CN1804714B - 光学设备 - Google Patents

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Abstract

一种光学设备，其包括：光学系统，以形成被摄体的光学像；摄像单元，用于把被摄体的光学像转换成电信号；和光学元件，其被布置在所述摄像单元的前表面上，在光学元件的光学系统的相对侧的表面上设置用于减小异物的粘着力的防水层或具有三维图案的结构。

Description

光学设备
技术领域
本发明涉及一种光学设备例如数字照相机，尤其涉及一种结构，其抑制异物例如灰尘附着到设置在焦平面上或焦平面附近的光学构件的表面上，这些光学构件为例如包含在光学设备中的固态图像传感装置、光学滤波器或镜头。
背景技术
通常，如果异物例如灰尘附着在镜头互换型的数字单镜头反光照相机的拍摄镜头的焦平面的附近，异物的阴影被固态图像传感装置检测。这样的异物被假定为在更换镜头时进入的外部灰尘或者快门或反射镜的结构成分的树脂等的微细磨损粉末，这些微细磨损粉末当这些元件在照相机中操作时产生。由于这些原因产生的异物尤其进入到固态图像传感装置的保护盖玻璃和布置在该盖玻璃的整个表面上的红外线截止滤波器或光学低通滤波器(以下简称为LPF)之间。为了除去异物，必须拆开照相机。因此，密封结构对于防止任何异物进入光学滤波器和固态图像传感装置的盖玻璃之间是很有效的。
但是，如果异物附着到光学滤波器在固态图像传感装置的相对侧的表面上，并且异物的位置接近焦平面，通过固态图像传感装置检测到异物的阴影。
为了解决该问题，固态图像传感装置的盖玻璃表面由刷子清洁(日本专利公报No.2003-005254(第8页的图1和图9))。在这样结构的情况下，可以不拆下镜头或拆开照相机的方式除去附着在固态图像传感装置的盖玻璃表面或防尘结构的最外表面(例如，光学滤波器表面)上的任何异物。然而，在日本专利公 报No.2003-005254中所披露的结构中，固态图像传感装置的盖玻璃表面或防尘结构的最外表面由刷子擦拭。如果异物很硬，例如金属粉末，可在固态图像传感装置的盖玻璃表面或防尘结构的最外表面上制造擦痕。另外，由刷子暂时除去的异物漂浮在照相机中，然后，重新粘着在固态图像传感装置的盖玻璃表面或防尘结构的最外表面上。
作为针对上述问题的一个解决方案，在固态图像传感装置的盖玻璃表面和光学滤波器的表面上都形成透明电极，以抑制任何异物附着在固态图像传感装置的盖玻璃表面上(日本专利公报No.2000-029132(第8页的图2)。根据在日本专利公报No.2000-029132中所说明的技术，电势被施加到设置在固态图像传感装置的盖玻璃表面和光学滤波器的表面上的透明电极，以中和在固态图像传感装置的盖玻璃表面和光学滤波器的表面上形成的静电。该结构可抑制灰尘由于静电而附着在固态图像传感装置的盖玻璃表面和光学滤波器的表面上。然而，由于透明电极被设置在盖玻璃表面上和光学滤波器的表面上，透射到图像传感装置的光减小，由此导致了不利的光学影响。另外，由于在固态图像传感装置的盖玻璃表面和光学滤波器的表面上产生的静电根据环境(温度和湿度)或使用条件而变化，很难进行中和静电的控制。如果静电不能被中和，则抑制效果不充分。
作为另一技术，通过千万亿分之一秒(10-15秒)的激光在硅平面的表面上形成微细周期结构，以弱化在大气中的微粒对该平板的附着力(日本粉末技术协会，2004年秋季年会的学报(第34页的图1和图2以及第35页的图4))。如所报告的，通过该微细周期结构减小作用在玻璃珠和硅平板之间的液体的范德华力和交联力。然而，该文献中没有提及是否能通过千万亿分之一秒的激光在光学元件的盖玻璃上或光学滤波器的表面上形成微细周期结构。微细周期结构的周期为大约620nm，其落入可见光范围内。由于可能出现不利的光学影响，所以该报告中的技术不能直接应用为防止异物附着到固态图像传感装置的盖玻璃表面或光学滤波器的表面的措施。
发明内容
本发明的一个目的在于解决上述现有技术的问题。
