JPH02287422A - 光学的ローパスフィルタ - 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、２次元のサンプリングを行うＣＯＤなどの固
体撮像素子の入射路中に配置され、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１７図は、固体撮像素子の画素配列および開口例を示
すもので、同図において、Ｈが水平走査方向、■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ＩＧおよび青色フィルタＩＢがＰつの水
平走査方向の画素間隔で交互に配置され、その他方には
緑色フィルタ２Ｇおよび赤色フィルタ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Ｐｘ
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１／２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、偽信号となって現れることとな
る。

上述の固体撮像素子の場合には、第１８図の空間周波数
スペクトラムに示すように、（ｆ、＝０゜ｒ　、＝　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１８図の横軸ｆ　ｗｅ　　縦軸ｆ
、は、各々Ｐｘ／２πおよびＰｘ／２πにより正規化さ
れた水平周波数および垂直周波数を表している。　（ｆ
、＝１．ｆ、＝Ｏ）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プからなるき
め細かい縞模様の時にモアレを生じさせ、　（ｆ、＝ｉ
／２．　　ｆ、＝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およびマゼン
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。

１、＝ｏ、ｆ、＝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。

従って、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、＝１／２１／２水平周波数成分、およ
び正規化垂直周波数でｆ　、：　ｌ／２以上の垂直周波
数成分および水平方向にはｆｔ＝１／２の点で色信号を
サンプリングしている為、ｆｘ：ｌ／２の点を中心に色
信号の周波数帯域骨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１９図
に示す。同図で（Ａ）は水平周波数特性、（Ｂ）は垂直
周波数特性を表す。

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
第１の従来例としては、特開昭ＧＯ−１１７４７１９号
公報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
および第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、ｄ＋−ｄａ−ｄａとする。）の
関係が、ｄｅ−Ｐ−で且つｄ、αｄ、αｄ＊／ｖｌ’２
の関係にある例が示されている。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２０
図に示すように分離され、その周波数特性は第２１図に
示すようになる。

第２１図において（Ａ）は水平方向の周波数特性を示し
、同図２０１の曲線で示すｆ、＝１／２．３／２・・・
にトラップポイントを有するＣＯＳカーブと、同図２０
２の曲線で示すｆ、＝１．　３．　　・・・にトラップ
ポイントを有するｃｏｓｔカーブを合成した曲線２０３
が総合の水平方向の通過特性となる。また第２１図にお
いて（Ｂ）は垂直方向の周波数特性を示すが、ｆ、＝Ｐ
ｘ／Ｐｘの奇数倍の周波数にトラップポイントを有する
ＣＯ５”カーブ（同図２０４の曲線）が垂直方向の通過
特性となる。

従来の光学的ローパスフィルタの他の例（第２の従来例
）としては、第２３図に示すように、水平走査方向に異
常光成分と正常光成分を距１１１ｄ＋（＝Ｐｘ）だけ分
離する第１の複屈折板２２１と、水平走査方向に異常光
成分と正常光成分を距ｍａｔ（＝Ｐｘ／２）だけ分離す
る第２の複屈折板２２２と、垂直走査方向に異常光成分
と正常光成分とを距離ｄａ　（”Ｐｖ）だけ分離する第
３の複屈折板２２３とをそれぞれ第１．第２のλ／４位
相板２２４゜２２５を介して順に積層した構成のものが
あり、この第２の従来例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２４図に示すように分離され
、その周波数特性は、第２５図に示すようになる。

第２５図において（Ａ）は水平走査方向の周波数特性を
示し、ｆ、＝１／２．　３／２・・・にトラップポイン
トを有するＣＯＳカーブと（同図曲線２４１）、ｆ。

＝１．２・・・にトラップポイントを有するＣＯＳカー
ブ（同図曲線２４２）を合成（積算）した同図曲線２４
３のカーブの特性となる。また第２５図においてＣＢ）
は垂直方向の周波数特性を示すが、ｆ、＝１／２．　３
／２・・・にトラップポイントを有するＣＯＳカーブ（
同図曲線２４４）が垂直方向の通過特性となる。以上の
特性は、はぼ第１９図に示した理想特性に近い値となっ
ている。

更に、従来の光学的ローパスフィルタの他の例（第３の
従来例）としては、第２６図に示すように、第２３図に
示した第２の従来例から第３の複屈折板と第２のλ／４
位相板を除去したものがある。

