JPH0213086A - 固体撮像装置 - 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） 本発明は多数の受光素子を主走査方向および副走査方向
にマトリックス状に配列した固体撮像素子と、この固体
撮像素子への入射光路中に配置され、入射光線を少なく
とも主走査方向に分離する光学的フィルタとを具える固
体撮像装置に関するもので、特に固体撮像素子の標本化
周波数、すなわち空間サンプリング周波数の近傍に発生
するモアレを効果的に取り除き、更にモアレと本来の映
像信号により生ずる混変調妨害も効果的に取り除くよう
にした固体撮像装置に関するものである。

（従来の技術） 第４図は一般的な固体撮像素子の受光開口分布を示すも
ので、第４図においてＨが主走査方向である水平方向、
■が副走査方向である垂直方向を示し、Ｘが画素開口の
水平方向の大きさ、Ｙが画素開口の垂直方向の大きさを
示す。またＰｘは水平方向の画素間隔、ｐｙは垂直方向
の画素間隔を示す。

このような開ロバターンにより画像が標本化、すなわち
空間的にサンプリングされることになる。

画像標本化に際して、画像の中に含まれる最高の空間周
波数ｆ１つ、が、標本化周波数ｆｓの半分であるナイキ
スト周波数ｆ１よりも高い場合、第５図に示すように繰
り返されるスペクトル分布が互いに重なり合うようにな
る。一般的に固体撮像装置に設けられた光学レンズ系で
被写体像に含まれる空間周波数は制限されるものの、標
本化周波数の半分であるナイキスト周波数ｆ、よりも充
分高い成分を含むため、これを標本化するとｆ。までの
画像情報は標本化された映像信号から再び元の画像に復
元できるが、ｆ７より高い周波数の画像情報成分子は標
本化周波数ｆ、との差の周波数成分子′（−ｆ、−ｆ）
に変わり、ナイキスト周波数ｆｎ以下の領域に折り返さ
れてくる。この成分は偽信号で折返しひずみと呼ばれて
いる。このような折返し°ひずみの多い映像信号から画
像を組み立てると被写体の空間周波数の高い部分にモア
レが生じ、画質を低下させることになる。

また、一般的な固体撮像素子においては、第４図に示す
ように、水平方向の画素開口巾Ｘは隣り合う画素の間の
距離（Ｐｘ　−Ｘ）よりも小さくなっているため、前述
の折返しひずみの量も多くなってしまう。

以上のような折返しひずみによる画質の低下を防止する
ためにはｆ、、より低い周波数領域でレスポンスを落と
さずに被写体像に含まれる１７以上の空間周波数成分を
急激に抑圧すればよい。このために固体撮像素子により
被写体像を標本化する前に、ｆ５近傍にトラップ周波数
を有する光学的ローパスフィルタに通すことは既知であ
る。通常、光学的ローパスフィルタには複屈折水晶板を
使用しているが、１枚の複屈折水晶板のレスポンス特性
は第６図の細い実線の曲線Ａで示すようなｃｏｓカーブ
となる。第６図において横軸は標本化周波ｌ　ｆ、で正
規化した周波数ｆ、を示す。１枚の水晶板では、低周波
数領域、すなわちベースバンド成分の抑圧は小さいが、
ｆ、の近傍での減衰量が少ないため、上述した折返しひ
ずみを有効に防止できず、画質の劣化を十分に補償でき
ない欠点がある。

このような欠点をさらに改良するものとして複数枚の複
屈折水晶板を有する光学的フィルタが種々提案されてお
り、例えば特開昭６０−１６４７１９号公報、同６１−
２７０９８５号公報および同６１−２７０９８６号公報
等に開示されている。これらの公開公報には、水平走査
方向に対して＋４５°、０°および一４５″の方向に常
光線と異常光線を分離する３枚の複屈折水晶板を用いた
光学的フィルタが開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述した特開昭６０−１６４７１９号公報にはｌチップ
の撮像素子にモザイクフィルタを組合せた固体撮の第２
の水晶板の分離巾をＰｘとしている。この場合のレスポ
ンス特性は第６図の破線の曲線Ｂに示すようにｆ、、お
よびｆ、において２個のトラップポイントが現われるよ
うにしている。このような光学的フィルタによれば１枚
の水晶板を用いる場合に比べるとｆ、およびｆ、近傍に
おける抑圧効果が大きいが、ｆ８近傍での抑圧は十分に
大きくないとともに、ベースバンドでの抑圧が過度に大
きくなっており、本来の画像信号も大きく抑圧されてし
まい、解像度が劣化してしまう欠点がある。

