JPS60239708A - 光学的櫛形フイルタ - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、水晶等の複屈折板を用いた光学的櫛形フィル
タに関するものである。

〔発明の技術的背景〕

水晶等の複屈折物質は、その厚さ、光学軸方向等によっ
て異なるが、光学的櫛形フィルタとして使用できること
が一般に知られている。その原理は以下に述べる如くで
ある。第１図に示すように、複屈折板ＩＫ垂直に入射し
た光線２は、この複屈折板の複屈折作用によって、偏光
の方向に応じて常光線Ｌ０ど１４ｖ光線ＬｅＫ分離され
て射出される。

ここで、常光１１Ｌ、と異常光１ｉ１Ｌ、の成す角ａは
、複屈折板１の常光に対する屈折率′ｆ：ｎ０、光学軸
に垂直に入射する異常光に対する屈折率をｎｏ、光学軸
と入射光のなす角ｔ−βとすると、以下に示す式で表わ
される。

（１）式で示されるｔａ＠αはｔａｎβ−ｎ〆−の時に
最大となるが、複屈折板ｌが水晶の場合は、ｎとｎの差
は小さく、通常β−藝度が選ばれる。複屈折板１から射
出した常光線Ｌ０と異常光線Ｌｅは〜だけ離れた光線と
なシ、仁の蹟はβ−６度、複屈折板の厚さ４０時、以下
の式で表わされる。

」ピ」Ｌ ΔＷ−ｄ・　、　、　・・・・・・・・・（２）ｘｘ、
＋ｎ。

第２図は上記のような特性を有する複屈折板を結像光学
系に挿入した例を示した図である。複屈折板１は表面が
レンズ３の光軸４と直交するように配置されておシ、更
に光学軸が紙面と平行となるようにその方向が定められ
ている。複屈折板１を透過した光はｋだけ離れた平行な
２本の光線り。

ムとなるため、本来、レンズ３によって１点に結像され
るはずであった光束がんだけ離れた２点に結像すること
になる。なお、符号５は常光線Ｌρ結像点、符号６は異
常光線Ｌｅの結像点である。

このように複屈折板１を通すと結像点が軸だけ離れるこ
とを、光の分離方向ＫＸ軸をとった関数で表わすと以下
の如く示される。ここで、デルタ関数δ（ｘ）は複屈折
板１に対する入力を示し、これに対する複屈折板１の出
力’ｋ　ｈ　（Ｘ）とするＯｈ　（ｘ）−δ（Ｘ）十δ
（ｘ　ｊｗ　）　、、、　、＝、（３）一般に、デルタ
関数入力に対する出力をフーリエ変換したものの絶対値
をとることによって、周波数応答（ＭＴＦ）が得られる
ことが知られている。

上記の系において、Ｘ軸方向の空間周波数ｅｆｘ、。

複屈折板のＭＴＦをＨ（ｆＸ）とすれば、ＭＴＦは以下
の式で表わされる。

Ｈ（ｆＸ）−ＩＦ（ｈ（ｘ））ｌ−１ｃｏｓ（ｒｊｗｒ
ｆｘ）ｌ　−＝・＋＝−（４）この（４）式を図示する
と第４図の（イ）で示した特性と′＆シ、複屈折板ｌは
水平方向忙対して櫛形の空間周波数応答を示すことが分
る。

単一の撮像素子を用い、特定の波長域の光を空間的に変
調して色信号を得るカラー撮像装置において、入力像に
上記の変調周波数の成分が存在すると、この成分が色信
号に混入して色偽信号が発生する。従来では、この色偽
信号の発生を抑制する方法として、上記の変調周波数に
おける応答が０となるように厚さが選定された複屈折板
を光学系に挿入することによって、上記の色偽信号を軽
減する方法が広く用いられている。′ｆた、ＣＣＤ等の
ようなディスクリートに空間情報をとらえる撮像素子に
おいては、サンプリングの空間周波数によるナイキスト
限界を越える信号のうち、撮像素子のＭＴＦの限界内の
信号は全てモアレとして低周波域に折シ返すことが知ら
れている。このモアレを軽減するために、上記のような
複屈折板と偏光解消板とを何組か組合わせて光学的ロー
パスフィルタとして使用する方法が用いられている。

〔背景技術の問題点〕

上記の如く、複屈折板は光学的櫛形フィルタとして用い
ることができるが、第４図のイで示したような櫛形の特
性が得られるのは、レンズ３０Ｆ値（焦点距離／有効口
径）が大きい、即ち焦点ずれの影響の小さい場合におい
てのみである。従って、レンズのＦ値の小さい時、ある
いは櫛形フィルタの最も低い減衰周波数に対して十分高
い周波数まで正確な櫛形の応答が要求される場合等のよ
うな、焦点ずれの影響が無視できない状況に訃いては、
複屈折板１は櫛形フィルタとしての特性からかなシ異な
った特性を示すようになる。以下その理由を説明する。