この第３の従来例によっては、１本の入射光は第２７図
に示すように分離される。その周波数特性は、水平走査
方向の周波数特性は第２５図（Ａ）に示した第２の従来
例の水平走査方向の周波数特性と同一特性となり、垂直
走査方向には減衰特性を有さない特性となる。この第３
の従来例は、垂直走査方向の特性を無視して、小型・低
コスト化を主目的とした例である。なお、この例でも第
２の従来例と同じく水平方向の周波数特性は、はぼ理想
的特性に近い値となる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述した従来の光学的ローパスフィルタ
には下記のような問題点がある。

第１の従来例における問題点は大きく２つあり、その第
１は、水晶複屈折板が３板必要であり、小型化・低コス
ト化を大きく阻害することである。ちなみに、上述のよ
うな光学的ローパスフィルタの価格は、はぼその構成枚
数に比例する。

第２は、下記のように垂直方向の遮断特性が不滴足とな
る場合が存在することである。つまり、上述した従来の
光学的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１
９図（Ａ）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２０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り、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Ｐｘにょっては決定されていない。従って垂直方
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１／２であるのに対しＰｘ／２πで正規化した垂直周
波数のＰｘ／Ｐｘの点（およびその奇数倍の周波数）と
なり、ＰｘとＰｘ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　、／　Ｐｘが１／２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
ｘより小さくなってＰｘ／Ｐｘが１／２と大きく異なる
値となる固体撮像素子用には必要な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。

つまり、垂直方向の画素数ｎｖがテレビジョン方式に基
づいて決定される値（ＮＴＳＣ方式では約５００画素・
ＰＡＬ方式では約６００画素）に固定されているためＰ
ｘが一定であるのに対し、Ｐつは水平方向画素数ｎＨの
変化により変化し、従ってｎ８が多くなるとＰｘ／Ｐｘ
は大きくなる。例えばＮＴＳＣ様式で水平方向画素数が
６７０画素の場合には、テレビジョン画面の縦・横比が
３：　４（α５００：　６７０）であるので　ｐ、ｌα
Ｐｘとなる。このような場合の、従来の光学的ローパス
フィルタの垂直方向の通過特性は、第２２図２１１の曲
線に示す特性となり、同図２１２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、Ｐｘ／　Ｐｘ：３１５００／４／４００＝　
０．８となり、この場合の特性は同図２１３の曲線とな
り、遮断域の低周波数領域での理想性との差は少なく、
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。） 第２の従来例の問題点は、周波数特性はほぼ理想に近い
特性が得られるが、フィルタの構成枚数が複屈折板３枚
とλ／４位相板２枚の計５枚となり、小型化・低コスト
化、特に低コスト化を太き（阻害することである。

第３の従来例の問題点は、垂直走査方向の周波数特性を
割り切って低コスト化を０指しているにもかかわらず、
その構成枚数が３枚であり、コストと性能のバランスが
悪いことである。

以上述べたように、従来の光学的ローパスフィルタには
、小型・低コスト化を阻害するという第１の問題点と、
低コスト化を目標としたものは、コストダウン比率に比
し性能の劣化が大きいという第２の問題点がある。

課題を解決するための手段 上述した課題を解決するため、第１の発明は、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ＩＩ　ｄ　
＊だけ常光成分と異常光成分とを分離する第２の複屈折
板とよりなり、上記第１゜第２の複屈折板が積層配置さ
れた光学的ローパスフィルタである。

また、第２の発明は、固体撮像素子の水平走査方向に対
して、略５ｉ１１−’１／Ｖ’３の角度で距離ｄａ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ｄ４だけ常光成
分と異常光成分とを分離する第２の複屈折板とよりなり
、上記第１．第２の複屈折板が積層配置された光学的ロ
ーパスフィルタである。

また、第３の発明は、固体撮像素子の水平走査方向に対
して、略垂直にｄ６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４
５度の角度で距ｌｅｔ　ｄ　＊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、略平行に距＃　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、
小型・低コストを達成し、更に、固体撮像素子の水平画
素間隔Ｐｘと垂直画素間隔Ｐｘとの関係がＰｘ／Ｐｘの
値が１／２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装置を実現するもので
ある。

実施例 以下本発明について図面を参照して説明する。

第１図は第１の発明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に
供給される。複屈折板１１は、入射光を常光線および異
常光線に分離し、これらの常光線および異常光線が存在
する図面の用紙面と垂直に延びる主要面１３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、常光線および異常光線が存在する主要面１
４が水平走査方向と略一致するものである。これら２個
の複屈折板１１．１２は積層され、第１もしくは第２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２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う。また、２
枚の複屈折板１１．１２の主要面の互いのなす角度は、
相対的なものであり、角度の計測方法は時計回り９反時
計回りのいずれであっても良い。

