CN1294307A

CN1294307A - 光学相位光栅型低通滤波器

Info

Publication number: CN1294307A
Application number: CN00120456A
Authority: CN
Inventors: 李在哲; 林成禹; 高湷洙; 金示浩; 吴用琥
Original assignee: HARVIT CO Ltd
Current assignee: HARVIT CO Ltd
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2001-05-09
Also published as: KR100390875B1; TW468071B; US6404554B1; EP1096274B1; JP4465083B2; EP1096274A2; KR20010038829A; EP1096274A3; DE60012846D1; JP2001133616A; DE60012846T2

Abstract

提供一种采用相位光栅及其结构的仅透过较低空间频率的光学低通滤波器。它采用二维排列的相位光栅,以便在采用固体成像器件如CCD的成像系统中去除具有较高空间频率的图像。该光学低通滤波器用于在成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分,其包括一个用于产生0相移的光栅,一个设置在0－相移光栅右方和下方用于产生Φ相移的光栅,和一个设置在0－相移光栅对角侧用于产生2Φ相移的光栅。

Description

光学相位光栅型低通滤波器

本发明涉及采用固体成像器件的成像系统，更具体地说，涉及一种采用相位光栅及其结构构成仅透过较低空间频率的光学低通滤波器的方法。本发明提供一种利用二维排列的相位光栅结构去除具有较高空间频率图像的方法。本发明提出一种构成采用二维排列相位光栅的光学低通滤波器的方法，以便在采用半导体固体成像器件例如CCD图像传感器或CMOS图像传感器的成像系统中去除具有较高空间频率的图像，并且提供用于实现所述光学低通滤波器的光栅结构。

在当前广泛用作图像传感器的电荷耦合器件(CCD)图像传感器或者自90年代以来使用的CMOS图像传感器中，由光接收元件成形的图像传感器是二维排列的，以将输入图像转换成电信号。图1表示二维图像传感器中在光接收元件的重复周期在x方向为X并且在y方向为Y的情况下的理想采样。如果采用具有图1空间采样特性的二维传感器对具有图2A空间频谱的图像成像，则采样图像具有图2B的空间频谱，其中重复了原始图像的空间频谱。在图2B中，采样图像频谱的重复周期对应于采样间隔的倒数，也即，在x方向为1／X并且在y方向为1／Y。相应地，为了将输入该二维图像传感器的图像恢复成原始状态，需要能够通过对应于自原点起一个周期的频谱但是阻断更高空间频率的光学低通滤波器。

图3表示传统的摄录组合像机(camcorder)或数字相机系统的结构。待成像的运动画面或静止画面1由光学透镜结构2聚焦，然后通过光学低通滤波器3，入射至设在图像传感器4表面的光接收元件中。光学透镜结构2包括适当的光学透镜例如凹透镜和凸透镜，以便将输入图像1聚焦在成像器件上。图3所示的光学透镜结构2一般包括一个UV滤波器或IR滤波器，分别用于阻挡包含在输入图像1中的紫外光线或红外光线。该UV或IR滤波器一般通过在透镜或透明基片上涂覆适当的材料来制成。

如上所述，为了将输入固体成像器件的图像恢复至原始状态，图3所示的光学低通滤波器3最好具有为采样空间频率一半的截止频率。此处，采样空间频率对应于固体成像器件的光接收元件的重复周期的倒数。也就是说，在图1的二维光接收元件结构中，并且

f_{c} = \frac{f_{s}}{2} = \frac{1}{2 d},

其中d为x方向的X以及y方向的Y。此处，f_s表示采样频率而f_c表示理想光学低通滤波器的截止频率。

图4表示该光学透镜结构的空间频率传递特性。图4中虚线限定的频带为理想光学低通滤波器的频率传递函数。该透镜的最大传递频率f_m为2(NA／λ)。此处，NA表示透镜的数值孔径，λ表示入射光的波长。尽管该透镜用作一种光学低通滤波器，但是其最大截止频率f_m通常显著高于图4所示光学低通滤波器的截止频率f_c。该透镜的频率传递特性可以近似至图4的直线，以便进行数学模拟，且该直线表示的近似值与实际传递特性之间的差别随着f_m越来越大于f_c而变得越来越小。

