[发明专利]光学低通滤波器

说明书

本发明涉及一种光学低通滤波器，更确切地说，涉及一种摄像机中使用的光学低通滤波器，它减少了空间取像时的折叠失真。

一般说来，摄像机包括一个固态成像器比如电荷耦合器(CDD)和一个滤色片，其对经滤色片得到的物体的彩色图像进行空间取像以输出视频信号。这时空间取像产生与色码有关的折叠失真。

于是，在工业摄像机、家用摄像机或静物摄像机领域广泛开展了减少折叠失真的方法研究。

图1A例举了一个普通单片CCD内的像素排列，其中P_x表示像素R、G和B的中心在水平扫描方向上(H)的相应距离，P_y表示像素R、G和B的中心在垂直扫描方向上(V)的相应距离。如图1A所示，一个条状滤色片的例子如图1B所示，其中在该滤色片中像素R、G、B周期性地重复排列。当对来自图1B所示的滤色片的图像进行空间取像时，相应像素R、G和B的载波分量表示为图1C中的空间光谱。这时横坐标f_x和纵坐标f_y分别被标准化为P_x/2π和P_y/2π。

图1C中，箭头长度指示载波分量的大小，箭头方向指示载波分量间的相差。当投射到固态成像器上的实物具有长窄的黑白竖条纹时，在空间频率上位于坐标点(1,0)的载波分量2产生一乱真纹。对于具有相当窄的竖条纹图案的实物，位于坐标点(2/3,0)的载波分量3产生一绿色和品红色的交叉。

对具有相当粗的竖条纹图案的实物来说，位于坐标点(1/3,0)的载波分量4产生一绿色和品红色的交叉。当实物具有长窄的黑白水平条纹时，位于坐标点(0,1)的载波分量5也产生一乱真纹。

当扫描一个具有相当粗的水平条纹图案的实物时，位于坐标点(0,1/2)的载波分量6产生闪动，但这一闪动可通过同时扫描二条水平线来消除。借助取样保持信号处理操作可消除乱真纹。所以，图像质量的降低主要是图1A中水平方向的像素排列引起的。

在产生折叠失真的载波分量中，虚线表示的分量可在电荷耦合器(CCD)中运用电子信号处理来消除，但因为实线表示的分量不能消除，所以采用一个光学低通滤波器以减少折叠失真。

参阅图2，该图简要表示了用于减少折叠失真的普通光学低通滤波器，光学低通滤波器10由第一双折射元件13和第二双折射元件15组成，每一个元件有一个光轴。第一双折射元件13的光轴13a与固态成像器的水平扫描方向(H)呈θ角，第二双折射元件15的光轴15a与固态成像器的水平扫描方向(H)呈-θ角。

如果一非偏振光束入射到第一双折射元件13上，光束被分解成一寻常光和一非常光。寻常光和非常光入射到第二双折射元件15时，每束光再次被分解成一寻常光和一非常光，这样，入射光束经过光学低通滤波器10后发射出四束光。

每一束发射光的亮度和位置由第一双折射元件13和第二双折射元件15的厚度D₁和D₂，以及第一双折射元件13和第二双折射元件15各自光轴13a和15a之间的夹角2θ决定的。所以，就第一双折射元件13和第二双折射元件15的厚度D₁和D₂，以及第一双折射元件13和第二双折射元件15各自光轴13a和15a之间的夹角20而言，其空间响应可在被第一双折射元件13和第二双折射元件15分解后的光束的水平(H)和垂直(V)扫描方向上得到。

这时，通过调整厚度D₁和D₂以及夹角2θ，在预计要出现的折叠失真(如彩色交叉)的空间频率上的响应可被调为零。这样，通过运用上面描述的光学低通滤波器10可减少折叠失真。

但在这一光学低通滤波器10中，第一双折射元件13和第二双折射元件15必须准确地粘合在一起，以使第一双折射元件13和第二双折射元件15的光轴13a和15a间的夹角为一特定值。否则，折叠失真不能有效减少。但因为很难准确粘合二双折射元件13和15，光学低通滤波器10的制造过程变得复杂，而且因为需要两个双折射元件，所以造价高。

为解决上述难题，本发明的目的是提供一种廉价并易于制造的光学低通滤波器。

于是为达到上述目的，本发明提供了一种光学低通滤波器，以用于具有固态成像器和滤色片的摄像机中。该光学低通滤波器包括：至少具有两个光轴的一个双折射元件，每个光轴与固态成像器的水平扫描方向呈不同角度，以使入射光束被发射成一束环状光。