次に本実施例における２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の複屈折板による常光線と異常光線の分離距離
を（Ｌ、第２の複屈折板による常光線と異常光線の分離
距離をｄ２とし、ｄ　２／　ｖ’　２　＜　ｄ　＋＜　
（２ｄ　＊の条件にあるときに、この２枚の複屈折板の
上記した組合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本の光は、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。）各々等しい強度の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、各々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。）、最終的に第２図
に示すような、各々強度の等しい２１〜２４の４本の光
線に分離される。

この光学的ローパスフィルタは、水平方向にはＰｘ／２
πで正規化した水平周波数の１／２・Ｐｘ／ｄ２（＝ｆ
＊１１１）の奇数倍の点にトラップポイントを有するＣ
ＯＳカーブの周波数特性と、ｌ／２・Ｐｘ／ｄ　Ｉ／　
ｖ’２　（＝　ｆ　−１１２）の奇数倍の点にトラップ
ポイント有するＣＯＳカーブの周波数特性との積の周波
数特性を有し、垂直方向には、ｌ／２・Ｐｖ／ｄ＋／√
２（＝ｆ、５、）の奇数倍の点にトラップポイントを有
するＣＯＳカーブの周波数特性を有している。つまり、
本実施例の光学的ローパスフィルタの水平方向の周波数
特性はＣ０５−ｆ　−／　ｆ　、５、　・Ｗ　／　２Ｘ
ＣＯＳ　ｆ　、／ｆ８−２・π／２の特性となり、垂直
方向にはｃｏｓｆｙ／ｆ、・１・π／２の周波数特性を
有する。

次にこの実施例において、第１の従来例の課題の項で引
用したような　ｐ８とＰｘが略等しい場合に、望ましい
水平および垂直周波数特性が得られるように、ｄＩおよ
びｄ２の値を決定した場合の特性について述べる。

いまｄ　２＝　Ｐｘ、　　ｄ　Ｉ／　ｒ２＝　２／　３
・Ｐｘとすると、（従って、ｄ＋＝２ｒ２／３・ｄ　２
　＝　０．９４３　ｄ　２であり、第１の従来例のｄ　
Ｉ＝　ｄ　＊／　ｒ　２＝　０．７０７　ｄ　２とは大
きく異なる）　ｆ　＠ｌｌ＋　＝　１／　２・ｆ　ｓ−
ｇ：　１．５／２．　１日、２＝１．５／２となり、水
平方向の周波数特性は、第３図（Ａ）の曲線３１に示す
ＣＯＳ　ｆ　−／　ｆ　ｘ５、　・π／２の曲線と、３
２に示すＣＯ５ｆ　、／　ｆ　、ｓ。・π／２の曲線を
合成した曲線３３の特性となり、第２１図（Ａ）曲線２
０３に示す第１の従来例（ｄ２＝ＰｘＩ　ｄ＋＝ｄｓ／
ｆ２）の特性と同じく曲線３０に示す理想特性（第１９
図（Ａ）の曲線を再掲）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３図（Ｂ）の曲線３
４に示す特性となり、同図曲線３６に示す従来例の特性
（第２１図曲線２０４を再開）に近い特性となっている
。

以上の例の一膜片について考察する。本発明では、従来
例（第１の従来例）のように、ｄ＋＝ｄｐ／ｒ２＝Ｐｘ
／ｖ／’ｌに固定、従って、　ｆ　ＸＱ２＝　２　・ｆ
　ｗｉｌｌｆ　、５ｉ＝Ｐｘ／Ｐｘ・２ｆ、５、に固定
されるのではなく、ｄｌをｐｌ、の値をも考慮して決定
して、ｆｘｅ＋＜ｆｘｌ１２〈２・ｆ８１の値とし、従
ってｆ　ｘｌｌ　＝　Ｐ　ｗ／　Ｐ　−・ｆ、ｓ＊＜Ｐ
ｘ／Ｐｘ・２ｆｘｔ＋とすることができ、垂直方向の周
波数特性は第１の従来例と同様に理想特性から少し異な
った値となるものの、第１の従来例より少ない枚数の構
成で水平・垂直双方の周波数特性ともにほぼ良好な特性
が得られる。

なお、−膜片として、ｄ＋の値の望ましい範囲は次のと
おりである。つまりｆ　１２をｆｍ＋＋＋より小さな値
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、Ｉ／２＝ｆ　ｘｌｌｌ　＜
　ｆ　ｗｅｔの値に設定するのが現実的である。

