(57)【要約】    【課題】  良好なカットオフ特性が得られ、高周波成分のMTFが平均的に減衰する低域通過フィルタと、該低域通過フィルタを得ること。    【解決手段】  固体撮像素子を有する撮像装置に用いる低域通過フィルタであって、該低域通過フィルタは、その光入射面からの光束の一部を光進行方向に対して横ずれさせて出射させており、該光入射面は、光束の同一方向の横ずれ量が入射位置によって異なる領域を含むことを特徴としている。【選択図】  図１
2006145939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子を有する撮像装置に用いる低域通過フィルタであって、該低域通過フィルタは、その光入射面からの光束の一部を光進行方向に対して横ずれさせて出射させており、該光入射面は、光束の同一方向の横ずれ量が入射位置によって異なる領域を含むことを特徴とする低域通過フィルタ。
【請求項２】
前記入射領域によって、光束の横ずれ量が異なる横ずれ領域分布は、一定の区間内の少数の離散的な数値を選択確率分布に従って選択して横ずれ量とした分布であることを特徴とする請求項１の低域通過フィルタ。
【請求項３】
前記入射領域によって、光束の横ずれ量が異なる横ずれ領域分布は、前記選択確率分布を一様分布としていることを特徴とする請求項１の低域通過フィルタ。
【請求項４】
前記入射領域によって、光束の横ずれ量が異なる横ずれ領域分布は、前記選択確率分布を一定区間内の１つの数値に対して最大確率となるガウス分布としていることを特徴とする請求項１の低域通過フィルタ。
【請求項５】
前記光入射面の横ずれ量が入射位置によって異なる領域は、前記固体撮像素子の一画素に、横ずれ量の異なる複数の光束が入射するように面積分割されていることを特徴とする請求項１の低域通過フィルタ。
【請求項６】
前記低域通過フィルタは、前記横ずれを複屈折を利用して行っており、前記光入射面の各領域の横ずれ量の違いを、該低域通過フィルタを通過する横ずれ光束の光路長を変えて行っていること、を特徴とする請求項１の低域通過フィルタ。
【請求項７】
前記光路長の変化を光通過面に設けた連続的な凹凸形状を利用して行っていることを特徴とする請求項６の低域通過フィルタ。
【請求項８】
前記低域通過フィルタは、前記横ずれ量の違いを各領域毎にプリズム頂角の異なる複数のプリズムを一方向に配置したプリズムアレイを利用して行っていることを特徴とする請求項１の低域通過フィルタ。
【請求項９】
前記低域通過フィルタは、前記横ずれ量の違いを格子周期が異なる複数の回折格子を一方向に配置した回折格子アレイを利用して行っていることを特徴とする請求項１の低域通過フィルタ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項の低域通過フィルタを光路中に設けて画像情報を形成していることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，高解像度の撮像系（レンズ系）を有するディジタルカメラやビデオカメラのような撮像手段として固体撮像素子を用いたときに発生する、エリアジングノイズを抑制するための特殊な構成の低域通過フィルタ及び該低域通過フィルタを有する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在，５００万を超える画素数のイメージセンサが開発され、この高性能なイメージセンサがディジタルカメラに用いられている。しかしながら、得られる画像に偽色やモアレ縞が混入する場合があり、総合的な画質に関しては未だに解決すべき課題が多い。
【０００３】
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系では画像情報を光学的に空間サンプリングして出力画像を得ている。この場合、被写体にサンプリング周波数以上の高空間周波数成分が含まれていると被写体が有していない構造や色合い等の偽信号が発生してくる。
【０００４】
即ち撮像系によって採取することのできない周波数成分（ナイキスト周波数を越える周波数成分）は画像情報として再現することができず、所謂波形歪み、モアレ縞や偽色等が形成される原因となってくる。この為従来より低域通過フィルタ（光学的ローパスフィルタ）を撮像系の一部に配置して被写体の高空間周波数成分を制限している。
【０００５】
光学的ローパスフィルタ及びそれを有した結像系は従来より種々の型のものが提案されている（特許文献１、２）。
【０００６】
偽色やモアレ縞はエリアジングノイズと呼ばれるノイズに分類される。このエリアジングノイズは、レンズ系により結像した像の高周波成分がイメージセンサのサンプリングパターンと干渉することで生じる。
