专利名称：低通滤光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于摄像机的低通滤光器，它可在对图像进行空间采样时减少折叠失真。
通常，摄像机包括诸如电荷耦合元件(CCD)的固态成像器和滤色器。摄像机对从滤色器获得的物体的彩色图像进行空间采样以输出彩色视频信号。此时，根据颜色编码，空间取样会引起折叠失真。因此，为了减少折叠失真而采用了低通滤光器。
图1A示出在传统单片CCD中象素排列的例子，其中Px代表象素R(21a)、G(21b)和B(21c)中心在水平扫描方向(H)上的相对距离，Py代表象素R(21a)、G(21b)和B(21c)中心在垂直扫描方向(V)上的相对距离。在如图1A所示象素R、G和B周期性重复的条型滤色器的情况下，滤色器可以如图1B所示地图解。在图1B中，空间取样可表示成关系式(1)∑∑δ(X-mPx,Y-nPy)(1)其中，x和y表示水平和垂直扫描方向的坐标，m和n为整数。
关系式(1)傅里叶变换为关系式(2)4Π2PxPyΣΣδ(u-2ΠmPx,v-2ΠnPy)---(2)]]>其中，u和v分别为水平扫描方向(H)和垂直扫描方向(V)的空间频率。
因此，在如图1B所示的滤色器中，各象素R、G和B的载波分量FR、FG和FB可以用关系式(3)、(4)和(5)表示FR=4Π26PxPyΣΣδ(u-2Πm3Px,v-2Πn3Py)----(3)]]>FG=FRe-jPxu----(4)]]>FB=FRe-j2Pxu----(5)]]>其中载波分量FG和FB的
分别代表和载波分量FR的相差。
载波分量如图1C所示显示为空间光谱。此处，横坐标fx和纵坐标fy分别归一化为Px/2π和Py/2π。箭头的长度表示载波分量的大小，箭头的方向表示载波分量间的相差。
在空间频率中位于坐标(1,0)的载波分量2在投射在固态成像器的物体为长、窄、竖直黑白条纹时会产生乱真纹图。
在空间频率中位于坐标(2/3,0)的载波分量3相对于具有很窄的垂直条纹图案的物体产生绿色(G)和品红色(M)的交叉。
在空间频率中位于坐标(1/3,0)的载波分量4相对于具有很粗的垂直条纹图案的物体引起绿色和品红色的交叉。此外，在空间频率中位于坐标(0,1)的载波分量5当物体为长、窄、水平黑白条纹时会产生乱真纹。
在空间频率中位于坐标(0,1/2)的载波分量6在扫描具有很粗的垂直条纹图案的物体时产生闪烁。
然而，通过采样-保持信号处理操作可以消除乱真纹。通过同时扫描两条水平线可以消除闪烁。因此，画面质量的降低主要产生于如图1A所示的象素排列的水平方向。
参照图2，传统的低通滤光器10包括第一和第二双折射元件13和15，它们各具有一光轴。第一双折射元件13的光轴13a相对于固态成像器的水平扫描方向(H)设置成θ角。第二双折射元件15的光轴15a相对于固态成像器的水平扫描方向(H)设置成-θ角。
如果非偏振光束入射到第一双折射元件13上，光束分成寻常光和非常光。寻常光和非常光入射到第二双折射元件15上而随后再次分成寻常光和非常光。因此，经过低通滤光器10之后，入射光束出射为4束光。
每一发射光束的亮度和位置由第一和第二双折射元件13和15的厚度D1和D2及第一和第二双折射元件13和15的光轴13a和15a之间的夹角2θ决定。因此，在由第一和第二双折射元件13和15分开的光束的水平和垂直扫描方向H和V上可以分别得到空间响应。
此处，通过将厚度D1和D2及第一和第二双折射元件13和15的光轴13a和15a之间的夹角2θ调整到预定值，可以使在会产生诸如颜色交叉的折叠失真的空间频率处的响应为零，以减少折叠失真。
然而，因为在传统低通滤光器10中采用两个双折射元件13和15，当光轴13a和15a之间的夹角偏离特定值时，折叠失真不能有效地消除。此外，这两个双折射元件13和15很难准确地连在一起。因而使得低通滤光器的制造过程复杂。此外，由于需要两个双折射元件，制造成本很高。
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种廉价并易于制造的低通滤光器。
