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1、光学仪器第28卷第1期Vol.28,No.12006年2月OPTICALINSTRUMENTSFebruary,2006文章编号:1005-5630(2006)01-0014-06光学低通滤波器的特性分析*赵廷玉,王蓉,刘玉玲,余飞鸿(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室,浙江杭州310027)摘要:光学低通滤波器(opticallowpassfilter,简称OLPF)利用石英双折射晶体的分光性质来实现低通滤波。对数码相机中的OLPF的频谱特性、色散特性及宽角度入射时的特性进行理论分析、研究和模拟。结果表明:通过改变多块双折射晶体叠加排列的位置,可以改善OLPF的频谱特性;一
2、般的OLPF可以用于宽光谱以及宽角度入射情况。关键词:分光;光学低通滤波;频谱;色散;宽角度入射中图分类号:TN386.5文献标识码:ACharacteristicanalysisofopticallowpassfilterusedindigitalcameraZHAOTing-yu,WANGRong,LIUYu-ling,YUFei-hong(StateKeyLaboratoryofModernOpticalInstrumentation,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Birefringentquartzc
3、rystals'lightsplittingcharacteristicisusedinopticallowpassfilter(OLPF).Thecharacteristicsoffrequencyresponse,dispersionandbroad-angle-incidentoftheOLPFareanalyzedandsimulatedintheory.TheresultsindicatethatthefrequencyresponsecharacteristicoftheOLPFcanbeimprovedbyproperalignmentofthebirefrin
4、gentcrystals.RegularOLPFcanmeettherequirementsofwidespectralrangeandbroad-angle-incidentopticalsystem.Keywords:lightsplitting;opticallowpassfilter;frequencyresponse;dispersion;broad-angle-incident1引言现在,CCD作为一种常用的光学图像感应器,被广泛地应用于数码相机以及可拍照手机等光学设备中。由于CCD的像素是离散的,根据奈奎斯特抽样定理,CCD所能分辨的最高空间频率是它的空间采样频
5、率的二分之一,即奈奎斯特极限频率。由于CCD的分辨能力小于成像物镜,因此CCD的像素大小限制了整个系统的空间分辨力。过高的成像物镜分辨力的设计[1],使得图像的空间频率高于奈奎斯特极限频率,在传感器的高频部分将被反射到基本频带,造成叠栅效应,图像将周期频谱交叠,即混频现象,致使成像质量降低[2]。采用光学低通滤波器(OLPF)可提高系统成像整体分辨力,而将对系统没有贡献的高频部分滤掉,从而达到提高图像质量和获得逼真效果的目的。根据数码相机的不同成像要求,可以采用一片或者多片双折射晶体作为OLPF。在实际应用中,通常在OLPF的一面镀上红外截止IR膜,除去人眼无法感觉到的红外光
6、;另一面镀上减反增透膜,提高成像质量。CCD的像元尺寸决定了组成OLPF的双折射晶体的厚度。像元尺寸越小,晶体厚度也就越小。*收稿日期:2005-05-04作者简介:赵廷玉(1982-),女,浙江杭州人,博士研究生,主要从事光学仪器方面的研究。第1期赵廷玉等:光学低通滤波器的特性分析·15·对不同结构的OLPF的频谱特性、双折射晶体色散和宽角度入射引入的最大偏差进行了详尽的分析和研究。理论研究表明:通过改变多块双折射晶体叠加排列的位置,可以改善OLPF的频谱特性;双折射晶体的色散和宽角度入射引起的OLPF最大偏差分别约为像元尺寸的8.49%和理想分光偏移量的25%。因此,一般
7、OLPF可以用于宽光谱以及宽角度入射情况。2原理目前,OLPF一般是用双折射石英晶体来实现的。目标图像信息的光束经过双折射晶体后会产生双折射(分为寻常光o光束和非常光e光束),如图1所示的是正入射时的情况。图1光线经双折射晶体后的传播方向由于寻常光束和非常光束错开的距离很小(微米数量级),故不会对低频成像信号有太大的影响[3]。根据菲涅尔假设和惠更斯原理计算光的传播:入射光和光轴所形成的角度为θ,寻常光线的折射率为n非o,常光线的折射率为n寻常光线和非常光线分光偏移量为d,d与石英晶体薄板厚度T有关,其
