광저역통과필터(10)를 사용하면 얼라이어싱 디스토션을 줄일 수 있다.In this case, the optical low pass filter 10 has a thickness D1 and D2 and an angle 2θ between the two optical axes 13a and 15a to be a predetermined value, so that an aliasing distortion, for example, for a spatial frequency at which a cross color is expected, is obtained. The reaction can be zeroed out. Therefore, the use of the optical low pass filter 10 as described above can reduce the aliasing distortion.

한편, 상기한 바와 같은 광저역통과필터(10)는 제1복굴절 소자(13)의 광축(13a)과 제2복굴절 소자(15)의 광축(15a) 사이의 각이 특정값에서 벗어나면, 얼라이어싱 디스토션을 효과적으로 줄일 수 없게 되므로, 상기 제1 및 제2복굴절 소자(13)(15)의 광축(13a)(15a) 사이의 각이 특정값을 갖도록 정확하게 두 복굴절 소자(13)(15)를 접착해야 한다.On the other hand, the optical low pass filter 10 as described above is frozen when the angle between the optical axis 13a of the first birefringent element 13 and the optical axis 15a of the second birefringent element 15 is out of a specific value. Since the earing distortion cannot be effectively reduced, the two birefringent elements 13 and 15 are precisely positioned so that the angle between the optical axes 13a and 15a of the first and second birefringent elements 13 and 15 has a specific value. Should be glued.

그러나, 두 복굴절 소자(13)(15)의 광축(13a)(15a)의 사이각이 특정값이 되도록 접착하기가 어렵기 때문에 상기한 바와 같은 광저역통과필터(10)의 제조가 어렵다. 또한, 상기 광저역통과필터(10)는 두장의 복굴절 소자를 필요로 하므로 제조 단가가 높다.However, since it is difficult to bond so that the angle between the optical axes 13a and 15a of the two birefringent elements 13 and 15 becomes a specific value, it is difficult to manufacture the optical low pass filter 10 as described above. In addition, since the optical low pass filter 10 requires two birefringent elements, the manufacturing cost is high.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 제조가 쉽고 가격이 저렴한 광저역통과필터를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an optical low pass filter which is easy to manufacture and inexpensive.

도 1a는 통상적인 단일 칩 CCD의 화상 요소 배열의 일예를 보인 도면,1A shows an example of an image element arrangement of a conventional single chip CCD;

도 1b는 도 1a의 CCD에 사용되는 칼라 필터를 보인 도면,1B is a view showing a color filter used for the CCD of FIG. 1A;

도 1c는 도 1b의 칼라 필터 채용시에 발생되는 캐리어 성분의 공간 주파수 스펙트럼,1C is a spatial frequency spectrum of a carrier component generated when the color filter of FIG. 1B is employed;

도 2는 종래의 광저역통과필터를 개략적으로 보인 사시도,Figure 2 is a perspective view schematically showing a conventional light low pass filter,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광저역통과필터를 개략적으로 보인 사시도,3 is a perspective view schematically showing a light low pass filter according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 광저역통과필터의 공간주파수에 대한 반응을 구하기 위해 복굴절 소자의 광축 위치의 예를 개략적으로 보인 도면,4 is a view schematically showing an example of an optical axis position of a birefringent element for obtaining a response to a spatial frequency of an optical low pass filter according to the present invention;

도 5는 도 4에 입사된 빔이 정상광선과 이상광선으로 분리된 예를 보인 도면,5 is a diagram illustrating an example in which the beam incident on FIG. 4 is divided into normal rays and abnormal rays;

도 6a는 본 발명에 따른 광저역통과필터의 수평 스캐닝 방향의 주파수 반응을 개략적으로 보인 그래프,6A is a graph schematically showing a frequency response in a horizontal scanning direction of an optical low pass filter according to the present invention;

도 6b는 본 발명에 따른 광저역통과필터의 수직 스캐닝 방향의 주파수 반응을 개략적으로 보인 그래프.6b is a graph schematically showing the frequency response in the vertical scanning direction of the optical low pass filter according to the present invention;