【０００７】
通常のノイズは、統計的な性質を考慮することである程度抑制できるが、エリアジングノイズは被写体に依存して大域的に発生することが多く、通常のノイズ対策の適用が難しい。
【０００８】
エリアジングノイズの抑制には一般的に低域通過フィルタが用いられている。低域通過フィルタは、エリアジングノイズの原因であるナイキスト周波数より高い周波数成分の振幅を抑制する。
【０００９】
低域通過フィルタには、水晶板のような複屈折性を持つ光学素子や、位相型回折格子等が利用されている。この中でも、比較的急峻なカットオフ特性が得られるため複屈折性を利用した光学素子が多く利用されている。
【００１０】
一方、エリアジングノイズの抑制の別の方式としてイメージセンサの直前にマイクロレンズアレイを配置し、このマイクロレンズアレイのレンズ形状を画素位置に応じて変化させた方式が提案されている（非特許文献１）。
【００１１】
この方式は、イメージセンサの各受光素子に対して、受光素子の位置毎に異なるデフォーカスを施された光線を入射させることで、良好なMTFを実現している。この方式は、ノイズの発生を伴うものの、通常のマイクロレンズアレイと比較して良好なカットオフ特性が得られる。
【特許文献１】特開平９−１８５０１９号公報
【特許文献２】特開８−１５６４６号公報
【非特許文献１】刊行物ＯｐｌｕｓＥ（１９９７年９月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図２に複屈折性を利用した低域通過フィルタのMTF１１１を示す。複屈折性を利用する低域通過フィルタはカットオフ周波数fc以上の成分を完全に抑制する光学素子ではなく、かなりの成分を透過する。そのため、カットオフ周波数ｆｃ以上の高い周波数成分を被写体が持つ場合、モアレ縞が顕著に表れてしまう。
また、非特許文献１により提案された方式はレンズアレイのMTFが基になっているため、複屈折方式のように鋭利なカットオフ特性が得られない。
【００１３】
本発明は、良好なカットオフ特性が得られ、高周波成分のMTFが平均的に減衰する低域通過フィルタと、該低域通過フィルタを用いた撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の低域通過フィルタは、固体撮像素子を有する撮像装置に用いる低域通過フィルタであって、該低域通過フィルタは、その光入射面からの光束の一部を光進行方向に対して横ずれさせて出射させており、該光入射面は、光束の同一方向の横ずれ量が入射位置によって異なる領域を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、良好なカットオフ特性が得られ、高周波成分のMTFが平均的に減衰する低域通過フィルタが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
【実施例１】
【００１７】
図１（Ａ）は、本発明の低域通過フィルタを有する撮像装置の実施例１の要部概略図である。図１（Ａ）において被写体から発せられた光線は、レンズ系（撮影系）１０１により集光され、エリアジングノイズ抑制フィルタ（低域通過フィルタ）１０２により画像情報の中から高周波成分を抑制した後、任意配列のカラーフィルタと集光用マイクロレンズアレイを備えた単板式のカラーイメージセンサ１０３上に光学像が結像される。
【００１８】
エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２はカラーイメージセンサ１０３の光入射側の直前に配置している。光学像は、単板式カラーイメージセンサ１０３により光電変換され、A/D変換処理部１０４により濃度量子化され、色補間処理部１０５により補間処理を施される。色補間処理部１０５で得られた画像情報は、メインメモリ１０６に保存される。本実施例の撮像装置は画像処理プロセッサ１０７を備えており、コントローラー１０８からの制御信号に従い色再現処理、圧縮処理を実行している。
【００１９】
エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２は、複屈折性を利用した低域通過フィルタの光学作用を利用している。図１（Ｂ）に複屈折性の光学素子１０２ａによる偏光成分の空間移動の例を示す。水晶等の複屈折素子１０２ａは入射光線ＬＩを振動方向が直交する二つの平行光線に分離する性質を持つ。二光線の分離幅w（つまり、空間移動距離）は光学素子１０２ａの厚さdに比例する。
【００２０】
本実施例の低域通過フィルタ１０２は、その光入射面からの光束の一部を光進行方向に対して横ずれさせて出射させており、光入射面は、光束の同一方向の横ずれ量が入射位置によって異なる領域を含んでいる。
【００２１】
エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２は、複屈折性を有する低域通過フィルタの表面に凹凸形状を作成し、領域的に光の進行方向を変えることで空間移動距離に変化を持たせている。
【００２２】
素子厚が厚い個所では光学素子中の光路長が長くなるため空間移動距離が増加し、素子厚が薄い個所では逆の効果が得られる。
【００２３】
図１（Ｃ）に、エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２ｂによる空間移動距離と光の進行方向の分布の例を示す。エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２bでは、光学素子の光入射面を凹凸形状とし、光入射面上の各点（各領域）で光が異なった空間移動距離を持つように描いているが、図１（Ｄ）に示すようにエリアジングノイズ抑制フィルタ１０２の各点で空間移動方向のみに距離が変化している分布であっても良い。
【００２４】
エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２ｃの空間移動距離を持つ光入射面上の表面凹凸形状は、例えば水晶を材料とした低域通過フィルタの表面を切削し、線状の溝を多数形成することで実現できる。エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２bのような複雑な凹凸形状分布を作成する場合には、エッチングプロセス等を利用することができる。
【００２５】
撮影系１０１を通過した光束に対して目標とするMTFを得るためには、エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２bやエリアジングノイズ抑制フィルタ１０２cのように、入射光の空間移動距離の分布を制御する必要がある。制御法には確率的に移動距離を決定する方法や、目標のMTFに合わせて移動距離分布を最適化する方法が適用できる。
【００２６】
ここでは前者を用いた例について説明する。この制御方法では、まず、イメージセンサ１０３の受光器開口の中心位置座標(x、 y)に対して、-１から１の間で一様乱数rxyを生成する。次に、事前に選択した空間移動距離の最大値Smaxと最小値Sminから、以下の式に従って位置(x、 y)における空間移動距離Sxyを算出する。
【００２７】
Sxy = (Smax + Smin)/２ + (Smax- Smin)×rxy/２ ---------------（１）
最大値Smaxと最小値Sminの選択は任意であるが、最大値Smaxと最小値Sminの平均値が特定の空間移動距離S'になるように選ぶことで、低周波成分に関しては、空間移動距離S'に対応する通常の複屈折型の低域透過フィルタと同様のMTF特性を得ることができる。
【００２８】
また、本制御法では一様乱数を用いて値rxyを選んでいるが、例えば、０を中心としたガウス分布等の選択確率分布を導入して数値を選択することで、MTFの制御性を向上させることができる。
【００２９】
最終的に、エリアジングノイズ抑制フィルタの表面形状d(x、 y)は以下の式に従って近似的に得られる。
【００３０】
d(x, y) = k×S(x, y). --------------------（２）
ただし、kは光学素子の複屈折性に基づいた比例定数、S(x、 y)はSxyを補間して得られた連続分布である。近似としているのは、光入射面の表面による屈折の影響が考慮されていないためである。表面形状の変化が大きい場合には近似精度が問題となるが、本実施例では連続的に変化する分布を想定しており影響は少ない。
【００３１】
以上の方法に従って作成したエリアジングノイズ抑制フィルタ１０２と他の低域通過フィルタのMTFの違いを図２に示す。ただし、これらのMTFは結像レンズ系の影響を考慮していないため、実際の撮像系のMTFは高周波成分がさらに抑制された形状になる。また、エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２は位置によりデフォーカス量が異なるため、点像応答からMTFを直接的に求めることはできない。そのため、点像分布から得られるMTFの平均値を撮像系のMTFとしている。
【００３２】
図２において複屈折型低域通過フィルタと、固体撮像素子に付属する開口率向上のためのマイクロレンズアレイを考慮した一般的な撮像系の構成に対するMTF１１１は、カットオフ周波数fcからサンプリング周波数fsの間に透過周波数帯を持つ。
【００３３】