本发明的一个特征在于提供一种以没有任何不利的光学影响的方式抑制异物附着在光学元件上的光学设备。
上述特征是通过组合在独立权利要求中所说明的特征而达到的。从属权利要求限定了本发明的更多优选实施例。
根据本发明，提供了一种光学设备，其具有摄像单元和光学元件，该摄像单元用于把被摄体的光学像转换成电信号，该光学元件被布置在所述摄像单元的前表面上，其中，在所述光学元件的所述被摄体一侧的表面上设置透明的氟基薄膜，氟基团露出该透明的氟基薄膜的表面，并且通过作为浸渍的湿处理或作为沉积的干处理在所述光学元件的表面上形成该透明的氟基薄膜，其中通过该表面上的该透明的氟基薄膜减小液体交联力。
另外，根据本发明，提供了一种光学设备，其具有摄像单元和光学元件，该摄像单元用于把被摄体的光学像转换成电信号，该光学元件被设置在所述摄像单元的前表面上，其中，在所述光学元件的所述被摄体一侧的表面上设置微细三维图案，所述光学元件的表面上的树脂层被具有该微细三维图案的模具挤压由此形成该微细三维图案，其中通过该表面上的该微细三维图案减小范德华力。
结合附图将从下面的说明中更加清楚地了解到本发明的其它特征、目的和优点，在整个附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。
附图说明
包含在说明书内并构成说明书一部分的附图图示说明了本发明的实施例，并与说明书一起，用于解释本发明的原理。
图1是用于说明根据本发明第一实施例的D-SLR的摄像单元和焦面快门的示意性配置的侧面剖视图；
图2是示出根据本发明第一实施例的D-SLR的照相机系统的配置的示意图；
图3是用于说明根据第一实施例的D-SLR的照相机系统的电配置的方框图；
图4是图1中的部分A的放大图；
图5是示出灰尘对根据本发明第一实施例的具有防水层或没有防水层的结构的附着力的测量结果的示例的图表；
图6是用于说明根据本发明第二实施例的D-SLR的摄像单元和焦面快门的示意性配置的侧面剖视图；
图7是图6中的部分B的放大图；
图8是示出根据本发明第二实施例的三维结构的示意性透视图；
图9是用于说明范德华力的视图；
图10是用于说明根据本发明实施例的一个变型的D-SLR的摄像单元和焦面快门的示意性配置的侧面剖视图；以及
图11示出根据第二实施例的在具有或没有三维结构的情况下灰尘的附着力测量结果的示例。
具体实施方式
以下将参照附图详细说明本发明的优选实施例。要注意地是，下面所说明的实施例不局限该要求保护的发明，并且在实施例中所说明的特征的所有组合对用于本发明方案的部件而言不总是必需的。
[第一实施例]
下面将参照图1-5说明根据本发明第一实施例的镜头互换型的数字单镜头反光照相机(以下将简称为D-SLR)。
图1是侧面剖视图，用于说明根据本发明第一实施例的D-SLR 100的摄像单元10和焦面快门50的示意性布置。
参照图1，摄像单元10具有以下配置。摄像单元10包括：光学元件11，例如玻璃或光学滤波器；保持件12，其保持光学元件11；支撑板13，其在与光学元件11的表面接触的同时将光学元件11和保持件12一体化；固态图像传感单元15，其包括固态图像传感装置15b和保护固态图像传感装置15b的盖15a；密封件16，其在光学元件11和固态图像传感单元15的盖15a之间密封；基片17，其与固态图像传感单元15的连接件15C相连，并具有电子装置，该电子装置被包括在用于控制D-SLR 100的操作的控制电路(图3中的电路和控制器等)中；以及保持板18，其与固态图像传感单元15形成一体，通过螺钉(未示出)将保持板18固定到D-SLR 100的机架。
防水层11a被设置在光学元件11的表面上，该表面在与焦面快门50相对的一侧。防水层11a为由例如从3M可得到的NovecEGC-1720制成的氟基薄膜。防水层11a为透明的并具有5-10nm的厚度。防水层11a具有露出表面的氟基团。通过湿处理例如浸渍或干处理例如沉积在光学元件11的表面上形成防水层11a。