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

30...광저역통과필터 35...복굴절 소자30 ... low pass filter 35 ... birefringent element

35C...광축35C ... optical axis

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고체 촬상소자와 칼라 필터를 구비하는 비디오 카메라에 채용되어 공간 샘플링시에 발생되는 얼라이어싱 디스토션을 줄이도록 된 광저역통과필터에 있어서, 상기 광저역통과필터는 상기 고체 촬상소자의 수평 스캐닝방향과 θ의 각을 이루는 1개의 광축을 가지며, 입사광을 정상광선과 이상광선으로 분기시키는 단일 복굴절 소자로 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an optical low pass filter which is employed in a video camera having a solid state image pickup device and a color filter to reduce aliasing distortion generated during spatial sampling. It has a single optical axis forming an angle of θ and the horizontal scanning direction of the solid-state imaging device, characterized in that consisting of a single birefringent element for splitting the incident light into a normal light and an abnormal light.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광저역통과필터를 개략적으로 보인 사시도이다.3 is a perspective view schematically showing a light low pass filter according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 광저역통과필터(30)는 1개의 광축을 구비하는 단일 복굴절 소자(35)로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 복굴절 소자(35)의 입사면(35a)과 출사면(35b)은 평행을 이루고, 그 광축(35c)은 고체 촬상소자의 수평 스캐닝 방향과 θ의 각을 이루도록 배치된다.Referring to the drawings, the optical low pass filter 30 according to the present invention preferably comprises a single birefringent element 35 having one optical axis. The incident surface 35a and the exit surface 35b of the birefringent element 35 are parallel to each other, and the optical axis 35c is arranged to form an angle of θ with the horizontal scanning direction of the solid state imaging element.

무편광인 빔이 상기 복굴절 소자(35)에 입사되면, 그 광은 정상광선과 이상광선으로 분기되어 출사된다. 그러므로 입사빔은 상기한바와 같은 광저역통과필터(30)를 통과하여 2개의 출사광빔으로 변환된다.When an unpolarized beam is incident on the birefringent element 35, the light is branched into normal light and abnormal light and emitted. Therefore, the incident beam passes through the optical low pass filter 30 as described above and is converted into two output beams.

만약, 상기 광저역통과필터(30)에 무편광빔이 입사된다면, 상기 각 출사광빔의 밝기는 대략 동일하며, 각 출사광빔의 위치는 상기 복굴절 소자(35)의 두께 D와, 그 광축이 고체 촬상소자의 수평 스캐닝 방향과 이루는 각 θ에 의해 결정된다.If the unpolarized beam is incident on the optical low pass filter 30, the brightness of each exiting light beam is approximately the same, and the position of each exiting light beam is the thickness D of the birefringent element 35 and the optical axis thereof is solid. It is determined by the angle θ formed in the horizontal scanning direction of the image pickup device.

그러므로 상기 복굴절 소자(35)의 두께 D와, 고체 촬상소자의 수평 스캐닝 방향과 상기 광축 사이의 각 θ에 따라 상기 복굴절 소자(35)에서 분기되어 출사되는 출사광빔의 수평 및 수직 스캐닝 방향 성분 즉, 이 수평 및 수직 스캐닝 방향에서의 각 공간 반응을 구할 수 있다.Therefore, the horizontal and vertical scanning direction components of the outgoing light beam branched from the birefringent element 35 according to the thickness D of the birefringent element 35 and the angle θ between the horizontal scanning direction of the solid state image pickup device and the optical axis, that is, Each spatial response in this horizontal and vertical scanning direction can be obtained.

이하, 상기 공간 반응을 구하는 과정을 설명한다.Hereinafter, the process of obtaining the spatial reaction will be described.

먼저, 하나 이상의 광축 예컨대, 2개의 광축을 갖는 일반적인 광저역통과필터에 대한 공간 반응을 구하기 위해 광저역통과필터가 도 4와 같이 마련되어 있다고 하자. 즉, 각각 1개의 광축을 가지는 두 복굴절 소자에서 제1광축(36a)이 수평 스캐닝 방향과 theta_1`의 각을, 상기 제2광축(37a)이 상기 제1광축(36a)과 θ_2의 각을 이루고 있다면, 상기 두 복굴절 소자에 입사되는 광빔은 4개의 출사광빔(o_1 o_2 , ```e_1 o_2 ,```o_1 e_2 , ```e_1 e_2`)으로 분기되어 도 5에 도시된 바와 같이 위치된다.First, it is assumed that an optical low pass filter is provided as shown in FIG. 4 to obtain a spatial response to a general optical low pass filter having one or more optical axes, for example, two optical axes. That is, in two birefringent elements each having one optical axis, the first optical axis 36a forms an angle between the horizontal scanning direction and theta_1`, and the second optical axis 37a forms an angle between the first optical axis 36a and θ_2. If present, the light beams incident on the two birefringent elements are branched into four outgoing light beams o_1 o_2, `` `e_1 o_2,` `` o_1 e_2, `` `e_1 e_2`) and positioned as shown in FIG. 5. .

