WO2021199639A1 - 光学装置 - Google Patents

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observation window
hydrophobic
water
region
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PCT/JP2021/003279
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康介 高崎
康裕 関沢
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Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
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Definitions

  • the technology disclosed in this disclosure relates to an optical device.
  • An endoscope is known as an example of an optical device having an optical window through which light enters or exits.
  • an observation window in which the light of the subject to be imaged is incident is provided at the tip of the insertion portion of the endoscope.
  • a nozzle for cleaning the deposits adhering to the observation window is provided on the arrangement surface on which the observation window is arranged.
  • the nozzle is provided with an opening for injecting a liquid such as water and a gas such as air for blowing off water droplets.
  • the observation window is projected at a predetermined height from the flat portion of the tip cover disposed at the tip of the insertion portion, and the circular peripheral edge is formed around the circular peripheral edge of the observation window.
  • An endoscope provided with an inclined portion formed in a tapered shape from the portion to the outside is disclosed. At least a part of the surface of the inclined portion is hydrophilic.
  • the technique of the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and provides an optical device that is easier to remove the residual liquid than before when the residual liquid remaining in the observation window is removed by the air supply from the nozzle.
  • the purpose is easier to remove the residual liquid than before when the residual liquid remaining in the observation window is removed by the air supply from the nozzle.
  • the optical device of the present disclosure includes an optical window and a nozzle for air supply and liquid supply that has an opening for injecting gas and liquid and cleans an effective area of the optical window by selectively injecting gas and liquid.
  • the second hydrophobic portion is formed in the region adjacent to the effective region on the downstream side in the injection direction of the nozzle with the effective region in between.
  • a hydrophilic portion having hydrophilic surface characteristics is formed in a region outside the two tangents and adjacent to the first hydrophobic portion.
  • the hydrophilic part preferably extends along the tangent line to the downstream side of the effective region.
  • At least the effective region of the optical window has hydrophobicity.
  • the first hydrophobic portion may have a first fine concavo-convex structure in which a plurality of convex portions are periodically arranged.
  • the distance between the tip surfaces of the convex portions is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the height of the convex portion of the first fine concavo-convex structure is preferably 2 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the hydrophilic portion may have a second fine concavo-convex structure in which a plurality of convex portions are randomly arranged.
  • the surface roughness of the second fine uneven structure is preferably 0.5 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the whole block diagram of an endoscope apparatus. It is a top view which looked at the endoscope from the tip side. It is a cross-sectional view of the tip of the insertion part of an endoscope, and is the cross-sectional view taken along line AA in FIG. Are shown respectively. It is a perspective view of the tip part of an endoscope. It is a perspective view of the first fine concavo-convex structure. It is a top view seen from the tip side of the endoscope of the first fine concavo-convex structure. It is a perspective view of the 2nd fine concavo-convex structure. It is a figure for demonstrating the action at the time of air supply and water supply in an endoscope. FIG.
  • FIG. 8A shows a state in which water is jetted from a nozzle toward an observation window
  • FIG. The state of injecting air from the nozzle toward the observation window is shown. It is a figure for demonstrating the action at the time of air supply and water supply in a conventional endoscope
  • FIG. 9A is a state which sprayed water from a nozzle toward an observation window
  • FIG. 9B is a state where water injection was stopped.
  • Reference numeral 9C shows a state in which air is injected from the nozzle toward the observation window. It is a top view which looked at the endoscope from the tip side. It is a top view which looked at the endoscope from the tip side. It is sectional drawing of the tip of the insertion part of an endoscope.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration diagram of an endoscope device 11 including an endoscope according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the endoscope device 11 includes an endoscope 12, a control device 13, a light source device 14, and an air supply / water supply device 15.
  • the endoscope 12 is connected to a flexible insertion portion 16 inserted into the body of the subject and a proximal end portion of the insertion portion 16 and is used for gripping the endoscope 12 and operating the insertion portion 16. It includes an operation unit 17 and a universal cord 19 that connects the operation unit 17 to the control device 13 and the light source device 14.
  • the insertion portion 16 is connected to the tip portion 16a in which the imaging unit 30 (see FIG. 3) is built, the bendable bending portion 16b connected to the base end of the tip portion 16a, and the base end of the bending portion 16b. It is provided with a flexible tube portion 16c having a flexibility.
  • the base end means one end on the operation unit 17 side of both ends of each member.
  • the operation unit 17 is provided with an operation member including an angle knob 21 for bending the curved portion 16b up, down, left and right, and an air supply / water supply button 22 for ejecting air and water from the tip portion 16a. .. Further, the operation unit 17 is provided with an inlet-side forceps opening (not shown) for inserting a treatment tool such as an electric knife into the forceps channel inserted into the insertion unit 16.
  • the control device 13 is electrically connected to the light source device 14 and comprehensively controls the operation of the endoscope device 11.