相应地，为达到上述目的，提供一种用于具有包括固态成像器和滤色器的摄像机的低通滤光器，以减少在对图像进行空间采样时产生的折叠失真，其特征在于，包括一单独的双折射元件，其具有相对于固态成像器的水平扫描方向成θ角的一个光轴，该双折射元件用于将入射光分成寻常光和非常光。
通过参照附图详细地描述本发明的优选实施例使本发明的上述目的和优点将更加明了，其中图1A示出在传统单片CCD中象素排列的例子；图1B为与图1A的CCD一起使用的滤色器的示意图；图1C为在采用图1B所示的滤色器时产生的载波分量的空间频率的光谱；图2为传统低通滤光器的示意透视图；图3为本发明一实施例的低通滤光器的示意透视图；图4示出双折射元件光轴位置的一个例子，该元件用于得到本发明的低通滤光器的空间频率的响应；图5示出入射光束分成寻常光和非常光的例子；图6A为示出在本发明的低通滤光器的水平扫描方向上的频率响应曲线；图6B为示出在本发明的低通滤光器的垂直扫描方向上的频率响应曲线。
参照图3，本发明的低通滤光器30最好包括一个具有一个光轴35c的双折射元件35。在这种情况下，双折射元件35的入射表面35a和出射表面35b相互平行，光轴35c相对于固态成像器(未示出)的水平扫描方向(H)设置成预定角θ。
如果非偏振光束入射到第一双折射元件35上，光束分成随后出射的寻常光和非常光。因此，入射光束在通过低通滤光器30后转换为两束出射光束。出射光束的亮度基本相同。发射光束的位置由双折射元件35的厚度D和光轴35c与固态成像器的水平扫描方向之间的夹角θ决定。
因此，通过将双折射元件35的厚度D和θ角调整到预定值，在由双折射元件35出射的光束的水平扫描方向(H)和垂直扫描方向(V)上可以得到空间响应。
现在描述得到空间响应的过程。
首先，为获得相对于普通双轴低通滤光器的空间响应，假设低通滤光器的两个双折射元件分别具有光轴36a和37a，如图4所示设置。换句话说，第一光轴36a相对于水平扫描方向(H)设置成θ1角，第二光轴37a相对于第一光轴36a设置成θ2角。
参照图5，入射到两个双折射元件的光束分成四束出射光束(o1o2,e1o2,o1e2,e1e2)。
出射光束(o1o2,e1o2,o1e2,e1e2)的亮度可以表示为o1o2=o1cosθ2e1o2=e1sinθ2o1e2=o1sinθ2(6)e1e2=e1cosθ2当入射光束的信号用关系式(7)表示且e1=e2时，水平扫描方向的出射光束的信号s0(t)可以表示为si(t)=2o12cos2Πft(7)S0(t)=o12cos2θ2cos{2Πf(t-12(d1cosθ1+d2cos(θ2-θ2)))}+]]>e12cos2θ2cos{2Πf(t+12(d1cosθ1+d2cos(θ2-θ1)))}+]]>(8)o12sin2θ2cos{2Πf(t-12(d1sinθ1+d2sin(θ2-θ1)))}+]]>e12sin2θ2cos{2Πf(t-12(d1sinθ1+d2sin(θ2-θ1)))}]]>其中，如图5所示，d1为沿第一光轴36a分开的入射光束的距离，d2为沿第二光轴37a分开的入射光束的距离。距离d1和d2可以从双折射元件的厚度和入射光束与光轴之间的夹角获得，并为归一化值。
关系式(8)展开并除以关系式(7)而得到关系式(9)Sc(t)Si(t)=cos2θ2[cos(Πfd1cosθ1)cos{Πfd2cos(θ2-θ1)}-]]>sin(Πfd1cosθ1)sin{Πfd2cos(θ2-θ1)}]+(9)sin2θ2[cos(Πfd1sinθ1)cos{Πfd2sin(θ2-θ1)}-sin(Πfd1sinθ1)sin{Πfd2sin(θ2-θ1)}]在关系式(9)中，f表示在水平扫描方向上的空间频率。为使水平空间频率区别开垂直扫描方向的空间频率，f转换为u。那么，可以得到如关系式(10)的相对于水平扫描方向的空间频率的响应Rh(u):Rh(u)-sin2θ2+cos2θ2[cos(Πud1cosθ1)cos{Πud2cos(θ2-θ1)}-sin(Πud1cosθ1)sin{Πud2cos(θ2-θ1)}](10)以与得到相对于水平扫描方向的空间频率的响应Rh(u)的过程相似的方式可以得到如关系式(11)的相对于垂直扫描方向的空间频率的响应Rv(v):