도 5의 d_1`은 상기 입사빔이 제1광축(36a)을 따라 분기된 거리이고, d_2`는 제2광축(37a)을 따라 분기된 거리이다. 여기서 상기 d_1` , `d_2`는 각 복굴절 소자의 두께와 입사빔과 광축 사이의 각에 의해 구할 수 있다. 이때 상기 출사광빔 각각의 밝기는 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.In FIG. 5, d_1` is a distance branched by the incident beam along the first optical axis 36a, and d_2` is a distance branched along the second optical axis 37a. Here, d_1` and `d_2` may be obtained by the thickness of each birefringent element and the angle between the incident beam and the optical axis. In this case, the brightness of each of the exit light beams may be represented by Equation 6.

Figure pat00006
Figure pat00006

입사빔의 신호가 수학식 7과 같고, e_1 = o_1`이면, 수평 스캐닝 방향에 대한 출사광빔의 신호(s_o (t)`)는 수학식 8이 된다. 여기서 d_1` , `d_2`는 규격화된 값이다.If the signal of the incident beam is the same as Equation 7, e_1 = o_1`, the signal s_o (t) `of the emitted light beam for the horizontal scanning direction is expressed by Equation 8. Where d_1` and `d_2` are standardized values.

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

그리고, 수학식 8을 전개하여 풀고 수학식 7로 나누면 수학식 9가 된다.Then, by developing and solving Equation 8 and dividing by Equation 7, it becomes Equation 9.

Figure pat00009
Figure pat00009

상기한 수학식 9에서 f`는 수평 스캐닝 방향의 공간주파수를 의미하므로 이를 수직 스캐닝 방향의 공간주파수와 차별화하기 위해 u`로 바꾸고, 수평 스캐닝 방향에 대응하는 공간주파수의 반응(R_h (u))을 구하면, 수학식 10과 같이 된다.In the above Equation 9, since f` means the spatial frequency in the horizontal scanning direction, it is changed to u` to differentiate it from the spatial frequency in the vertical scanning direction, and the response of the spatial frequency corresponding to the horizontal scanning direction (R_h (u)) Is given by Equation (10).

Figure pat00010
Figure pat00010

상기 수평 스캐닝 방향에 대응하는 공간주파수의 반응(R_h (u))을 구하는 과정과 유사한 방법으로 수직 스캐닝 방향에 대응하는 공간주파수의 반응(R_v (v))을 구하면, 수학식 11과 같이 된다.When the response of the spatial frequency R_v (v) corresponding to the vertical scanning direction is obtained in a similar manner to the process of obtaining the response of the spatial frequency R_h (u) corresponding to the horizontal scanning direction, Equation 11 is obtained.

Figure pat00011
Figure pat00011

비디오 카메라가 예컨대, 도 1B와 같은 칼라 필터를 구비하는 경우 공간 샘플링을 하면 화질의 저하는 주로 수평 스캐닝 방향에서 발생되고, 도 1C를 참조하여 설명한 바와 같이 좌표(f_x, f_y) =좌표(1/3, 0), 좌표(2/3, 0) 위치에 크로스 칼라의 원인이 되는 캐리어 성분(3)(4)이 위치된다.For example, when the video camera includes a color filter as shown in FIG. 1B, when spatial sampling is performed, a decrease in image quality occurs mainly in the horizontal scanning direction. As described with reference to FIG. 1C, the coordinates (f_x, f_y) = coordinates (1 / Carrier component 3 (4) which causes a cross collar is located in the 3, 0) and coordinate (2/3, 0) position.

후술하는 도 6a에 도시된 바와 같이 공간 반응이 거의 0(zero)이 되는 공간주파수를 제1트랩 주파수 u_1, 제2트랩 주파수 u_2라하자. 그리고 u_2 = 2 u_1을 만족하도록 선택되며, 상기 u_1이

Figure pat00012
이 되도록 선택되고, u_2가
Figure pat00013
이 되도록 선택되면, 크로스 칼라가 발생되는 수평 스캐닝 방향의 공간주파수 위치에서의 공간 반응이 0이 되므로 화질을 저하시키는 크로스 칼라를 줄일 수 있다.As shown in FIG. 6A to be described later, a spatial frequency at which a spatial response becomes almost zero is called a first trap frequency u_1 and a second trap frequency u_2. And u_2 = 2 u_1, where u_1 is
Figure pat00012
Is selected, u_2
Figure pat00013
When selected so that the spatial response at the spatial frequency position in the horizontal scanning direction in which the cross color is generated becomes zero, it is possible to reduce the cross color which degrades the image quality.