图5A、5B和5C表示采用双折射片的传统光学低通滤波器，目前大量用作传统成像系统中光学低通滤波器。参见图5A，入射在双折射片一个表面上的入射光束在通过该双折射片时被分束成两束，其间距为d_n。双折射片的厚度和折射率与该间距d_n的的关系满足下式：

d_{n} = \frac{t (n_{e}^{2} - n_{o}^{2})}{2 n_{e} n_{o}}

其中t表示双折射片的厚度，n_e表示非常折射率，n_o表示寻常折射率。如图5B所示，采用该双折射片的传统光学低通滤波器以如下方式构造，即一个x方向双折射片和一个y方向双折射片堆叠放置使得光束沿x方向和y方向分离。通常将一个IR去除滤波器插在这两个双折射片之间。

在采用双折射片的传统光学低通滤波器的操作中，垂直入射在滤波器表面上的入射光束在x方向双折射片处分成两束，并且这两束光的每一束在y方向双折射片处进一步分成两束。从而一个入射光束在到达固体成像器件的光接收元件时被分成四束。也就是说，采用双折射片的光学低通滤波器用作一4束分束器，如图5C所示。通过将一束入射光分成四束，便将具有较高空间频率的图像在固体成像器件采样之前转换成了较低的空间频率。

2片型双折射片的一般光学传递特性函数等于周期1／d_n傅立叶变换后的cos函数绝对值的幅值。也即，该传递函数的值正比于abs〔cos(2π×f×d_n)〕，其中f为空间频率，d_n为被双折射片分束的光束之间的距离。

图6表示当d_n=d时双折射片滤波器的光学传递函数。通过将图4所示透镜的传递函数乘以双折射片的传递函数，可以得到透过光学透镜到达双折射片滤波器的图像的光学传递函数。该光学传递函数对应于图6中的实线。

在双折射片应用于采用固体成像器件的传统成像系统中时，与理想光学低通滤波器相比，在低于截止频率的空间频带中其传递函数会产生较大的损耗。该损耗降低了图像传感器的分辨率。另外，在高于截止频率的的空间频带中存在一周期性的传递函数，从而不能消除高频成分。由此产生假频从而导致余辉。换句话说，采用双折射片的的光学低通滤波器在较低频带具有较大的损耗，在较高频带具有较大的多余部分，导致分辨率降低并且去除余辉的效果较差。

为了改进采用双折射片的传统光学低通滤波器的性能，已经提出具有各种结构的光学相位光栅型低通滤波器，如图7A至7E中所示。图7A表示美国专利US 4，083，627中所述的垂直光栅滤波器，图7B表示美国专利US 4，083，627中提出的圆形光栅滤波器，图7C表示美国专利US 4，009，939中公开的菱形光栅滤波器。图7D表示美国专利US 4，795，236和US 4，178，611中提出的平行重复光栅滤波器，图7E表示美国专利US 4，795，236中公开的光学相位光栅型低通滤波器，其构造方式为使用了光栅基片的全部两个表面，并且具有不同于光栅基片折射率的光栅被平行重复排列。

然而，大多数前述光学相位光栅型低通滤波器由于不能制造而未被实际采用。这是因为图7A至7E的光学相位光栅型低通滤波器具有如下结构，即具有彼此不同相移的两个光栅被二维排列。因而，根据本发明人进行的计算机模拟和傅立叶变换，其性能与采用双折射片的传统低通滤波器相比没有显著改善。也就是说，传统光学相位光栅型低通滤波器具有如下缺点，由于光学相位光栅型低通滤波器具有相位不同的两个光栅，使得其空间频谱的传递特性与采用双折射片的传统滤波器相比没有多大改善。这就是为改进采用双折射片的传统光学低通滤波器而提出的所述光学相位光栅型低通滤波器不能实际使用的原因。

因此，本发明的目的在于提供一种光学相位光栅型低通滤波器，它在低于对应于固体成像器件采样空间频率一半的截止频率的频带提高了光学传递函数，而在高于该截止频率的频带抑制了传递函数。

