JPH099152A - 電気的にサンプルされた画像のエイリアシング除去のためのぼけフィルタ - Google Patents

電気的にサンプルされた画像のエイリアシング除去のためのぼけフィルタ

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JPH099152A
JPH099152A JP8073906A JP7390696A JPH099152A JP H099152 A JPH099152 A JP H099152A JP 8073906 A JP8073906 A JP 8073906A JP 7390696 A JP7390696 A JP 7390696A JP H099152 A JPH099152 A JP H099152A
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JP
Japan
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diffractive
optical sensor
elements
diffraction
electronic optical
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JP8073906A
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English (en)
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Mark M Meyers
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Eastman Kodak Co
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Eastman Kodak Co
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • G02B5/1871—Transmissive phase gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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  • Optics & Photonics (AREA)
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多要素電子光学センサーと共に用いられるぼ
けフィルタを提供する。 【解決手段】 それは：相互に隣接して位置し、それぞ
れは同心の回折特徴からなる複数の回折要素と； 各要
素が入射光を受ける検出表面を有し、各要素は回折要素
からの光を受けるよう配置された多要素電子光学センサ
と； 多要素電子光学センサの検出表面に近い面内に複
数の回折要素を離間させる手段と、からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学的低域通過フィ
ルタの分野に関し、より詳細には電子光学センサーと共
に用いられるぼけフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】大量の高空間周波数内容（微小な詳細）
を有する対象のデジタル的にサンプルされた画像は対象
と共に動く（偽の）カラーバンドからなるアーティファ
クトに関する問題を有することがある。これらのアーテ
ィファクトを生ずる現象はエイリアシングとして知ら
れ、センサーのナイキスト周波数（ｆnyquist＝１／
（２＊Ｓ）、ここでＳ＝検出器要素間の間隔）を越える
情報内容を有する画像をサンプルすることを試みる結果
である。典型的にはこの問題は通常形成される各単一の
スポットに対して４つのスポットを形成する一対の複屈
折石英板を用いて高空間周波数情報内容を減少すること
により画像をぼかすことを指向してきた。これらの複屈
折石英板（ぼけフィルタ）は比較的高価で、かさばり、
カメラの前又はカメラレンズと検出器面との間に配置さ
れなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記の
問題を克服することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】短く要約すると本発明の
一つの特徴によれば相互に隣接して位置し、それぞれは
同心の回折特徴からなる複数の回折要素と；各要素が入
射光を受ける検出表面を有し、各要素は回折要素からの
光を受けるよう配置された多要素電子光学センサと；多
要素電子光学センサの検出表面に近い面内に複数の回折
要素を離間させる手段とからなる多要素電子光学センサ
ーと共に用いられるぼけフィルタが提供される。
【０００５】より詳細には本発明はぼかされたスポット
を生ずるための検出器配列の付近に位置する検出器上の
画素の間隔の少なくとも２倍の寸法の円錐グレーティン
グの配列を用いてなり、それはナイキスト周波数より高
い周波数に対する画素上に入射する情報を攪拌し、ぼか
