JP5028163B2 - Optical equipment - Google Patents

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本発明は、例えばデジタルカメラ等の光学機器に関し、詳しくは、光学機器に組み込まれている固体撮像素子や光学フィルタやレンズ等、焦点面もしくは焦点面近傍に配設された光学部材の表面に塵埃が付着するのを抑制する構造に関するものである。   The present invention relates to an optical apparatus such as a digital camera, and more particularly, to a surface of an optical member disposed in or near the focal plane, such as a solid-state imaging device, an optical filter, or a lens incorporated in the optical apparatus. The present invention relates to a structure that suppresses the adhesion of water.

従来から、レンズ交換式のデジタル一眼レフカメラの撮影レンズの焦点面近傍に塵埃等の異物が付着すると、その異物の影が固体撮像素子に写り込んでしまうという問題がある。このような異物は、レンズ交換時に塵埃が外部から侵入したり、カメラ内部でのシャッタやミラーの動作に伴い、その構造部材である樹脂等の微細な磨耗紛が発生したりすることが原因と考えられている。このような原因で発生した異物が、特に固体撮像素子の保護用のカバーガラスと、そのカバーガラスの全面に配設されている赤外カットフィルタや光学ローパスフィルタ(以下、LPF)等の光学フィルタとの間に入り込むことがある。このような場合には、それを除去するためにカメラを分解しなければならなかった。このため、固体撮像素子のカバーガラスと光学フィルタとの間に異物が入り込まないように密閉構造にすることは極めて有効なものであった。   Conventionally, when a foreign substance such as dust adheres to the vicinity of the focal plane of a photographing lens of a lens interchangeable digital single-lens reflex camera, there is a problem that the shadow of the foreign substance is reflected on the solid-state imaging device. Such foreign matter is caused by dust entering from the outside when the lens is replaced, or fine wear powder such as resin, which is the structural member, is generated with the operation of the shutter and mirror inside the camera. It is considered. The foreign matter generated due to such a cause is an optical filter such as an infrared cut filter or an optical low-pass filter (hereinafter referred to as LPF) disposed on the entire surface of the cover glass for protecting the solid-state image sensor. May get in between. In such cases, the camera had to be disassembled to remove it. For this reason, it has been extremely effective to provide a sealed structure so that foreign matter does not enter between the cover glass of the solid-state imaging device and the optical filter.

しかしながら、光学フィルタの固体撮像素子に対向する側と反対側の表面に異物が付着した場合、それが焦点面の近傍である場合、その異物が影となって固体撮像素子に写り込んでしまうという問題が依然として残っている。
特開2003−005254号公報(第8頁、図1及び図9) 特開2000−029132号公報(第8頁、図2)
However, when a foreign object adheres to the surface of the optical filter opposite to the side facing the solid-state image sensor, if the foreign object is in the vicinity of the focal plane, the foreign object is reflected in the solid-state image sensor. The problem remains.
JP 2003-005254 A (page 8, FIG. 1 and FIG. 9) JP 2000-029132 A (page 8, FIG. 2)

そこで、上記問題点を解決するために、固体撮像素子のカバーガラス表面をワイパーで清掃するものがある(特許文献1)。このようにカメラを構成すると、レンズを外さず、またカメラを分解することなく固体撮像素子のカバーガラス表面、或は防塵構造の最外面(例えば光学フィルタ表面)に付着した異物を除去できる。しかしながら、この特許文献1の構成では、固体撮像素子のカバーガラス表面や防塵構造の最外面をワイパーで擦る構成となっている。このため例えば、金属紛のような硬い異物が付着している場合には、その異物により固体撮像素子のカバーガラス表面上や防塵構造の最外面上にキズが付く可能性がある。また、ワイパーで除去された異物がカメラ内を浮遊するので、一度、除去された異物が固体撮像素子のカバーガラス表面や防塵構造の最外面に再付着してしまうという問題がある。   Therefore, in order to solve the above problems, there is one that cleans the cover glass surface of the solid-state imaging device with a wiper (Patent Document 1). By configuring the camera in this way, it is possible to remove the foreign matter attached to the cover glass surface of the solid-state imaging device or the outermost surface of the dust-proof structure (for example, the optical filter surface) without removing the lens and without disassembling the camera. However, in the configuration of Patent Document 1, the cover glass surface of the solid-state imaging device and the outermost surface of the dustproof structure are rubbed with a wiper. For this reason, for example, when a hard foreign material such as a metal powder adheres, there is a possibility that the foreign material may damage the surface of the cover glass of the solid-state imaging device or the outermost surface of the dust-proof structure. In addition, since the foreign matter removed by the wiper floats in the camera, there is a problem that the removed foreign matter once again adheres to the cover glass surface of the solid-state imaging device and the outermost surface of the dust-proof structure.

そこで上記前者の問題の解決案として、固体撮像素子のカバーガラス表面上に異物が付着するのを抑制するために、固体撮像素子のカバーガラス表面と光学フィルタの表面それぞれに透明電極を形成したものがある(特許文献2)。この特許文献2に記載の技術によれば、固体撮像素子のカバーガラス表面と光学フィルタの表面に設けられた透明電極に電位を与えることにより、固体撮像素子のカバーガラス表面と光学フィルタの表面に発生した静電気を中和している。こうして固体撮像素子のカバーガラス表面と光学フィルタの表面への塵埃の付着を抑制している。しかしながら、カバーガラス表面と光学フィルタの表面に透明電極を設けているため撮像素子への光の透過率が低下する。このため光学的な悪影響が発生する。また固体撮像素子のカバーガラス表面と光学フィルタの表面に発生する静電気は、その周囲の環境(温度や湿度)や使用条件によって一定ではない。このため、静電気を中和させるための制御が難しくなったり、また静電気が中和されないことによって抑制効果が不十分となるといった不具合があった。   Therefore, as a solution to the former problem, a transparent electrode is formed on each of the cover glass surface of the solid-state image sensor and the surface of the optical filter in order to prevent foreign matter from adhering to the cover glass surface of the solid-state image sensor. (Patent Document 2). According to the technique described in Patent Document 2, by applying a potential to the transparent electrode provided on the cover glass surface of the solid-state image sensor and the surface of the optical filter, the cover glass surface of the solid-state image sensor and the surface of the optical filter are applied. Neutralizes generated static electricity. In this way, adhesion of dust to the cover glass surface of the solid-state image sensor and the surface of the optical filter is suppressed. However, since the transparent electrodes are provided on the cover glass surface and the optical filter surface, the transmittance of light to the image sensor is lowered. For this reason, an optical adverse effect occurs. Further, static electricity generated on the surface of the cover glass of the solid-state imaging device and the surface of the optical filter is not constant depending on the surrounding environment (temperature and humidity) and usage conditions. For this reason, there existed a malfunction that the control for neutralizing static electricity became difficult and the suppression effect became insufficient because static electricity was not neutralized.

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解決することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art.

本発明の特徴は、撮像手段により撮像される光学像に対する光学的な悪影響がなく、光学素子への塵埃の付着を抑制した光学機器を提供することにある。   A feature of the present invention is to provide an optical apparatus that has no adverse optical effect on an optical image picked up by an image pickup unit and suppresses the adhesion of dust to the optical element.

上記目的を達成するために本発明の一態様に係る光学機器は以下のような構成を備える。即ち、
被写体の光学像を電気信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段の被写体側に配設された光学素子とを具備する光学機器であって、
前記光学素子の被写体側の面に、粒径が200nm以下の第1の粒子を前記光学素子の被写体側の面に配列することにより形成した第1の凹凸構造と、前記第1の粒子の表面に所定個数付着した、前記第1の粒子よりも粒径が小である第2の粒子によって形成した第2の凹凸構造を設け、前記光学素子の被写体側の面と、当該面に付着した塵埃との間のファンデルワールス力を小さくしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an optical apparatus according to one embodiment of the present invention includes the following arrangement. That is,
An optical device comprising an imaging means for converting an optical image of a subject into an electrical signal, and an optical element disposed on the subject side of the imaging means,
A first concavo-convex structure formed by arranging, on the object side surface of the optical element, first particles having a particle size of 200 nm or less on the object side surface of the optical element; and a surface of the first particle and a predetermined number attached to, the grain size than the first particle is provided a second concave-convex structure formed by the second particles are small, the object side surface of the optical element, attached to the surface The van der Waals force between dust and dust is reduced .

本発明によれば、撮像手段により撮像される光学像に対する光学的な悪影響をなくして、光学素子への塵埃の付着を抑制できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical bad influence with respect to the optical image imaged with an imaging means can be eliminated, and adhesion of dust to an optical element can be suppressed.

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments do not limit the invention according to the scope of claims, and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention.

[実施の形態1]
以下、本発明の実施の形態1に係るレンズ交換式デジタル一眼レフカメラ(以下、D−SLRと略す)について、図1から図5を参照して説明する。
[Embodiment 1]
Hereinafter, an interchangeable-lens digital single-lens reflex camera (hereinafter abbreviated as D-SLR) according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本発明の実施の形態1に係るD−SLR100の撮像部10及びフォーカルプレンシャッタ50の概略構成を説明するための側方断面図である。   FIG. 1 is a side sectional view for explaining a schematic configuration of the imaging unit 10 and the focal plane shutter 50 of the D-SLR 100 according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、撮像部10は、ガラスやフィルタ等の光学素子11と光学素子11を保持する保持部材12及び光学素子11の表面と当接した状態で光学素子11と保持部材12とを一体化させている支持板13を有している。固体撮像装置15は、固体撮像素子15bを保護するためのカバー部材15aとで構成されている。基板17には、この固体撮像装置15のカバー部材15aと光学素子11との間を密封するためのシール部材16、固体撮像装置15の接続端子15cが接続している。更にこの基板17には、D−SLR100の動作を制御する制御回路を構成する電気素子が搭載されている。保持板18は、固体撮像装置15と一体化して固体撮像装置15を不図示のD−SLR100のシャーシに不図示のビスによって固定している。   In FIG. 1, an imaging unit 10 integrates an optical element 11 such as glass or a filter, a holding member 12 that holds the optical element 11, and the optical element 11 and the holding member 12 in contact with the surface of the optical element 11. A supporting plate 13 is provided. The solid-state imaging device 15 includes a cover member 15a for protecting the solid-state imaging element 15b. A sealing member 16 for sealing between the cover member 15a of the solid-state imaging device 15 and the optical element 11 and a connection terminal 15c of the solid-state imaging device 15 are connected to the substrate 17. Furthermore, the board 17 is mounted with electrical elements that constitute a control circuit that controls the operation of the D-SLR 100. The holding plate 18 is integrated with the solid-state imaging device 15 to fix the solid-state imaging device 15 to the chassis of the D-SLR 100 (not shown) with screws (not shown).