この条件をｄ＋、　　ｄ２．　　Ｐｘの関係に書き改め
ると、ｄ　Ｉ＜　（２ｄ　２　＝　ｒ　２　Ｐ　ｘ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ｆｘ＊２＝２・ｆ　ｘｌｌとすると問題点が生
じ、ｆｘａ２く２・ｆｘ５、とする必要があるので、こ
の条件を含めたｄ　Ｉｒ　ｄ　ａ　＊Ｐｘの望ましい関
係はｄ２／ｒ２＜ｄ＋　＜ｒ２ｄ２α４２Ｐｘのように
なる。

なお、以上の説明ではｄ２＝Ｐｘ、従ってｆ、１Ｉ＝１
７２とした例を説明したが、この時にｆｘ＠２がｆ　ｗ
ｉｌｌ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、ｆｘ＠ｌの値を１／２より少し大きくする（従って
ｄ２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。

第４図および第５図はそれぞれ第１の発明の第２、第３
の実施例における入射光の分離の様子を示す図である。

第４図の例は第１の実施例と同一構成でｄ２αＰｘ、　
　ｄ／７２．ｘＰｘ／２としたものであり、水平走査方
向の周波数特性は、Ｐｘ／２πで正規化した水平周波数
の１／２の奇数倍の点にトラップポイントを有するＣＯ
Ｓカーブと、１の奇数倍の点にトラップポイントを有す
るＣＯＳカーブを積算したものとなり、第６図（Ａ）の
曲線６１に示す特性となり、はぼ滴定のゆく特性が得ら
れる。垂直走査方向の周波数特性は、Ｐｘ／２πで正規
化した垂直周波数の１／２Ｐｘ／Ｐｘ／２の奇数倍の点
にトラップポイントを有するＣＯＳカーブとなり（第６
図（Ｂ）曲線６２Ｌ　　Ｐｘ／Ｐｘ／２α１の固体撮像
素子ではほぼ滴定のゆく特性が得られ、またこの条件に
ない固体撮像素子においても、垂直走査方向の特性の理
想特性からのずれを許容すれば、水平走査方向の特性は
、はぼ理想特性にあるので十分使用可能である。

第５図の例は、第１の実施例と同一構成で、ｄａ伽Ｐｗ
／２．ｄ／ｒｚ＝Ｐｘとした第３の実施例を示すもので
あり、水平走査方向の周波数特性は第２の実施例と同一
で、第６図（Ａ）の曲線６１に示す特性となる。垂直走
査方向の周波数特性は、Ｐｘ／２πで正規化した垂直周
波数の１／２・Ｐｘ／Ｐｘの奇数倍の点にトラップポイ
ントを有するＣＯＳカーブとなり（第８図（Ｂ）曲線６
３）Ｐｘ／Ｐｘ＝１の固体撮像素子においてほぼ滴定の
ゆく特性が得られる一０以上のように、第１の発明では
、複屈折板２板だけの簡単な構成の光学的ローパスフィ
ルタでほぼ滴定のゆく特性が得られる。少なくとも、水
平走査方向の周波数特性に関しては、水平走査方向の画
素間隔Ｐｘと垂直走査方向の画素間隔Ｐｘとの比に関係
なく、理想に近い特性を得ることができる。

次に第２の発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第７図は、この実施例における第１の複屈折板７
１．第２の複屈折板７２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７１．７２に供
給される。複屈折板７１は、入射光を常光線および異常
光線に分離し、これらの常光線およ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７３が水平走査方
向Ｈに対して略＊−’１／（３度（＝３５．３度）の角
度をなすものである。複屈折板７２は、常光線および異
常光線が存在する主要面７４が水平走査方向と略一致す
るものである。これら２個の複屈折板１１．１２は積層
され、第１もしくは第２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２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う。また、２枚の複
屈折板７１．７２の主要面の互いのなす角度は、相対的
なものであり、角度の計測方法は時計回り。

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２枚の複屈折板によって入射光が
分離される分離距離および分離された光の強度について
説明する。

いま第１位の複屈折板による常光線と異常光線の分離距
離をｄａとすると、第８図の原点に入射された１本の光
は、第１の複屈折板７１により、水平走査方向に対し５
ｉｎ−１１／ｒ３度（＝　３５．３度）の方向に距ｊｌ
ｄｉだけ分離され、　（第８図の実線の矢印で示す。）
各々等しい強度の８１および８２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７２に入射するわけ
であるが、この２本の光線の第２の複屈折板７２に対す
る異常光成分と常光成分は次のようになる。まず光線８
１は第１の複屈折板７１における常光成分であるので、
その主要面７３に対して垂直に振動する成分だけである
（第８図光線８１のベクトルＥ、）。従って、この光線
８１のうち第２の複屈折板７２に対して常光成分となる
のは、第２の複屈折板７２の主要面７４に対して垂直に
振動する成分であるのでＥ＋ＣＯＳβとなり、異常光成
分となるのは主要面７４に対して平行に振動する成分Ｅ
＋Ｓｍβである。また、光線８２は第１の複屈折板７１
における異常光成分であるので、その主要面７３に対し
て平行に振動する成分だけである（第８図光線８２のベ
クトル０＋）。