第３図は無限遠の光学軸上の点光源を結像する光学系を
示したものである。レンズ３によって集光された光線は
複屈折板ｌを通って結像する。ここで、単純化のために
ルンズ３の有効開口は紙面に平行な辺を持つ１辺が焦点
距離の１７２となる正方形を考える◇また、複屈折板ｌ
は表面に対して藝度の角度を成し、紙面に対して平行な
光学軸を持ち、厚さがｄの水晶とする。複屈折板１によ
って入射光は常光線Ｌｏと異常光線ＬｅＫ分離される。

しかし、複屈折板Ｉは常光線ＬＯと異常光ＩＭＬｅに対
して屈折率が異なるため、常光線Ｌ〆よる像と異常光線
り、による像の像面が異なる。ここで、複屈折板１の常
光に対する屈折率はｎ、であシ、光学軸に垂直に入射す
る異常光だ対する屈折率’ｔ＝ｎｅとすると、異常光線
り、に対する複屈折板１の屈折率は線ＬｅＫよる像面の
距離ΔＳは以下に示す式で表わさとの時、異常光線Ｌｅ
による像面で像をとらえるとでき上がる像は、点と１辺
がΔ８／２の正方形となる。これを、像面及び紙面に平
行な軸をＸ軸として取シ、このＸ軸上の関数として表わ
すと、ら上記の光学系のＭＴＦであるＨＬ（ｆｘ）をめ
ると、以下の式で示される如くなる。

・・・・・・・・・（６） 上記（６）式で示した関数を図示すると第４図の口で示
した特性線が得られ、本来の櫛形の特性線イとは異なっ
たものとなる。このような現象はレンズ３の有効開口が
円形等の場合にも生じる。また、上記のＭＴＦの値はレ
ンズ３０Ｆ値の違いや像面の選び方によって変化する。

従つて、上記のように単一の複屈折板１を光学的櫛形フ
ィルタとして用いた場合、状況によっては十分な効果が
得られないという欠点があった。

近年、ＣＯＤ等のディスクリートに空間情報をとらえる
撮像素子を用い、素子のサンプリング周波数の２倍の空
間周波数で入射光を変調して色情報を得るカラー撮像装
置が用いられている。このようなカラー撮像装置におい
ては、複屈折板による上記の変調周波数及びその奇数倍
の周波数成分が入射像に含まれると、それらの成分は色
信号に混入して色偽信号となる。複屈折板が本来の櫛形
フィルタ特性を有しておれば、最も低い減衰周波数の奇
数倍の周波数が減衰周波数となるため、上記色偽信号に
対して大きな軽減効果を持つ。しかし、上述したように
、単一の複屈折板を用いた光学的櫛形フィルタでは、状
況によってはその特性が本来の櫛形フィルタとは異なっ
た特性を示すものとなシ、更に、高い空間周波数域にお
いては、その異なった特性が本来の櫛形フィルタ特性か
ら大きくずれるため、特に高い空間周波数成分による色
偽信号に対して十分な軽減効果を得ることができないと
いう欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記の欠点に鑑み、レンズのＦ値や像
面の選択の仕方によって影響される仁となく、高い空間
周波数まで所定の特性を得ることができる光学的櫛形フ
ィルタを提供するととＫある。

〔発明の概要〕

本発明は、表面に対して垂直な第１の平面白和光学軸を
有する１枚乃至それ以上の第１の複屈折板と、表面及び
前記第１の平面の両者に垂直な第２の平面内に光学軸を
有する１枚乃至それ以上の第２０Ｗ屈折板とを平行に配
設して成シ、前記第１の複屈折板を通過する常光と異常
光の光路差の総和と前記第２の複屈折板を通過する常光
と異常光の光路差の総和とを等しくするように前記第１
、第２の複屈折板の厚さ及び光学軸の方向を選択したこ
とによル、上記目的を達成するものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。第５
図は本発明の光学的櫛形フィルタの一実施例を示した斜
視図である。光学的櫛形フィルタは複屈折板７に複屈折
板８が密着して構成されている。符号９は複屈折板７の
光学軸の各面に対する投影線でろ）、符号ｌＯは複屈折
板８の光学軸の各面に対する投影線である。複屈折板７
と複屈折板８の光学軸が各間の投影線で示される如く、
表面に垂直な光学軸を含む平面が互いに直交するように
、複屈折板７と複屈折板８が配置されている。

また、屈折板８の厚さへは屈折板７の厚さへに対して以
下の式を満たすように選ばれている。

但し、へは複屈折板７．８における常光に対する屈折率
を示し、ｍｅは光学軸に垂直に入射する異常光に対する
屈折率を示している。

第６図は上記第５図に示した本実施例の光学的櫛形フィ
ルタを用いた結像光学系を示した図である。レンズ１１
の後方に、複屈折板７．８から成る光学的櫛形フィルタ
が複屈折板γの光学軸が紙面と平行となるように配置さ
れている。

