JPH049915A - 光学的ローパスフィルタ - Google Patents

光学的ローパスフィルタ

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JPH049915A
JPH049915A JP2113302A JP11330290A JPH049915A JP H049915 A JPH049915 A JP H049915A JP 2113302 A JP2113302 A JP 2113302A JP 11330290 A JP11330290 A JP 11330290A JP H049915 A JPH049915 A JP H049915A
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裕昭 岡山
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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 本発明は色分離フィルタを有する単管式カラービデオカ
メラや固体撮像素子を用いたカラービデオカメラ等の光
学系において、画像を離散的に得る際に波長ごとに有用
な光学的ローパス効果を与える光学的ローパスフィルタ
に関するものである。
従来の技術 一般的に固体撮像素子を用いたビデオカメラ等では、画
像情報を空間的に離散的にサンプリングすることによっ
て出力画像を得ている。このとき被写体が撮像素子の空
間的なサンプリング周波数より高い空間周波数成分を含
んだものであった場合、固体撮像素子から出力される出
力画像情報は、被写体の有していない構造や偽信号を含
んだものとなる。すなわち、固体撮像素子の採取するこ
とのできないナイキスト周波数より高い周波数成分が、
エイリアジング、モアレ縞、偽色等となって出力される
。このため、従来から撮像系の一部に光学的ローパスフ
ィルタを配置することによって、固体撮像素子に入力さ
れる被写体の高い空間周波数成分を制限しており、光学
的ローパスフィルタには水晶板等の複屈折を利用したも
の、近年では位相格子を利用したものが用いられている
。
さらに、近年では固体撮像素子の前に色フィル夕を用い
て信号処理を行なうため、波長毎に異なった特性をもっ
た光学的ローパスフィルタの要請が高まってきている。
しかし、現在のところ波長によって特性の異なる簡便な
光学的ローパスフィルタを構成することが困難であると
いう問題があった。
以下図面を参照しながら、上述した従来の光学的ローパ
スフィルタの例について説明する。
第４図は従来の水晶板を用い複屈折性を利用した光学的
ローパスフィルタで水晶光学フィルタと呼ばれる構成を
、第５図は位相格子を利用した光学的ローパスフィルタ
の原理を示すものである。
第４図において、１は水晶板で、複屈折性を利用して偏
光方向による光線の伝搬方向が異なり光束を分離する。
２は接着剤、３は水晶板である。４は接着剤で、５は赤
外光フィルタとして用いられる光学用ガラスである。６
は接着剤で、７は水晶板である。水晶板１により入射光
束を常光線と異常光線の２光束に分離利用し、さらに複
数枚の水晶板を用いることで２次元方向に対しローパス
効果を得、またローパス効果の特性を変化させることが
できるものである。第５図において、８は光学系である
。９は位相格子フィルタである。８から射出される光束
１０及び１１は像面１２上の点０に結像しようとするが
、複合プリズムを成す光学的ローパスフィルタによって
屈折されて、前記１３上の点ＡＩ及びＡ２に結像する０
位相格子フィルタ９は、複合プリズムで入射光束を分離
することによってローパス効果を得ている。さらに、位
相格子を構成するプリズムの形状を変化させることによ
って、光学的ローパスの特性を変化させることを可能で
ある。
以上のように構成された光学的ローパスフィルタについ
て、以下その動作について説明する。水晶光学フィルタ
、位相格子フィルタともに分離距離をＤとした場合、光
学系の伝達特性（ＭＴＦ）ｈ　（ｆ）は ｈ（ｆ）＝Ｉ　ｃｏｓ　　（ｒＤｆ）１となり、分離幅
の関数としてＭＴＦは決定される。
まず、分離幅に関しては、水晶光学フィルタは水晶板の
厚さで分離幅をコントロールしており、位相格子フィル
タは複合プリズムの頂角の大きさで分離幅をコントロー
ルしている。また、水晶光学フィルタの場合は、入射光
束を偏光方向によって異なる光線方向をもつことを利用
して分離しているため、波長による分離幅のコントロー
ルはできない、従来の位相格子フィルタの場合は、波長
による分離幅のコントロールの可能性はあるが、入射光
束の分離幅を決定するプリズムの頂角の大きさ、頂点か
ら谷までの高さ及びプリズムのピッチが互いに関数とな
っているため、ローパスの効果の自由度を損なわずに、
波長により分離幅をコントロールすることが困難であっ
た。
発明が解決しようとする課題 本発明は上記問題点に鑑み、複合プリズムの形状によら
ず、波長による分離幅をコントロールできる光学的フィ
ルタを構成し、かつ、ローパス効果を得ようとする光学
的ローパスフィルタを提供するものである。
課題を解決するための手段 上記ＵＲＮを解決するために、本発明は、少なくとも１
次元に周期構造を備えた複合プリズムを、少なくとも２
枚合成し、それぞれのプリズムを形成する材料は、ある
波長での屈折率が等しく、かつ、屈折率分散の大きさが
異なるものであるという構成を備えたものである。
作用 本発明は上記した構成を実現することによって２枚の複
合プリズムの間の光線の屈折の仕方を、それぞれのプリ