  • the control device 13 supplies power to the endoscope 12 via a transmission cable inserted into the universal cord 19 and the insertion unit 16 to control the drive of the image sensor 82 (see FIG. 3). Further, the control device 13 acquires an image pickup signal output from the image pickup device 82 via a transmission cable, performs various image processing, and generates image data.
  • the image data generated by the control device 13 is displayed as an observation image on the monitor 20 connected to the control device 13 by a cable.
  • the light source device 14 has, for example, a semiconductor light source such as an LED (Light Emitting Diode), and emits light to the tip portion 16a of the endoscope 12 via a universal cord 19 and a light guide inserted into the insertion portion 16. Supply.
  • a semiconductor light source such as an LED (Light Emitting Diode)
  • LED Light Emitting Diode
  • the air supply / water supply device 15 is a well-known air supply device (for example, a pump or the like) 15a built in the light source device 14 to supply air, and wash water provided outside the light source device 14 to store wash water. It is composed of a tank 15b.
  • FIG. 2 is a plan view of the endoscope as viewed from the tip side.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the tip of the insertion portion of the endoscope, and is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • an observation window 52 As shown in FIG. 2, on the tip surface of the tip portion 16a, that is, the tip surface 25a of the tip protection cap 25, an observation window 52, two illumination windows 26, a nozzle 27 for supplying air and water, and forceps on the outlet side are provided. A mouth 28 and a mouth 28 are provided.
  • the tip protection cap 25 is made of a resin material such as polysulfone.
  • the illumination window 26 emits light supplied from the light source device 14 and guided by the light guide from the light emitting surface 26a toward the observation target in the body cavity.
  • the observation window 52 is a window that captures the light reflected by the observation target into the tip portion 16a.
  • the observation window 52 functions as the most advanced lens in the objective optical system 51 of the image pickup unit 30 (see FIG. 3).
  • the observation window 52 is an example of an optical window according to the technique of the present disclosure.
  • the entire area of the light incident surface 52a of the observation window 52 is the effective region.
  • the effective region in the observation window 52 is at least a part of the light incident surface 52a, and is a region through which an effective light flux contributing to imaging passes. More specifically, among the light passing through the observation window 52, the light that reaches the imaging surface 84 (see FIG. 3) without being eclipsed in the middle is an effective luminous flux that contributes to imaging, and is an effective luminous flux on the light incident surface 52a.
  • the region defined by the passage position of the maximum peripheral light beam of the effective luminous flux is referred to as an effective region.
  • all the light passing through the light incident surface 52a is effective light that contributes to imaging. In this case, the entire area of the light incident surface 52a is the effective area of the observation window 52.
  • the two illumination windows 26 are arranged symmetrically on both sides of the observation window 52.
  • the opening 27a of the nozzle 27 is arranged toward the observation window 52 at a position adjacent to the observation window 52.
  • the nozzle 27 selectively injects air and water from the opening 27a into the observation window 52 in response to the operation of the air supply / water supply button 22.
  • the nozzle 27 for air supply and water supply is an example of a nozzle for air supply and liquid supply according to the technique of the present disclosure.
  • the tip portion 16a includes a tip rigid portion 24 and a tip protection cap 25 attached to the tip side of the tip rigid portion 24.
  • the tip rigid portion 24 is made of a metal such as stainless steel, and a plurality of through holes are formed along the longitudinal direction.
  • Various parts such as an image pickup unit 30, an air supply / water supply channel 32, a forceps channel (not shown), and a light guide (not shown) are inserted and fixed in each through hole of the tip rigid portion 24.
  • the rear end of the tip rigid portion 24 is connected to the tip of the bending piece 33 constituting the bending portion 16b. Further, the outer circumference of the tip rigid portion 24 is covered with an outer skin tube 34.
  • the image pickup unit 30 is formed on an objective optical system 51 that forms an image of light incident from the observation window 52 on the image pickup surface 84 of the image pickup element 82, a lens barrel 50 that holds the objective optical system 51, and a base end 50a of the lens barrel 50. It includes a connected prism 60, a cover glass 40 bonded to the prism 60, and an image pickup element substrate 80 arranged so as to face the light emitting surface 60b of the prism 60.
  • the objective optical system 51 includes an observation window 52 that functions as a lens, a lens 53, and a lens 54.
  • the lens barrel 50 holds the observation window 52, the lens 53, and the lens 54 inside.
  • An image pickup device 82 having an image pickup surface 84 is provided on a part of the image pickup element substrate 80, and the cover glass 40 is arranged on the image pickup surface 84 of the image pickup element 82.
  • a circuit unit 83 is provided at the rear end of the image sensor substrate 80. The circuit unit 83 has a function of processing the image pickup signal output by the image pickup device 82 and transferring it to the control device 13.
  • the air supply / water supply nozzle 27 is connected to the air supply / water supply device 15 via the air supply / water supply channel 32.