이를 위하여 상기와 같이 제1 및 제2트랩 포인트가 u_1 및 2u_1이 되도록 Rh`(u_1 ) = Rh`(u_2 ) = 0 인 조건을 만족하는 광저역통과필터(30)의 광축의 수평 스캐닝 방향에 대한 각도 theta`는 수학식 12를 이용하여 구할 수 있다.To this end, the first and second trap points are set to u_1 and 2u_1 as described above in the horizontal scanning direction of the optical axis of the optical low pass filter 30 that satisfies the condition of Rh` (u_1) = Rh` (u_2) = 0. Can be obtained using Equation 12.

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015
Figure pat00015

한편, 본 발명에 따른 광저역통과필터(30)는 1개의 광축을 가지는 단일 복굴절 소자(35)이므로, 예컨대, 제1광축(36a)이 없는 경우에 해당된다. 그러므로, 상기한 수학식 12에서 제1광축(36a)과 수평 스캐닝방향이 이루는 각은 theta_1 = 0 이 되고, 또한 d_1 =0`이 된다. 따라서 이를 수학식 12에 대입하고, 제2광축(37a)을 따라 분기되는 정상광선과 이상광선 사이의 분리거리 d_2를 d `, theta_2를 theta`로 치환하면, 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 광축(35c)이 수평 스캐닝 방향에 대해 theta`의 각을 이루는 광저역통과필터(30)에 대한 공간반응을 수학식 13과 같이 구할 수 있다.On the other hand, since the optical low pass filter 30 according to the present invention is a single birefringent element 35 having one optical axis, the optical low pass filter 30 corresponds to a case where there is no first optical axis 36a. Therefore, the angle formed between the first optical axis 36a and the horizontal scanning direction in Equation 12 is theta_1 = 0, and d_1 = 0 '. Therefore, substituting this into Equation 12 and replacing the separation distance d_2 between the normal light beam and the abnormal light beam branching along the second optical axis 37a with d` and theta_2 with theta`, as shown in FIG. The spatial response to the optical low pass filter 30 in which the optical axis 35c forms an angle of theta` with respect to the horizontal scanning direction can be obtained as shown in Equation (13).

Figure pat00016
Figure pat00016

Figure pat00017
Figure pat00017

그러므로, 상기 수학식 13을 사용하여 u_2 = 2u_1`을 만족하는 u_1`과 u_2`에서 공간반응이 0이 되는 조건을 만족하는 수평 스캐닝 방향에 대한 복굴절 소자(35)의 광축(35c)이 이루는 각 theta`는 수학식 14를 만족한다.Therefore, by using Equation 13, the angle formed by the optical axis 35c of the birefringent element 35 with respect to the horizontal scanning direction satisfying the condition that the spatial response becomes 0 in u_1` and u_2` satisfying u_2 = 2u_1` theta` satisfies Equation 14.

Figure pat00018
Figure pat00018

그리고 상기 수학식 14의 값을 상기 수학식 13에 대입하면, 수학식 15와 같은 제1트랩 주파수를 얻을 수 있다.When the value of Equation 14 is substituted into Equation 13, a first trap frequency as shown in Equation 15 can be obtained.

Figure pat00019
Figure pat00019

만약 본 발명에 따른 복굴절 소자(35)의 광축(35c)의 광축이 수평 스캐닝 방향에 대해 이루는 각 theta`가 수학식 14를 만족하고, 상기 복굴절 소자(35)에 의한 정상광선과 이상광선의 분리거리 d`가 수학식 15를 만족하도록 선택되면, 수평방향의 트랩 주파수 u_1 은

Figure pat00020
와 일치하게 된다.If the theta` formed by the optical axis of the optical axis 35c of the birefringent element 35 according to the present invention with respect to the horizontal scanning direction satisfies Equation 14, separation of normal and abnormal rays by the birefringent element 35 If the distance d` is selected to satisfy the equation (15), the horizontal trap frequency u_1 is
Figure pat00020
To match.