従って光線８１のときと同様に、光線８２のうち、第２
の複屈折板７２に対して常光成分はＥＩｓｌｒＩβ、異
常光成分はＥ、ＣＯ５βとなる。なお、上記した光線８
１．８２のベクトル振幅０１とＥ、は、それぞれが等し
く、シかもベクトル和　　１＋１２が入射光に一致する
ので、入射光の強度を１とすると、それぞれ１７ｆ２と
なることは明かである。従って、上記の２つの光線８１
．８２が第２の複屈折板７２によって、水平走査方向に
距離ｄａ　（’ｄ２＝　ｄ＋ｃＯｓα）だけ常光成分と
異常光成分に分離されると、第８図に示すように、光線
９１〜９４となる。それぞれの強度は、つまりエネルギ
ーは、それぞれのベクトル振幅の２乗で表されるので、
光線９１は（１７１２・ＣＯＳβ）２．光線９２は（１
／ｆｆ２・劇β）２゜光線９３は（１／７２・動β）２
．光線９４は（１／ｒ２・ＣＯＳβ）２となり、如β−
１／　４３．　　ＣＯ５βｃ−ｔｒτＦ店なるよう角度
βを選んであるので、それぞれｌ／３゜ｌ／６．　　ｌ
／８．　１／３となる。

よって、この光学的ローパスフィルタによる周波数特性
は、水平走査方向にはｌ／３（２ＣＯＳ２π・ｆ８／Ｐ
−／ｄａ＋１）となり、垂直方向にはＣＯＳπ／２・ｆ
ｙ／　　ｆＢ＋　　（ｆｙ５、＝１／２・Ｐｘ／　　ｃ
Ｌｓｌｒｌ　ａ＝１／２・Ｐｘ／ｄａｍα）となる。

第１０図に上記の第２の発明の構成の光学的ローパスフ
ィルタにおいて、ｄ４≒２／　３　Ｐｘ、　　ｄ　ｓム
、／√彊・２／３Ｐｘ、　　β＝＊１すｌ／ｆｆ３とし
た時の周波数特性を示す。同図（Ａ）は水平走査方向の
周波数特性であり、１／３　（２−ＣＯＳ２π−２／３
ｆ、＋１）の曲線となる。この特性は、ｆｘが１以上で
の遮断特性は悪いが、ｆｘが１以下ではほぼ良好な特性
が得られていて、光学的ローパス以外にも撮影レンズも
光学的なローパス効果を有している（つまりレンズ収差
等の為に高周波域は解像できない）ことを考慮すると、
十分使用可能な特性である。また同図（Ｂ）は垂直走査
方向の周波数特性であり、ＣＯＳπ／　２・ｆ　ｙ／　
　ｆ　　ｖｉａ　　（ｆ　　ｙ＠２：：　１／　２・Ｐ
　ｙ／　２／３・Ｐｘ　−ｍ　　α＝ｌ／２・Ｐｘ／２
／３１２・Ｐｘ）の曲線となる。この特性は　ｐ、＝２
／３ｖ’２Ｐｘのときには、はぼ理想に近い特性となる
。

第１１図に、同様に、第２の発明の構成の光学的ローパ
スフィルタにおいて、ｄ４αＰｘ−ｄａ”４３／２・Ｐ
ｘ、　　β＝ｓｉｎ−’ｌ／４３とした時の周波数特性
を示す。同図（Ａ）は水平走査方向の周波数特性であり
、ｌ／３　（２・ＣＯ５２π・ｆ、＋１）の曲線となり
、ｆ、＝１／３．２／３にトラップポイントを有する。

このような特性は、第１２図に例を示すような固体撮像
素子の水平走査方向の３つの画素毎に１つの色がくり返
されるような色フィルタを配した撮像素子用の光学的ロ
ーパスフィルタに要求される特性であり、このような撮
像装置に使用できる。なお、第１２図の例は水平走査方
向の各画素毎に１２赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色
フィルタを配した例であり、１色のフィルタは水平方向
の１つの画素毎に割り当てられている。　（つまり色フ
ィルタの１色の幅は水平走査方向の画素間隔Ｐｘに等し
い。）また、第１１図（Ｂ）は垂直走査方向の周波数特
性を示し、ＣＯＳπ／　２　・ｆ　ｐ／　ｆ　ｖ＠２（
ｆ　ｙａｔ＝１／２・Ｐ　ＩＴ／Ｐ＊・ｔｍα＝　１／
２−　Ｐ　、／　Ｐ　、＃ｌ）の曲線となる。