为了实现本发明的目的，提供一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：一个0-相移光栅，用于产生0相移；一个φ-相移光栅，用于产生φ相移，设置在所述0-相移光栅的右方和下方；和一个2φ-相移光栅，用于产生2φ相移，设置在所述0-相移光栅的对角侧。

为了实现本发明的目的，提供一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：多个周期性排列的基本结构图形，其中各基本结构图形包括：一个0-相移光栅，用于产生0相移；一个φ-相移光栅，用于产生φ相移，设置在所述0-相移光栅的右方和下方；和一个2φ-相移光栅，用于产生2φ相移，设置在所述0-相移光栅的对角侧。

为了实现本发明的目的，提供一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：多个周期性排列的基本结构图形，其中各基本结构图形包括：一个φ-相移光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且形成在一个透明光栅基片上；一个2φ-相移光栅，用于产生2φ相移，具有φ-相移光栅两倍的厚度，并且形成在所述同一光栅基片上；和一个用于产生0相移的部分，没有光栅。

为了实现本发明的目的，提供一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：一个第一光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿水平方向周期性排列在一个透明光栅基片上；和一个第二光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿垂直方向周期性排列在另一个透明光栅基片上；其中第一和第二光栅的表面互相面对地彼此接合，从而构成在这两个透明光栅基片之间周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。

该光学低通低通滤波器在所述接合光栅基片结构的上表面和下表面之一上形成有用于阻断IR光线或UV光线的滤波器。该光学低通低通滤波器可以在所述接合光栅基片结构的上表面和下表面上各形成有用于阻断IR光线或UV光线的滤波器。该光学低通低通滤波器还可以在所述接合光栅基片结构的上表面和下表面之一上形成有用于阻断UV光线的滤波器，在其另一表面上形成有用于阻断IR光线的滤波器。

为了实现本发明的目的，提供一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：一个第一光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿水平方向周期性排列在一个透明光栅基片上；和一个第二光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿垂直方向周期性排列在另一个透明光栅基片上；其中所述两个光栅基片的其上未形成光栅的表面互相面对地彼此接合，从而构成一周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。

该光学低通滤波器在所述两个光栅基片的接合表面之间插入有用于阻断UV光线或IR光线的滤波器。

为了实现本发明的目的，提供一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：一个第一光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿水平方向周期性排列在透明光栅基片的一个表面上；和一个第二光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿垂直方向周期性排列在该透明光栅基片的另一个表面上；其中第一和第二光栅以及该光栅基片由具有相同折射率的材料制成，从而构成一周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。