따라서, 상기 수평 방향의 주파수 반응 R_h (u)는 도 6a에 도시된 바와 같이 제1트랩 주파수 u_1`과 제2트랩 주파수 u_2` 즉, 2u_1` 위치에서 공간 반응이 거의 0이 되게 된다. 또한 동시에 수직 방향의 주파수 반응 R_v (v)은 도 6b와 같다.Accordingly, the frequency response R_h (u) in the horizontal direction is such that the spatial response becomes almost zero at the first trap frequency u_1` and the second trap frequency u_2`, that is, 2u_1`, as shown in FIG. 6A. At the same time, the frequency response R_v (v) in the vertical direction is shown in FIG. 6B.

그러므로, 본 발명에 따른 광저역통과필터의 수평 방향의 주파수 특성이 도 6A와 같이 된다면, (f_x, f_y) =(1/3, 0), (2/3, 0)의 공간 주파수에서 반응은 거의 0이 되도록 억제될 수 있다.Therefore, if the frequency characteristics in the horizontal direction of the optical low pass filter according to the present invention are as shown in Fig. 6A, the reaction at the spatial frequency of (f_x, f_y) = (1/3, 0), (2/3, 0) It can be suppressed to be almost zero.

따라서, 이들 주파수 영역에서 캐리어 성분이 존재한다 할지라도 크로스 칼라가 억제되기 때문에 무색의 피사체가 칼라를 띠게 되는 일이 억제될 수 있다. 따라서 비디오 카메라에 상기한 바와 같은 광저역통과필터(30)를 채용하면 공간 샘플링에 따른 얼라이어싱 디스토션을 줄일 수 있게 된다.Therefore, even if a carrier component exists in these frequency domains, cross color is suppressed, so that the colorless subject can be colored. Therefore, by employing the optical low pass filter 30 as described above in the video camera, it is possible to reduce aliasing distortion due to spatial sampling.

본 발명에 따른 광저역통과필터는 도 1a에 도시된 바와 같은 화상 요소 배열을 가지는 CCD의 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 그러므로 본 발명에 따른 광저역통과필터는 비디오 카메라에서 다양한 화상 요소 배열을 갖는 고체 촬상소자의 예컨대, 수평 스캐닝 방향의 얼라이어싱 디스토션을 억제할 수 있도록 그 두께 및 광축 방향이 달라 질 수 있다.The light low pass filter according to the present invention has been described by taking an example of a CCD having an image element array as shown in FIG. 1A, but is not limited thereto. Therefore, the optical lowpass filter according to the present invention may have a different thickness and optical axis direction so as to suppress aliasing distortion of, for example, a horizontal scanning direction, of a solid-state image pickup device having various image element arrangements in a video camera.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 광저역통과필터는 화질의 저하를 유발시키는 얼라이어싱 디스토션을 줄일 수 있다. 또한 1개의 광축을 가지는 단일 복굴절 소자를 사용하므로, 조립 공차 및 제조원가를 낮출 수 있다.The optical low pass filter according to the present invention as described above can reduce the aliasing distortion causing the degradation of the image quality. In addition, since a single birefringent element having one optical axis is used, assembly tolerances and manufacturing costs can be reduced.

Claims (1)

고체 촬상소자와 칼라 필터를 구비하는 비디오 카메라에 채용되어 공간 샘플링시에 발생되는 얼라이어싱 디스토션을 줄이도록 된 광저역통과필터에 있어서,An optical low pass filter employed in a video camera having a solid-state image pickup device and a color filter to reduce aliasing distortion generated during spatial sampling. 상기 광저역통과필터는 상기 고체 촬상소자의 수평 스캐닝방향과 θ의 각을 이루는 1개의 광축을 가지는 단일 복굴절 소자로 이루어져, 입사광을 정상광선과 이상광선으로 분기시키며,The optical low pass filter consists of a single birefringent element having one optical axis forming an angle between the horizontal scanning direction and the angle of the solid-state image sensor, and splits incident light into normal light and abnormal light, 상기 복굴절 소자의 광축과 고체 촬상소자의 수평 스캐닝 방향과 이루는 각 θ는 아래의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광저역통과필터.And an angle θ formed between the optical axis of the birefringent element and the horizontal scanning direction of the solid-state imaging element satisfies the following equation.
Figure pat00021
Figure pat00021
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