し、混合することによりエイリアシングを防ぐ。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に各図で共通の同一な要素を
示すのに、可能な場合には同一の符号が用いられ、図及
び説明を参照して本発明の上記及び他の目的はより明ら
かになる。図１を参照するに、本発明のぼけフィルタ
（回折要素マトリックス配列）１０はマトリックス内で
相互に隣接するように配置される複数の回折要素１２か
らなる。各回折要素１２は一連の同心グレーティング要
素（同心回折特徴）１４として形成される。回折要素は
ブレーズされた（ｂｌａｚｅｄ）グレーティング要素と
も称される。マトリックスの構成はマトリックスにより
用に供される多要素電子光学的センサの構成に基づく。
本発明の好ましい実施例では回折要素１２のそれぞれは
上記の方法で２以上の画素の用に供する。例示の目的で
本発明の実現された実施例ではマトリックス１０は３７
５Ｘ２５０及び７５０Ｘ５００回折要素１２で形成され
る。
【０００７】図２は多要素電子光学センサ１８を有する
パッケージ５０でのぼけフィルタ１０の物理的な配置を
示す。ぼけフィルタ１０はスペーサ２０によりセンサ１
８の面に平行な面内に位置する。ぼけフィルタ、スペー
サ２０、センサ１８はベース３０と密閉板３２から形成
されるパッケージにより保護される。示される構造で各
回折要素１２は光学的に透明な材料である支持ベース１
６に付着されている。
【０００８】図３は２つの電子光学センサ要素２４Ａ，
２４Ｂに関する単一の回折要素１２の配置を示す図であ
る。回折要素１２はグレーティング上に入射する光線４
０がグレーティングの式により回折される： Ｓｉｎθx−Ｓｉｎθi＝ｍλ／ｄ ここで θi ＝ 入射角 θx ＝ 回折角 ｍ ＝ 回折次数（０、±１、±２、．．．） λ ＝ 問題の波長 ｄ ＝ グレーティング特徴間の間隔 グレーティングの間隔ｄは回折要素の端から回折要素の
中心に向かう回折光線に対して調整される（これはまた
その端の外の回折要素の中心から回折する）。回折要素
の中心からの光線を途中から端に対して１．５倍の距離
に向けるグレーティング間隔ｄもまた好ましく用いられ
る。
【０００９】回折要素１２から多要素電子光学センサ１
８の所定の間隔Ｘ（典型的には５００μｍ以下）に対し
て望ましいグレーティング間隔ｄは以下の式から見いだ
される； Ｔａｎθx ＝ Ｘ／Ｓ （又は．５＊Ｓから１．５＊Ｓ） θx ＝ Ｔａｎー1（Ｘ／Ｓ） θx ＝ Ｓｉｎー1（ｍλ／ｄ−Ｓｉｎθi） ｄ ＝ ｍλ／［Ｓｉｎ（Ｔａｎー1（Ｘ／Ｓ））−Ｓｉｎθi］ Ｓ ＝ 要素２４Ａ、２４Ｂ間の中心間距離 故にグレーティング要素間隔ｄの良い選択は ｄ ＝ ｍλ／［Ｓｉｎ（Ｔａｎー1（Ｘ／Ｓ））］ 回折角は入射光の波長の関数である。名目的には回折角
は波長帯域の中心で選択される。可視的な応用に対して
はこれは約５５０ナノメータでの緑の帯域の中心にあ
る。
【００１０】グレーティング特徴間の間隔は２＊Ｓであ
り、配列はＣＣＤ検出器に近い場合には本発明はほとん
どのぼけフィルタ（即ち石英複屈折フィルタぼけフィル
タ）でみられるようにナイキスト周波数より低い周波数
で画像の情報内容をひどくは劣化しない。これは画像の
鮮鋭度を画像に現れるエイリアシングを有さずにナイキ
スト以下の周波数に対して維持することを許容する。あ
る瞬間でＳを同様の、又は類似のカラーセンサ要素間の
距離であるように決定することが望ましい。
【００１１】図４（Ａ）から（Ｄ）を参照するに、ここ
で青、緑、赤の光によりそれぞれ形成された強度パター
ンが示される。分布の度合いは波長と共に直径方向に増
加する。図４（Ｄ）に示される最終的な強度分布はそれ
ぞれの分布の総和である。この強度分布はナイキスト周
波数より大きな周波数成分を含まず、故にエイリアシン
グ及び／又は誤ったカラーモアレパターンを被らない。
【００１２】図５（Ａ）のグラフを参照するに波長の関
数としての円錐グレーティング回折効率は回折特徴のプ
ロフィールの強い関数である。三角形にブレーズされた
グレーティングはｈmax ＝λ0 ／［ｎ（λ0 ）−１］で
ある場合に（ここでλ0 は設計波長）最大効率を提供す
る。一次に回折された光は曲線ｍ＝１により表され、二
次に回折された光及び回折されない光はそれぞれ曲線ｍ
＝２，ｍ＝０により表される。
【００１３】図５（Ｂ）のグラフは高さｈmaxを減少す
ることにより回折されない光（ｍ＝０）の量は増加さ
れ、それは回折された光（ｍ＝１，ｍ＝２）と混合さ
れ、更に強度プロファイルをぼかすことを示す。図９
（Ｂ）は特徴が１／２ｈmaxである回折要素を示す。図
６を参照するに回折要素を通して直進して通る光のある
部分（２０％、４０％等々）を許容することにより得ら
れる強度プロファイルは回折された及び回折されない光
の混合である。より特徴的にはこれは特徴間の満たされ
ない空間３５に対して回折特徴１４の満たされた部分３
６を変更することにより達成されうる。
【００１４】図７を参照するにぼけを増加し、画像構造
を減少する他の方法は円錐グレーティングの内側区域を
外側のピッチと異なるピッチに、及び／又は異なる回折
表面プロファイルにすることである。これは本発明が回
折された顕著なエネルギーを要素の中心付近のｍ＝±１