そのため、原画像が空間周波数fmにおいて振幅の大きい成分を有するときには、得られる画像にモアレ縞が発生しやすい。一方、エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２と開口率向上用マイクロレンズアレイを考慮したMTF１１２は、MTF１１１に比べ高周波成分を平均的に抑制している。
【００３４】
このことから、エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２は、カットオフ周波数fc近辺以外で通常の低域通過フィルタより高いエリアジングノイズ抑制能力を持つことがわかる。一方、本庄により提案された開口形状をランダムに変化させたマイクロレンズアレイのMTF１１３は、開口率向上用のマイクロレンズアレイのMTF１１４の高周波成分を抑制した形状になる。
【００３５】
しかし、空間周波数に対して線形に近い減衰特性しか得られないため、複屈折性を用いた一般的な低域通過フィルタのように急峻なカットオフ特性を得るのが難しい。
【００３６】
実施例１によれば、通常の複屈折型低域通過フィルタより大部分の高周波帯域においてエリアジングノイズ抑制効果が高く、開口形状をランダムに変化させたマイクロレンズアレイを用いた方式より良好なカットオフ特性を有する低域通過フィルタ及びそれを有する撮像装置が得られる。
【実施例２】
【００３７】
次に本発明の実施例２の撮像装置を説明する。
【００３８】
実施例２の撮像装置は、実施例１とほぼ同一であり、エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２の構成が異なる。実施例２で用いるエリアジングノイズ抑制フィルタ２０１について図３を用いて説明する。
【００３９】
図３（Ａ）において、エリアジングノイズ抑制フィルタ２０１は、斜線部２０１ａと白色部２０１ｂで示す領域で厚さの異なる二領域から構成される複屈折型の低域通過フィルタである。
【００４０】
原理的には、二つである必要は無く、厚さの異なる複数の領域が有ればよい。以下、厚い領域２０１ａの面を第一面、薄い領域の面を第二面と呼ぶことにする。エリアジングノイズ抑制フィルタの素材には実施例１と同様に水晶板を用い、面形状はエッチング処理により作製している。
【００４１】
水晶板による偏光成分の空間移動は、矢印２０２で示される方向に起こる。図３（Ｂ）に示すように、二つの面２０１ａ，２０１ｂの高さは任意であるが、本実施例では二面の厚みの平均値が、カラーフィルタの間隔の空間移動に対応するように選んでいる。
【００４２】
図３（Ｃ）において点線で書かれた格子はカラーフィルタの開口との対応関係を表わす。第一面２０１ａと第二面２０１ｂの境界はカラーフィルタ開口に応じて任意に設定している。
【００４３】
本実施例では、色フィルタ開口内での各面の面積比が、位置毎にランダムに選択されるように境界を設定している。境界の設定では、後で述べるように各面の面積比が重要になる。そのため、図３（Ｃ）に示すように第１、第２面の境界を決めても原理的には問題はない。
【００４４】
図３（Ｂ）に示すエリアジングノイズ抑制フィルタ２０１の断面形状２０４を用いて、エリアジングノイズ抑制効果について説明する。断面形状２０４は、左側に第一面２０１ａ、右側に第二面２０１ｂを有する領域に対応している。カラーフィルタ２０５には、光線a、bで示すような空間移動距離の異なる二光線が同時に入射する。ここで、カラーフィルタ２０５に入射する光線のうち、第一面２０１ａ、第二面２０１ｂを通して入射する光線（光量）の比をm:n、光線ａの移動距離をＳ１、光線ｂの移動距離をＳ２とする。このとき、カラーフィルタ２０５の背後にある受光器では、光強度が平均化されるために、以下に示す平均距離Saの空間移動を受けた場合と同様の効果が得られる。
【００４５】
Sa = (m×S１ + n×S２) / (m + n). ---------（３）
エリアジングノイズ抑制フィルタ２０１では、第一面２０１ａと第二面２０１ｂの境界が各カラーフィルタ２０５の開口上でランダムに変動するように設定されている。この結果、第一面２０１ａと第二面２０１ｂの面積比が空間的に不均一になるため、式(３)に示す平均空間移動距離分布が空間的に不均一な状態になる。このとき得られるMTFの例を図４に示す。実施例１と同様に、カットオフ周波数fcより大きい周波数成分が抑制されたMTFが得られる。
【００４６】
本実施例では、二つの面２０１ａ，２０１ｂによるフィルタの構成を示したが、二つの面を用いると、図３（Ｄ）に示す断面２０４bを通過する光線cは面の境界２０４ａに到達し、像シフトの実現には寄与せず、光量損失の原因となる。このような状況を避けるには、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように境界２０４ａを傾斜させる構成や、面数を増やして境界の高低差を減らす構成を利用するのがよい。