图1为用于说明传统CCD或CMOS固体成像器件中理想采样的示意图；

图2A为根据图1的二维固体成像器件的理想采样的频率传递函数的特性图，表示采样前的原始函数特性；

图2B为根据图1的二维固体成像器件的理想采样的频率传递函数的特性图，表示采样后的传递函数特性；

图3为表示传统成像系统结构的示意图；

图4为表示传统成像系统中光学透镜空间频率传递特性的函数特性图；

图5A为表示采用双折射片的传统光学低通滤波器结构的示意图，用于解释双折射片的衍射特性；

图5B为表示采用3片型双折射片的传统光学低通滤波器结构的示意图；

图5C为表示采用双折射片的传统光学低通滤波器结构的示意图，表示传统双折射片滤波器的工作特性；

图6为用于说明传统双折射片滤波器的频率传递函数和光学函数的示意图；

图7A为传统光学相位光栅型低通滤波器的例示图，其为垂直光栅滤波器；

图7B为传统光学相位光栅型低通滤波器的例示图，其为圆形光栅滤波器；

图7C为传统光学相位光栅型低通滤波器的例示图，其为菱形光栅滤波器；

图7D为传统光学相位光栅型低通滤波器的例示图，其为平行重复滤波器；

图7E为传统光学相位光栅型低通滤波器的例示图，其为平行重复滤波器，利用了其折射率不同于基片折射率的光栅的全部两个表面；

图8A和8B为表示根据本发明的光学相位光栅型低通滤波器的一维基本构思的原理图；

图9为用于说明根据本发明的二维光学相位光栅型低通滤波器工作原理的示意图；

图10为表示本发明的光学相位光栅型低通滤波器的相位光栅结构的示意图；

图11A为本发明的光学相位光栅型低通滤波器的相位光栅结构第一实施例的简略透视图；

图11B为本发明的光学相位光栅型低通滤波器的光栅结构第一实施例的简略透视图，该相位光栅与红外或紫外滤波器相结合；

图12A为在接合之前本发明的光学相位光栅型低通滤波器的第二实施例光栅结构的简略透视图；

图12B为在接合之后本发明的光学相位光栅型低通滤波器的第二实施例光栅结构的简略透视图；

图13A为本发明的光学相位光栅型低通滤波器的第三实施例光栅结构的简略透视图，其中该相位光栅与置于其上方或者下方的红外或紫外滤波器结合；

图13B为本发明的光学相位光栅型低通滤波器的第三实施例光栅结构的简略透视图，其中该相位光栅与置于其上方以及下方的红外或紫外滤波器结合；

图14A为在接合之前本发明的光学相位光栅型低通滤波器的第四实施例光栅结构的简略透视图；

图14B为在接合之后本发明的光学相位光栅型低通滤波器的第四实施例光栅结构的简略透视图；

图15为本发明的光学相位光栅型低通滤波器的第五实施例光栅结构的简略透视图；以及

图16为本发明的光学相位光栅型低通滤波器的第六实施例光栅结构的简略透视图。

图8A和8B为表示采用根据本发明的相位光栅的光学低通滤波器的一维基本构思的原理图。该相位光栅的表面具有一带有予定重复周期凸起和凹陷的光栅。对于透过该光栅的光来说，该相位光栅的垂直凸起部分与凹陷部分之间的相位差对应于特定的φ相移，它由光栅的厚度确定。为了使入射光的反射最小，所述凸起最好具有与光栅基片折射率相同的折射率。

在本发明的一维光栅的光学传递特性中，当垂直入射在光栅表面的平行光到达图像传感器表面时，如图8所示，光束具有0、+1和-1级主极大，并且在主极大之外的其它区域具有较低的光学传递特性。此处，当0级主极大的光强为α时，+1和-1级光束分别位于距离原点+β／2和-β／2的点处，其强度变为(1-α)／2。图8光栅的空间传递特性由下式表示：

I(x)=αδ(x)+0．5(1-α)[δ(x-β／2)+δ(x+β／2)]

其中δ(x)表示一脉冲函数。当对空间传递特性I(x)进行傅立叶变换时，可以获得本发明的一维相位光栅滤波器的频率传递函数(L_G)。L_G由下式给出：

L_G(f)=α+(1-α)cos(πβf)

图8B表示频率传递特性。在图8B中，主极大之间的较小值与主极大相比可以忽略。在值α以下可以获得使光学低通滤波器的理想特性与该低通滤波器的实际频率特性之差的最小化。如果令理想特性与实际特性之差为△，则

Δ = {&Integral;}_{0}^{f_{m}} {(L_{ideal} - L_{lens} \times L_{G})}^{2} df

其中f为空间频率，f_m为透镜的最大空间传递频率，L_ideal为该光学低通滤波器的理想传递特性，L_lens为透镜的传递特性，以及L_G为本发明的相位光栅的频率传递特性。如图4中虚线所示，当空间频率低于光学低通滤波器的理想截止频率f_c时L_ideal为1，而在其大于f_c时L_ideal为0。也即，L_ideal=1若f＜f_c，并且L_ideal=0若f≥f_c。如果假设传递特性在其f_m远大于f_c时是线性的，则L_lens可以由方程L_lens=1-f／f_m表示。

在将L_ideal、L_lens和L_G的公式代入上述积分方程得出△时，可以发现△的值正比于f_m[α²+0．5(1-α)²]。此处，为最小化△，值α变为1／3。继而，为了使理想滤波器特性与本发明光学相位光栅型低通滤波器的实际特性之差最小化，输入光束必须等分为三个主极大0、+1和-1级。

当按在先专利的设计将输入光束等分为三的相位光栅如图9所示被二维排列时，输入光束被等分为9个主极大。本发明的二维光栅由于输入的平行光被分成9束而用作光学低通滤波器，使得输入光束具有较高空间频率的图像被压缩至较低的频带。