尚、光学素子11のフォーカルプレンシャッタ50側の対向面表面には、凹凸構造11aが設けられている。この凹凸構造11aは、図4(B)に示すように、ピッチ(第1の周期)P1で配置された略V型の凹形状(第1の凹凸構造)と、該凹形状に設けられたピッチ(第2の周期)P2の凹形状11c(第2の凹凸構造)とから形成されている。以下、この構造をフラクタル構造と呼ぶ。そして共に、撮像素子15bに結像される光学像に対して光学的に悪影響を与えないために、少なくとも可視光の波長域(380nm〜770nm)よりも小さな深さとピッチになっている。   Note that an uneven structure 11 a is provided on the surface of the optical element 11 facing the focal plane shutter 50. As shown in FIG. 4B, the concavo-convex structure 11a is provided in a substantially V-shaped concave shape (first concavo-convex structure) arranged at a pitch (first period) P1 and the concave shape. A concave shape 11c (second concavo-convex structure) having a pitch (second period) P2 is formed. Hereinafter, this structure is called a fractal structure. In both cases, the depth and pitch are at least smaller than the wavelength range of visible light (380 nm to 770 nm) so as not to adversely affect the optical image formed on the image sensor 15b.

図4(A)〜(C)は、光学素子11の表面に付着した塵埃30に対する凹凸構造11aの作用を説明する図である。この図4については詳しく後述する。   4A to 4C are views for explaining the action of the concavo-convex structure 11 a on the dust 30 attached to the surface of the optical element 11. FIG. 4 will be described in detail later.

このフラクタル構造である凹凸構造11aは、例えば光学素子11の表面に設けたアクリルやポリカーボネート等の樹脂やフッ素系樹脂等の層に、ナノオーダーの微細な形状を有した金型(スタンパー)を押し付けることにより形成される。即ち、樹脂層に金型の微細形状を転写したナノインプリント等の製法により形成できるので、光学素子11の材質を選ぶことなく容易に形成できる。   The concavo-convex structure 11a, which is a fractal structure, presses a mold (stamper) having a nano-order fine shape against a layer of a resin such as acrylic or polycarbonate or a fluorine resin provided on the surface of the optical element 11, for example. Is formed. That is, since it can be formed by a manufacturing method such as nanoimprint in which the fine shape of the mold is transferred to the resin layer, it can be easily formed without selecting the material of the optical element 11.

尚、このフラクタル構造の製作方法としては、例えば特開2000−144116号公報や特開2000−1787号公報に開示されているウェットプロセスでも形成することができる。しかし成膜までの時間が長く、膜厚の制御が難しいので生産的ではない。よって、前述のように、この凹凸構造11aは、ナノインプリント法のようなドライプロセスで成形するのが望ましい。   In addition, as a manufacturing method of this fractal structure, it can form also by the wet process currently disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-144116 or Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-1787, for example. However, it is not productive because it takes a long time to form a film and it is difficult to control the film thickness. Therefore, as described above, it is desirable to form the concavo-convex structure 11a by a dry process such as a nanoimprint method.

次にフォーカルプレンシャッタ50について説明する。先幕21は、複数のシャッタ羽根21a〜21dとで構成されている。また後幕22も、複数のシャッタ羽根から構成されている。中間板23は、フォーカルプレンシャッタ50において先幕21及び後幕22の駆動スペースを分割している。押え板24は、後幕22の押え板であると同時に、撮像のためにその略中央部に開口24aが設けてある。またカバー板25は、先幕21の押え板であると同時に、撮像のためにその略中央部に開口25aが設けられている。29は先幕21の各シャッタ羽根21a〜21dが開いた時に、その位置決めとなるストッパー部を有するストッパーゴムである。   Next, the focal plane shutter 50 will be described. The front curtain 21 includes a plurality of shutter blades 21a to 21d. The rear curtain 22 is also composed of a plurality of shutter blades. The intermediate plate 23 divides the drive space of the front curtain 21 and the rear curtain 22 in the focal plane shutter 50. The presser plate 24 is a presser plate for the rear curtain 22, and at the same time, an opening 24a is provided at a substantially central portion for imaging. Further, the cover plate 25 is a pressing plate for the front curtain 21 and at the same time, an opening 25a is provided at a substantially central portion for imaging. Reference numeral 29 denotes a stopper rubber having a stopper portion that is positioned when the shutter blades 21a to 21d of the front curtain 21 are opened.

このD−SLR100は、CCD或はCMOSセンサ等の撮像素子15bを用いた単板式のデジタルカラーカメラであり、撮像素子15bを連続的または単発的に駆動して動画像または静止画像を表わす画像信号を得る。ここで撮像素子15bは、露光した光を画素毎に電気信号に変換して受光量に応じた電荷を蓄積し、蓄積された電荷を読み出すタイプのエリアセンサである。   The D-SLR 100 is a single-plate digital color camera using an image sensor 15b such as a CCD or CMOS sensor, and an image signal representing a moving image or a still image by driving the image sensor 15b continuously or once. Get. Here, the imaging element 15b is an area sensor of a type that converts the exposed light into an electrical signal for each pixel, accumulates charges according to the amount of received light, and reads the accumulated charges.

図2は、本実施の形態1に係るD−SLR100のカメラシステムの構成を示す概略図で、図1と共通する部分は同じ記号で示し、その説明を省略する。尚、このカメラシステムは、カメラ本体(撮像装置)と、このカメラ本体に着脱可能に装着されるレンズ装置とを有している。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the camera system of D-SLR 100 according to the first embodiment, and the same parts as those in FIG. The camera system includes a camera body (imaging device) and a lens device that is detachably attached to the camera body.

図2において、101はD−SLR100に対して取り外し可能なレンズ装置102を接続するマウント機構であり、このマウント機構101を介してレンズ装置102がD−SLR100に電気的かつ機械的に接続される。そして、焦点距離の異なるレンズ装置102をD−SLR100に装着することによって様々な画角の撮影画面を得ることが可能となる。このレンズ装置102が備える撮影光学系103から固体撮像装置15に至る光軸L1中には、光学素子11が設けられている。この光学素子11は、固体撮像装置15上に物体像(光学像)の必要以上に高い空間周波数成分が伝達されないように撮影光学系103のカットオフ周波数を制限している。   In FIG. 2, reference numeral 101 denotes a mount mechanism that connects a removable lens device 102 to the D-SLR 100, and the lens device 102 is electrically and mechanically connected to the D-SLR 100 via the mount mechanism 101. . Then, by attaching the lens device 102 having different focal lengths to the D-SLR 100, it is possible to obtain shooting screens having various angles of view. An optical element 11 is provided in the optical axis L 1 from the photographing optical system 103 provided in the lens device 102 to the solid-state imaging device 15. The optical element 11 limits the cutoff frequency of the photographing optical system 103 so that a spatial frequency component higher than necessary for the object image (optical image) is not transmitted onto the solid-state imaging device 15.

固体撮像装置15から読み出された信号は、後述するように所定の処理が施された後、画像データとして表示部107に表示される。この表示部107はD−SLR100の背面に取り付けられており、使用者は表示部107での表示を直接観察できるようになっている。尚、この表示部107を、有機EL空間変調素子や液晶空間変調素子、微粒子の電気泳動を利用した空間変調素子などで構成すれば、消費電力を小さくでき、かつ表示部107の薄型化を図ることができる。これにより、D−SLR100の省電力化および小型化を図ることができる。   A signal read from the solid-state imaging device 15 is subjected to predetermined processing as will be described later, and then displayed on the display unit 107 as image data. The display unit 107 is attached to the back surface of the D-SLR 100 so that the user can directly observe the display on the display unit 107. Note that if the display unit 107 is composed of an organic EL spatial modulation element, a liquid crystal spatial modulation element, a spatial modulation element using microparticle electrophoresis, power consumption can be reduced, and the display unit 107 can be made thin. be able to. Thereby, power saving and size reduction of D-SLR100 can be achieved.

固体撮像装置15は、具体的には、増幅型固体撮像素子の1つであるCMOSプロセスコンパチブルのセンサ(以下、CMOSセンサ)である。このCMOSセンサを採用することにより、エリアセンサ部のMOSトランジスタと撮像装置駆動回路、AD変換回路、画像処理回路といった周辺回路を同一工程で形成できるため、マスク枚数、プロセス工程がCCDと比較して大幅に削減できる。また、任意の画素へのランダムアクセスが可能であるため画像の表示用に間引いた読み出しが容易となる。これにより表示部107に高い表示レートでリアルタイムでの表示が行える。固体撮像装置15は、上述した特長を利用し、表示用の画像出力動作(固体撮像装置15の受光領域のうち一部を間引いた領域での読み出し)、及び高精彩画像の出力動作(全受光領域での読み出し)を行う。   Specifically, the solid-state imaging device 15 is a CMOS process compatible sensor (hereinafter referred to as a CMOS sensor) which is one of amplification type solid-state imaging devices. By adopting this CMOS sensor, the peripheral transistors such as the MOS transistor of the area sensor unit and the imaging device drive circuit, AD conversion circuit, and image processing circuit can be formed in the same process, so the number of masks and the process process are compared with the CCD. It can be greatly reduced. In addition, since random access to an arbitrary pixel is possible, reading that is thinned out for displaying an image becomes easy. Thereby, the display unit 107 can display in real time at a high display rate. The solid-state imaging device 15 utilizes the above-described features, and performs an image output operation for display (reading out a part of the light-receiving area of the solid-state imaging device 15) and a high-definition image output operation (total light reception). Read out in the area).

可動型のハーフミラー111は、撮影光学系103からの光束のうち一部を反射させるとともに残りを透過させる。このハーフミラー111の屈折率は約1.5であり、その厚さは0.5mmである。105は撮影光学系によって形成される物体像の予定結像面に配置されたフォーカシングスクリーン、112はペンタプリズムである。ファインダレンズ109は、フォーカシングスクリーン105上に結像された物体像を観察するためのレンズであり、単数もしくは複数のファインダレンズ(不図示)で構成されている。これらフォーカシングスクリーン105、ペンタプリズム112及びファインダレンズ109は、ファインダ光学系を構成する。   The movable half mirror 111 reflects a part of the light flux from the photographing optical system 103 and transmits the rest. The half mirror 111 has a refractive index of about 1.5 and a thickness of 0.5 mm. Reference numeral 105 denotes a focusing screen disposed on a predetermined imaging plane of an object image formed by the photographing optical system, and 112 denotes a pentaprism. The finder lens 109 is a lens for observing an object image formed on the focusing screen 105, and is composed of one or a plurality of finder lenses (not shown). The focusing screen 105, the pentaprism 112, and the finder lens 109 constitute a finder optical system.

ハーフミラー111の背後(像面側)には可動型のサブミラー122が設けられており、ハーフミラー111を透過した光束のうち光軸L1に近い光束を反射させて焦点検出ユニット121に導いている。このサブミラー122は不図示のハーフミラー111の保持部材に設けられた回転軸を中央に回転し、ハーフミラー111の動きに連動して移動する。尚、焦点検出ユニット121は、サブミラー122からの光束を受光して位相差検出方式による焦点検出を行う。   A movable sub-mirror 122 is provided behind the half mirror 111 (on the image plane side), and the light beam that has passed through the half mirror 111 is reflected near the optical axis L 1 and guided to the focus detection unit 121. . The sub mirror 122 rotates around a rotation shaft provided on a holding member of the half mirror 111 (not shown) and moves in conjunction with the movement of the half mirror 111. The focus detection unit 121 receives the light beam from the sub mirror 122 and performs focus detection by the phase difference detection method.