Rv(v)=cos2θ2+sin2θ2[cos(Πvd1sinθ1)cos{Πvd2sin(θ2-θ1)}-sin(Πvd1sinθ1)sin{Πvd2sin(θ2-θ1)}](11)在摄像机具有如图1B所示的滤色器的情况下，空间取样的画面质量降低主要产生在水平方向。如上参照图1C所述，产生颜色交叉的载波分量3和4位于坐标(fx,fy)=(1/3,0)和(2/3,0)。
如图6A所示的下面描述中，假设在空间响应基本为零时的空间频率为第一和第二陷波频率u1和u2。第一陷波频率u1设定为满足(fx,fy)=(fx1,0)=(1/3,0)，第二陷波频率u2设定为满足(fx,fy)=(fx2,0)=(2/3,0)，于是u2=2u1。因此，因为在水平扫描方向的空间频率的空间响应为零，可以减少降低画面质量的颜色交叉。
满足Rh(u1)=Rh(u2)=0则u2=2u1，采用关系式(12)可以得到低通滤光器30的光轴35c与水平扫描方向之间夹角θ:
Rh(u1)=sin2θ2+cos2θ2[cos(Πu1d1cosθ1)cos{Πu1d2cos(θ2-θ1)}-sin(Πu1d1cosθ1)sin{Πu1d2cos(θ2-θ1)}]Rh(u2)=sin2θ2+cos2θ2[cos(Πu2d1cosθ1)cos{Πu2d2cos(θ2-θ1)}- (12)sin(Πu2d1cosθ1)sin{Πu2d2cos(θ2-θ1)}]
本发明的低通滤光器30包括具有一个光轴的一个双折射元件35。因此，当如图3所示在上述关系式(12)中θ1,d1,d2和θ2用0,0,d和θ替换时，光轴35c与水平扫描方向的夹角为θ的低通滤光器30的空间响应在下列关系式(13)中表达Rh(u1)=sin2θ+cos2θcos(Πu1dcosθ)(13)Rh(u2)=sin2θ+cos2θcos(Πu2dcosθ)此外，满足Rv(v1)=Rv(v2)=0可以得到如关系式(14)的相对于垂直扫描方向(V)的低通滤光器30的空间响应Rv(v1)=cos2θ+sin2θcos(Πv1dsinθ) (14)Rv(v2)=cos2θ+sin2θcos(Πv2dsinθ)因此，在空间频率u1且满足u2=2u1的空间响应为零时的夹角θ用关系式(13)可以表示为cosθ=23----(15)]]>其可以替换关系式(13)中的cosθ。那么，在第一和第二陷波频率u1和u2(=u2)的水平频率响应Rh(u)基本为零，如图6A所示。此外，垂直频率响应Rv(v)如图6B所示。
因此，当本发明的低通滤光器的水平频率特征如图6A所示，空间频率(fx,fy)=(1/3,0)和(2/3,0)的响应抑制到基本为零。
因此，即使载波分量存在于频率区，颜色的交叉也受到抑制，减少了折叠失真。
此外，由于本发明的低通滤光器采用了具有一个光轴的单独的双折射元件，制造公差和成本降低。
尽管已经描述了与具有如图1A所示象素排列的CCD一起使用的本发明的低通滤光器，本发明并不限于此。
权利要求
1．一种用于具有固态成像器和滤色器的摄像机的低通滤光器，以减少在对图像进行空间采样时产生的折叠失真，其特征在于，包括一单独的双折射元件，其具有相对于固态成像器的水平扫描方向成θ角的一个光轴，所述双折射元件用于将入射光分成寻常光和非常光。
2．如权利要求1所述的低通滤光器，其中，双折射元件的光轴与固态成像器的水平扫描方向之间的夹角θ满足下列关系式cosθ=23]]>
全文摘要
提供一种用于摄像机的低通滤光器,其减少在对图像进行空间采样时产生的折叠失真。该低通滤光器包括一单独的双折射元件,其具有相对于固态成像器的水平扫描方向成θ角的一个光轴,该双折射元件用于将入射光分成寻常光和非常光。
文档编号G02B5/30GK1211747SQ9811490
公开日1999年3月24日 申请日期1998年6月17日 优先权日1997年8月30日
发明者宋永真 申请人:三星电子株式会社