JPH02204715A - Image pickup device having optical low pass filter - Google Patents
Image pickup device having optical low pass filterInfo
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- JPH02204715A JPH02204715A JP1024433A JP2443389A JPH02204715A JP H02204715 A JPH02204715 A JP H02204715A JP 1024433 A JP1024433 A JP 1024433A JP 2443389 A JP2443389 A JP 2443389A JP H02204715 A JPH02204715 A JP H02204715A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は光学的ローパスフィルターを有した撮像装置に
関し、特にカラー固体撮影素子を用いたビデオカメラ、
電子スチルカメラの様に画像を2次元的且つ離散的に処
理するのに好適な光学的ローパスフィルターを有した撮
像装置に関するものである。Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention relates to an imaging device having an optical low-pass filter, and particularly to a video camera using a color solid-state imaging device,
The present invention relates to an imaging device having an optical low-pass filter suitable for processing images two-dimensionally and discretely, such as in an electronic still camera.
(従来の技術)
一般に離散的画素構造を有する固体撮像素子を用いた撮
像装置では光学的に形成された画像を空間的にサンプリ
ングして出力画像を得ている。(Prior Art) In general, an imaging device using a solid-state imaging device having a discrete pixel structure spatially samples an optically formed image to obtain an output image.
第3図は従来の単板式のカラービデオカメラにおけるカ
ラー信号を得る為のストライブ状の色フィルターの構成
を示したものである。各色フィルターには固体撮像素子
のセルが対応してあり、これによってRGBの3色の分
解が行われる。FIG. 3 shows the configuration of a stripe-shaped color filter for obtaining color signals in a conventional single-chip color video camera. Each color filter corresponds to a cell of the solid-state image sensor, and the three colors of RGB are separated by this.
離散的に画像をサンプリングする場合の問題点としでは
被写体にサンプリングの空間周波数以上の周波数成分が
含まれている場合のエイリアジングエラーが挙げられる
。このエラーは撮影画像にモアレ縞や偽色を生じさせ、
画像を歪ませる原因となる。特に単板カメラでは水平方
向の空間的サンプリングが3画素に1回ということでサ
ンプリングピッチが粗くなるので色モアレ等が生じ易い
。A problem with discretely sampling an image is aliasing error when the subject contains frequency components higher than the sampling spatial frequency. This error causes moire fringes and false colors in the captured image.
This will cause the image to become distorted. In particular, in a single-chip camera, spatial sampling in the horizontal direction is performed once every three pixels, resulting in a coarse sampling pitch, which tends to cause color moiré.
撮像素子以降の処理系はもともと画像の空間周波数の帯
域にある制限のあることを前提にして構成されている。The processing system after the image sensor is originally configured on the premise that there is a certain limit on the spatial frequency band of the image.
この為、従来より光学的ローパスフィルターを撮像系に
挿入し、被写体の持つ高周波の空間周波数帯域を撮像素
子以降の系に合わせた形で制限することが行われている
。光学的ローパスフィルターとしては水晶板等の複屈折
を利用したものが多く用いられる。For this reason, conventionally, an optical low-pass filter has been inserted into the imaging system to limit the high-frequency spatial frequency band of the subject in accordance with the system after the imaging device. Optical low-pass filters that utilize birefringence, such as quartz plates, are often used.
例えば単板のカラービデオカメラでは1枚の水晶板を通
り、複屈折で2つに分割された光線が水平方向に1.5
画素ずれた位置に入射する様に光学系が構成されている
。この様に同一の画像が1.5画素水平方向にずれて重
なるということは、この水晶ローパスフィルターの水平
方向の周波数特性が第4図の様なコサイン型の周波数特
性になることを意味している。1画素のピッチをdとす
ると、もしピッチ3dの正弦波チャートがあれば1.5
画素のずれにより丁度用と谷が重なってコントラストが
Oとなる。For example, in a single-panel color video camera, a ray of light passes through one crystal plate and is split into two by birefringence, and the horizontal direction is 1.5.
The optical system is configured so that the light enters the position shifted from the pixel. The fact that the same images overlap in this way with a 1.5 pixel horizontal shift means that the horizontal frequency characteristic of this crystal low-pass filter becomes a cosine-type frequency characteristic as shown in Figure 4. There is. If the pitch of one pixel is d, if there is a sine wave chart with a pitch of 3d, it will be 1.5
Due to pixel misalignment, the peak and valley exactly overlap, resulting in a contrast of O.