またハーフミラー111とサブミラー122から成る光路分割系は、ファインダ光学系に光を導くための第1の光路分割状態をとることができる。更に、結像レンズからの光束をダイレクトに固体撮像装置15に導くために撮影光路から退避した第2の光路分割状態(図2中破線で示した位置:111'及び122')をとることが出来る。可動式の閃光発光ユニット114は、D−SLR100に収納される収納位置とD−SLR100から突出した発光位置との間で移動可能である。フォーカルプレンシャッタ50は、像面に入射する光量を調節している。119はD−SLR100を起動させるためのメインスイッチである。2段階で押圧操作されるレリーズボタン120は、半押し操作(SW1がON)で撮影準備動作(測光動作や焦点調節動作等)を開始し、全押し操作(SW2がON)で撮影動作(固体撮像装置15から読み出された画像データの記録媒体への記録)を開始する。光学ファインダ内の情報表示ユニット180は、フォーカシングスクリーン105上に特定の情報を表示させる表示ユニットである。104は絞りである。   The optical path splitting system composed of the half mirror 111 and the sub mirror 122 can take a first optical path splitting state for guiding light to the finder optical system. Further, a second optical path split state (positions indicated by broken lines in FIG. 2: 111 ′ and 122 ′) withdrawn from the photographing optical path to directly guide the light beam from the imaging lens to the solid-state imaging device 15 can be taken. I can do it. The movable flash light emitting unit 114 is movable between a storage position stored in the D-SLR 100 and a light emission position protruding from the D-SLR 100. The focal plane shutter 50 adjusts the amount of light incident on the image plane. Reference numeral 119 denotes a main switch for starting up the D-SLR 100. The release button 120 that is pressed in two stages starts a shooting preparation operation (photometry operation, focus adjustment operation, etc.) by a half-press operation (SW1 is ON), and a shooting operation (solid state) by a full-press operation (SW2 is ON). Recording of the image data read from the imaging device 15 to the recording medium is started. The information display unit 180 in the optical finder is a display unit that displays specific information on the focusing screen 105. Reference numeral 104 denotes an aperture.

図3は、本実施の形態1に係るD−SLR100のカメラシステムの電気的構成を説明するブロック図で、前述の図1及び図2と共通する部分は同じ記号で示している。   FIG. 3 is a block diagram for explaining the electrical configuration of the camera system of the D-SLR 100 according to the first embodiment, and the same parts as those in FIGS. 1 and 2 described above are indicated by the same symbols.

このカメラシステムは、撮像系、画像処理系、記録再生系及び制御系を有する。撮像系は、撮影光学系103及び固体撮像装置15を含む撮像部10を有している。画像処理系は、A/D変換器130、RGB画像処理回路131及びYC処理回路132を有している。また記録再生系は、記録処理回路133及び再生処理回路134を有し、制御系は、カメラシステム制御回路(制御手段)135、操作検出回路136、駆動回路137を有している。接続端子138は、外部のコンピュータ等に接続され、データの送受信を行うために規格化された端子である。尚、上述した回路は、不図示の小型燃料電池からの電力供給を受けて駆動する。   This camera system has an imaging system, an image processing system, a recording / reproducing system, and a control system. The imaging system has an imaging unit 10 that includes a photographic optical system 103 and a solid-state imaging device 15. The image processing system includes an A / D converter 130, an RGB image processing circuit 131, and a YC processing circuit 132. The recording / reproducing system includes a recording processing circuit 133 and a reproducing processing circuit 134, and the control system includes a camera system control circuit (control means) 135, an operation detection circuit 136, and a driving circuit 137. The connection terminal 138 is a terminal that is connected to an external computer or the like and is standardized to transmit and receive data. The above-described circuit is driven by receiving power from a small fuel cell (not shown).

撮像系は、物体(被写体側)からの光を、撮影光学系103を介して固体撮像装置15の撮像面に結像させる光学処理部である。撮影光学系103内に設けられた絞り104の駆動を制御するとともに、必要に応じてフォーカルプレンシャッタ50の駆動をシャッタ制御回路145を介して行うことによって、適切な光量の光を固体撮像装置15で受光させることができる。本実施の形態1に係る固体撮像装置15には、正方画素が長辺方向に3700個、短辺方向に2800個並べられ、合計約1000万個の画素数を有する撮像素子15bが用いられている。そして、各画素にR(赤色)G(緑色)B(青色)のカラーフィルタが交互に配置され、4画素が一組となるいわゆるベイヤー配列を構成している。このベイヤー配列では、観察者が画像を見たときに強く感じやすいGの画素をRやBの画素よりも多く配置することにより総合的な画像性能を上げている。一般に、この方式の撮像素子を用いる画像処理では、輝度信号は主にGから生成し、色信号はR,G,Bから生成する。   The imaging system is an optical processing unit that forms an image of light from an object (subject side) on the imaging surface of the solid-state imaging device 15 via the imaging optical system 103. The driving of the diaphragm 104 provided in the photographing optical system 103 is controlled, and the focal plane shutter 50 is driven through the shutter control circuit 145 as necessary, so that an appropriate amount of light is emitted from the solid-state imaging device 15. Can receive light. The solid-state imaging device 15 according to the first embodiment uses an imaging element 15b in which 3700 square pixels are arranged in the long side direction and 2800 in the short side direction, and the total number of pixels is about 10 million. Yes. In addition, R (red), G (green), and B (blue) color filters are alternately arranged in each pixel to form a so-called Bayer array in which four pixels form a set. In this Bayer arrangement, the overall image performance is improved by arranging more G pixels that are easily felt when an observer views an image than R and B pixels. In general, in image processing using this type of image sensor, a luminance signal is generated mainly from G, and a color signal is generated from R, G, and B.

固体撮像装置15から読み出された信号は、A/D変換器130を介して上述の画像処理系に供給され、この画像処理系での画像処理によって画像データが生成される。A/D変換器130は、撮像素子15bの各画素から読み出された信号の振幅に応じて、例えば撮像素子15bの出力信号を10ビットのデジタル信号に変換して出力する信号変換回路である。このA/D変換処理以降の画像処理はデジタル処理にて実行される。画像処理系は、R,G,Bのデジタル信号から所望の形式の画像信号を得る信号処理回路であり、R,G,Bの色信号を輝度信号Yおよび色差信号(R−Y),(B−Y)にて表わされるYC信号などに変換する。RGB画像処理回路131は、A/D変換器130の出力信号を処理する信号処理回路であり、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、補間演算による高解像度化を行う補間演算回路を有する。YC処理回路132は、輝度信号Y及び色差信号R−Y,B−Yを生成する信号処理回路である。このYC処理回路132は、高域輝度信号YHを生成する高域輝度信号発生回路、低域輝度信号YLを生成する低域輝度信号発生回路及び、色差信号R−Y,B−Yを生成する色差信号発生回路を有している。輝度信号Yは、高域輝度信号YHと低域輝度信号YLを合成することによって形成される。   A signal read from the solid-state imaging device 15 is supplied to the above-described image processing system via the A / D converter 130, and image data is generated by image processing in this image processing system. The A / D converter 130 is a signal conversion circuit that converts, for example, an output signal of the image sensor 15b into a 10-bit digital signal according to the amplitude of the signal read from each pixel of the image sensor 15b. . Image processing after this A / D conversion processing is executed by digital processing. The image processing system is a signal processing circuit that obtains an image signal of a desired format from R, G, and B digital signals. The R, G, and B color signals are converted into a luminance signal Y and a color difference signal (R−Y), ( B-Y) and the like are converted into a YC signal. The RGB image processing circuit 131 is a signal processing circuit that processes the output signal of the A / D converter 130, and includes a white balance circuit, a gamma correction circuit, and an interpolation calculation circuit that performs high resolution by interpolation calculation. The YC processing circuit 132 is a signal processing circuit that generates a luminance signal Y and color difference signals RY and BY. The YC processing circuit 132 generates a high-frequency luminance signal generation circuit that generates a high-frequency luminance signal YH, a low-frequency luminance signal generation circuit that generates a low-frequency luminance signal YL, and color difference signals RY and BY. It has a color difference signal generation circuit. The luminance signal Y is formed by combining the high frequency luminance signal YH and the low frequency luminance signal YL.

記録再生系は、不図示のメモリ(メモリカード等)への画像信号の出力と、表示部107への画像信号の出力とを行う処理系である。記録処理回路133はメモリへの画像信号の書き込み処理及び読み出し処理を行い、再生処理回路134はメモリから読み出した画像信号を再生して表示部107に出力する。また記録処理回路133は、静止画データ及び動画データを表わすYC信号を所定の圧縮形式にて圧縮するとともに、その圧縮されたデータを伸張させる圧縮伸張回路を内部に有している。この圧縮伸張回路は、信号処理のためのフレームメモリなどを有しており、このフレームメモリに画像処理系からのYC信号をフレーム毎に蓄積し、複数のブロックのうち各ブロックから蓄積された信号を読み出して圧縮符号化する。この圧縮符号化は、例えば、ブロック毎の画像信号を2次元直交変換、正規化およびハフマン符号化することにより行われる。再生処理回路134は、輝度信号Y及び色差信号R−Y,B−Yをマトリクス変換して、例えばRGB信号に変換する回路である。この再生処理回路134によって変換された信号は表示部107に出力され可視画像として表示(再生)される。再生処理回路134及び表示部107は、Bluetooth(登録商標)等の無線通信を介して接続されていてもよい。このように無線で接続することにより、このカメラで撮像された画像を離れたところからモニタすることができる。   The recording / reproducing system is a processing system that outputs an image signal to a memory (such as a memory card) (not shown) and outputs an image signal to the display unit 107. The recording processing circuit 133 performs image signal writing processing and reading processing on the memory, and the reproduction processing circuit 134 reproduces the image signal read from the memory and outputs it to the display unit 107. The recording processing circuit 133 includes a compression / expansion circuit for compressing the YC signal representing still image data and moving image data in a predetermined compression format and expanding the compressed data. This compression / decompression circuit has a frame memory for signal processing and the like, stores YC signals from the image processing system for each frame in this frame memory, and signals stored from each block among a plurality of blocks. Is compressed and encoded. This compression coding is performed, for example, by performing two-dimensional orthogonal transformation, normalization, and Huffman coding on the image signal for each block. The reproduction processing circuit 134 is a circuit that converts the luminance signal Y and the color difference signals RY and BY into a matrix signal, for example, an RGB signal. The signal converted by the reproduction processing circuit 134 is output to the display unit 107 and displayed (reproduced) as a visible image. The reproduction processing circuit 134 and the display unit 107 may be connected via wireless communication such as Bluetooth (registered trademark). By connecting wirelessly in this way, an image captured by this camera can be monitored from a distance.