【００４７】
以上のように、本実施例の低域通過フィルタ１０２は、横ずれを複屈折を利用して行っており、光入射面の各領域の横ずれ量の違いを、低域通過フィルタを通過する横ずれ光束の光路長を変えて行っている。
【００４８】
これにより、実施例２では少数の面で構成され、設計・作製が容易であり、実施例１と同程度のエリアジングノイズ抑制効果が得られるエリアジングノイズ抑制素子と撮像装置を得ている。
【実施例３】
【００４９】
次に本発明の実施例３の撮像装置を説明する。
【００５０】
実施例３の撮像装置は、実施例１、２とほぼ同一であり、エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２の構成が異なる。実施例３で用いるエリアジングノイズ抑制フィルタ３０１について図６(Ａ)を用いて説明する。
【００５１】
図６（Ａ）において、エリアジングノイズ抑制フィルタ３０１は、斜線部３０１ａと白色部３０１ｂで示す二領域から構成される屈折型の低域通過フィルタである。白色部３０１ｂの領域は平面であり、斜線部３０１ａには図６（Ｂ）に示す形状の微小プリズムＰが配置されている。破線で示される枠は、受光器の開口に相当する。
【００５２】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の斜線部３０１ａの断面３０２である。
【００５３】
斜線部３０１ａに入射した光線３０３は、微小プリズムＰにより光路を曲げられて出力される。各プリズムＰの斜面の傾斜角は、一定値で無ければ任意に設定して良い。本実施例では、光学素子３０１を通過後の光線が受光面３０４に到達した際に、受光器間隔の４０%、及び６０%の距離だけ空間移動するような二種類の傾斜角のプリズムＰ１，Ｐ２をランダムに配置する。結果として、プリズムに応じて空間移動距離dを変えた状態を作ることができるため、実施例１、２と同様にMTFを制御できる。プリズムアレイの作製方法は様々なものが適用できるが、本実施例では光硬化性樹脂を材料として型成型技術を用いて作製している。
【００５４】
エリアジングノイズ抑制フィルタ３０１に対し，他にも様々な構成が適用できる。
【００５５】
例としては、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すような構成が適用できる。
【００５６】
図７（Ａ）に示すエリアジングノイズ抑制フィルタ３００１は、プリズムアレイの不連続面を訛らせて連続面に変えたものである。
【００５７】
図６（Ａ）、（Ｂ）に示す元の構成では、不連続な端面からの迷光が生ずる場合がある。これに対して図７（Ａ）のエリアジングノイズ抑制フィルタ構成３００１を用いることにより影響を緩和できる。
【００５８】
図７（Ｂ）に示すエリアジングノイズ抑制フィルタ３００２では、平面領域を作製しない。
【００５９】
図６（Ａ），（Ｂ）に示す元の構成では、白色部３０１ｂで示す平面領域と斜線領域３０１ａで示すプリズム領域が作製されていたが、エリアジングノイズ抑制フィルタ３００２では、白色部で示す領域３００２ｂにもプリズムＰを作製する。図７（Ｃ）に斜線領域３００２ａの断面３１１と白色領域３００２ｂの断面３１２を示す。
【００６０】
今後、断面３１１内の傾斜面３１３の傾斜角を負、断面３１２内の傾斜面３１４の傾斜角を正とし、各々を負の傾斜面、正の傾斜面と呼ぶことにする。白色部３００２ｂ、および斜線領域３００２ａには、負の傾斜面と正の傾斜面を順番に作製する。ただし、同じ受光器開口（図７（Ｂ）に示す破線で囲まれた正方領域）上に位置する白色領域３００２ｂと斜線領域３００２ａの傾斜面は正負が逆になるように設定する。負の傾斜面は、入射光線を正の傾斜面の場合と逆の方向へ空間移動させる効果をもつ。ここで、傾斜面３１３により曲げられた入射光線の受光素子上での位置を基準に考える。そうすると、傾斜面３１４で曲げられた入射光線は、傾斜面３１３、３１４による空間移動距離の和に相当する距離を相対的に移動することになる。
【００６１】
そこで、全ての負の傾斜面の傾斜角を一定値に設定し、正の傾斜面の傾斜角を変化させて光線の相対空間移動距離を変えることにより、図６に示す元の構成と同じ効果が得られる。エリアジングノイズ抑制フィルタ３００２は、傾斜角が小さくても光線の空間移動距離を長くできる点で有利である。
【００６２】
本実施例で得られるMTFは実施例２のものとほぼ同様の形状になるため省略する。
【００６３】
以上のように本実施例の低域通過フィルタは、横ずれ量の違いを各領域毎にプリズム頂角の異なる複数のプリズムを一方向に配置したプリズムアレイを利用して行っている。
【００６４】