1画素当りのサンプリング周波数fsがfXi=1/d
である所より、この水晶ローパスフィルターは第4図に
示す様にfs/3で特性が0となるのである。単板式カ
ラー固体撮像素子の場合はサンプリングが3画素に1回
となっているので色モアレがここから折り返されてくる
。従フて、この様なフィルターはモアレの抑制に多大な
効果を持っていた。The sampling frequency fs per pixel is fXi = 1/d
For this reason, the characteristic of this crystal low-pass filter becomes 0 at fs/3, as shown in FIG. In the case of a single-chip color solid-state image sensor, sampling is performed once every three pixels, so color moiré is reflected from this point. Therefore, such a filter had a great effect on suppressing moiré.
(発明が解決しようとする問題点)
一方、近来、固体撮像素子の各画素をオフセットサンプ
リング構成に構成し、この各画素にRGBの3色フィル
ターを配列したものが注目されている。(Problems to be Solved by the Invention) On the other hand, in recent years, solid-state imaging devices in which each pixel is configured in an offset sampling configuration and RGB three-color filters are arranged in each pixel have been attracting attention.
第5図に示したものは従来のオフセットサンプリング構
造にしたカラー固体撮像素子の一例である。What is shown in FIG. 5 is an example of a color solid-state image sensor having a conventional offset sampling structure.
ところがこの場合、色フィルターの配置が従来のストラ
イブ状のものの様に単純な一次元状のものでなく二次元
的なものであるため、色モアレを防ぐ水晶ローパスフィ
ルターに従来のものを単純に用いても所望の効果を得る
ことができないという問題が生じていた。However, in this case, the color filter arrangement is two-dimensional rather than a simple one-dimensional arrangement like the conventional stripe-shaped one, so the conventional one was simply replaced with a crystal low-pass filter to prevent color moiré. A problem has arisen in that the desired effect cannot be obtained even when used.
本発明はオフセットサンプリング構成の固体撮像素子特
有の上記問題に適用できる新しい水晶ローパスフィルタ
ーについてのものであり、該水晶フィルターを用いた光
学的ローパスフィルターを有した撮像装置に関するもの
である。The present invention relates to a new crystal low-pass filter that can be applied to the above-mentioned problems specific to solid-state imaging devices with an offset sampling configuration, and relates to an imaging device having an optical low-pass filter using the crystal filter.
(問題点を解決するための手段)
そのため本発明は第5図の様なオフセットサンプリング
の色フィルター配置をとった時の信号の2次元的空間周
波数構造に着目し、色モアレを防止するため最適な光学
的ローパスフィルターを撮像系に付加することにより、
前記問題を解決したことを特徴としている。該ローパス
フィルターの条件を説明する為、先ずオフセットサンプ
リングの場合の空間周波数構造について解析を行ってみ
ることとする。(Means for solving the problem) Therefore, the present invention focuses on the two-dimensional spatial frequency structure of the signal when the color filter arrangement of offset sampling as shown in Fig. 5 is adopted, and the present invention is optimized to prevent color moiré. By adding an optical low-pass filter to the imaging system,
It is characterized by solving the above problem. In order to explain the conditions of the low-pass filter, we will first analyze the spatial frequency structure in the case of offset sampling.
第6図は水平方向のピッチがP Hs垂直方向のピッチ
がPvであり、水平方向のオフセットがPH/2である
様に構成されたオフセットサンプリングの例を示してい
る。この場合のサンプリング構造は、2次元の空間周波
数平面上で第7図に示した様になることが知られている
。即ち、水平方向のピッチが2 / P H、垂直方向
のピッチが1 / P Vであり、水平方向のオフセッ
トが17P)lある様なサンプリング構造となるのであ
る。この関係の導出は例えば日刊工業新聞社刊の吹坂敬
彦著ゝ画像のデジタル信号処理” (1985)のP、
317に述べられている。FIG. 6 shows an example of offset sampling configured such that the horizontal pitch is PH, the vertical pitch is Pv, and the horizontal offset is PH/2. It is known that the sampling structure in this case is as shown in FIG. 7 on a two-dimensional spatial frequency plane. That is, the sampling structure is such that the pitch in the horizontal direction is 2/PH, the pitch in the vertical direction is 1/PV, and the offset in the horizontal direction is 17P)l. The derivation of this relationship can be found, for example, in "Digital Signal Processing of Images" (1985) by Takahiko Fukisaka, published by Nikkan Kogyo Shimbun, p.
317.