下面将说明焦面快门50。焦面快门50包括：前幕21，其包括多个部分21a-21d；后幕22，其包括多个部分；中间板23，其分隔在焦面快门50中的前幕21和后幕22的驱动空间；压力板24，其用作后幕22的压板，并且在几乎其中央部处具有用于图像传感的开口24a；以及盖板25，用作前幕21的压板，并在几乎其中央部处具有用于图像传感的开口25a。止挡橡胶29具有止挡 部，用于在打开的状态下定位前幕21的部分21a-21d。
图2是示意图，示出了根据第一实施例的D-SRL 100的照相机系统的配置。图2中与图1中相同的部件由相同的附图标记表示，并省略了对其的说明。这种照相机系统具有照相机主体(图像传感单元)和可拆卸地安装在照相机体上的镜头单元。
根据第一实施例的D-SLR 100为使用图像传感装置例如CCD或CMOS传感器的单CCD数字彩色照相机。通过连续或仅单次地驱动固态图像传感装置15b，D-SLR 100得到表示运动图像或静止图像的图像信号。固态图像传感装置15b为区域传感器，其通过将用于曝光的光转换成用于单个像素的电信号来积累对应于光接收量的电荷，并读取积累的电荷。
参照图2，镜头座101将可拆卸的镜头单元102连接到D-SLR 100。镜头单元102通过镜头座101与D-SLR 100电力地且机械地相连。当具有不同焦距的镜头单元102被安装在D-SLR100上时，可得到具有不同视角的图像。光学元件11被设置在从镜头单元102的摄影光学系统103到固态图像传感单元15的光路L1上，以限制摄影光学系统103的截止频率，从而被摄体图像(光学像)中的不必要的高空间频率分量不被传送到固态图像传感单元15。
如将在下面所说明的那样，从固态图像传感单元15中读取的信号经过预定处理，作为图像数据显示在显示器107上。由于显示器107被安装在D-SLR 100的后表面上，用户可直接观察显示器107上的显示。当显示器107由有机EL空间调制装置、液晶空间调制装置或利用微粒的电泳的空间调制装置形成时，可减小电功率消耗，并且可使显示器107变薄。因此，可实现电功率的节约和D-SLR 100尺寸的减小。
具体而言，固态图像传感单元15为CMOS兼容传感器(以 下简称为CMOS传感器)，即一个放大固态图像传感装置。当CMOS传感器被应用时，区域传感器的MOS晶体管以及周边电路例如摄像驱动电路、A/D转换器电路和图像处理电路可在同一工序中形成。因此，与CCD相比，可极大地减小掩模的数量和加工步骤的数量。另外，由于可随机存取任意像素，可对图像显示进行间除读取。因此，数据可以高显示速度实时地显示在显示器107上。利用上述优点，固态图像传感单元15进行显示图像输出操作(在通过部分间除固态图像传感单元15的光接收区域而得到的区域中读取)和高分辨率图像输出操作(在整个光接收区域中读取)。
可动的半反射镜111反射来自摄影光学系统103的光束的一些分量，并且通过剩余的光束分量。半反射镜111具有大约1.5的折射率和0.5mm的厚度。对焦屏105被布置在由摄影光学系统形成的被摄体图像的预期图像平面上。附图标记112表示五棱镜。取景器透镜109被用来观察形成在对焦屏105上的被摄体图像，并且包括一个或多个取景器透镜(未示出)。对焦屏105、五棱镜112和取景器透镜109构成取景器光学系统。
可动的副反射镜122被设置在半反射镜111的后面(图像表面侧)，以将通过半反射镜111的与光轴L1接近的光分量的一部分反射，并将该光分量引导至焦点检测器121。副反射镜122绕着设置在半反射镜111的保持构件(未示出)中的转动轴转动，并与半反射镜111的运动联锁地运动。焦点检测器121接收来自副反射镜122的光束，并通过相位差的检测来检测焦点。