この特性は　ｐ、ΣＰｘ／ｒ２のときにほぼ理想に近い
特性となる。

以上のように、第２の発明でも、複屈折板２枚だけの簡
単な構成の光学フィルタでほぼ滴定のゆく特性が得られ
る。少なくとも水平走査方向の周波数特性に関しては、
水平走査方向の画素間隔Ｐｘと垂直走査方向の画素間隔
Ｐｘとの比に関係なく、理想に近い特性を得ることがで
きる。

次に本発明の第３の発明の一実施例について図面を参照
して説明する。第１３図は、この一実施例における第１
の複屈折板１３１．第２の複屈折板１３２１　第３の複
屈折板１３３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１３１，１３２，１３３に
供給される。複屈折板１３１は、入射光を常光線および
異常光線に分離し、これらの常光線および異常光線が存
在する図面の用紙面と垂直に延びる主要面１３４が水平
走査方向Ｈに対して略９０度の角度をなすものである。

複屈折板１３２は、常光線および異常光線が存在する主
要面１３５が水平走査方向に対して略４５度の角度をな
すものである。複屈折板１３３は、その主要面１３６が
水平走査方向Ｈに対して略一致するものである。これら
３個の複屈折板１３１，１３２．１３３第２の複屈折板
１３２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
として説明を行う。また、３枚の複屈折板１３１，１３
２，１３３の主要面の互いのなす角度は、相対的なもの
であり、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膜片について説明する。

いま第１の複屈折板による常光線と異常光線の分離距離
をｄ５、　　第２の複屈折板による常光線と異常光線の
分離距離をｄ８．第３の複屈折板による常光線と異常光
線の分離距離を６丁としたときに、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１４図に示すようになる。つまり、第１４図の原点に
入射された１本の光は、第１の複屈折板１３１により、
水平走査方向に対し９０度の方向に距離ｄ６だけ分離さ
れ、（第１４図の実線の矢印で示す。）各々等しい強度
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１３２によって、各々水平走査方向に対して４５度の
方向に距ＭＡ　ｄ　ｓだけ分離され（第１４図の破線の
矢印で示す。）、各々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１３３に
よって、各々水平走査方向に平行に距ＩＩＩ　ｄ　ｔだ
け分離され（第１４図の一点鎖線の矢印で示す。）、最
終的に第１４図に示すような、各々強度の等しい１４１
〜１４８の８本の光線に分離される。

この光学的ローパスフィルタは、Ｐｘ／２πで正規化し
た水平周波数の１／２・Ｐｘ／　ｄｔ　（＝　ｆ−ｓｒ
）の奇数倍の点にトラップポイントを有するＣＯＳカー
ブの周波数特性と１／２・Ｐｘ／　ｄｏ／ｒ２　（＝　
ｆ　、１１２）の奇数倍の点にトラップポイントを有す
るＣＯＳカーブの周波数特性との積の周波数特性を有し
、垂直方向には、Ｐｘ／２πで正規化した垂直周波数の
１／２・Ｐｘ／　ｄｓ（＝　ｆ　、ｓｒ）の奇数倍の点
にトラップポイントを有するＣＯＳカーブの周波数特性
と１／２・Ｐｘ／ｄ８ンｖ’２　（＝　ｆ　ｐｌ！　）
の奇数倍の転移トラップポイントを有するＣＯＳカーブ
の周波数特性との積の周波数特性を有している。つまり
本実施例の光学的ローパスフィルタの水平方向の周波数
特性はＣＯ５・ｆｘ／ｆ、ＩＩ、・π／　２Ｘ　ＣＯ５
ｆ　＊／　ｆ　−ｅｅ　・π／２の特性となり、垂直方
向にはＣ０５ｆ　、／　ｆ　ｙｌｌｌ・π／　２　Ｘ　
Ｃ０５ｆ　、／　ｆ　＝５、・π／２の周波数特性を有
することとなる。