従って第5図のようなセンサーにおいて各画素の色フィ
ルターから出力される色信号を等価的に輝度信号と見な
す、所謂スイッチ−Y方式によって輝度信号を得るとす
ると、輝度信号のサンプリング構造は第7図を写し直し
て第2図で丸印(O印)で示す様なものとなる。これを
各色の信号についてみると、水平方向のピッチ力3 P
M、垂直方向のピッチがPvで水平方向のオフセット
が−PHあるやはりオフセットサンプリング構造となっ
ていることがわかる。色信号のサンプリング構造は従っ
て空間周波数面では水平方向にのみ1/3縮めらる結果
となり、第2図中の四角中(0印)の様なものとなる。Therefore, if a luminance signal is obtained by the so-called switch-Y method, in which the color signal output from the color filter of each pixel is equivalently regarded as a luminance signal in a sensor as shown in FIG. Recopy the diagram and it will look like the circle mark (O mark) in Figure 2. Looking at this for each color signal, the horizontal pitch force 3 P
It can be seen that M has an offset sampling structure in which the pitch in the vertical direction is Pv and the offset in the horizontal direction is -PH. Therefore, the sampling structure of the color signal is reduced by 1/3 only in the horizontal direction in the spatial frequency plane, resulting in something like the square (0 mark) in FIG. 2.
色モアレを防止する上で最適な光学的ローパスフィルタ
ーは原信号の空間周波数スペクトルが隣り合うサンプリ
ング構造の領域になるべく影響を与えない様なものであ
る。これは第2図で言えば隣り合うサンプリング構造の
中心点を実線で結んだ6角形の辺上の空間周波数の部分
の近傍で周波数特性が0、又は極小になる様なローパス
フィルター特性が好ましいということを意味している。The optimal optical low-pass filter for preventing color moiré is one in which the spatial frequency spectrum of the original signal has as little influence as possible on adjacent regions of the sampling structure. In Figure 2, this means that it is preferable to have a low-pass filter characteristic in which the frequency characteristic becomes 0 or a minimum near the spatial frequency part on the side of the hexagon formed by connecting the center points of adjacent sampling structures with solid lines. It means that.
尚、fX=±−・□という2つの水平線で区 Pv
切られているのは垂直方向の輝度の折り返しを生じさせ
ないためである。Note that the reason why the two horizontal lines (Pv), fX=±-·□, are used to prevent the brightness from folding back in the vertical direction is to be avoided.
(実施例)
第1図(A) 、 (B)は本発明に係る光学的ローパ
スフィルターの一実施例の具体的な構成図である。(Embodiment) FIGS. 1A and 1B are concrete configuration diagrams of an embodiment of an optical low-pass filter according to the present invention.
図中、10は光学的ローパスフィルター 11゜12.
13は各々第1.2.3の光学部材で、いずれも水晶の
複屈折板よりできている。光線分割方向は走査方向に対
し、反時計方向に45゜900.135°である。In the figure, 10 is an optical low-pass filter 11°12.
Reference numerals 13 denote optical members 1, 2, and 3, which are all made of quartz birefringent plates. The beam splitting direction is 45°900.135° counterclockwise with respect to the scanning direction.
第1図(A)は光学的ローパスフィルターに入射する光
線を走査方向と垂直な面から見た図1、同図(B)は入
射面から見た光線のずらす方向を示す説明図である。FIG. 1(A) is an explanatory diagram showing the light rays incident on the optical low-pass filter as seen from a plane perpendicular to the scanning direction, and FIG. 1(B) is an explanatory diagram showing the direction in which the light rays are shifted as seen from the incident plane.
入射光線14は光学部材11,12.13により順次■
、■、0に示す方向に分割され、結局8本の光線となり
射出される。これにより所望の空間周波数特性を得てい
る。The incident light beam 14 is sequentially
, ■, and 0, and are emitted as eight light rays. As a result, desired spatial frequency characteristics are obtained.
オフセットサンプリングでの光学的ローパスフィルター
の理想は第2図に示したような6角形であるが、実際の
水晶ローパスフィルターでは光線をずらす方向を45°
の倍数にとると系の構成が容易で実現し易い。The ideal optical low-pass filter for offset sampling is a hexagonal shape as shown in Figure 2, but in actual crystal low-pass filters, the direction in which the light rays are shifted is 45 degrees.
If it is a multiple of , the system configuration is easy and easy to realize.
これは水晶の偏光特性に起因するもので、45°の倍数
にセツティングするということは、水晶で分割される光
線の光量比との兼ね合いである。This is due to the polarization characteristics of the crystal, and setting the angle to a multiple of 45° is a matter of balancing the light intensity ratio of the light beams divided by the crystal.