包括半反射镜111和五棱镜112的光路分割系统可处于第一光路分割状态和第二光路分割状态(由图2中虚线表示的位置111′和112′)，该第一光路分割状态将光引导到取景器光学系统，在该第二光路分割状态中，反射镜被从摄影光路缩回，以将来自成像透镜(未示出)的光束直接引导至固态图像传感单元15。可动的电子闪光发光单元114可在电子闪光发光单元114被放置在D-SLR 100中的放置位置和电子闪光发光单元114从D-SLR100中伸出的发光位置之间运动。焦面快门50调整图像表面上的入射光量。主开关119致动D-SLR 100。当分两个阶段的释放按钮120被压下一半(SW1处于接通)时，开始摄像前操作(光度测定和对焦)，当释放按钮120被全部压下(SW2处于接通)时，开始摄像操作(将从固态图像传感单元15中读取的图像数据记录在记录介质中)。光学取景器中的信息显示单元180显示对焦屏105上的特定信息。附图标记104表示可变光圈。
图3为方框图，用于说明根据第一实施例的D-SLR的照相机系统的电配置。图3中与上述图1和图2中相同的部件用相同的附图标记表示。
该照相机系统具有摄像系统、图像处理系统、记录/再现系统和控制系统。摄像系统具有包括摄影光学系统103和固态图像感应单元15的摄像单元10(图1)。图像处理系统具有A/D转换器130、RGB图像处理电路131和YC处理电路132。记录/再现系统具有记录处理电路133和再现处理电路134。控制系统具有照相机系统控制器135、操作检测电路136和摄像驱动电路137。连接器138是将被连接到外部计算机以传送/接收数据的标准终端。上述电路在接收来自小尺寸燃料电池(未示出)的电能时被驱动。
摄像系统作为光学处理部，该光学处理部通过摄影光学系统103在固态图像传感单元15的图像表面上形成来自被摄体的光图像。当设置在摄影光学系统103中的可变光圈104的驱动被控制，并且焦面快门50被快门控制电路145根据所需地控制时，固态图像传感单元15可接收适量的光。根据第一实施例的固态图像传感单元15使用图像传感装置15b，该图像传感装置15b具有总共大约10,000,000个正方像素，包括在长边方向上布置的3700个正方像素和在短边方向上布置的2800个正方像素。形成所谓的拜耳排列(Bayer pattern)，其中，R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)颜色光学滤波器被交替地配置在像素中，并且四个像素形成一组。在拜耳排列中，由观看图像的观察者强烈感受到的G像素比R像素或B像素要配置得更多，由此提高整个图像质量。通常，在利用该方案的图像传感装置的图像处理中，亮度信号主要由G形成，而色度信号由R、G和B形成。
从固态图像传感单元15读出的信号通过A/D转换器130供给上述图像处理系统。通过在图像处理系统中的图像处理产生图像数据。A/D转换器130根据从图像传感装置15b的每个像素中读取的信号振幅将来自图像传感装置15b的输出信号转换为例如10位数字信号。在A/D转换之后，由数字处理进行图像转换。图像处理系统包括信号处理电路，以从R、G和B数字信号中获得所需格式的图像信号，从而R、G和B色度信号被转换为例如由亮度信号Y和色差信号(R-Y)和(B-Y)表示的YC信号。RGB图像处理电路131处理来自A/D转换器130的输出信号，并包括白色平衡电路、γ校正电路和通过插值运算提高分辨率的插值运算电路。YC处理电路132产生亮度信号Y和色差信号R-Y和B-Y。YC处理电路132具有产生高亮度信号YH的高亮度信号生成电路、产生低亮度信号YL的低亮度信号生成电路以及产生色差信号R-Y和B-Y的色差信号生成电路。亮度信号Y是通过合成高亮度信号YH和低亮度信号YL而形成的。