及びｍ＝±２オーダーにするグレーティングを用いるこ
とを許容する一方で開口の縁付近で回折された光のほと
んどをｍ＝１及びｍ＝０オーダーにする回折構造を用い
ることを許容する。
【００１５】図８は長方形回折要素１２で形成されたマ
トリックス配列１０を示す。図９（Ａ）から（Ｄ）は種
々の回折特徴プロファイルを示す。図９（Ａ）ではｈ
max ＝λ0 ／［ｎ（λ0 ）−１］である三角形にブレー
ズされたプロファイル（特徴）がｍ＝１オーダーで最大
回折効率を発生する。図９（Ｂ）のプロファイルは最適
高さの１／２である三角形にブレーズされたプロファイ
ルを示す。このプロファイルは強度パターンの更なるぼ
けに対する回折された及び回折されない光の両方を供給
する。図９（Ｃ）のプロファイルは三角形にブレーズさ
れた回折構造の離散的な近似を表す。図９（Ｄ）のプロ
ファイルは三角形にブレーズされた回折構造の２進数的
な近似を表す。
【００１６】図１０（Ａ）及び（Ｂ）はぼけフィルタの
パッケージングでの代替構造を示す。本発明は好ましい
実施例を参照して説明されてきた。しかしながら変更及
び改良は本発明の範囲から離れることなく当業者により
効果的になされるものである。
【００１７】
【発明の効果】本発明は比較的低コストの円錐グレーテ
ィングの配列でデジタル的にサンプルされた画像からエ
イリアシング（及び観察されうるカラーフリンジ）を除
去する方法を提供する。円錐グレーティングはナイキス
ト周波数以下の周波数に対する画像鮮明度を顕著に劣化
することなくナイキスト周波数以上の空間特性に対する
ぼかされ、攪乱された強度分布を発生する。円錐グレー
ティングの配列は低コストで集積回路ＣＣＤパッケージ
内に検出器配列用のカバーガラスの内側上又は配列それ
自体上に配置された。円錐グレーティングの配列は従来
技術の石英ぼけフィルターと比べて非常に薄く、小型で
ある。本発明のぼけフィルターは焦点外に単にレンズを
置く、又はランダムに焦点をはずされたレンズの配置を
用いる技術と異なり対称の位置にまた敏感でない。円錐
グレーティング配列はまたＣＣＤ配列上の画素配列の整
列にまた比較的敏感でない。
【図面の簡単な説明】
【図１】回折要素のマトリックス配列を示す図である。
【図２】ぼけフィルタに用いられるＣＣＤ配列パッケー
ジの断面図である。
【図３】２つの電子光学センサ要素上への入射光の回折
された角度を示す図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）にそれぞれ入
射光の青、緑、赤に対する得られた強度パターン及びそ
れらの和の白パターンを示す。
【図５】２つの選択された高さで波長の関数として三角
形にブレーズされた要素の回折効率を示す図である。
【図６】それらの間に満たされない空間を有する回折特
徴を示す図である。
【図７】２つの電子光学センサ要素上の他ピッチを有す
る特徴を有する回折要素からの入射光の回折された角度
を示す図である。
【図８】同心長方形特徴として形成された回折要素のマ
トリックス配列を示す図である。
【図９】回折特徴用の種々の構成を示す図である。
【図１０】ＣＣＤ配列パッケージ内のぼけフィルタの代
替的な配置を示す図である。
【符号の説明】 １０ ぼけフィルタ １２ 回折要素 １４ グレーティング要素 １６ 支持ベース １８ センサ ２０ スペーサ ２４Ａ，２４Ｂ 電子光学センサ要素 ３０ ベース ３２ 密閉板 ３５ 空間 ３６ 部分 ４０ 光線 ｄ 間隔 Ｘ 所定の間隔 Ｓ 要素２４Ａ、２４Ｂ間の中心間距離

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】相互に隣接して位置し、それぞれは同心の
    回折特徴からなる複数の回折要素と；各要素が入射光を
    受ける検出表面を有し、各要素は回折要素からの光を受
    けるよう配置された多要素電子光学センサと；多要素電
    子光学センサの検出表面に近い面内に複数の回折要素を
    離間させる手段とからなる多要素電子光学センサーと共
    に用いられるぼけフィルタ。
  2. 【請求項２】 該要素のそれぞれは同心パターンで周期
    的に繰り返される２以上のブレーズされた特徴からなる
    複数の回折要素からなる光源光を分散する拡散器。
JP8073906A 1995-04-05 1996-03-28 電気的にサンプルされた画像のエイリアシング除去のためのぼけフィルタ Pending JPH099152A (ja)

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US417422 1995-04-05
US08/417,422 US5682266A (en) 1995-04-05 1995-04-05 Blur filter for eliminating aliasing in electrically sampled images

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JPH099152A true JPH099152A (ja) 1997-01-10

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