従って本発明では周波数平面上で450の倍数方向の直
線によって構成される線上で周波数特性がOになるロー
パスフィルター系を構成することを特徴としている。Therefore, the present invention is characterized by configuring a low-pass filter system in which the frequency characteristic becomes O on a line formed by straight lines in directions that are multiples of 450 on the frequency plane.
第1の実施例は第1図(C)中に実線で示すとして、±
45°方向に伸ばした線とfXf=波数特性が0、又は
極小となる水晶板ローパスフィルターの構成例である。The first embodiment is shown by a solid line in FIG. 1(C).
This is an example of a configuration of a crystal plate low-pass filter in which a line extended in the 45° direction and fXf=wavenumber characteristics are 0 or minimal.
この様な特性を満足させるのは水晶板によるずらし量を
コントロールすることで容易に実現することができる。Satisfying such characteristics can be easily achieved by controlling the amount of shift by the crystal plate.
6角形が空間周波数面で原点に関して対称な配置をして
いること、6角形がfX軸に対してo0±45°という
3つの方向性を持つ直線群で構成されていることより、
第1図(C)の実線のローパスフィルターは6角形の辺
の方向に対応する合計3枚の水晶フィルターの構成で実
現することができる。Since the hexagon is arranged symmetrically with respect to the origin in the spatial frequency plane, and the hexagon is composed of a group of straight lines with three directions of o0 ± 45° with respect to the fX axis,
The low-pass filter indicated by the solid line in FIG. 1(C) can be realized by a configuration of a total of three crystal filters corresponding to the directions of the sides of the hexagon.
水晶フィルターの条件は空間周波数平面上で原点から6
角形の各辺に下ろした垂線の長さを計算することで容易
に決定することができる。例えばこの様な直線上で周波
数特性が0になる様な水晶ローパスフィルターを実現す
るには、実空間上で晶板を構成すれば良い。この求め方
は従来のストライブ型に対するやり方と同一である。同
様に対応するローパスフィルターは実空間で垂直方向へ
Pvだけずらす様なものとすれば良い。従って第1図の
実線で示すローパスフィルターは第8図(^) 、 (
B) 、 (C)に示す様に実空間で45°方向へ枚の
水晶フィルターで構成することで実現できる。The conditions for the crystal filter are 6 points from the origin on the spatial frequency plane.
It can be easily determined by calculating the length of the perpendicular line drawn to each side of the rectangle. For example, in order to realize a crystal low-pass filter whose frequency characteristics become 0 on such a straight line, it is sufficient to construct a crystal plate in real space. This method of determination is the same as that for conventional stripe types. Similarly, the corresponding low-pass filter may be one that is shifted by Pv in the vertical direction in real space. Therefore, the low-pass filter shown by the solid line in Figure 1 is as shown in Figure 8 (^), (
This can be realized by configuring two crystal filters in the 45° direction in real space as shown in B) and (C).
このローパスフィルターはPHとPvを等しいとすれば
第1図(C)に見られる様に水平方向の空間周波数の拡
がりが垂直方向よりも大きくなっている。垂直方向のず
らし量をPvより少し小さくすると垂直解像度は良くな
るので両者の差は小さくなる。しかし所望のローパスフ
ィルター特性からは、ずれてくるので色のモアレが増え
るという副作用を持つ。ずらし量が小さいということは
輝度に対しても多少効果がある。ローパスフィルターの
設計は基本的にはこの様に解像度と色モアしとのトレー
ドオフで全体のシステムを見渡して決定されるべきもの
である。In this low-pass filter, if PH and Pv are equal, the spatial frequency spread in the horizontal direction is larger than in the vertical direction, as shown in FIG. 1(C). If the vertical shift amount is made slightly smaller than Pv, the vertical resolution will improve and the difference between the two will become smaller. However, since it deviates from the desired low-pass filter characteristics, it has the side effect of increasing color moiré. A small amount of shift also has some effect on brightness. The design of the low-pass filter should basically be determined by looking at the entire system and making a trade-off between resolution and color correction.