记录/再现系统是一种处理系统，其将图像信号输出到存储器(例如，存储卡)(未示出)，并将图像信号输出到显示器 107。记录处理电路133将图像信号写入存储器或从存储器读取图像信号。再现处理电路134对从存储器中读取的图像信号进行再现，并将该信号输出到显示器107。记录处理电路133还包括压缩/解压电路，其以预定的压缩方式将表示静止图像数据或运动图像数据的YC信号进行压缩并解压该压缩数据。压缩/解压电路具有用于信号处理的帧存储器。来自图像处理系统的YC信号被每帧地存储在帧存储器中。从多个块的每个中读取存储信号，并对其进行压缩编码。通过对每个块的图像信号进行例如二维离散转换、标准化以及霍夫曼编码来实现压缩码。再现处理电路134通过矩阵变换将亮度信号Y以及色差信号R-Y和B-Y转换为例如R、G、和B信号。由再现处理电路134转换的信号被输出到显示器107，并显示(再现)为可视图像。可通过无线通讯如蓝牙将再现处理电路134和显示器107相连。通过该无线联通，可在远处监控由照相机检测的图像。
控制系统内的操作检测电路136检测图2所示的主开关119、释放按钮120等(其它开关未示出)的操作，并且将检测结果输出到照相机系统控制器135。当前幕驱动源35接收到来自操作检测电路136的检测信号时，该前幕驱动源35根据该检测结果执行操作。照相机系统控制器135也产生用于图像检测的定时信号，并且将该信号输出到摄像驱动电路137。当摄像驱动电路137接收到来自照相机系统控制器135的控制信号时，该摄像驱动电路137产生驱动信号以驱动固态图像传感单元15。当信息显示电路142接收到来自照相机系统控制器135的控制信号时，该信息显示电路142控制光学取景器中的信息显示单元180(图2)的驱动。
控制系统根据D-SLR 100中设置的各种开关的操作控制摄像系统、图像处理系统以及记录/再现系统的驱动。例如，当当 通过操作释放按钮120接通SW2时，控制系统(照相机系统控制器135)控制固态图像传感单元15的驱动、RGB图像处理电路131的操作或记录处理电路133的压缩处理等。此外，控制系统通过信息显示电路142控制光学取景器中的信息显示单元180的驱动来改变光学取景器的显示(显示段的状态)。
下面将说明摄影光学系统103的调焦操作。
照相机系统控制器135被连接到AF控制电路140。当镜头单元102通过镜头座101被安装在D-SLR 100上时，照相机系统控制器135通过安装触点101a和102a与镜头装置102中的镜头系统控制电路141连接。AF控制电路140、镜头系统控制电路141以及照相机系统控制器135互相通讯对于特定处理所需的数据。
焦点检测器121(焦点检测传感器167)将设置在摄影屏中预定位置的焦点检测区域上的检测信号输出到AF控制电路140。基于来自焦点检测单元121(图2)的输出信号，AF控制电路140产生焦点检测信号，并检测摄影光学系统103的调焦状态(散焦量)。AF控制电路140将所检测的散焦量转换成作为摄影光学系统103的要素的对焦透镜驱动量。通过照相机系统控制器135将关于所转换的对焦透镜驱动量的信息传输至镜头系统控制电路141。如果将对运动的被摄体进行调焦，考虑释放按钮120被全部按下之后到实际图像传感控制开始之前的时间延迟，AF控制电路140预测出对焦透镜的适当停止位置。然后，与所预测停止位置的对焦透镜驱动量相关的信息被传输至镜头系统控制电路141。
如果照相机系统控制器135根据来自固态图像传感装置15b的信号判断被摄体的亮度太低，以致不能获得足够的焦点检测精度，则通过驱动电子闪光发光单元114或者设在D-SLR 100上的白色LED或荧光管(未示出)照亮被摄体。当镜头系统控制电路141从照相机系统控制器135接收关于对焦透镜驱动量的信息时，该镜头系统控制电路141通过控制布置在镜头装置102中的AF电机147的驱动，经由驱动机构(未示出)将对焦透镜沿光轴L1的方向移动对应于驱动量的距离。通过该操作，摄影光学系统103被设定在对焦状态。如上所述，当对焦透镜由液体透镜形成时，界面形状被改变。当镜头系统控制电路141从照相机系统控制器135接收到关于曝光值(f-值)的信息时，该镜头系统控制电路141对可变光圈104进行操作，以通过控制镜头装置102中的可变光圈驱动源(未示出)143得到对应于f-值的可变光圈直径。