一方、制御系における操作検出回路136は、図2に示すメインスイッチ119、レリーズボタン120等(他のスイッチは不図示)の操作を検出して、この検出結果をカメラシステム制御回路135に出力する。このカメラシステム制御回路135は、操作検出回路136からの検出信号を受けることで、その検出結果に応じた動作を行う。また、カメラシステム制御回路135は、撮像動作を行う際のタイミング信号を生成して、撮像装置の駆動回路137に出力する。この駆動回路137は、このカメラシステム制御回路135からの制御信号を受けることにより、固体撮像装置15を駆動させるための駆動信号を生成する。情報表示回路142は、カメラシステム制御回路135からの制御信号を受けて光学ファインダ内の情報表示ユニット180(図2)の駆動を制御する。   On the other hand, the operation detection circuit 136 in the control system detects the operation of the main switch 119 and the release button 120 shown in FIG. 2 (other switches are not shown) and outputs the detection result to the camera system control circuit 135. . The camera system control circuit 135 receives the detection signal from the operation detection circuit 136 and performs an operation according to the detection result. In addition, the camera system control circuit 135 generates a timing signal for performing an imaging operation and outputs the timing signal to the drive circuit 137 of the imaging apparatus. The drive circuit 137 receives the control signal from the camera system control circuit 135 and generates a drive signal for driving the solid-state imaging device 15. The information display circuit 142 receives a control signal from the camera system control circuit 135 and controls driving of the information display unit 180 (FIG. 2) in the optical viewfinder.

制御系は、D−SLR100に設けられた各種スイッチの操作に応じて撮像系、画像処理系及び記録再生系での駆動を制御する。例えば、レリーズボタン120の操作によってSW2がONとなった場合、制御系(カメラシステム制御回路135)は、固体撮像装置15の駆動、RGB画像処理回路131の動作、記録処理回路133の圧縮処理などを制御する。更に制御系は、情報表示回路142を介して光学ファインダ内の情報表示ユニット180の駆動を制御することによって、光学ファインダ内での表示(表示セグメントの状態)を変更する。   The control system controls driving in the imaging system, image processing system, and recording / reproducing system in accordance with the operation of various switches provided in the D-SLR 100. For example, when SW2 is turned ON by operating the release button 120, the control system (camera system control circuit 135) drives the solid-state imaging device 15, operates the RGB image processing circuit 131, compresses the recording processing circuit 133, and the like. To control. Further, the control system changes the display (the state of the display segment) in the optical finder by controlling the driving of the information display unit 180 in the optical finder via the information display circuit 142.

次に、撮影光学系103の焦点調節動作に関して説明する。   Next, the focus adjustment operation of the photographic optical system 103 will be described.

カメラシステム制御回路135はAF制御回路140と接続している。またマウント機構101によりレンズ装置102をD−SLR100に装着することで、カメラシステム制御回路135は、マウント接点101a,102aを介してレンズ装置102内のレンズシステム制御回路141と接続される。そしてAF制御回路140及びレンズシステム制御回路141と、カメラシステム制御回路135とは、特定の処理の際に必要となるデータを相互に通信する。   The camera system control circuit 135 is connected to the AF control circuit 140. Further, by mounting the lens device 102 to the D-SLR 100 by the mount mechanism 101, the camera system control circuit 135 is connected to the lens system control circuit 141 in the lens device 102 via the mount contacts 101a and 102a. The AF control circuit 140, the lens system control circuit 141, and the camera system control circuit 135 communicate data necessary for specific processing with each other.

焦点検出ユニット121(焦点検出センサ167)は、撮影画面内の所定位置に設けられた焦点検出領域での検出信号をAF制御回路140に出力する。AF制御回路140は、この焦点検出ユニット121(図2)からの出力信号に基づいて焦点検出信号を生成し、撮影光学系103の焦点調節状態(デフォーカス量)を検出する。そして、AF制御回路140は、その検出したデフォーカス量を撮影光学系103の一部の要素であるフォーカスレンズの駆動量に変換する。そして、その変換したフォーカスレンズの駆動量に関する情報を、カメラシステム制御回路135を介してレンズシステム制御回路141に送信する。ここで、移動する物体に対して焦点調節を行う場合、AF制御回路140は、レリーズボタン120が全押し操作されてから実際の撮像制御が開始されるまでのタイムラグを勘案して、フォーカスレンズの適切な停止位置を予測する。そして、予測した停止位置へのフォーカスレンズの駆動量に関する情報をレンズシステム制御回路141に送信する。   The focus detection unit 121 (focus detection sensor 167) outputs a detection signal in a focus detection area provided at a predetermined position in the shooting screen to the AF control circuit 140. The AF control circuit 140 generates a focus detection signal based on the output signal from the focus detection unit 121 (FIG. 2), and detects the focus adjustment state (defocus amount) of the photographing optical system 103. Then, the AF control circuit 140 converts the detected defocus amount into a drive amount of a focus lens that is a part of the photographing optical system 103. Then, the converted information regarding the driving amount of the focus lens is transmitted to the lens system control circuit 141 via the camera system control circuit 135. Here, when the focus adjustment is performed on the moving object, the AF control circuit 140 takes into account the time lag from when the release button 120 is fully pressed until the actual imaging control is started. Predict an appropriate stop position. Then, information regarding the driving amount of the focus lens to the predicted stop position is transmitted to the lens system control circuit 141.

一方、カメラシステム制御回路135は、撮像素子15bからの信号に基づいて被写体の輝度が低く、十分な焦点検出精度が得られないと判定すると、閃光発光ユニット114又は、D−SLR100に設けられた不図示の白色LEDや蛍光管を駆動する。これにより物体を照明する。レンズシステム制御回路141は、カメラシステム制御回路135からフォーカスレンズの駆動量に関する情報を受信する。そしてこの情報に基づいて、レンズ装置102内に配置されたAFモータ147の駆動を制御して、不図示の駆動機構を介してフォーカスレンズを上記駆動量の分だけ光軸L1方向に移動させる。これにより、撮影光学系103が合焦状態となる。尚、上述したようにフォーカスレンズが液体レンズ等で構成されている場合には、界面形状を変化させることになる。また、レンズシステム制御回路141は、カメラシステム制御回路135から露出値(絞り値)に関する情報を受信すると、レンズ装置102内の絞り駆動源(アクチュエータ)143の駆動を制御する。これにより、その絞り値に応じた絞り開口径となるように絞り104を動作させる。   On the other hand, when the camera system control circuit 135 determines that the luminance of the subject is low and sufficient focus detection accuracy cannot be obtained based on the signal from the image sensor 15b, the camera system control circuit 135 is provided in the flash light emitting unit 114 or the D-SLR 100. A white LED or fluorescent tube (not shown) is driven. This illuminates the object. The lens system control circuit 141 receives information on the driving amount of the focus lens from the camera system control circuit 135. Based on this information, the driving of the AF motor 147 disposed in the lens device 102 is controlled, and the focus lens is moved in the direction of the optical axis L1 by the driving amount through a driving mechanism (not shown). As a result, the photographing optical system 103 is brought into focus. As described above, when the focus lens is composed of a liquid lens or the like, the interface shape is changed. When the lens system control circuit 141 receives information about the exposure value (aperture value) from the camera system control circuit 135, the lens system control circuit 141 controls the driving of the aperture drive source (actuator) 143 in the lens device 102. Accordingly, the diaphragm 104 is operated so as to have a diaphragm aperture diameter corresponding to the diaphragm value.

また、シャッタ制御回路145は、先幕駆動源35、チャージ源36及び後幕駆動源37の制御を行う。先幕駆動源35は、公知のコイルやヨーク等で構成された電磁アクチュエータと駆動レバー等で構成されている。チャージ源36は、開き動作を行った先幕21を再び図1に示した閉状態にするために閉じ動作を行うための、駆動レバーやスプリング等で構成されている。更に後幕駆動源37は、後幕22の開閉動作を行うための、公知のコイルやヨーク等で構成された電磁アクチュエータと駆動レバー等で構成されている。そして、カメラシステム制御回路135からのシャッタ速度に関する情報を受信すると、フォーカルプレンシャッタ50の先幕21、後幕22の駆動源である先幕駆動源35、後幕駆動源37及びチャージ源36の駆動を制御する。これにより、上記シャッタ速度になるように先幕21及び後幕22を動作させる。このフォーカルプレンシャッタ50と絞り104の動作により、適切な光量の物体光を像面側に向かわせることができる。またAF制御回路140において被写体にピントが合ったことが検出されると、この情報はカメラシステム制御回路135に送信される。このとき、レリーズボタン120の全押し操作によってSW2がON状態になれば、上述したように撮像系、画像処理系及び記録再生系によって撮影動作が行われる。   The shutter control circuit 145 controls the front curtain drive source 35, the charge source 36, and the rear curtain drive source 37. The front curtain drive source 35 is composed of an electromagnetic actuator composed of a known coil or yoke, a drive lever, and the like. The charge source 36 is composed of a drive lever, a spring, and the like for performing the closing operation in order to bring the front curtain 21 that has performed the opening operation into the closed state shown in FIG. 1 again. Further, the rear-curtain drive source 37 is configured by an electromagnetic actuator and a drive lever that are configured by known coils and yokes for opening and closing the rear curtain 22. When the information about the shutter speed from the camera system control circuit 135 is received, the front curtain drive source 35, the rear curtain drive source 37, and the charge source 36, which are the drive sources of the front curtain 21 and the rear curtain 22 of the focal plane shutter 50. Control the drive. Thereby, the front curtain 21 and the rear curtain 22 are operated so as to achieve the shutter speed. By the operation of the focal plane shutter 50 and the diaphragm 104, an appropriate amount of object light can be directed to the image plane side. When the AF control circuit 140 detects that the subject is in focus, this information is transmitted to the camera system control circuit 135. At this time, if SW2 is turned on by a full press operation of the release button 120, the photographing operation is performed by the imaging system, the image processing system, and the recording / reproducing system as described above.

続いて、図4〜図6を参照して、本実施の形態に係る光学素子11の表面に設けられた凹凸構造11aの効果について説明する。   Next, with reference to FIGS. 4 to 6, the effect of the concavo-convex structure 11 a provided on the surface of the optical element 11 according to the present embodiment will be described.

図4(A)〜(C)は、図1のA部の拡大図で、光学素子11の表面に塵埃が付着した場合の様子を示したものである。同図において、30は塵埃である。また、後述するように、塵埃30と光学素子11の表面との間に液架橋が形成される。本実施の形態では、光学素子11の表面に凹凸構造11aがある場合に形成される液架橋(図4(C)の実線)を70、また光学素子11の表面に凹凸構造11aがない場合に形成される液架橋(図4中(C)破線)を70'として示している。   FIGS. 4A to 4C are enlarged views of a portion A in FIG. 1 and show a state in which dust adheres to the surface of the optical element 11. In the figure, 30 is dust. Further, as described later, a liquid bridge is formed between the dust 30 and the surface of the optical element 11. In the present embodiment, the liquid bridge (solid line in FIG. 4C) formed when the surface of the optical element 11 has the uneven structure 11a is 70, and the surface of the optical element 11 has no uneven structure 11a. The liquid bridge formed (broken line (C) in FIG. 4) is shown as 70 '.

いま塵埃30が光学素子11の表面に付着した場合、空気中に含まれる水分子(不図示)が塵埃30と光学素子11の表面との間で凝集して液架橋70を形成する。この液架橋70によって、塵埃30と光学素子11の表面との間には液架橋力という、式(1)で示される付着力FLが作用することになる。   When the dust 30 is now attached to the surface of the optical element 11, water molecules (not shown) contained in the air aggregate between the dust 30 and the surface of the optical element 11 to form the liquid bridge 70. By this liquid bridge 70, an adhesion force FL expressed by the equation (1) acts between the dust 30 and the surface of the optical element 11, which is a liquid bridge force.