これにより本実施例では、実施例１と同程度のエリアジングノイズ抑制効果が得られる屈折型のエリアジングノイズ抑制素子と撮像装置を得ている。
【実施例４】
【００６５】
次に本発明の実施例４の撮像装置について説明する。
【００６６】
実施例４の撮像装置は他の実施例とほぼ同じであり、エリアジングノイズ抑制フィルタの構成が異なる。実施例４で用いるエリアジングノイズ抑制フィルタ４０１について図８（Ａ）を用いて説明する。図８（Ａ）においてエリアジングノイズ抑制フィルタ４０１は、１次元位相型回折格子アレイを利用した低域通過フィルタである。各回折格子は撮像素子の受光器開口上に位置し、各回折格子毎に決められた格子間隔を持つ。格子の方向はy方向に沿って刻まれ、x方向に回折光が発生するように設定している。
【００６７】
断面４０２における回折格子の形状と、入射光線の光路を図８（Ｂ）に示す。本実施例では回折格子として２レベルのものを用いているが、マルチレベルの格子やブレーズ格子を用いて回折効率を正確に制御することで、MTFの制御性を向上している。
【００６８】
光線のうち、回折しない０次光は直進して通常どおりに結像し、±１次光は回折して受光器間隔の半分程度の距離を空間移動して結像する。
【００６９】
各々の光線が、複屈折素子を用いた低域通過フィルタにおける偏光成分と同様の働きをすることになる。
【００７０】
エリアジングノイズ抑制素子４０１は、二種類以上の格子をアレイ状に配置したものである。回折格子に関しては、格子間隔が異なっていれば任意に選択してよく、配置方法も任意である。本実施例では、一次回折光成分の空間移動距離が受光器間隔の５０%、７０%の二種類の回折格子を交互に各々の個数の比が１:１になるようにランダムに配置している。
【００７１】
一次回折光の回折効率を３０%として、高次回折光は無視できる。
【００７２】
エリアジングノイズ抑制フィルタ４０１に受光器開口による光強度平均化効果を考慮したときのMTF４１１は図９に示す形状となる。通常の複屈折型光学ローパスフィルタと受光器開口によるMTF４１２と比較して、カットオフ周波数fc以降の高周波成分に対する抑制効果が高いことがわかる。
【００７３】
以上のように、本実施例の低域通過フィルタは、横ずれ量の違いを格子周期が異なる複数の回折格子を一方向に配置した回折格子アレイを利用して行っている。
【００７４】
これにより本実施例では、実施例１と同様にMTFを制御できる回折型のエリアジングノイズ抑制素子と撮像装置を得ている。
【００７５】
以上のように各実施例のエリアジングノイズ抑制フィルタによれば、
◎入射光線、あるいはその部分光線の光路を曲げて受光面で空間移動させる機能を持ち、
空間移動距離が光学素子上の入射位置に応じて変化させることにより、通常の複屈折型低域通過フィルタより良好なMTFが得られる。
【００７６】
◎MTFの制御法として、空間移動距離の分布を確率的に生成する手法を用いることにより、例えば空間移動距離の分布を少数の離散的な数値で構成することにより、連続な場合より高い再現性で分布を実現できる。
【００７７】
又、選択確率分布として一様分布、ガウス分布を用いれば、カットオフ周波数より低い周波数成分に対するMTFを通常の低域通過フィルタと同様の急峻なカットオフ特性を保持したまま、高周波成分のMTFを制御できる。
【００７８】
◎フィルタ表面に連続的な凹凸形状を作製することにより、面上の位置により空間移動距離を変化させることができる。
【００７９】
◎光入射面の表面に複数の高さの異なる面を作製すれば作製が容易で形状の再現性が高い光学素子が得られる。
【００８０】
◎光入射面の複数の領域の複数の面の境界を、固体撮像素子の受光器開口毎に、各面の面積比が決められた値になるように設定し、面積比を定めることにより、擬似的に連続な空間移動距離の分布が得られ、MTFの制御が容易になる。
【００８１】
◎異なる屈折角を持つ複数の微小プリズムを組み合わせて透明基盤上に作製し、微小プリズムによる屈折を利用すれば、面上の位置により空間移動距離を変化させることができる。
【００８２】
◎異なる格子間隔を持つ微小回折格子を組合せて配置した回折素子を用いれば微小回折格子による回折効果により、面上の位置により空間移動距離を変化させることができる。
【００８３】
次に本発明のエリアジングノイズ抑制フィルタを用いた撮像装置として、ビデオカメラとデジタルスチルカメラの実施形態を図１０、図１１を用いて説明する。
【００８４】
図１０において、１０はビデオカメラ本体、１１は撮影光学系、１５はエリアジングノイズ抑制フィルタ、１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）、１３は撮像素子１２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記憶するメモリ、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。