图10表示本发明的相位光栅结构，用于将输入光束等分为9束。其基本结构以如下方式构成，使得在0-相移光栅的右方和下方与之相邻设置一个相移光栅，并在该0-相移光栅的对角侧设置一个2-相移光栅。重复该基本结构图形以实现所述光学低通滤波器。

本发明的一个实施例

图10的光学相移低通滤波器中的相移差别通过设置具有特定厚度的光栅来实现。图11A和11B表示用于实现图10结构的相位光栅结构。如果具有特定厚度的光栅产生φ相移，则厚度为该特定厚度两倍的光栅产生2φ相移，并且没有光栅的部分产生0相移。该光栅的基本结构以如下方式构成，φ-相移光栅设置在0-相移光栅的右方和下方与之相邻，具有φ-相移光栅两倍厚度的2φ-相移光栅设置在0-相移光栅的对角侧。重复该基本结构图形以实现光学低通滤波器。

由于在不同折射率材料之间的界面处光会反射，所以所述相移光栅和光栅基片最好采用具有相同折射率的材料制造。在制造本发明的相移光栅时，光栅厚度在制造过程中可能会稍微改变。然而即使在此情况下，如果由光栅引起的相移误差不大于φ或2φ，则其厚度变化不会妨碍本发明的实际应用。相应地，由于光栅厚度的细微变化引起非常小的相移误差没有偏离本发明的基本精神和范围。

本发明的另一个实施例

图12A和12B表示本发明光学相位光栅型低通滤波器的第二实施例。为了使光栅具有如图10所示的0、φ、和2φ相移，在一个光栅基片上沿方向y周期性平行设置φ相移的光栅，在一个光栅基片上沿方向x周期性平行设置φ相移的光栅，并且这两个光栅表面彼此接合，互相面对，从而构成该光学相位光栅型低通滤波器。该光栅和基片最好采用具有相同折射率的材料制造。

图12A表示分别沿x方向和y方向排列的光栅，图12B表示这两个光栅互相接合后的光栅结构。根据这两个光栅的接合结构，0相位光栅与0相位光栅彼此相对的部分形成0-相移光栅部分，0相位光栅与φ相位光栅或者φ相位光栅与0相位光栅彼此相对的部分形成φ相位光栅部分，而φ相位光栅与φ相位光栅彼此相对的部分形成2φ相位光栅部分。

在制造本发明的相移光栅时，光栅厚度在制造过程中可能会稍微改变。然而即使在此情况下，如果由光栅引起的相移误差不大于φ，则其厚度变化不会妨碍本发明的实际应用。相应地，由于光栅厚度的细微变化引起非常小的相移误差没有偏离本发明的基本精神和范围。

在成像系统的结构中，一般在光学低通滤波器中结合有IR滤波器或UV滤波器。为了将IR或UV滤波器结合入本发明的光学相位光栅型低通滤波器中，可以在光栅基片的上表面和下表面之一上接合用于去除红外(IR)或紫外(UV)光束的涂层或滤波片，如图13A所示。也可以在光栅基片的上下表面都接合所述涂层或滤波片，如图13B所示。

本发明的又一个实施例

图14A和14B表示本发明光学相位光栅型低通滤波器的又一种结构。为了使光栅具有如图10所示的0、φ、和2φ相移，在一个光栅基片上沿方向y周期性平行设置φ相移的光栅，在一个光栅基片上沿方向x周期性平行设置φ相移的光栅，并且将这两个光栅基片其上未形成光栅的表面彼此接合在一起，互相面对，从而构成该光学相位光栅型低通滤波器。该光栅和基片最好采用具有相同折射率的材料制造。

图14A表示分别沿x方向和y方向排列的光栅，图14B表示这两个光栅互相接合后的光栅结构。根据这两个光栅基片的接合结构，透过0相位光栅的光再通过0相位光栅的部分，成为0-相移光栅部分；透过0相位光栅的光再通过φ相位光栅、或者透过φ相位光栅的光再通过0相位光栅的部分，成为φ相位光栅部分；透过φ相位光栅的光再通过φ相位光栅的部分，成为2φ相位光栅部分。