そして本実施例では、水平方向のピッチPH1垂直方向
のピッチPV、水平方向のオフセット量がPH/2であ
るオフセットサンプリング構造な像素子の走査方向又は
走査方向と逆方向に対し、時計方向又は反時計方向に4
50の方向に入射した光線を2木に分割する機能を有す
る第1の光学部材と該撮像素子の走査方向又は走査方向
と逆方向に対し、時計方向又は反時計方向に90°の方
向に入射した光線を2本に分割する機能を有する第2の
光学部材と前記第1の光学部材の光線分割方向に対し時
計方向又は反時計方向に90°の方向に入射した光線を
2本に分割する機能を有する第3の光学部材で構成され
る光学的ローパスフィルターであって、該光学的ローパ
スフィルターを構成する第1の光学部材の光線分割幅を
21、第3の光学部材の光線分割幅をP3としたとき、
なる条件を満足するようにしている。In this embodiment, the image element has an offset sampling structure in which the horizontal pitch PH1, the vertical pitch PV, and the horizontal offset amount are PH/2. 4 clockwise
A first optical member having a function of dividing a light beam incident in a direction of 50 into two trees and a direction of 90° clockwise or counterclockwise with respect to the scanning direction of the image sensor or a direction opposite to the scanning direction. A second optical member has a function of splitting the light ray into two, and the light ray that is incident in a direction of 90° clockwise or counterclockwise with respect to the light ray splitting direction of the first optical member is split into two. An optical low-pass filter composed of a third optical member having a function, the first optical member constituting the optical low-pass filter has a beam splitting width of 21, and the third optical member has a beam splitting width of 21. When set to P3,
We try to satisfy the following conditions.
又、垂直方向のピッチPvが Pv ≧ PH のときは ・・・・・・・・・・−(3) ・・・・・・・・・・−(4) なる条件を満足するようにしている。Also, the vertical pitch Pv is Pv ≧ P.H. When ・・・・・・・・・・・・-(3) ・・・・・・・・・・・・-(4) We try to satisfy the following conditions.
これらの各条件式の上限値を越えるとモアレが増加して
くるので良くなく、又下限値を越えると解像力が低下し
てくるので良くない。If the upper limits of these conditional expressions are exceeded, moiré will increase, which is not good, and if the lower limits are exceeded, the resolution will decrease, which is not good.
(他の実施例)
第2の実施例は第1図(C)に点線で示すような6角形
上で周波数特性が0又は極小になる様にしたものである
。±45°と00の直線で第2図の理想形に近似する時
、同一のサンプリング構造に対して第1の実施例とは異
る点を選んだことに相当している。±45°の直線が通
る空間周波数平面上の点が
る±45°の4つの辺に原点から下ろした垂線の長さは
皆等しく
れぞれ実空間で光線を分割してずらす様な3枚の水晶フ
ィルターの組み合わせで実現できる。(Other Embodiments) In the second embodiment, the frequency characteristics are 0 or minimum on a hexagon as shown by the dotted line in FIG. 1(C). When the ideal shape shown in FIG. 2 is approximated by straight lines of ±45° and 00, this corresponds to choosing a different point from the first embodiment for the same sampling structure. There is a point on the spatial frequency plane through which a straight line of ±45° passes, and the lengths of perpendiculars drawn from the origin to the four sides of ±45° are all equal. This can be achieved by combining two crystal filters.
第2実施例では空間周波数面での6角形の面積が大きい
分筆1実施例より全体の解像力が向上するが、その副作
用として色モアレは多くなる。In the second embodiment, the overall resolution is improved compared to the first embodiment in which the area of the hexagon is larger in terms of spatial frequency, but as a side effect, color moire increases.
従って実際には両者のトレードオフで第1と第2の実施
例の中間的な組み合わせを選択しても良い。水晶での光
線のずらし量は水晶板の厚みに比例するので、この場合
の板厚は第1実施例と第2実施例との丁度間の領域に存
在する。Therefore, in practice, an intermediate combination between the first and second embodiments may be selected by making a trade-off between the two. Since the amount of shift of the light beam in the crystal is proportional to the thickness of the crystal plate, the plate thickness in this case exists in a region exactly between the first and second embodiments.
第3の実施例は第1の実施例と第2の実施例が一致する
場合である。これは空間周波数領域で±45°の直線の
辺に下ろした垂線の長さが等又0°の直線に対しては、
第1の実施例と同じが成立するということを意味してい
る。上式をまとめると、これはとりも直さず、
2PV=3PM
ということである。従ってセンサの画素の水平方向のピ
ッチと垂直方向のピッチを2=3にすれば第2図に示し
た色モアレを防ぐ理想ローパスフィルターを示す斜め線
の部分が丁度±450となる。この結果、水晶板を用い
た場合に好ましい±45°という条件で色モアレ防止の
最適光学的ローパスフィルターを実現できることになり
、両者のシステム的な融合が達成される。この場合もを
ずらす様な3枚構成の水晶フィルターを用いれば良い。The third example is a case where the first example and the second example match. This means that in the spatial frequency domain, for a straight line where the length of the perpendicular drawn to the side of a straight line of ±45° is equal or 0°,
This means that the same thing as in the first embodiment holds true. To summarize the above equation, this simply means: 2PV=3PM. Therefore, if the horizontal pitch and vertical pitch of the pixels of the sensor are set to 2=3, the diagonal line portion showing the ideal low-pass filter for preventing color moiré shown in FIG. 2 will be exactly ±450. As a result, an optimal optical low-pass filter for preventing color moiré can be realized under the condition of ±45°, which is preferable when a crystal plate is used, and a systematic fusion of the two can be achieved. In this case as well, it is sufficient to use a three-piece crystal filter that is shifted.