【００８５】
図１１において、２０はカメラ本体、２１は撮影光学系、２５はエリアジングノイズ抑制フィルタ、２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光学変換素子）、２３は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。
【００８６】
このように本発明のエリアジングノイズ抑制フィルタをビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置の光学系に適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置を実現している。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施例１における撮像装置とエリアジングノイズ抑制フィルタを説明する図である。
【図２】エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２とその他の低域通過フィルタのMTFの違いを示した図である。
【図３】実施例２で提供するエリアジングノイズ抑制フィルタを説明する図である。
【図４】エリアジングノイズ抑制フィルタ２０１のMTFを示す図である。
【図５】光入射面上の光路長を変化させる領域面間の境界による光量損失を低減する手法を示す図である。
【図６】実施例３で提供するエリアジングノイズ抑制フィルタを説明する図である。
【図７】エリアジングノイズ抑制フィルタ３０１の構成方法を説明する図である。
【図８】実施例４で提供するエリアジングノイズ抑制フィルタを説明する図である。
【図９】エリアジングノイズ抑制フィルタ４０１のMTFについて説明する図である。
【図１０】本発明の撮像装置の説明図である。
【図１１】本発明の撮像装置の説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０１  レンズ系
１０２  エリアジングノイズ抑制フィルタ
１０２a  複屈折素子による光線の分離
１０２b  エリアジングノイズ抑制フィルタにおける画素シフト量
１０２c  エリアジングノイズ抑制フィルタにおける画素シフト量（画素シフト量が一次元的に変化する分布）
１０３  単板式カラーイメージセンサ
１０４  A/D変換器
１０５  補間演算部
１０６  メインメモリ
１０７  画像処理プロセッサ
１０８  コントローラ
１１１  複屈折型低域通過フィルタと開口率向上用のマイクロレンズアレイを考慮したMTF
１１２  エリアジングノイズ抑制フィルタ１０２と開口率向上用マイクロレンズアレイを考慮したMTF 
１１３  開口形状をランダムに変化させたマイクロレンズアレイにより実現されるMTF
１１４  開口形状が一定のマイクロレンズアレイのMTF
２０１  ２レベルエッチングにより作成したエリアジングノイズ抑制フィルタ
２０２  水晶板の像シフト方向
２０３  二つの面の境界の設定の例
２０４  エリアジングノイズ抑制フィルタ２０１の断面と入射光線の伝播
２０４b  エリアジングノイズ抑制フィルタ２０１の端面により伝播できない入射光線
２０５  断面２０４を通過した光線が入射するカラーフィルタ
２１１  複屈折型低域通過フィルタとマイクロレンズアレイを組み合わせた系のMTF
２１２  エリアジングノイズ抑制フィルタ２０１とマイクロレンズアレイを組み合わせた系のMTF
３０１  プリズムアレイを用いたエリアジングノイズ抑制フィルタ
３０２  プリズムアレイの断面
３０３  入射光線
３０４  受光素子面
３００１  プリズムの不連続端面を訛らせて連続面にしたエリアジングノイズ抑制フィルタの構成
３００２  プリズム面のみで作製したエリアジングノイズ抑制フィルタの構成
３１１  図７(b)に示す白色表示領域の断面
３１２  図７(b)に示す斜線表示領域の断面
３１３  断面３１１における傾斜面
３１４  断面３１２における傾斜面
４０１  回折格子アレイを用いたエリアジングノイズ抑制フィルタ
４０２  エリアジングノイズ抑制フィルタの断面
４０３１  小さい格子間隔を持つ回折格子への入射光線
４０３２  大きい格子間隔を持つ回折格子への入射光線
４０４  受光素子面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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