FL=2πσDcosθ(N) ...式(1)
この式(1)において、σは水の表面張力(N/m)、Dは塵埃30の直径(m)、θは水の光学素子11の表面に対する接触角(度)である。
FL = 2πσD cos θ (N) (1)
In this equation (1), σ is the surface tension (N / m) of water, D is the diameter (m) of the dust 30, and θ is the contact angle (degree) of the water with respect to the surface of the optical element 11.

ここで、同一の塵埃30に対する液架橋力を考えた場合、水の表面張力(表面エネルギー)は一定である。よって、光学素子11の表面に凹凸構造11aがある場合とない場合とでは、後述するように接触角θが異なる。ここでは、それぞれの接触角θを、θ1,θ2とする(θ1<θ2、図4(C)参照)。   Here, when considering the liquid bridging force for the same dust 30, the surface tension (surface energy) of water is constant. Therefore, the contact angle θ is different between the case where the concavo-convex structure 11 a is present on the surface of the optical element 11 and the case where there is no concavo-convex structure 11 a as described later. Here, the respective contact angles θ are assumed to be θ1 and θ2 (θ1 <θ2, see FIG. 4C).

ここで接触角θとは、水と凹凸構造11a(もしくは光学素子11の表面)の各々の表面エネルギーの比であるが、ここで、塵埃30と凹凸構造11aとが接している部分に注目する(図5参照)。   Here, the contact angle θ is the ratio of the surface energy of each of water and the concavo-convex structure 11a (or the surface of the optical element 11). Here, attention is paid to the portion where the dust 30 and the concavo-convex structure 11a are in contact. (See FIG. 5).

図5は、塵埃と凹凸構造とが接触している箇所の拡大図である。   FIG. 5 is an enlarged view of a portion where dust and the uneven structure are in contact with each other.

図5に示したように、凹凸構造11aがある場合、塵埃30は凹凸構造11aを構成する単一凹凸構造11bの少なくとも1つと接し、その単一凹凸構造11bと塵埃30との間で液架橋70aが形成される。実際には、塵埃30と凹凸構造11aとは複数の単一凹凸構造11bと接するので、複数の液架橋70aが形成される。そのため、その液架橋70aの集合体が図4(C)で示した液架橋70であると言える。   As shown in FIG. 5, when the concavo-convex structure 11 a is present, the dust 30 is in contact with at least one of the single concavo-convex structures 11 b constituting the concavo-convex structure 11 a, and the liquid bridge is formed between the single concavo-convex structure 11 b and the dust 30. 70a is formed. Actually, since the dust 30 and the concavo-convex structure 11a are in contact with the plurality of single concavo-convex structures 11b, a plurality of liquid bridges 70a are formed. Therefore, it can be said that the aggregate of the liquid bridge 70a is the liquid bridge 70 shown in FIG.

単一凹凸構造11bの表面エネルギーと、凹凸構造11aが無い場合の光学素子11の表面エネルギーとの大小関係によらず、凹凸構造11aと塵埃30が接触する場合の接触面積と、光学素子11の表面と塵埃30が接触する場合の接触面積とを比べる。この場合は、凹凸構造11aと塵埃30とが接触する場合の接触面積の方が小さくなるので、見かけ上、凹凸構造11aの有無によって接触角が変化する。これにより、凹凸構造11aと塵埃30とが接触している場合の接触角が大きくなるため、θ1<θ2となる。   Regardless of the magnitude relationship between the surface energy of the single concavo-convex structure 11b and the surface energy of the optical element 11 without the concavo-convex structure 11a, the contact area when the concavo-convex structure 11a and the dust 30 are in contact with each other, The contact area when the surface and the dust 30 are in contact is compared. In this case, since the contact area when the concavo-convex structure 11a and the dust 30 are in contact with each other is smaller, the contact angle apparently changes depending on the presence or absence of the concavo-convex structure 11a. As a result, the contact angle when the concavo-convex structure 11a and the dust 30 are in contact with each other increases, so that θ1 <θ2.

ここで塵埃30と凹凸構造11aの表面との間に形成される液架橋70と、塵埃30と光学素子11の表面との間に形成される液架橋70'の大きさを比べる。凹凸構造11aがない場合(図4(C)のS2)の液架橋70'に比べて、凹凸構造11aが有る場合の液架橋70の方が小さくなる(図4(C)のS1)。   Here, the size of the liquid bridge 70 formed between the dust 30 and the surface of the concavo-convex structure 11 a is compared with the size of the liquid bridge 70 ′ formed between the dust 30 and the surface of the optical element 11. Compared with the liquid bridge 70 ′ without the uneven structure 11a (S2 in FIG. 4C), the liquid bridge 70 with the uneven structure 11a is smaller (S1 in FIG. 4C).

また式(1)において、凹凸構造11aの有無によって異なるのは接触角θだけである。このため、接触角θが大きくなると付着力FLが小さくなる(0度≦θ≦90度)。つまり、凹凸構造11aが有る場合の付着力FL1と、凹凸構造11aが無い場合の付着力FL2とを比較すると、FL1<FL2となる。   In the formula (1), only the contact angle θ is different depending on the presence or absence of the concavo-convex structure 11a. For this reason, when the contact angle θ increases, the adhesion force FL decreases (0 degree ≦ θ ≦ 90 degrees). That is, when the adhesion force FL1 when the concavo-convex structure 11a is present and the adhesion force FL2 when there is no concavo-convex structure 11a are compared, FL1 <FL2.

つまり凹凸構造11aにより、塵埃30の凹凸構造11a(光学素子11)への付着力が低くなる。このため、塵埃30が光学素子11に付着しようとしても、凹凸構造11aがある場合はその付着力が小さくなる。その結果、塵埃30に加わる重力の影響により、塵埃30が光学素子11の表面から落下し易くなり、光学素子11の表面に付着しにくくなる。   That is, the uneven structure 11a reduces the adhesion force of the dust 30 to the uneven structure 11a (optical element 11). For this reason, even if the dust 30 tries to adhere to the optical element 11, if there is the concavo-convex structure 11 a, the adhesion force becomes small. As a result, due to the influence of gravity applied to the dust 30, the dust 30 easily falls from the surface of the optical element 11, and is difficult to adhere to the surface of the optical element 11.

これとは別に、塵埃30が光学素子11の表面、或は凹凸構造11aに付着した場合、相互作用力であるファンデルワールス力が塵埃30と光学素子11の表面との間に作用する。このファンデルワールス力は、式(2)で示される付着力Fvとなる。   Apart from this, when the dust 30 adheres to the surface of the optical element 11 or the concavo-convex structure 11 a, van der Waals force that is an interaction force acts between the dust 30 and the surface of the optical element 11. This van der Waals force is an adhesion force Fv expressed by equation (2).

Fv=HD/(12×Zの二乗)(N) ...式(2)
この式(2)において、Hは塵埃30のハマーカー定数(J)、Dは塵埃30の直径(m)、Zは塵埃30と凹凸構造11a(もしくは光学素子11)の表面との分離距離で0.4nmである。
Fv = HD / (square of 12 × Z) (N) Equation (2)
In this formula (2), H is the Hamarker constant (J) of the dust 30, D is the diameter (m) of the dust 30, and Z is the separation distance between the dust 30 and the surface of the concavo-convex structure 11 a (or the optical element 11). .4 nm.

ここで、同一の塵埃30に対するファンデルワールス力を考えた場合、塵埃30の直径D及びハマーカー定数Hは一定であるから、光学素子11の表面に凹凸構造11aがある場合とない場合とでは、分離距離Zが異なることになる。   Here, when the van der Waals force with respect to the same dust 30 is considered, since the diameter D and the Hammer constant H of the dust 30 are constant, the case where there is a concavo-convex structure 11 a on the surface of the optical element 11, The separation distance Z will be different.

図6は、ファンデルワールス力を説明する図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining Van der Waals forces.

そもそもファンデルワールス力とは、2つの物体間に作用する相互作用力である。この相互作用力は、一つの物体中の全ての原子と、他の物体中の全ての原子間のエネルギーの和(積分)を取ることによって求めることができる。(文献「分子間力と表面力」J・N・イスラエルアチヴィリ著、朝倉書店、P.172)。よって図6に示したように、塵埃30と光学素子11との間に作用するファンデルワールス力も同様にして求めることができる。   In the first place, Van der Waals force is an interaction force acting between two objects. This interaction force can be obtained by taking the sum (integration) of the energy between all atoms in one object and all atoms in another object. (Reference: Intermolecular force and surface force, written by JN, Israel Ativiri, Asakura Shoten, P.172). Therefore, as shown in FIG. 6, the van der Waals force acting between the dust 30 and the optical element 11 can be obtained in the same manner.

ところで、光学素子11の表面に凹凸構造11aを設けると、塵埃30と凹凸構造11aを形成する単一凹凸構造11bとの間に作用するファンデルワールス力の総和が、塵埃30と凹凸構造11aとの間に作用するファンデルワールス力となる。もちろん、塵埃30と凹凸構造11aの下にある光学素子11の表面との間でもファンデルワールス力は発生することが考えられる。ここで凹凸構造11aの距離、つまり単一凹凸構造11bの深さ分だけ分離距離Zが大きくなる。上記式(2)のZ=0.4nmに比べると、単一凹凸構造11bの深さが200nmの場合は、Zは500倍になる。よって、ファンデルワールス力はZの二乗分小さくなるから、塵埃30と光学素子11の表面との間に作用するファンデルワールス力は無視して良い値となる。   By the way, when the concavo-convex structure 11a is provided on the surface of the optical element 11, the total of van der Waals forces acting between the dust 30 and the single concavo-convex structure 11b forming the concavo-convex structure 11a is Van der Waals force acting during Of course, it is conceivable that van der Waals force is generated between the dust 30 and the surface of the optical element 11 under the uneven structure 11a. Here, the separation distance Z increases by the distance of the uneven structure 11a, that is, the depth of the single uneven structure 11b. Compared to Z = 0.4 nm in the above formula (2), Z is 500 times when the depth of the single relief structure 11b is 200 nm. Therefore, since the van der Waals force is reduced by the square of Z, the van der Waals force acting between the dust 30 and the surface of the optical element 11 is a negligible value.

ここで前述したように、塵埃30と凹凸構造11aとの接触面積は、塵埃30と光学素子11の表面との接触面積より小さいから、この接触面積の差だけ、塵埃30との分離距離が大きくなる範囲が凹凸構造11aにはある。つまり式(2)において、凹凸構造11aと塵埃30との間に作用するファンデルワールス力Fv'は、以下の式(3)式で表すことができる。いま、塵埃30と接触している面積分の分離距離をZ1、凹凸構造11aを設ける事で塵埃30と接触しなくなった面積分の分離距離をZ2とする。   As described above, since the contact area between the dust 30 and the concavo-convex structure 11a is smaller than the contact area between the dust 30 and the surface of the optical element 11, the separation distance from the dust 30 is increased by the difference in the contact area. This range exists in the concavo-convex structure 11a. That is, in the formula (2), the van der Waals force Fv ′ acting between the concavo-convex structure 11a and the dust 30 can be expressed by the following formula (3). Now, the separation distance for the area in contact with the dust 30 is Z1, and the separation distance for the area that is no longer in contact with the dust 30 by providing the concavo-convex structure 11a is Z2.