本発明は2次元的なサンプリング構造の解析に基づいた
ものである。従って、本発明はR,G。The present invention is based on the analysis of two-dimensional sampling structures. Therefore, the present invention applies to R,G.
Bの3色のカラー配列だけでなく、他にCy。In addition to the three-color arrangement of B, there is also Cy.
M、Y、などの組み合わせでも同様に有効な手段と言え
る。A combination of M, Y, etc. can be said to be an equally effective means.
(発明の効果)
以上説明した様に本発明ではオフセットサンプリング構
造を持ったカラー単板固体素子の空間周波数域での特性
解析に基づき、色モアレを有効に防止できる水晶ローパ
スフィルターを構成することに成功した。(Effects of the Invention) As explained above, in the present invention, based on characteristic analysis in the spatial frequency range of a color single-plate solid-state element with an offset sampling structure, a crystal low-pass filter that can effectively prevent color moiré has been constructed. Successful.
本発明ではサンプリングのピッチから定まる量に応じて
±450、垂直方向、−45°方向にそれぞれ所定量の
ズレな生じさせる水晶板3枚で光学的ローパスフィルタ
ー特性を実現させている。In the present invention, optical low-pass filter characteristics are realized using three crystal plates that are shifted by predetermined amounts in the ±450, vertical, and −45° directions, respectively, depending on the amount determined from the sampling pitch.
本発明のフィルターを撮影系に通用すれば、従来の構成
では解決できなかったオフセットサンプリング構造のカ
ラー固体撮像素子の色モアレに対処できる。If the filter of the present invention is applied to a photographing system, it will be possible to deal with color moiré in a color solid-state image sensor with an offset sampling structure, which could not be solved with conventional configurations.
又、本発明のフィルターは構成が水晶板3枚という簡単
なものなので従来のシステムに簡単に置き換えてつける
ことが可能である。又、本発明の解析に従った撮像素子
の構成は理想のローパスフィルターを実現できるという
意味で効果が大きい。Furthermore, since the filter of the present invention has a simple configuration of three crystal plates, it can be easily replaced with a conventional system. Further, the configuration of the image sensor according to the analysis of the present invention is highly effective in the sense that an ideal low-pass filter can be realized.
第1図(A) 、 (B)は本発明に係る光学的ローパ
スフィルターの要部概略図、第1図(C)は本発明の水
晶より成る光学的ローパスフィルターの2次元空間周波
数特性を示す説明図、実線が第1実施例、点線が第2実
施例、第2図は理想的な水晶ローパスフィルターの2次
元空間周波数特性を示す説明図、第3図は従来のRGB
ストライブカラーフィルターの構成を示す概略図、第4
図は第3図のRGBストライブカラーフィルターに用い
る従来の水晶ローパスフィルターの空間周波数特性を示
す説明図、第5図は本発明の対象とするオフセットサン
プリング構造を持つカラー単板撮像素子のRGBの配列
を示す説明図、第6図はオフセットサンプリング構造を
実空間で示す図、第7図はオフセットサンプリングのサ
ンプリング構造を空間周波数領域で示す図、第8図は第
1実施例の水晶ローパスフィルターを構成する3枚の水
晶板での各々の光線のずれを示す説明図である。
図中、10は光学的ローパスフィルター11.12.1
3は第!、第2.第3の光学部材である。Figures 1 (A) and (B) are schematic diagrams of the main parts of the optical low-pass filter according to the present invention, and Figure 1 (C) shows the two-dimensional spatial frequency characteristics of the optical low-pass filter made of crystal according to the present invention. Explanatory diagram: The solid line is the first example, the dotted line is the second example, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the two-dimensional spatial frequency characteristics of an ideal crystal low-pass filter, and FIG. 3 is the conventional RGB
Schematic diagram showing the configuration of the stripe color filter, No. 4
The figure is an explanatory diagram showing the spatial frequency characteristics of a conventional crystal low-pass filter used in the RGB stripe color filter of Fig. 3, and Fig. 5 is an explanatory diagram showing the spatial frequency characteristics of a conventional crystal low-pass filter used in the RGB stripe color filter of Fig. 3. 6 is a diagram showing the offset sampling structure in real space, FIG. 7 is a diagram showing the sampling structure of offset sampling in the spatial frequency domain, and FIG. 8 is a diagram showing the crystal low-pass filter of the first embodiment. It is an explanatory view showing a shift of each light ray in three constituent crystal plates. In the figure, 10 is an optical low-pass filter 11.12.1
3 is number 3! , 2nd. This is the third optical member.