在成像系统的构造中，IR滤波器或UV滤波器一般集成在此光学低通滤波器中。为了实现本发明的相位光栅滤波器与IR滤波器或UV滤波器的组合结构，可以在上下光栅基片之间插入用于去除IR光线或UV光线的涂层或滤波片，如图15所示。

本发明的再一个实施例

图16表示本发明光学相位光栅型低通滤波器的再一种结构。为了使光栅具有如图10所示的0、φ、和2φ相移，在光栅基片的一侧沿方向y周期性平行设置φ相移的光栅，在该光栅基片的另一侧沿方向x周期性平行设置φ相移的光栅，从而构成该光学相位光栅型低通滤波器。该光栅和基片最好采用具有相同折射率的材料制造。

图16表示形成在同一基片上的光栅结构。根据此结构，两个光栅分别设置在该基片的全部两个表面上，互相垂直，从而透过0相位光栅的光再通过0相位光栅的部分成为0相位光栅部分；透过0相位光栅的光再通过φ相位光栅、或者透过φ相位光栅的光再通过0相位光栅的部分，成为φ相位光栅部分；透过φ相位光栅的光再通过φ相位光栅的部分，成为2φ相位光栅部分。

在成像系统的构造中，光学低通滤波器一般与IR滤波器或UV滤波器相结合。在此实施例中，须要将用于去除紫外光或红外光的材料涂覆在光栅的表面，因为难以将用于去除UV光或IR光的涂层或滤波片插入其光栅分别形成在同一基片上下表面的所述相位光栅的基片中。然而，光栅表面的凸起和凹陷使得材料的涂覆难以均匀。因此，在此实施例的滤波器结构应用于成像系统时，最好采用含有用于阻断UV光或IR光的单独滤波器的光学透镜结构。

本发明可提供光学相位光栅型低通滤波器的相移光栅构造及其光栅结构。根据本发明的实施例，可以实现所述的光学低通滤波器，作为构造采用固体成像器件的成像系统的关键部件，其性能比采用双折射片的传统光学低通滤波器更为优越。

Claims

1．一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：

一个0-相移光栅，用于产生0相移；

一个φ-相移光栅，用于产生φ相移，设置在所述0-相移光栅的右方和下方；和

一个2φ-相移光栅，用于产生2φ相移，设置在所述0-相移光栅的对角侧。

2．一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：

多个周期性排列的基本结构图形，

其中各基本结构图形包括：

一个0-相移光栅，用于产生0相移；

3．一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：

多个周期性排列的基本结构图形，

其中各基本结构图形包括：

一个φ-相移光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且形成在一个透明光栅基片上；

一个2φ-相移光栅，用于产生2φ相移，具有φ-相移光栅两倍的厚度，并且形成在所述同一光栅基片上；和

一个用于产生0相移的部分，没有光栅。

4．一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：

一个第一光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿水平方向周期性排列在一个透明光栅基片上；和

一个第二光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿垂直方向周期性排列在另一个透明光栅基片上；

其中第一和第二光栅的表面互相面对地彼此接合，从而构成一在这两个透明光栅基片之间周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。

5．如权利要求4所述的光学低通滤波器，其中在所述接合光栅基片结构的上表面和下表面之一上形成有用于阻断IR光线或UV光线的滤波器。

6．如权利要求4所述的光学低通滤波器，其中在所述接合光栅基片结构的上表面和下表面上各形成有用于阻断IR光线或UV光线的滤波器。

7．如权利要求6所述的光学低通滤波器，其中在所述接合光栅基片结构的上表面和下表面之一上形成有用于阻断UV光线的滤波器，在其另一表面上形成有用于阻断IR光线的滤波器。

8．一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：

其中所述两个光栅基片的其上未形成光栅的表面互相面对地彼此接合，从而构成一周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。

9．如权利要求8所述的光学低通滤波器，其中在所述两个光栅基片的接合表面之间插入有用于阻断UV光线或IR光线的滤波器。

10．一种光学低通滤波器，用于在传感输入图像的成像系统中抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器包括：

一个第一光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿水平方向周期性排列在透明光栅基片的一个表面上；和

一个第二光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿垂直方向周期性排列在该透明光栅基片的另一个表面上；

其中第一和第二光栅以及该光栅基片由具有相同折射率的材料制成，从而构成一周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。