また、特開昭６１〜２７０９８６号公報には、色分解光
学系により入射光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３
色に分解し、これら分解された単色像を３枚の固体撮像
素子で受光するようにした固体撮像装置において、０色
像を受光する固体撮像素子の受光開口位置と、Ｒおよび
Ｂ色像を受光する撮像素子の受光開口位置を、互いに画
素間隔の半分だけずらせることにより輝度信号に対する
標本化周波数を見掛は上２倍にする所謂画素ずらし法を
採用した固体撮像装置に用いる光学的フィルタとして常
光線と異常光線の分離方向を水平方向に対して±４５゜
板の分離巾をＰｘとしたものが開示されている。このよ
うな光学的フィルタによれば、水平方向に見た分離距離
は、上述した特開昭６０−１６４７１９号公報に記載さ
れたものと同様にＰｘとなり、したがって、上述したと
ころと同様にｆｓ近傍における抑圧効果が十分に得られ
ないとともにベースバンド領域にお＆Ｊる抑圧が過度に
大きくなるという欠点を持っている。

さらに特開昭６１−．２７０９８５号公報には、上述し
た画素ずらし法を採用した固体撮像装置に用いる光学的
フィルタにおいて、分離方向を水平方向に対して±４５
°とした第１および第３の水晶板の分離巾ＺｆｆＰｘと
し、分離方向を水平方向とした中間の第２の水晶板の分
離１１を−Ｐｘとしたものが開示されている。このよう
な光学的フィルタによれば、第２水晶板による分離巾を
−Ｐｘとしているため、上述した従来例に比べてｆ、、
におけるトラップ効果が幾分改善されるものの、ｆ、近
傍における抑圧効果は十分に大きくないとともにベース
バンド領域における抑圧が大きい欠点は依然として解決
されていない。

上述した３枚の水晶板を用いる従来の光学的フィルタに
おいては、いずれもその設計思想はｆ、。

およびｆ、においてトラップポイントを形成することに
よってｆ。以上の周波数帯における抑圧効果を大きくし
ようとする点において共通しているが、このような設計
思想ではｆ５の近傍における抑圧効果が十分に得られず
、モアレの発生による画質の低下を十分に改善できない
とともに低周波数領域において不所望に大きな減衰が発
生し、解像度を低下してしまうという欠点がある。特に
、画素ずらし法を採用した固体撮像装置においては、輝
度信号に対しては標本化周波数を見掛は上２倍とするこ
とができるが、標本化周波数近傍の白黒パターンを含む
被写体を撮像すると、不所望な色が付く所謂色モアレが
発生する。例えば緑色の画素に白黒パターンの白い部分
が入射し、赤および青色の画素に黒い部分が入射すると
、白黒パターンが緑色となってしまう。従来の光学的フ
ィルタではこのような色モアレを十分良好に抑止するこ
とができなかった。

本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、標本化
周波数近傍において十分な抑圧を行なうことによってモ
アレの発生を有効に阻止できるとともにベースバンドで
の抑圧を極力抑えることによって解像度の低下を防ぎ、
特に画素ずらし法を採用した固体撮像装置における色モ
アレを十分良好に阻止することができるようにした固体
撮像装置を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、多数の受光素子を主走査方向およびこれと直
交する副走査方向に配列した固体撮像素子と、この固体
撮像素子に被写体像を入射させる光路中に配置され、入
射光線を少なくとも主走査方向に分離する光学的フィル
タとを具える固体撮像装置において、前記光学的フィル
タに少なくとも３枚の水晶板を設け、主走査方向におけ
るその合成レスポンス特性が標本化周波数またはその近
傍において１個のトラップポイントを有し、それ以下の
周波数帯域でトラップポイントを持たないように構成し
たことを特徴とするものである。

（作　用） 上述したように、複数枚の水晶板を用いる従来の光学的
フィルタにおいては、トラップポイン１−の数を増やす
ことによってｒ、１以上の周波数帯域での減衰を大きく
することを設計思想としていたが、本発明ではこのよう
な設計思想を採らず、３枚以上の水晶板を用いるにも拘
らず標本化周波数またはその近傍において唯１個のトラ
ップポイントを有するように構成したものである。後述
する実施例のように常光線および異常光線の分離方向を
水平方向に対して＋４５°およびＯｏとした３枚ンプポ
イントを存するレスポンス特性が得られ、標本化周波数
の近傍における抑圧を十分大きくすることができるとと
もにベースバント”における減衰を抑えることができる
。

（実施例） 第１図は本発明による固体撮像装置の一実施例の全体の
構成を示す線図である。光学レンズ系１によって被写体
の像を、光学的フィルタ２および３色分解光学系３を経
て３枚の固体撮像素子４Ｒ４Ｇ、　Ｉｌｌ上に形成する
。３色分解光学系３はＲ，ＧおよびＢの３原色光をそれ
ぞれ異なる方向に分解するもので、各固体撮像素子４１
１．４Ｇ、　４ＢはそれぞれＲ，ＧおよびＢ色の像を受
光するようになる。