Fv'={HD/(12×Z1の二乗)}+{HD/(12×Z2の二乗}(N) ...式(3)
ここで式(3)の第2項(塵埃30と接触しなくなった面積分に作用するファンデルワールス力)は、分離距離Z2がZより大きいので第1項よりも小さくなる。また、凹凸構造11aがない場合の塵埃30と光学素子11の表面との分離距離をZとする。
Fv ′ = {HD / (12 × Z1 squared)} + {HD / (12 × Z2 squared) (N) (3)
Here, the second term of the formula (3) (Van der Waals force acting on the area that is no longer in contact with the dust 30) is smaller than the first term because the separation distance Z2 is larger than Z. Further, the separation distance between the dust 30 and the surface of the optical element 11 when there is no concavo-convex structure 11a is Z.

Z=Z1 ...式(4)
(4)式の場合でも、前述した通り、凹凸構造11aが塵埃30と接触している面積は、凹凸構造11aが無い場合の光学素子11の接触面積と比べて小さい。よって(3)式の第1項は、(2)式で求められる、凹凸構造11aが無い場合の光学素子11に作用するファンデルワールス力に比べて小さくなる。つまり(3)式で表される凹凸構造11aが存在する場合の付着力Fv1と、凹凸構造11aが無い場合の付着力Fv2とを比較するとFv1<Fv2となる。
Z = Z1 ... Formula (4)
Even in the case of formula (4), as described above, the area where the concavo-convex structure 11a is in contact with the dust 30 is smaller than the contact area of the optical element 11 when there is no concavo-convex structure 11a. Therefore, the first term of the expression (3) is smaller than the van der Waals force that acts on the optical element 11 when the concavo-convex structure 11a is not obtained, which is obtained by the expression (2). That is, when the adhesion force Fv1 when the concavo-convex structure 11a represented by the expression (3) is present and the adhesion force Fv2 when there is no concavo-convex structure 11a are compared, Fv1 <Fv2.

よって、この凹凸構造11aにより、塵埃30の凹凸構造11a(光学素子11)への付着力が低くなるので、塵埃30が光学素子11に付着しようとする付着力が小さくなる。よって、塵埃30に加わる重力の影響により光学素子11の表面から落下しやすくなって光学素子11の表面に付着しにくくなる。   Therefore, the uneven structure 11 a reduces the adhesion force of the dust 30 to the uneven structure 11 a (optical element 11), so that the adhesion force that the dust 30 tends to adhere to the optical element 11 decreases. Therefore, it becomes easy to fall from the surface of the optical element 11 due to the influence of gravity applied to the dust 30, and it becomes difficult to adhere to the surface of the optical element 11.

次に図7は、凹凸構造11aの効果を説明する図である。   Next, FIG. 7 is a figure explaining the effect of the uneven structure 11a.

図7(A)は、無垢のSi基板表面に平均粒径60μmのガラスビーズ(真球品)を散布した状態を示す図である。また図7(B)は、図7(A)の状態から基板を逆さまにした後、再び図7(A)の状態に戻した状態を示す。また図7(C)は、無垢のSi基板表面に、例えば特開2005−212013号公報(図15及び図16)のように、フェムト秒レーザにて周期的な凹凸構造11aを設けたSi基板を示す。そして図7(C)では、その基板表面に平均粒径60μmのガラスビーズ(真球品)を散布した状態を示す。また図7(D)は、図7(C)の状態から基板を逆さまにした後、再び図7(C)の状態に戻した状態を示している。   FIG. 7A is a diagram showing a state where glass beads (true spheres) having an average particle diameter of 60 μm are dispersed on the surface of a solid Si substrate. FIG. 7B shows a state where the substrate is turned upside down from the state of FIG. 7A and then returned to the state of FIG. 7A again. FIG. 7C shows a Si substrate in which a periodic concavo-convex structure 11a is provided by a femtosecond laser on a solid Si substrate surface as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-211203 (FIGS. 15 and 16). Indicates. FIG. 7C shows a state in which glass beads (true spheres) having an average particle diameter of 60 μm are dispersed on the substrate surface. FIG. 7D shows a state where the substrate is turned upside down from the state of FIG. 7C and then returned to the state of FIG. 7C again.

図7(A)〜(D)から明らかなように、図7(A)(B)のように、基板表面に凹凸構造11aがないSi基板では、その表面に散布したガラスビーズは基板を逆さまにしてもほとんど落下していない。しかし図7(C)(D)に示すように、基板表面に凹凸構造11aがあるSi基板では、基板を逆さまにすることによって散布したガラスビーズがほとんど落下していることが分かる。つまり、表面に凹凸構造11aを設けることによって、ガラスビーズとSi基板表面との付着力が低下することが確認できた。   As is clear from FIGS. 7A to 7D, as shown in FIGS. 7A and 7B, in the Si substrate having no uneven structure 11a on the substrate surface, the glass beads spread on the surface are turned upside down. But almost no fall. However, as shown in FIGS. 7C and 7D, in the Si substrate having the concavo-convex structure 11a on the substrate surface, it can be seen that most of the scattered glass beads are dropped by turning the substrate upside down. That is, it was confirmed that the adhesion between the glass beads and the Si substrate surface was reduced by providing the concavo-convex structure 11a on the surface.

以上の構成によれば、光学特性に悪影響を与える事無く、光学素子表面への塵埃の付着力を小さくした光学機器を提供できる。   According to the above configuration, it is possible to provide an optical device that reduces the adhesion of dust to the surface of the optical element without adversely affecting the optical characteristics.

[実施の形態2]
次に図8及び図10を参照して本発明の実施の形態2について説明する。尚、前述の実施の形態1と同様な構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to the above-mentioned Embodiment 1, and the description is abbreviate | omitted.

図8は、本実施の形態2に係るカメラ100の撮像部10及びフォーカルプレンシャッタ50の概略構成を説明するための側方断面図である。   FIG. 8 is a side sectional view for explaining a schematic configuration of the imaging unit 10 and the focal plane shutter 50 of the camera 100 according to the second embodiment.

また図9(A)は、図8のB部の拡大図であって、光学素子11の表面に塵埃30が付着した場合の様子を示したものである。   FIG. 9A is an enlarged view of a portion B in FIG. 8 and shows a state in which dust 30 adheres to the surface of the optical element 11.

図8及び図9(A)において、40は光学素子11のフォーカルプレンシャッタ50側の対向面表面に、少なくとも1種類の粒子で形成された凹凸構造を示す。図9(B)に示したように、ここでは大粒子(第1の粒子)40a(第1の凹凸構造)の周囲に小粒子(第2の粒子)40b(第2の凹凸構造)が所定個数付着している。これらが光学素子11の表面に所定ピッチ(第1の周期)で、もしくはランダムに配列されている。尚、この凹凸構造40を構成する大粒子40a及び小粒子40bは、MgF2やSiO2等の低屈折率材料を用いるか、或は中空状にして低屈折率にしている。例えば大粒子40aは粒径が200nmのもので構成されている。尚、粒径が可視光波長域(約350nm〜700nm)もしくはそれ以上の大きさになると光学的に散乱等の悪影響が懸念されるので、大粒子40aの粒径は200nm以下であることが望ましい。   8 and 9A, reference numeral 40 denotes a concavo-convex structure formed of at least one kind of particles on the surface of the optical element 11 facing the focal plane shutter 50 side. As shown in FIG. 9B, here small particles (second particles) 40b (second uneven structure) are predetermined around large particles (first particles) 40a (first uneven structure). The number is attached. These are arranged on the surface of the optical element 11 at a predetermined pitch (first period) or randomly. The large particles 40a and the small particles 40b constituting the concavo-convex structure 40 are made of a low refractive index material such as MgF2 or SiO2, or are hollow to have a low refractive index. For example, the large particle 40a has a particle size of 200 nm. In addition, since there is concern about adverse effects such as optical scattering when the particle diameter is in the visible light wavelength range (about 350 nm to 700 nm) or larger, it is desirable that the large particles 40a have a particle diameter of 200 nm or less. .

また大粒子40aと小粒子40bとの結合は、例えば特開2005−28356号公報に開示されている方法で、小粒子40bが大粒子40aの表面に結合している。更には、この凹凸構造40は、LB(Langmuir-Blodgett、ラングミュア−ブロジェット)法等により光学素子11の表面に配列されても良い。   Moreover, the coupling | bonding of the large particle 40a and the small particle 40b is the method currently disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-28356, for example, and the small particle 40b has couple | bonded with the surface of the large particle 40a. Further, the uneven structure 40 may be arranged on the surface of the optical element 11 by an LB (Langmuir-Blodgett) method or the like.

次に図10を参照して、本実施の形態2に係る光学素子11の表面に設けられた凹凸構造40の効果について説明する。   Next, with reference to FIG. 10, the effect of the concavo-convex structure 40 provided on the surface of the optical element 11 according to the second embodiment will be described.

図10は、図9において塵埃30と凹凸構造40とが接している部分に注目した拡大図である。ここでも実施の形態1と同様に、塵埃30と光学素子11の表面との間に液架橋が形成される。本実施の形態2において、光学素子11の表面に凹凸構造40がある場合に形成される液架橋(図10の実線)を70、また光学素子11の表面に凹凸構造40がない場合に形成される液架橋(図10の破線)を70'で示している。   FIG. 10 is an enlarged view focusing on the portion where the dust 30 and the concavo-convex structure 40 are in contact with each other in FIG. 9. Again, as in the first embodiment, a liquid bridge is formed between the dust 30 and the surface of the optical element 11. In the second embodiment, the liquid bridge (solid line in FIG. 10) formed when the surface of the optical element 11 has the concavo-convex structure 40 is formed 70, and is formed when the surface of the optical element 11 does not have the concavo-convex structure 40. A liquid bridge (broken line in FIG. 10) is indicated by 70 '.

塵埃30が光学素子11の表面に付着した場合、空気中に含まれる水分子(不図示)が塵埃30と光学素子11の表面との間で凝集して液架橋70を形成する。この液架橋70によって、実施の形態1と同様に、塵埃30と光学素子11の表面との間には式(1)で示される、液架橋力である付着力FLが作用することになる。   When the dust 30 adheres to the surface of the optical element 11, water molecules (not shown) contained in the air aggregate between the dust 30 and the surface of the optical element 11 to form the liquid bridge 70. As in the first embodiment, the liquid bridge 70 causes an adhesion force FL, which is a liquid bridge force, expressed by the equation (1) between the dust 30 and the surface of the optical element 11.

ここで、同一の塵埃30に対する液架橋力を考えた場合、水の表面張力(表面エネルギー)は一定であるから、光学素子11の表面に凹凸構造40がある場合とない場合とでは、後述するように接触角θが異なる。それらをそれぞれθ1,θ2とする(θ1<θ2、図9(A)参照)。   Here, since the surface tension (surface energy) of water is constant when the liquid bridging force with respect to the same dust 30 is considered, it will be described later with and without the uneven structure 40 on the surface of the optical element 11. Thus, the contact angle θ is different. Let them be θ1 and θ2, respectively (θ1 <θ2, see FIG. 9A).