快门控制电路145控制前幕驱动源35、充电电源36和后幕驱动源37，该前幕驱动源35包括驱动杆和由已知线圈和磁轭形成的电磁致动器，该充电电源36包括驱动杆和进行闭合操作以将打开的前幕21重新设定在图1所示的关闭状态的弹簧，该后幕驱动源37包括驱动杆和由已知线圈和磁轭形成以打开/关闭后幕22的电磁致动器。当快门控制电路145从照相机系统控制器135接收到关于快门速度的信息时，该快门控制电路145通过控制作为焦面快门50的前幕21和后幕22的驱动源的前幕驱动源35、后幕驱动源37以及充电电源36的驱动，对前幕21和后幕22进行操作，以获得所述快门速度。通过焦面快门50和可变光圈104的操作，适当量的被摄体光可被发送到图像表面侧。当AF控制电路140检测到被摄体处于对焦状态时，该信息被传输至照相机系统控制器135。当通过将释放按钮120全部压下接通SW2时，如上所述，由摄像系统、图像处理系统和记录/再现系统进行摄影操作。
下面将参照图4对根据第一实施例设置在光学元件11的表 面上的防水层11a的效果进行说明。
图4示出了图1中部分A的放大图。灰尘30附着在光学元件11的表面。
如下面所述，在灰尘30和光学元件11的表面之间形成液体交联。如第一实施例所述，当防水层11a被设置在光学元件11的表面上时所形成的液体交联由图4中的实线70表示。当防水层11a没有被设置在光学元件11的表面上时所形成的液体交联由图4中的虚线70′表示。
当灰尘30附着在光学元件11的表面时，空气中含有的水分子(未示出)附着在灰尘30和光学元件11的表面之间，以形成液体交联70。由于液体交联70，液体的交联力，即由以下公式给出的粘着力FL，作用在灰尘30和光学元件11的表面之间。
FL＝2пσDcos θ(N)    ...(1)
在公式(1)中，σ为水的表面张力(N/m)，D为灰尘30的直径(m)，θ为水相对于光学元件11的表面的接触角(度)。
将研究对相同灰尘30的交联力。水的表面张力(表面能)没有变化。因此，接触角θ在光学元件11的表面上具有防水层11a的结构和没有防水层11a的结构之间变化。接触角由θ1(没有防水层11a)或θ2(有防水层11a)(θ1＜θ2；图4)表示。
接触角对应于水对防水层11a(或光学元件11的表面)的表面能之比。比较防水层11a的表面能与没有防水层11a的光学元件11的表面能。当防水层11a存在时，由于在防水层11a的表面上露出的氟基团，防水层11a的表面能较小。因此，接触角根据防水层11a的存在/不存在而变化。由于当表面能较小时，接触角较大，所以θ1＜θ2。比较形成在灰尘30和防水层11a的表面之间的液体交联70的尺寸与形成在灰尘30和光学元件11(没有防水层11a)的表面之间的液体交联70′的尺寸。当防水层11a存在时的液体交联70(在图4中的S1)小于当没有防水层11a时的液体交联70′(在图4中的S2)(S1＜S2)。
在公式(1)中，仅接触角θ根据防水层11a的存在/不存在而变化。因此，当接触角θ增加时，粘着力FL下降(0°≤θ≤90°)。也就是说，当防水层11a存在时的粘着力FL1和当没有防水层11a时的粘着力FL2具有FL1＜FL2的关系。
也就是说，灰尘30对防水层11a(光学元件11)的粘着力被防水层11a减小。如果防水层11a存在， 由于小的粘着力和施加到灰尘30的重力的作用，将要附着到光学元件11的灰尘30从其表面落下。因此，灰尘30很难附着在光学元件11的表面上。
将参照图5说明灰尘30对具有防水层11a和没有防水层11a的光学元件11的粘着力的实际测量结果。
图5是示出灰尘对具有或没有根据本发明第一实施例的防水层11a的结构的粘着力的测量结果示例的图表。
在该示例中，利用来自Okada Seiko Co.，LTD.的微粒间粘着力(范德华力)测量装置“CONTACTOLE PAF-300N”测量粘着力(参见JPA 2001-183289的检测细节)。
在第一实施例中，具有50μm平均直径的聚苯乙烯颗粒被当作灰尘30。当在表面上有具有氟基团的防水层11a时，使用两种类型(A和B)进行检测。
如图5所示，可确认，防水层11a以与其类型无关的方式使灰尘30的粘着力减小了约30％。