Claims (6)
像素子をもつ撮像装置において、光線をずらす方向がお
互いに異る3枚構成の水晶ローパスフィルターを装備し
たことを特徴とする光学的ローパスフィルターを有した
撮像装置。(1) In an imaging device having a color solid-state imaging device with an offset sampling structure, an imaging device equipped with an optical low-pass filter characterized by being equipped with a three-piece crystal low-pass filter that shifts light beams in different directions. Device.
体撮像素子は水平方向のピッチがP_Hでオフセットが
P_H/2、垂直方向のピッチがP_Vであり、前記水
晶ローパスフィルターの空間周波数平面(f_X、f_
Y)での特性が±45°方向の4つの直線とf_X軸に
平行な2つの直線で囲まれる6角形の辺上で周波数特性
がゼロ又は極小になることを特徴とする請求項1記載の
光学的ローパスフィルターを有した撮像装置。(2) The color solid-state image sensor with the offset sampling structure has a pitch in the horizontal direction of P_H, an offset of P_H/2, a pitch in the vertical direction of P_V, and a spatial frequency plane (f_X, f_
2. The frequency characteristic according to claim 1, wherein the frequency characteristic is zero or minimum on the side of a hexagon surrounded by four straight lines in the ±45° direction and two straight lines parallel to the f_X axis. An imaging device with an optical low-pass filter.
頂点の座標がf_X軸上にf_Y軸に関して対称に存在
しており、f_Xの負の側では−2/3P_Hから−(
1/3・1/P_H+1/2・1/P_V)の間に、f
_Xの正の側では(1/3・1/P_H+1/2・1/
P_V)から2/3P_Hの間に存在していることを特
徴とする水晶ローパスフィルターを具備していることを
特徴とする請求項2記載の光学的ローパスフィルターを
有した撮像装置。(3) The coordinates of the vertices formed by the sides in the ±45° direction of the hexagon exist symmetrically on the f_X axis with respect to the f_Y axis, and on the negative side of f_X from -2/3P_H to -(
1/3・1/P_H+1/2・1/P_V), f
On the positive side of _X (1/3・1/P_H+1/2・1/
3. The imaging device according to claim 2, further comprising a crystal low-pass filter that is present between P_V) and 2/3P_H.
体撮像素子において 2P_V=3P_H が成立していることを特徴とする請求項3記載の光学的
ローパスフィルターを有した撮像装置。(4) The imaging device having an optical low-pass filter according to claim 3, wherein 2P_V=3P_H holds true in the color solid-state imaging device having the offset sampling structure.
V、水平方向のオフセット量がP_H/2であるオフセ
ットサンプリング構造をもち、かつP_V≦2/3P_
Hである撮像素子と、該撮像素子の走査方向又は走査方
向と逆方向に対し、時計方向又は反時計方向に45°の
方向に入射した光線を2本に分割する機能を有する第1
の光学部材と該撮像素子の走査方向又は走査方向と逆方
向に対し、時計方向又は反時計方向に90°の方向に入
射した光線を2本に分割する機能を有する第2の光学部
材と前記第1の光学部材の光線分割方向に対し時計方向
又は反時計方向に90°の方向に入射した光線を2本に
分割する機能を有する第3の光学部材で構成される光学
的ローパスフィルターであって、該光学的ローパスフィ
ルターを構成する第1の光学部材の光線分割幅をP_1
、第3の光学部材の光線分割幅をP_3としたとき、 3P_H/2√2≦P_1≦(3√2P_H・P_V)
/(3P_H+2P_V)3P_H/2√2≦P_3≦
(3√2P_H・P_V)/(3P_H+2P_V)な
る条件を満足することを特徴とする光学的ローパスフィ
ルターを有した撮像装置。(5) Horizontal pitch P_H, vertical pitch P_
V, has an offset sampling structure in which the horizontal offset amount is P_H/2, and P_V≦2/3P_
H, and a first image sensor having a function of dividing into two light beams incident in a direction of 45° clockwise or counterclockwise with respect to the scanning direction of the image sensor or a direction opposite to the scanning direction.
a second optical member having a function of dividing into two light beams incident in a clockwise or counterclockwise direction at 90 degrees with respect to the scanning direction of the image pickup device or the direction opposite to the scanning direction; The optical low-pass filter is composed of a third optical member that has the function of splitting a light beam incident in a direction of 90 degrees clockwise or counterclockwise with respect to the light beam splitting direction of the first optical member into two beams. Then, the beam splitting width of the first optical member constituting the optical low-pass filter is P_1.