ズム形成材料の屈折率が等しい波長に関しては屈折の影
響を受けず、屈折率の異なる波長領域では屈折が生し、
光束が分離されるようにし、波長に対し任意の光学特性
を得ることとなる。
実施例 以下本発明の一実施例の光学的ローパスフィルタについ
て、図面を参照しながら説明する。
第１図は本発明の第１の実施例における光学的ローパス
フィルタおよび光学的ローパスフィルタを配置したとき
の光学系の概略図を示すものである、第１図において、
１６は屈折率分散の比較的小さいプリズム形成材料から
作られた３角形のプリズムを１次元に配置した位相格子
、１７は屈折率分散の比較的大きいプリズム形成材料か
ら作られた３角形のプリズムを１次元に配置し１６のプ
リズム面と密着するように作られた位相格子である。１
８は固体撮像素子である。１９はプリズム面の角度であ
る。２０は１６と１７によって構成される位相格子面で
ある。例えば５００ｎｍ付近の波長がローパス効果を必
要としない場合に、適当なプリズム形成材料の選択をし
た第１図１６の屈折率ｎｌ（λ）及び１７の屈折率ｎ２
（λ）を第１表に示す。
（以　下　余　白） 簡単な原理を第６図に示す。１３は入射光で、１４は屈
折光である。１５は位相格子の格子面である。
１１は入射光１３の格子面１５への入射角、Ｉ２は屈折
光１４と格子面１５の法線となす角とすると、屈折は５
ｎｅｌｌの法則に従って、ｎ、（λ）ｓ　ｉ　ｎ（１，
）＝ｎ２　（λ）ｓ　ｉ　ｎ（１２）であり、光線が本
発明の光学的ローパスフィルタに入射した場合分離され
る角度■３は となり、屈折率が等しくなる波長をはさみ、Ｉ３は負債
から正値へと変化し、屈折率が等しくなる波長以外では
光束が分離されることとなる。
以上のように構成された光学的ローパスフィルタについ
て、以下第１図及び第２図を用いてその動作を説明する
。
まず第２図は波長による分離距離を示すものであって、
第１図に示す光学的ローパスフィルタから固体撮像素子
１８までの距離を１（ｉｓ、複合プリズムのプリズム角
１９を３０”とした場合である。また、第３図にこのと
きの空間周波数によるＭＴＦを示す。
以上のように本実施例によれば、フィルタを構成するプ
リズム形成材料をある波長の屈折率が等しく、かつ屈折
率分散が異なるように選び、それぞれに複合プリズムを
配置したフィルタを複数枚合成し構成することによって
、複合プリズムのプリズム角のみに依存して波長ごとに
空間周波数の遮断周波数特性を任意に選択することがで
きる。
なお、第１の実施例において位相格子１６は１次元に配
置した３角形としたが、位相格子１６は２次元に配！し
た多角形としてもよい。また、同様に位相格子１７は１
次元に配置した３角形としたが、位相格子１６と噛み合
うように構成したものであればよく、屈折率分散の大小
関係も１６と１７で逆転してもよい、さらに、本発明は
プリズム角の大きさのみに依存してローパス効果および
波長に対するローパス特性を得るものであり、非周期的
なものであってもよい。位相格子を両面に有した構造で
あっても、その効果は明らかであり、格子面は両面にあ
ってもよい、また、本発明の構成を繰り返し用いること
により、波長によるローパス特性を自在に選択すること
もできる。
発明の効果 以上のように本発明は固体撮像素子をもつビデオカメラ
等の撮像系にある波長での屈折率が等しく、かつ屈折率
分散が異なる複数枚の位相格子から構成される光学的ロ
ーパスフィルタを設けることにより、任意の波長で異な
る空間周波数遮断特性をもった光学系を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例における光学的ローパス
フィルタの光学系の概略図、第２図は第１図に示された
実施例のときの光束の分離距離の波長との関係図、第３
図は波長による空間周波数に対するＭＴＦ値を示すグラ
フ、第４図は従来の光学的ローパスフィルタのうち水晶
板を用いた水晶光学フィルタの原理的な構成図、第５図
は位相格子を用いた場合の位相格子フィルタの原理図、
第６図は本発明の詳細な説明図である。 １６・・・・・・位相格子（屈折率分散小）、１７・・
・・・・位相格子（屈折重分散大）、１８・・・・・・
固体撮像素子、１９・・・・・・プリズム角、２０・・
・・・・位相格子接合面、１３・・・・・・入射光、１
４・・・・・・屈折光、１５・・・・・・位相格子面、
■１・・・・・・位相格子面への入射角、■２・・・・
・・位相格子面からの屈折角、■８・・・・・・入射角
１１と屈折角■２の成す角。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名Ｉ６　　　
イＩＬキ目オ１（ｆｆｉｌず【旨≦セテ１（シ；・ト）
禦　３　図 図 第　４　図 波長（ｎｍ）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）屈折率がある波長で等しく、かつ異なる屈折率分
    散をもった材料からできており、少なくとも１面にプリ
    ズムを少なくとも１次元に周期的に複数配列して成る１
    枚の複合プリズム面をもつ複数枚の位相格子フィルタを
    、上記フィルタのプリズム面同士が噛み合うように合成
    することにより構成した光学的ローパスフィルタ。
  2. （２）請求項（１）記載の光学的ローパスフィルタを用
    いて、フィルタを通過する光束を波長について任意の空
    間周波数で遮断する特性を特徴とする光学的ローパスフ
    ィルタ。
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