第１５図に、上記第３の発明の光学的ローパスフィルタ
において、ｄｖ＝Ｐｘ、ｄａ”Ｐ−／ｗ’２．ｄｓ＝Ｐ
ｘとしたとき、つまりｆ　ｌ＋　−１／２．　　ｆ　−
＠２−１゜ｆ、５、”ｌ／２．　　ｆｙａ２−Ｐ＋／Ｐ
ｇのときの周波数特性を示す。同図（Ａ）曲線１５１は
水平走査方向の周波数特性であり、第３の従来例の特性
（第２５図（Ａ）曲線）と全く同一の特性が得られ、良
好な特性である。

第１５図（Ｂ）曲線１５２は垂直走査方向の周波数特性
であり、第３の従来例の特性（第２５図（Ｂ）曲線）以
上に同図曲線１５３に示す理想特性（第１９図（Ｂ）の
曲線を再開）に非常に近い良好な特性である。

同様に、第１６図は、上記第３の発明の光学的ローパス
フィルタにおいて、ｄ７αＰｘ、　　ｄｅ−ＰｘＩＩｒ
２．ｄ６−Ｐｗ／２としたとき、つまりｆ　ｘ　１１１
　＝１／２．　　ｆ　−１１２−１−ｆ　ｗａｌ’　１
−　　ｆ　ｙｌｌＱＩ：！ＲＰ　ｖ／　Ｐ−のときの垂
直走査方向の周波数特性である。この例は上記の第３の
発明の第１の実施例では、通過帯域のエネルギーが低下
しすぎる場合に、阻止帯域の減衰特性を少し犠牲にして
、通過帯域の減衰特性を良好にした例である。なお、こ
の例における水平走査方向の周波数特性は第１５図（Ａ
）に示す第１の実施例と同一である。

なお、以上の例では、Ｐｘ＝Ｐｘのときにｆ　、＋ａ２
α１　（ｄ　ｓ−Ｐ　ｘ／　１２としてｆ−＊２＝１と
しているため）となって、ｆｘｓ２＋　　Ｌｌｌａとも
に理想に近い値とすることができるが、Ｐｘ≠Ｐｘのと
きにはｄｓ＝（Ｐｘ＋Ｐｘ）／２ｒ２とすれば、　ｆ　
１１１１２１　　ｆ　ｕｌ１２ともにバランスのとれた
値とすることができ、水平走査方向、垂直走査方向とも
に良好な周波数特性を得ることができる。

以上のように、第３の発明では、複屈折板３板だけの構
成で、水平走査方向、垂直走査方向ともに独立に周波数
特性を決定でき、従って水平走査方向の画素間隔Ｐｘと
垂直走査方向の画素間隔Ｐｘとの比に関係なく、いずれ
の方向にも満足のゆ（特性を得ることができる。たとえ
ば、従来例の中で最も特性の良好な第２の従来例と比較
すると、従来例においては、λ／４位相板を含めて５枚
構成であったのに比し、本発明はその構成板数が少な（
更に特性が向上している。

発明の効果 以上のように本発明によれば、従来例に比し少ない構成
枚数で、従来例と同等以上の性能の光学的ローパスフィ
ルタを得ることができ、小型化・低コスト化・性能向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の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図は第１の発明の
第１の実施例による入射光線の分離される様子を示す説
明図、第３図は第１の発明の光学周波数特性の一膜片を
示す特性図、第４図。 第５図は第１の発明の第２．第３の実施例による入射光
線の分離される様子を示す説明図、第８図はその光学周
波数特性図、第７図は第２の発明の実施例に用いる複屈
折板の光学的説明用の略構成図、第８図、第９図はこの
発明による入射光線の分離される様子を示す説明図、第
１０図、第１１図はこの発明における第１．第２の実施
例の光学周波数特性図、第１２図はこの発明の第２の実
施例の光学的ローパスフィルタを適用するのに適した固
体撮像素子の色フイルタ構成図、第１３図は第３の発明
に用いる各複屈折板の光学的説明に用いる略構成図、第
１４図はこの発明による入射光線の分離される様子を示
す説明図、第１５図、第１６図はこの発明による第１．
第２の実施例における光学周波数特性図、第１７図は本
発明を適用するＣＣＤ固体撮像素子の開口バータンの一
例の拡大平面図、第１８図はこのＣＣＤ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１９図はこ
のＣＣＤ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２０図は第１の従来例の光
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２１図、第２２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、第２３．第２６図は、それぞ
れ第２゜第３の従来例の光学的ローパスフィルタの略構
成図、第２４図、第２７図はこの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２５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、　　１３．１４・・・主要面、　　７１・・・第
１の複屈折板、　　７２・・・第２の複屈折板、　　７
３．７４・・・主要面、　　１３１・・・第１の複屈折
板、　　１３２・・・第２の複屈折板、　　１３３・・
・第３の複屈折板、１３４．１３５．１３ＥＩ・・・主
要面。 代理人の氏名　弁理士　粟野　重孝　はか１名４．２　
＝　Ｐ％ 第 図 第 図 第１０ 図 ７＋、−Ｆｆ／√夜屑眸猥 ７２−ギ２の携佃沌 ｄ　４　＝　７１’六 第１１ 図 ４ＷＰｘ 第１４図 第１５図 第１７図 第１８ 図 第１６図 第２１ 図 第２２ 図 ２２手・−・幕１つ輌４１硝極 ？ＦＪ−・−算ム）−Ｉ４蔭庸扱 第２４図 第２５図 ２４ｆｌＩＣＯ４Ｗ、テ 第２６図 第２７図