図10に示したように、凹凸構造40がある場合、塵埃30は凹凸構造40を構成する大粒子40aもしくは小粒子40bの少なくとも1つと接し、その大粒子40aもしくは小粒子40bと塵埃30との間で液架橋70aが形成される。   As shown in FIG. 10, when the uneven structure 40 is present, the dust 30 is in contact with at least one of the large particles 40 a or the small particles 40 b constituting the uneven structure 40, and the large particles 40 a or the small particles 40 b and the dust 30 Between these, a liquid bridge 70a is formed.

実際には、塵埃30と凹凸構造40とは複数の大粒子40aもしくは小粒子40bと接するので、複数の液架橋70aが形成されるから、その液架橋70aの集合体が図9(A)で示した液架橋70であるといえる。   Actually, since the dust 30 and the concavo-convex structure 40 are in contact with the plurality of large particles 40a or the small particles 40b, a plurality of liquid bridges 70a are formed, and the aggregate of the liquid bridges 70a is shown in FIG. It can be said that this is the liquid crosslinking 70 shown.

大粒子40a及び小粒子40bの表面エネルギーと、凹凸構造40が無い場合の光学素子11の表面エネルギーとの大小関係によらず凹凸構造40と塵埃30が接触する場合の接触面積と、光学素子11の表面と塵埃30が接触する場合の接触面積とを比べる。この場合、凹凸構造40と塵埃30とが接触する接触面積の方が小さくなるので、見かけ上、凹凸構造40の有無によって接触角が変化することになる。これにより、凹凸構造40と塵埃30とが接触している場合の接触角が大きくなってθ1<θ2となる。   Regardless of the magnitude relationship between the surface energy of the large particles 40a and the small particles 40b and the surface energy of the optical element 11 when there is no concavo-convex structure 40, the contact area when the concavo-convex structure 40 and the dust 30 are in contact, and the optical element 11 The contact area when the surface 30 and the dust 30 are in contact with each other is compared. In this case, since the contact area where the concavo-convex structure 40 and the dust 30 are in contact with each other is smaller, the contact angle apparently changes depending on the presence or absence of the concavo-convex structure 40. As a result, the contact angle when the concavo-convex structure 40 and the dust 30 are in contact with each other is increased to satisfy θ1 <θ2.

こうして、塵埃30と凹凸構造40の表面との間に形成される液架橋70と、塵埃30と光学素子11の表面との間に形成される液架橋70'の大きさを比べる。この場合、凹凸構造40がない場合(図9(A)のS2)の液架橋70'に比べて、凹凸構造40が有る場合の液架橋70の方が小さくなる(図9(A)のS1)。   In this way, the size of the liquid bridge 70 formed between the dust 30 and the surface of the concavo-convex structure 40 is compared with the size of the liquid bridge 70 ′ formed between the dust 30 and the surface of the optical element 11. In this case, the liquid bridge 70 with the concavo-convex structure 40 is smaller than the liquid bridge 70 ′ without the concavo-convex structure 40 (S2 in FIG. 9A) (S1 in FIG. 9A). ).

また、上記式(1)において、凹凸構造40の有無によって異なるのは接触角θだけであるため、接触角θが大きくなると付着力が小さくなる(0度≦θ≦90度)。つまり、凹凸構造40が有る場合の付着力FL1と、凹凸構造40が無い場合の付着力FL2を比較するとFL1<FL2となる。つまり、凹凸構造40により、塵埃30の凹凸構造40(光学素子11)への付着力が弱くなる。これにより、塵埃30が光学素子11に付着しようとしても、凹凸構造40が有る場合はその付着力が小さくなり、塵埃30に加わる重力の影響により光学素子11の表面から落下し易くなる。この結果、光学素子11の表面に塵埃30が付着しにくくなることになる。   Further, in the above formula (1), only the contact angle θ differs depending on the presence or absence of the concavo-convex structure 40, so that the adhesive force decreases as the contact angle θ increases (0 ° ≦ θ ≦ 90 °). That is, when the adhesion force FL1 when the uneven structure 40 is present and the adhesion force FL2 when there is no uneven structure 40 are compared, FL1 <FL2. That is, the uneven structure 40 weakens the adhesion force of the dust 30 to the uneven structure 40 (optical element 11). As a result, even if the dust 30 tries to adhere to the optical element 11, if the uneven structure 40 is present, the adhesion force is reduced, and the dust 30 is easily dropped from the surface of the optical element 11 due to the influence of gravity applied to the dust 30. As a result, it becomes difficult for the dust 30 to adhere to the surface of the optical element 11.

これとは別に、塵埃30が光学素子11の表面もしくは凹凸構造40に付着した場合は前述の実施の形態1と同様に、相互作用力であるファンデルワールス力(式(2)で示される付着力Fv)が塵埃30と光学素子11の表面との間で作用する。   Apart from this, when the dust 30 adheres to the surface of the optical element 11 or the concavo-convex structure 40, as in the first embodiment, the van der Waals force (interaction force (2)) The applied force Fv) acts between the dust 30 and the surface of the optical element 11.

ここで、同一の塵埃30に対するファンデルワールス力を考える。塵埃30の直径D及びハマーカー定数Hは一定であるから、光学素子11の表面に凹凸構造40がある場合とない場合とでは、分離距離Zが異なることになる。即ち、光学素子11の表面に凹凸構造40を設けると、塵埃30と凹凸構造40を形成する大粒子40a及び小粒子40bとの間に作用するファンデルワールス力の総和が、塵埃30と凹凸構造40との間に作用するファンデルワールス力となる。もちろん、塵埃30と凹凸構造40の下にある光学素子11の表面との間でもファンデルワールス力が発生することが考えられるが、凹凸構造40の距離、つまり大粒子40aの粒径(例えば200nm)分だけ分離距離Zが大きくなる。ここで(2)式のZ=0.4nmに比べると、大粒子40aの粒径が200nmの場合は、Zは500倍になるので、ファンデルワールス力はZの二乗分小さくなるから、塵埃30と光学素子11の表面との間に作用するファンデルワールス力は無視して良い。   Here, the van der Waals force for the same dust 30 is considered. Since the diameter D and the Hamarker constant H of the dust 30 are constant, the separation distance Z differs between when the uneven structure 40 is present on the surface of the optical element 11 and when it is not present. That is, when the concavo-convex structure 40 is provided on the surface of the optical element 11, the sum of van der Waals forces acting between the dust 30 and the large particles 40a and the small particles 40b forming the concavo-convex structure 40 is It becomes van der Waals force acting between 40. Of course, van der Waals force may be generated between the dust 30 and the surface of the optical element 11 under the concavo-convex structure 40, but the distance of the concavo-convex structure 40, that is, the particle size of the large particles 40 a (for example, 200 nm). ), The separation distance Z increases. Here, compared with Z = 0.4 nm in the formula (2), when the particle size of the large particle 40a is 200 nm, Z is 500 times, so the van der Waals force is reduced by the square of Z. The van der Waals force acting between 30 and the surface of the optical element 11 may be ignored.

ここで、前述したように、塵埃30と凹凸構造40との接触面積は、塵埃30と光学素子11の表面との接触面積より小さい。よって、この凹凸構造40により、この接触面積の差だけ、塵埃30との分離距離が大きくなる。つまり式(2)において、凹凸構造40と塵埃30との間に作用するファンデルワールス力は、以下の(5)式のように表すことが出来る。ここで塵埃30と接触している面積分の分離距離をZ1とし、凹凸構造40を設ける事で塵埃30と接触しなくなった面積分の分離距離をZ2としている。   Here, as described above, the contact area between the dust 30 and the uneven structure 40 is smaller than the contact area between the dust 30 and the surface of the optical element 11. Therefore, the uneven structure 40 increases the separation distance from the dust 30 by the difference in the contact area. That is, in the formula (2), the van der Waals force acting between the concavo-convex structure 40 and the dust 30 can be expressed as the following formula (5). Here, the separation distance corresponding to the area that is in contact with the dust 30 is Z1, and the separation distance corresponding to the area that is no longer in contact with the dust 30 by providing the uneven structure 40 is Z2.

Fv'={HD/(12×Z1の二乗)}+{HD/(12×Z2の二乗}(N) ...式(5)
ここで(5)式の第2項(塵埃30と接触しなくなった面積分に作用するファンデルワールス力)は、分離距離Z2がZ1より大きいので第1項よりも小さくなる。また、凹凸構造40がない場合の塵埃30と光学素子11表面との分離距離Zを、
Z=Z1 ...(6)
とする。この場合でも前述した通り、凹凸構造40が塵埃30と接触している面積は、凹凸構造40が無い場合の光学素子11の接触面積とを比べて小さくなる。これにより(5)式の第1項は(2)式で求められる、凹凸構造40が無い場合の光学素子11に作用するファンデルワールス力に比べて小さくなる。つまり、(5)式で表される凹凸構造40が有る場合の付着力Fv1と、凹凸構造40が無い場合の付着力Fv2を比較すると、Fv1<Fv2となる。
Fv ′ = {HD / (12 × Z1 squared)} + {HD / (12 × Z2 squared) (N) (5)
Here, the second term (Van der Waals force acting on the area that is no longer in contact with the dust 30) in the equation (5) is smaller than the first term because the separation distance Z2 is larger than Z1. Further, the separation distance Z between the dust 30 and the surface of the optical element 11 when there is no uneven structure 40,
Z = Z1 (6)
And Even in this case, as described above, the area where the uneven structure 40 is in contact with the dust 30 is smaller than the contact area of the optical element 11 when the uneven structure 40 is not provided. As a result, the first term of the formula (5) is smaller than the van der Waals force acting on the optical element 11 in the absence of the concavo-convex structure 40, which is obtained by the formula (2). That is, when the adhesion force Fv1 in the case where the concavo-convex structure 40 represented by the formula (5) is present and the adhesion force Fv2 in the case where there is no concavo-convex structure 40 are compared, Fv1 <Fv2.

よって、このような凹凸構造40により、塵埃30の凹凸構造40(光学素子11)への付着力が低下することがわかる。これにより塵埃30が光学素子11に付着しようとしても、凹凸構造40が有る場合はその付着力が小さくなる。このため、塵埃30に加わる重力の影響により光学素子11の表面から落下し易くなる。その結果、塵埃30が光学素子11の表面に付着しにくくなる。   Therefore, it can be seen that such an uneven structure 40 reduces the adhesion of the dust 30 to the uneven structure 40 (optical element 11). As a result, even if the dust 30 tries to adhere to the optical element 11, the adhesion force is reduced when the uneven structure 40 is present. For this reason, it becomes easy to fall from the surface of the optical element 11 due to the influence of gravity applied to the dust 30. As a result, the dust 30 is less likely to adhere to the surface of the optical element 11.