本例では色ずらし法を採用しているので、固体撮像素子
４Ｒおよび４Ｂ上に結像される赤および青色の被写体像
の各画素は、固体撮像素子４Ｇ上に結像される緑色像に
対し画素間隔の中間に位置するようになっている。この
ようにして輝度信号に対する見掛は上の標本化周波数を
２倍とすることができる。

光学的フィルタ２は、第１、第２および第３の複屈折水
晶板２１．２２および２３を積層した構成としている。

第２図はこれら第１〜第３の水晶板１１゜１２および１
３を示すもので、水晶板の主軸（常光線と異常光線の分
離方向）と光軸を含む主要面２１゜２２および２３が主
走査方向である水平走査方向Ｈと成す角度がそれぞれ＋
４５°、０°、−４５°に設定されている。これら水晶
板１１〜１３の主軸は必ずしも光軸に対して垂直である
必要はなく、光軸に対して任意の角度傾いていてもよい
。本発明においては、第１〜第３の水晶板１１〜１３の
分離巾の水平材質および厚さを適切に選択することによ
り実現できる。

上述した構成の光学的フィルタ２に光線を通すと、光は
第３図に示すように８本の光線に分離され、それらの輝
度は互いに等しいものとなる。すなわち、第１の水晶板
１１において入射光線からその１／２の光量を有する常
光線Ｏ０が得られるとともに異常光線ｅ１は常光線０１
に対して＋４５°の方向に水晶板１１の厚さに対応する
距離だけ分離され２本の分離光線が得られる。この常光
線０．及び異常光線ｅ１はそれぞれ第２の水晶板１２に
入射され、この第２の水晶板１２において、各入射光線
からその１／２の光量を有する常光線ｏ２及び異常光線
ｅ２が得られ、異常光線ｅ２が常光線０□に対して水平
走査方向Ｈに水晶板１２の厚さに対応する距離だけ分離
され、４木の分離光線が得られる。また常光線ｏ２及び
異常光線ｅ２はそれぞれ第３の水晶板１３に入射され、
この第３の水晶板１３において、各入射光線からその１
／２の光量を有する常光線０３及び異常光綿ｅ３が得ら
れ異常光線ｅ３が常光線０３に対して一４５°の方向に
水晶板１３の厚さに対応する距離だけ分離される。

このようにして８本の分離光線が得られるが、それらの
輝度は互いに等しいものとなる。

上述したように第１の水晶板１１の分離幅のＨ方向成分
と、第２の水晶板１２の分離幅と、第３水晶分離光線は
、第３図に示す通り被撮像体からの入射光の入射位置に
得られる光線０１，０□、０．に対し位置関数として光
学的フィルタ２のレスポンス特性を求めると、 となる。このようなレスポンス特性をグラフに表わすと
、第６図の太い実線の曲線Ｃで示すように標本化周波数
ｆ５において唯１個のトラップポイントを有し、それ以
下の周波数帯域ではトラップポイントを持たないものと
なる。ただし、ｆ、の奇数倍の周波数においてもトラッ
プポイントを有している。このような光学的フィルタ２
は、トラップ直線を３本有し、正および負の傾斜を持つ
トラップ直線と、垂直走査方向■に沿って通るトラップ
直線とが固体撮像素子の標本化周波数ｆ５において交差
するものとなる。第６図において曲線Ｂで示す従来の光
学的フィルタのレスポンス特性と本発明による光学的フ
ィルタのレスポンス特性とを比較すれば明らかなように
、本発明では標本化周波数ｆ５の近傍において大きな抑
圧効果が得られ、モアレによる妨害をきわめて有効に防
止することができ、特に色モアレを著しく軽減できると
ともにｆｌよりも低いベースバンドでの抑圧量は小さく
、解像度を大幅に向上することができる。

すなわち、従来の光学的フィルタの設計思想ではｆｓや
ｒ、、においてトラップポイントを発生させるようにし
ているので、ｆ、の近傍でレスポンス特性が持ち上がる
傾向があるとともに特にｆ。近傍のベースバンド成分が
過度に抑圧されてしまう傾向があるのに対し、本発明で
はトランプポイントは標本化周波数ｒ、においてのみ発
生させるようにしているので上述した従来の光学的フィ
ルタの不所望な傾向を軽減することができる。

なお本発明は上述した実施例にのみ限定されるものでは
く、幾多の変更や変形が可能である。例信号が大きく生
ずるので、これを改善するためにに加えることも可能で
ある。この場合のレスポンス特性は第６図において鎖線
曲線りで示すようなものとなり、ベースバンド成分が過
度に抑圧されることなく２ｆ、においても十分に抑圧す
ることができる。