, when the beam splitting width of the third optical member is P_3, 3P_H/2√2≦P_1≦(3√2P_H・P_V)
/(3P_H+2P_V)3P_H/2√2≦P_3≦
An imaging device having an optical low-pass filter that satisfies the following condition: (3√2P_H·P_V)/(3P_H+2P_V).
V、水平方向のオフセット量がP_H/2であるオフセ
ットサンプリング構造をもち、かつ P_V=>3/2P_Hである撮像素子と、該撮像素子
の走査方向又は走査方向と逆方向に対し、時計方向又は
反時計方向に45°の方向に入射した光線を2本に分割
する機能を有する第1の光学部材と該撮像素子の走査方
向又は走査方向と逆方向に対し、時計方向又は反時計方
向に90°の方向に入射した光線を2本に分割する機能
を有する第2の光学部材と前記第1の光学部材の光線分
割方向に対し時計方向又は反時計方向に90°の方向に
入射した光線を2本に分割する機能を有する第3の光学
部材で構成される光学的ローパスフィルターであって、
該光学的ローパスフィルターを構成する第1の光学部材
の光線分割幅をP_1、第3の光学部材の光線分割幅を
P_3としたとき、 (3√2P_H・P_V)/(3P_H+2P_V)≦
P_1≦3P_H/2√2(3√2P_H・P_V)/
(3P_H+2P_V)≦P_3≦3P_H/2√2な
る条件を満足することを特徴とする光学的ローパスフィ
ルターを有した撮像装置。(6) Horizontal pitch P_H, vertical pitch P_
V, an image sensor having an offset sampling structure in which the offset amount in the horizontal direction is P_H/2, and P_V=>3/2P_H, and a clockwise direction or a direction opposite to the scanning direction of the image sensor. A first optical member having a function of dividing a light beam incident in a direction of 45 degrees counterclockwise into two beams and a direction 90 degrees clockwise or counterclockwise with respect to the scanning direction of the image sensor or a direction opposite to the scanning direction. A second optical member has a function of splitting a light beam incident in the direction of 90 degrees into two beams, and the first optical member splits the light beam incident in the direction of 90 degrees clockwise or counterclockwise with respect to the light beam splitting direction of the first optical member. An optical low-pass filter composed of a third optical member having a function of dividing into two parts,
When the beam dividing width of the first optical member constituting the optical low-pass filter is P_1, and the beam dividing width of the third optical member is P_3, (3√2P_H・P_V)/(3P_H+2P_V)≦
P_1≦3P_H/2√2(3√2P_H・P_V)/
An imaging device having an optical low-pass filter that satisfies the following condition: (3P_H+2P_V)≦P_3≦3P_H/2√2.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1024433A JPH02204715A (en) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | Image pickup device having optical low pass filter |
| US07/996,528 US5477381A (en) | 1989-02-02 | 1992-12-23 | Image sensing apparatus having an optical low-pass filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1024433A JPH02204715A (en) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | Image pickup device having optical low pass filter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02204715A true JPH02204715A (en) | 1990-08-14 |
Family
ID=12138020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1024433A Pending JPH02204715A (en) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | Image pickup device having optical low pass filter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02204715A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04165884A (en) * | 1990-10-30 | 1992-06-11 | Canon Inc | color imaging device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5375728A (en) * | 1976-12-17 | 1978-07-05 | Hitachi Ltd | Solid state color pick up unit |
| JPS60242420A (en) * | 1984-05-17 | 1985-12-02 | Toshiba Corp | Spatial frequency filter |
| JPS6243328B2 (en) * | 1979-11-30 | 1987-09-12 | Aichi Denki Kk |
-
1989
- 1989-02-02 JP JP1024433A patent/JPH02204715A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5375728A (en) * | 1976-12-17 | 1978-07-05 | Hitachi Ltd | Solid state color pick up unit |
| JPS6243328B2 (en) * | 1979-11-30 | 1987-09-12 | Aichi Denki Kk | |
| JPS60242420A (en) * | 1984-05-17 | 1985-12-02 | Toshiba Corp | Spatial frequency filter |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04165884A (en) * | 1990-10-30 | 1992-06-11 | Canon Inc | color imaging device |
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