以上説明したように本実施の形態2によれば、光学特性に悪影響を与えることなく、凹凸構造40によって、ファンデルワールス力と共に液架橋力も低下させることができる。これにより、光学素子の表面への塵埃の付着を抑制した光学機器を提供できる。   As described above, according to the second embodiment, the concavo-convex structure 40 can reduce the liquid crosslinking force as well as the van der Waals force without adversely affecting the optical characteristics. Thereby, the optical apparatus which suppressed adhesion of dust to the surface of an optical element can be provided.

尚、本実施の形態2では、凹凸構造40を形成する大粒子40aを光学素子11の表面に配列させている。しかし本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、大粒子40aや小粒子40bの表面に撥水性のコーティングを施して、大粒子40a及び小粒子40bに撥水性を付与することにより凹凸構造40にも撥水性を付与しても良い。これにより、上述の実施の形態よりも、更に塵埃30との接触角を大きくでき、液架橋力を更に小さくすることができる。これにより、更に光学素子の表面への塵埃の付着を抑制した光学機器を提供できる。   In the second embodiment, the large particles 40 a forming the concavo-convex structure 40 are arranged on the surface of the optical element 11. However, the present invention is not limited to this. For example, the surface of the large particles 40a and the small particles 40b is provided with a water-repellent coating to impart water repellency to the large particles 40a and the small particles 40b. 40 may be provided with water repellency. Thereby, compared with the above-mentioned embodiment, the contact angle with the dust 30 can be further increased, and the liquid bridging force can be further reduced. Thereby, the optical apparatus which suppressed adhesion of dust to the surface of an optical element further can be provided.

また本発明はこれに限らず、例えば凹凸構造40を形成する大粒子40a及び小粒子40bを導電材で形成しても良い。また大粒子40a及び小粒子40bの表面に導電性のコーティングを施して、大粒子40a及び小粒子40bに導電性を付与しても良い。これにより凹凸構造40にも導電性が付与できることになる。つまり、凹凸構造40を形成する大粒子40a及び小粒子40bに様々な機能を付加することにより、凹凸構造40をより有効に機能させることができる。こうして導電性等の機能を付加し、かつ、光学素子の表面への塵埃の付着を抑えた光学機器を提供できる。   The present invention is not limited to this. For example, the large particles 40a and the small particles 40b that form the uneven structure 40 may be formed of a conductive material. Alternatively, the surfaces of the large particles 40a and the small particles 40b may be provided with a conductive coating to impart conductivity to the large particles 40a and the small particles 40b. Thereby, conductivity can be imparted to the concavo-convex structure 40 as well. That is, by adding various functions to the large particles 40a and the small particles 40b that form the uneven structure 40, the uneven structure 40 can function more effectively. Thus, it is possible to provide an optical device which has a function such as conductivity and which suppresses the adhesion of dust to the surface of the optical element.

また本実施の形態では、光学素子11の表面に直接凹凸構造40を設けているが、これに限定するものではない。例えば、光学素子11の表面には、その表面反射率を低下させつつ、かつ、赤外光をカットするために誘電体多層膜が設けられていることが多い。   In the present embodiment, the concavo-convex structure 40 is provided directly on the surface of the optical element 11, but the present invention is not limited to this. For example, a dielectric multilayer film is often provided on the surface of the optical element 11 in order to reduce the surface reflectivity and cut infrared light.

図11は、本発明の実施の形態2に係る凹凸構造40の変形例を示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing a modification of the concavo-convex structure 40 according to Embodiment 2 of the present invention.

ここでは誘電体多層膜60の最表面に凹凸構造40を設けている。これにより、所望の光学性能(分光透過率等)を、凹凸構造40の下部にある誘電体多層膜60で維持しつつ、凹凸構造40によって光学素子11の表面への塵埃30の付着力を抑制することができる。もちろん、誘電体多層膜60は凹凸構造40の光学特性(屈折率等)を考慮した設計である事は言うまでもない。   Here, the uneven structure 40 is provided on the outermost surface of the dielectric multilayer film 60. Thereby, the desired optical performance (spectral transmittance, etc.) is maintained by the dielectric multilayer film 60 below the concavo-convex structure 40, and the adhesion of the dust 30 to the surface of the optical element 11 is suppressed by the concavo-convex structure 40. can do. Of course, it goes without saying that the dielectric multilayer film 60 is designed in consideration of the optical characteristics (refractive index, etc.) of the concavo-convex structure 40.

尚、この凹凸構造40の上に所望の光学性能を得るために誘電体多層膜60を設けると、その誘電体多層膜60によって凹凸構造40で設けた光学素子11の表面上の微細形状が埋まって平坦になる。よって、塵埃30の付着力を低下させるためには、前述のように、誘電体多層膜60の最表面に凹凸構造40を配設する必要がある。   When the dielectric multilayer film 60 is provided on the concavo-convex structure 40 to obtain a desired optical performance, the dielectric multilayer film 60 fills the fine shape on the surface of the optical element 11 provided in the concavo-convex structure 40. And become flat. Therefore, in order to reduce the adhesion of the dust 30, it is necessary to dispose the uneven structure 40 on the outermost surface of the dielectric multilayer film 60 as described above.

ところで上述の実施の形態では、光学素子11の表面に凹凸構造40を設けている。しかし、光学素子11がフォーカルプレンシャッタ50と固体撮像装置15との間に設けられていない場合、つまり、フォーカルプレンシャッタ50と固体撮像装置15が対向している場合には、固体撮像装置15の表面に付着する塵埃30が問題となる。   By the way, in the above-described embodiment, the uneven structure 40 is provided on the surface of the optical element 11. However, when the optical element 11 is not provided between the focal plane shutter 50 and the solid-state imaging device 15, that is, when the focal plane shutter 50 and the solid-state imaging device 15 face each other, Dust 30 adhering to the surface becomes a problem.

図12は、光学素子11がフォーカルプレンシャッタ50と固体撮像装置15との間に設けられていない場合の、D−SLR100の撮像部10及びフォーカルプレンシャッタ50の概略構成を説明するための側方断面図である。   FIG. 12 is a side view for explaining a schematic configuration of the imaging unit 10 and the focal plane shutter 50 of the D-SLR 100 when the optical element 11 is not provided between the focal plane shutter 50 and the solid-state imaging device 15. It is sectional drawing.

この場合には、固体撮像装置15のカバー部材15aの表面に微粒子単層80を設ける。これにより前述の実施の形態で説明した内容と同等の効果が得られ、固体撮像装置15の表面に塵埃が付着するのを抑制することができる。   In this case, the fine particle single layer 80 is provided on the surface of the cover member 15 a of the solid-state imaging device 15. As a result, the same effects as those described in the above-described embodiments can be obtained, and the adhesion of dust to the surface of the solid-state imaging device 15 can be suppressed.

また、固体撮装置15のカバー部材15aの表面に反射防止膜等の多層膜が形成されている場合には、前述のように、その多層膜の最表面に実施の形態1もしくは実施の形態2で説明したいずれかの凹凸構造80を設けるようにしても良い。これにより、所望の光学性能を得ながら、塵埃30の付着力を低下させることができる。こうして固体撮像装置15の表面に塵埃が付着するのを抑制することが可能になる。   Further, when a multilayer film such as an antireflection film is formed on the surface of the cover member 15a of the solid-state imaging device 15, as described above, the first embodiment or the second embodiment is formed on the outermost surface of the multilayer film. Any of the concavo-convex structure 80 described in the above may be provided. Thereby, the adhesive force of the dust 30 can be reduced while obtaining desired optical performance. In this way, it is possible to suppress dust from adhering to the surface of the solid-state imaging device 15.

本発明の実施の形態1に係るD−SLRの撮像部及びフォーカルプレンシャッタの概略構成を説明するための側方断面図である。It is a sectional side view for demonstrating schematic structure of the imaging part and focal plane shutter of D-SLR which concern on Embodiment 1 of this invention. 本実施の形態1に係るD−SLRのカメラシステムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the camera system of D-SLR which concerns on this Embodiment 1. FIG. 本実施の形態1に係るD−SLRのカメラシステムの電気的構成を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the electrical structure of the camera system of D-SLR which concerns on this Embodiment 1. FIG. 本実施の形態において、光学素子の表面に付着した塵埃に対する凹凸構造の作用を説明する図である。In this Embodiment, it is a figure explaining the effect | action of the uneven structure with respect to the dust adhering to the surface of the optical element. 塵埃と凹凸構造とが接触している箇所の拡大図である。It is an enlarged view of the location where dust and an uneven structure contact. ファンデルワールス力を説明する図である。It is a figure explaining Van der Waals force. 本実施の形態に係る凹凸構造の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the uneven structure concerning this embodiment. 本実施の形態2に係るD−SLRの撮像部及びフォーカルプレンシャッタの概略構成を説明するための側方断面図である。It is a sectional side view for demonstrating schematic structure of the imaging part of D-SLR which concerns on this Embodiment 2, and a focal plane shutter. 図8のB部の拡大図である。It is an enlarged view of the B section of FIG. 図9において塵埃と凹凸構造とが接している部分に注目した拡大図である。FIG. 10 is an enlarged view focusing on a portion where dust and the concavo-convex structure are in contact with each other in FIG. 9. 本発明の実施の形態2に係る凹凸構造の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the uneven structure which concerns on Embodiment 2 of this invention. 他の実施の形態に係る、光学素子がフォーカルプレンシャッタと固体撮像装置との間に設けられていない場合の、D−SLRの撮像部及びフォーカルプレンシャッタの概略構成を説明するための側方断面図である。Side section for explaining schematic configurations of D-SLR imaging unit and focal plane shutter when optical element according to other embodiment is not provided between focal plane shutter and solid-state imaging device FIG.

Claims (4)

被写体の光学像を電気信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段の被写体側に配設された光学素子とを具備する光学機器であって、
前記光学素子の被写体側の面に、粒径が200nm以下の第1の粒子を前記光学素子の被写体側の面に配列することにより形成した第1の凹凸構造と、前記第1の粒子の表面に所定個数付着した、前記第1の粒子よりも粒径が小である第2の粒子によって形成した第2の凹凸構造を設け、前記光学素子の被写体側の面と、当該面に付着した塵埃との間のファンデルワールス力を小さくしたことを特徴とする光学機器。
An optical device comprising an imaging means for converting an optical image of a subject into an electrical signal, and an optical element disposed on the subject side of the imaging means,
A first concavo-convex structure formed by arranging, on the object side surface of the optical element, first particles having a particle size of 200 nm or less on the object side surface of the optical element; and a surface of the first particle and a predetermined number attached to, the grain size than the first particle is provided a second concave-convex structure formed by the second particles are small, the object side surface of the optical element, attached to the surface An optical apparatus characterized by reducing van der Waals force between dust and dirt .
前記第1の粒子及び前記第2の粒子は、撥水性が付与されていることを特徴とする請求項に記載の光学機器。 The first particles and the second particles, optical apparatus according to claim 1, characterized in that the water repellency is imparted. 前記第1の粒子及び前記第2の粒子は、導電性を有することを特徴とする請求項に記載の光学機器。 The optical apparatus according to claim 1 , wherein the first particles and the second particles have conductivity. 前記第1及び第2の粒子は、低屈折率の材料で形成されるか、或は中空状であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光学機器。4. The optical apparatus according to claim 1, wherein the first and second particles are made of a low refractive index material or are hollow.
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