また上述した実施例では水平走査方向においてのみ説明
したが、第４図においてＰｘとｐｙがほぼ等しい場合は
、上述した実施例で垂直走査方向においても良好な特性
を示す。しかし、ＰｘとＰｙが大きく異なる場合には、
上述した実施例に垂直方向に分離する水晶板を加えると
もできる。ただし、この場合には隣り合う水晶板の分離
方向が＋４５°づつ異なることが必要となる。また上述
した実施例では第１及び第３の水晶板の分離方向を水平
走査方向に対して＋４５°とし、第２の水晶板の分離方
向をＯｏとしたが、これらの角度は必ずしも正確に設定
する必要はなく、これらの値から若干ずれても差支えな
い。この場合には、レスポンス特性のトラップポイント
は標本化周波数と完全には−致しなくなる。また、上述
した実施例では第１水晶板の分離方向を水平走査方向に
対して＋４５°とし、第３水晶板のそれを−４５゜とじ
たが、光が入射する方向に見て第１および第３の水晶板
の位置を交替してもよい。さらに、第１図に示した例で
は光学的フィルタを光学レンズ系と３色分解光学系との
間に配置したが、光学レンズ系の前方またはその途中に
配置してもよく、さらに３　Ｍｉの光学的フィルタを色
分解光学系と各固体撮像素子との間に配置してもよい。

また、上述した実施例では３枚の固体撮像素子を設けた
が、１枚の固体撮像素子を設け、その前面にストライプ
またはモザイク状の色フィルタを配置した固体撮像装置
にも適用することができる。

（発明の効果） 上述した本発明の固体撮像装置によれば、主走査方向の
サンプリング周波数近傍を充分に抑圧することができ、
モアレは充分に抑圧される。このため画素ずらし法を使
った場合の色モアレとなるような空間周波数帯域、すな
わちサンプリング周波数千色信号帯域幅の帯域で充分抑
圧されるため色モアレがほとんど発生しない。また、単
板の場合や、画素ずらしを用いた場合にも色純度の高い
像を撮像した場合において、輝度信号に発生するモアレ
が充分抑圧されるため、本来の信号とモアレ信号の強度
が等しくなる周波数において（ナイキスト周波数、画素
すらしの場合はナイキスト周波数とは限らず色純度によ
り変わる）スペクトル強度が充分低いため、混変調妨害
が起こりにくく、高画質な画像を得ることができる。ま
た、ベースバンドにおける抑圧量は小さいので解像度の
劣化を極力抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像装置の一実施例の全体の
構成を示す線図、 第２図は同じくその光学的フィルタを構成する水晶板の
特性を示す図、 第３図は同じく光学的フィルタの分離特性を示す図、 第４図は固体撮像素子の受光開口分布を示す図、第５図
は画像信号のスペクトル分布を示す図、第６図は光学的
フィルタのレスポンス特性を示すグラフである。 ■・・・光学レンズ系　　　２・・・光学的フィルタ３
・・・色分解光学系　　　４Ｒ，４Ｇ、　４Ｂ・・・固
体撮像素子１１、１２．１３・・・複屈折水晶板 ２１、２２．２３・・・主要面　　Ｈ・・・主走査方向
■・・・副走査方向 第１ 図 ノＸ°ワー 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多数の受光素子を主走査方向およびこれと直交する
   副走査方向に配列した固体撮像素子と、この固体撮像素
   子に被写体像を入射させる光路中に配置され、入射光線
   を少なくとも主走査方向に分離する光学的フィルタとを
   具える固体撮像装置において、前記光学的フィルタに少
   なくとも３枚の水晶板を設け、主走査方向におけるその
   合成レスポンス特性が標本化周波数またはその近傍にお
   いて１個のトラップポイントを有し、それ以下の周波数
   帯域ではトラップポイントを持たないように構成したこ
   とを特徴とする固体撮像装置。 ２、前記光学的フィルタが主走査方向に対してほぼ＋４
   ５°の方向へ常光線および異常光線を分離する第１の水
   晶板と、主走査方向に対しほぼ平行に常光線および異常
   光線を分離する第２の水晶板と、主走査方向に対しほぼ
   −４５°の方向へ常光線および異常光線を分離する第３
   の水晶板とを具え、前記第２の水晶板を第１および第３
   の水晶板の中間に配置し、これら第１〜第３の水晶板の
   各々の主走査方向における分離巾を固体撮像素子の受光
   素子の主走査方向の間隔のほぼ半分とした請求項１記載
   の固体撮像装置。 ３、色分解光学系の後方に複数の固体撮像素子を配置す
   るとともに前記光学的フィルタを色分解光学系よりも入
   射側に配置した請求項２記載の固体撮像装置。 ４、前記複数の固体撮像素子を、被写体像上の画素位置
   が、受光素子の配列間隔のほぼ半分だけ主走査方向に互
   いにずれるように配置したことを特徴とする請求項３記
   載の固体撮像装置。