如上所述，根据第一实施例，可实现能够抑制灰尘附着到光学元件的表面上的光学设备，而对光学设备的光学系统没有产生任何不利影响。
在第一实施例中，已示例出在表面上具有氟基团的防水层11a。然而，本发明并不局限于此，而是可使用具有减小光学元件的表面能的效果的任何其它薄膜。
[第二实施例]
接着，将参照图6-9说明根据本发明第二实施例的照相机系统。第二实施例中与上述第一实施例中相同的部件由相同的附图标记表示，并将省略对其的说明。
图6是用于说明根据本发明第二实施例的D-SLR 100的摄像单元10和焦面快门50的示意性配置的侧面剖视图。图7示出了图6中部分B的放大图。灰尘30附着到光学元件11的表面。根据第二实施例的照相机系统100的基本结构与根据上述第一实施例的照相机系统100(图2和图3)相同，并将省略对其的说明。
除了由B表示的光学元件11的表面之外，在图6中示出的配置基本上与上述第一实施例的图1中示出的配置相同。
参照图7，附图标记40表示三维结构40，其中凸部40a和凹部40b被以预定深度(在凸部40a和凹部40b之间的高度差)和预定间距设置在光学元件11的表面上。为了防止三维结构40的任何不利的光学影响，凸部40a和凹部40b的深度和间距优选至少小于(短于)可见光的波长范围(380-770nm)。
图8是示出三维结构40的示意性透视图。
如图8所示，凸部40a成排地形成在光学元件11的表面上。通过例如纳米压印(nanoimprint)法形成三维结构40，在该纳米压印法中，在光学元件11的表面上由丙烯酸类树脂或聚碳酸酯树脂或含氟的聚合物树脂制成的层被具有纳米级的微细形状的模具(压模)挤压，由此将模具的微细形状转印到树脂层。因此，三维结构可被以与光学元件11的材料无关的方式形成。
当灰尘30附着到光学元件11的表面时，作为相互作用力的范德华力作用在灰尘30和光学元件11的表面之间。范德华力对应于由以下公式给出的粘着力Fv。
Fv＝HD/(12×Z2)  (N)    ...(2)
在公式(2)中，H为灰尘30的Hamaker常量(J)，D为灰尘30的直径(m)，Z为在灰尘30和三维结构40(或光学元件11)的表面之间的间隔距离，其为0.4nm。
将研究用于相同灰尘30的范德华力。灰尘30的直径D和Hamaker常量H没有变化。因此，间隔距离Z在光学元件11表面上具有三维结构40的结构和没有三维结构40的结构之间变化。
下面将参照图9对范德华力进行说明。
图9示出了用于说明范德华力的视图。
范德华力为在两个物体之间作用的相互作用力。范德华力是通过将一个物体中所有原子之间的能量和另一物体的所有原子之间的能量求和(积分)而得到的(文献：J.N.Israelachivili，“Intermolecular Force and Surface Force”第172页，Asakura出版)。因此，如图9所示，可以同样的方式得到在灰尘30和光学元件11之间作用的范德华力。
当在光学元件11的表面上设置三维结构40时，在灰尘30和凹部40b之间的间隔距离大于在灰尘30和凸部40a之间的间隔距离。在公式(2)中，Z1为到凸部40a的间隔距离，Z2为到凹部40b的间隔距离。然后，作用在三维结构40和灰尘30之间的范德华力由以下公式给出。
Fv′＝HD/(12×Z12)+HD/(12×Z22)  (N)    ...(3)
公式(3)的第二项(HD/(12×Z22))(作用在凹部4 0b上的范德华力)小于第一项，因为间隔距离Z2大于间隔距离 Z1。在没有三维结构40的情况下，在灰尘30和光学元件11的表面之间的间隔距离Z由以下公式给出。
Z＝Z1    ...(4)
比较凸部40a的表面积与没有三维结构40的光学元件11的表面积。凸部40a的表面积较小。因此，公式(3)的第一项小于在没有三维结构4 0的光学元件11上作用的范德华力，该范德华力由公式(2)得到。也就是说，当三维结构40存在时由公式(3)给出的粘着力Fv1和当没有三维结构40时的粘着力Fv2具有以下给出的关系。