複屈折板７に入射した光束は常光線Ｌ１と異常光線り、
に分離される。常光線ζ課び異常光線Ｌｔ２が複屈折板
７を通過する間の両者の光路差Ｉ１１は以下で示す式で
与えられる・ ところで、表面に垂直な光学軸を含む平面が複屈折板７
と複屈折板８とで互いに直交するように複屈折板７と複
層折板８が配置されているため複屈折板８をＬｌは異常
光としてＬ−は常光として通過する。Ｌｌ及びり、が複
屈折板８を通過する間の両者の光路差４は以下の式で与
えられる。

従って、複屈折板７と複屈折板８０両方を透過した後の
り、とり、の光路差ｌはト＝Ｊｊ＋ｍ、−・９となる。

従って、本実施例の櫛形フィルタを通過したＬｌとり。

は同一の像面上１２で、ｈだけ離れた点に−それぞれ結
像することになる。

本実施例によれば、光学的櫛形フィルタ１！−２個の複
屈折板７ミ８で構成し、表面に垂直な光学軸を含む平面
が複屈折板７と複屈折板８とで互いに直交するように、
これら複屈折板７．８を配設し、且つ、複屈折板７の厚
さｄｌと複屈折板８の厚さへとが前記（７）式を満足す
るように選択されているため、常光線Ｌ０と異常光線Ｌ
ｅ７３（結像する像面を一致させることができ、レンズ
１１のＦ値や像面の選択の仕方によって光学的櫛形フィ
ルタの特性が影響されることなく、高い空間周波数まで
所定の特性を得ることができる。従って、本実施例の光
学的櫛形フィルタを、カラー撮像装置における色偽信号
の軽減及び固体撮像装置のモアレの軽減等に用いると、
状況に影響されず、高い効果を発揮することができる。

第７図は本発明の光学的櫛形フィルタの他の実施例を示
した斜視図である。光学的櫛形フィルタは、２個の複屈
折板１３．１４を密着して構成してあシ、各複屈折板１
３．１４の厚さへ、４及び光学軸と表面の成す角度は両
者共等しいが、複屈折板１３に対して複屈折板１４は９
度だけ回転して配設されている。なお、符号１５．１６
は複屈折板１３．１４の光学軸各面への投影線である。

このため、複屈折板１３を常光線として透過した光は、
複屈折板１４を異常光線として透過し、また複屈折板１
３’に異常光線として透過した光は複屈折板１４ヲ常光
線として透過する。従って、とれら２枚の複屈折板１３
．１４によ）分離された２光束は、同一像面上の２点に
結像゛し、前実施例と同様の効果がある。

なお、複屈折板の厚さ及び光学軸の角度あるいは複屈折
板の枚数等積々の変形が考えられ、本発明は上記２つの
実施例に限定されることがなく、要するに光学的櫛形フ
ィルタを通過した異常光線と常光線の結像点が同一像面
上にあるように複屈折板を組合せて光学的櫛形フィルタ
を形成すれば良い。また、本発明による光学的櫛形フィ
ルタは単独に用いられるのみでなく、偏光解消板等と併
用して種々の特定の空間周波数フィルタを構成すること
が可能である。

〔発明の効果〕

以上記述した如く本発明の光学的櫛形フィルタによれば
、常光線による結像点と異常光線による結像点とが同一
像面上にくるように複数の複屈折板を組合せて光学的櫛
形フィルタを構成しである〜ため、レンズのＦ値や像面
の選択の仕方によって影゛響されることなく、高い空間
周波数まで所定の櫛形特性を得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は複屈折板による光の分１ｉｆｔ示した図、第２
図は従来の単一複屈折板から成る光学的櫛形フィルタを
含む光学系の一例を示した図、第３図は従来の光学的櫛
形フィルタを含む光学系による結像状態を示した図、第
４図は第３図に示した光学系における従来の光学的櫛形
フィルタの空間周波数レスポンスを示した特性図、第５
図は本発明の光学的櫛形フィルタの一実施例を示した斜
視図、第６図は第５図に示した光学的櫛形フィルタを含
む光学系の一例を示した図、第７図は本発明の光学的櫛
形フィルタの他の実施例を示した斜視図である。 ７．８．１３．１４・・・複屈折板 ９．１０．１５．１６・・・光学軸の投影線１１・・・
レンズ １２・・・像面 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 第１図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表面に対して垂直な第１の平面内に光学軸を有する１枚
   乃至それ以上の第１の複屈折板と、表面及び前記第１の
   平面の両者に垂直″＆ｆａ２の平面白和光学軸を有する
   １枚乃至それ以上の第２の複屈折板とを平行に配設して
   成シ、前記第１の複屈折板を通過する常光と異常光の光
   路差の総和と、前記第２の複屈折板を通過する常光と異
   常光の光路差の総和とを等しくするように前記第１、第
   ２の複屈折板の厚さ及び光学軸の方向を選択したことを
   特徴とする光学的櫛形フィルタ。