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （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の複屈折板とよりなり、前記２枚の複屈折板が積層配
   置されたことを特徴とする光学的ローパスフィルタ。
2. （２）距離ｄ＿１および距離ｄ＿２と固体撮像素子の水
   平画素間隔Ｐ＿ｘとの関係が、ｄ＿１≒Ｐ＿ｘ／√２且
   つｄ＿２≒Ｐ＿ｘの関係にあ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。
3. （３）距離ｄ＿１および距離ｄ＿２と固体撮像素子の水
   平画素間隔Ｐ＿ｘとの関係が、ｄ＿１≒√２Ｐ＿ｘ且つ
   ｄ＿２≒Ｐ＿ｘ／２の関係にあ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。
4. （４）距離ｄ＿１と距離ｄ＿２の関係がｄ＿２＜ｄ＿１
   ＜√２ｄ＿２の関係にあ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。
5. （５）距離ｄ＿１および距離ｄ＿２と固体撮像素子の水
   平画素間隔Ｐ＿ｘとの関係が、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請求項１記載の光学的ローパ
   スフィルタ。
6. （６）固体撮像素子の水平走査方向に対して、略ｓｉｎ
   ＾−＾１１／√３度の角度で距離ｄ＿２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＿４だけ常光成分と異常
   光成分とを分離する第２の複屈折板よりなり、前記２枚
   の複屈折板が積層配置されたことを特徴とする光学的ロ
   ーパスフィルタ。
7. （７）距離ｄ＿３および距離ｄ＿４との関係が、ｄ＿４
   ≒√２／３・ｄ＿２の関係にあることを特徴とする請求
   項６記載の光学的ローパスフィルタ。
8. （８）距離ｄ＿４と固体撮像素子の水平画素間隔Ｐ＿ｘ
   の関係が、ｄ＿４≒Ｐ＿ｘの関係にあることを特徴とす
   る請求項６記載の光学的ローパスフィルタ。
9. （９）距離ｄ＿４と固体撮像素子の水平画素間隔Ｐ＿ｘ
   の関係が、ｄ＿４≒２／３Ｐ＿ｘの関係にあることを特
   徴とする請求項６記載の光学的ローパスフィルタ。
10. （１０）固体撮像素子の水平走査方向に対して、略垂直
    に距離ｄ＿５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４５度の
    角度で距離ｄ＿６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平行
    に距離ｄ＿７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
    層配置されたことを特徴とする光学的ローパスフィルタ
    。
11. （１１）距離ｄ＿５、距離ｄ＿６および距離ｄ＿７と固
    体撮像素子の水平画素間隔Ｐ＿ｘおよび垂直画素間隔Ｐ
    ＿ｙとの関係が、ｄ＿５≒Ｐ＿ｙおよびｄ＿６≒Ｐ＿ｘ
    ／√２およびｄ＿７≒Ｐ＿ｘの関係にあることを特徴と
    する請求項１０記載の光学的ローパスフィルタ。
12. （１２）距離ｄ＿５、距離ｄ＿６および距離ｄ＿７と固
    体撮像素子の水平画素間隔Ｐ＿ｘおよび垂直画素間隔Ｐ
    ＿ｙとの関係がｄ＿５≒Ｐ＿ｙ／２およびｄ＿６≒Ｐ＿
    ｘ／√２およびｄ＿７≒Ｐ＿ｘの関係にあることを特徴
    とする請求項１０記載の光学的ローパスフィルタ。
13. （１３）距離ｄ＿６と、固体撮像素子の水平画素間隔Ｐ
    ＿ｘおよび垂直間隔Ｐ＿ｙとの関係がｄ＿６≒（Ｐ＿ｘ
    ＋Ｐ＿ｙ）／２√２の関係にあることを特徴とする請求
    項１０記載の光学的ローパスフィルタ。