Fv1＜Fv2
根据第二实施例的配置，灰尘30对三维结构40(光学元件11)的粘着力被三维结构40减小。由于减小的粘着力和施加到灰尘30的重力的影响，将附着到具有三维结构40的光学元件11上的灰尘30从光学元件11的表面落下。因此，灰尘30很难附着到光学元件11的表面上。
如上所述，根据第二实施例，可实现能够抑制灰尘附着到光学元件的表面上的光学设备，而没有任何不利的光学影响。
在第二实施例中，如图8所示，三维结构40的凸部40a被成排地形成。然而，本发明并不局限于此，凸部40a可形成为例如点状。当点形状被应用时，凸部40a的表面积进一步减小，从而范德华力可进一步减小。因此，可在第二实施例中得到与上述相同的效果。
在第二实施例中，通过三维结构40减小了范德华力。然而，液体的交联力也被表面上的微细周期结构减小。因为液体的交联力和范德华力被三维结构40减小，所以可进一步抑制灰尘附着到光学元件11的表面上。
图11示出了根据第二实施例具有三维结构40和没有三维 结构40的情况下灰尘的粘着力测量结果的示例。与第一实施例一样，使用来自Okada Seiko Co.，LTD.的微粒间附着力(范德华力)测量装置“PAF-300N”测量附着力。
另外，具有平均直径50μm的聚苯乙烯颗粒被用作灰尘30。关于三维结构40，具有从表面的80nm和250nm的槽(缺口、凹部)深度的两种类型被制备出用于测量。
如图11所示，三维结构40的槽的深度越深，粘着力变得越小。发现当使用250nm的深度时，平均粘着力被减小了80％。
在上述的第一或第二实施例中，防水层11a或三维结构40被设置在光学元件11的表面上。然而，如果光学元件11不被设置在焦面快门50和固态图像传感单元15之间，即，当焦面快门50与固态图像传感单元15相对时(图10)，附着在固态图像传感单元15的表面上的灰尘带来问题。
图10是用于说明根据本发明实施例的一个变型的D-SLR100的摄像单元10和焦面快门50的示意性配置的侧面剖视图。图10中与上述图1-6中相同的部件用相同的附图标记表示，并将省略对其的说明。
从图10和上述图1-6之间的比较中可清楚地看出，在图10中省略了光学元件11、保持光学元件11的保持件12和在与光学元件11的表面接触的同时将光学元件11和保持件12一体化的支撑板13。焦面快门50与固态图像传感单元15直接相对。
即使在这样的配置中，当在固态图像传感单元15的盖15a的表面上设置上述防水层11a或三维结构40时，可得到与上述实施例中相同的效果。因此，即使当固态图像传感单元15的表面直接设置在焦面快门50的后面时，可抑制灰尘附着到固态图像传感单元15的光学滤波器或玻璃的表面上。
本发明不限于上述实施例，并且可在本发明的精神和范围内做出各种变化和改进。因此，为了告知公众本发明的范围，提出以下权利要求。

Claims (3)

1.一种光学设备，其具有摄像单元和光学元件，该摄像单元用于把被摄体的光学像转换成电信号，该光学元件被布置在所述摄像单元的前表面上，
其特征在于，在所述光学元件的所述被摄体一侧的表面上设置透明的氟基薄膜，氟基团露出该透明的氟基薄膜的表面，并且通过作为浸渍的湿处理或作为沉积的干处理在所述光学元件的表面上形成该透明的氟基薄膜，其中通过该表面上的该透明的氟基薄膜减小液体交联力。
2.一种光学设备，其具有摄像单元和光学元件，该摄像单元用于把被摄体的光学像转换成电信号，该光学元件被布置在所述摄像单元的前表面上，
其特征在于，在所述光学元件的所述被摄体一侧的表面上设置微细三维图案，所述光学元件的表面上的树脂层被具有该微细三维图案的模具挤压由此形成该微细三维图案，其中通过该表面上的该微细三维图案减小范德华力。
3.根据权利要求2所述的光学设备，其特征在于，所述三维图案具有比可见光的波长范围短的间距。
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