  • an observation window 52 and a nozzle 27 are arranged on the tip surface 25a of the tip protection cap 25.
  • the tip surface 25a is an example of an arrangement surface according to the technique of the present disclosure.
  • the tip surface 25a includes a first hydrophobic portion RA1 having a hydrophobic surface property.
  • the first hydrophobic portion RA1 is formed in a part of the tip surface 25a existing between the observation window 52 and the nozzle 27. More specifically, the region where the first hydrophobic portion RA1 is formed intersects the injection direction ID of the nozzle 27 and is observed from both ends of the opening 27a of the nozzle 27 in the width direction WD along the tip surface 25a. It is the entire region between the two tangents TL drawn with respect to the light incident surface 52a of 52. In this example, the entire area of the light incident surface 52a is an effective region according to the technique of the present disclosure, as described above. In this example, the two tangent lines TL circumscribe the outer edge of the light incident surface 52a.
  • hydrophilcity means a characteristic that the static contact angle with respect to pure water is 110 ° or more.
  • one end point of the two tangent lines TL is an intersection 27c between the end portion 27b of the opening 27a and the tip surface 25a in the width direction WD. Then, the two tangent lines TL extend from each of the intersections 27c toward the light incident surface 52a of the observation window 52. The other end point of the two tangent lines TL serves as a contact point circumscribing the outer edge of the light incident surface 52a.
  • the region where the first hydrophobic portion RA1 is formed extends in the width direction WD of the two tangent lines TL, a part of the outer edge of the light incident surface 52a, and the opening 27a, as shown by thin hatching in FIGS. 2 and 4. It is an area partitioned by sides.
  • the first hydrophobic portion RA1 is composed of a first fine concavo-convex structure in which a plurality of convex portions are periodically arranged.
  • the first fine concavo-convex structure is a structure in which a plurality of convex portions 70 having a quadrangular prism shape and substantially the same height are arranged at equal intervals in a grid pattern.
  • the distance CI between the tip surfaces of the convex portions 70 is 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the height CH of the convex portion 70 is 2 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the first fine concavo-convex structure is formed by cutting a groove between the convex portions 70 with an ultrashort pulse laser having a pulse width of femtoseconds to several picoseconds on the first hydrophobic portion RA1 of the tip surface 25a. It is formed.
  • hydrophilic portion having hydrophilic surface characteristics is located outside the two tangent lines TL and adjacent to the first hydrophobic portion RA1.
  • RB is formed.
  • hydrophilic means a characteristic that the static contact angle with respect to pure water is 15 ° or less.
  • the region where the hydrophilic portion RB is formed is a range from one end to the other end of the tangent line TL in the injection direction ID, and is partitioned by a line parallel to the tangent line TL in the width direction WD.
  • the width of the WD in the width direction of the hydrophilic portion RB is preferably a width that can hold the water flowing from the first hydrophobic portion RA1 into the hydrophilic portion RB to such an extent that it does not flow back into the first hydrophobic portion RA1.
  • the boundary of the hydrophilic portion RB on the nozzle 27 side is set to a line OL (see FIG. 2) extending in the width direction WD at the edge of the nozzle 27 on the observation window 52 side.
  • the hydrophilic portion RB is composed of a second fine concavo-convex structure in which a plurality of convex portions 75 having different heights are randomly arranged.
  • the second fine uneven structure has a surface roughness of 0.5 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
  • the second fine concavo-convex structure is formed by randomly performing cutting and melting with an ultrashort pulse laser over the entire area of the hydrophilic portion RB of the tip surface 25a.
  • the effective region of the observation window 52 which is an example of the optical window, has hydrophobicity.
  • the entire area of the light incident surface 52a is the effective region, the entire area of the light incident surface 52a has hydrophobicity.
  • the light incident surface 52a of the observation window 52 is processed to be hydrophobic by an ultrashort pulse laser, similarly to the first hydrophobic portion RA1.
  • water WF is injected from the opening 27a of the nozzle 27 toward the light incident surface 52a of the observation window 52.
  • the water WF passes through the first hydrophobic portion RA1 from the nozzle 27 and heads toward the light incident surface 52a.
  • the jetted water WF washes away the deposits adhering to the light incident surface 52a.
  • not all the water WF ejected from the nozzle 27 reaches the light incident surface 52a, and water droplets WG that do not reach the light incident surface 52a are generated.
  • the water droplet WG that does not reach the light incident surface 52a tends to stay in the first hydrophobic portion RA1 in the region between the nozzle 27 and the light incident surface 52a.
  • the first hydrophobic portion RA1 has a hydrophobic surface property
  • the water droplet WG is hard to get wet and repels the water droplet WG. Therefore, the water droplet WG does not stay at the first hydrophobic portion RA1 but flows outward due to the momentum of the injection.
  • a hydrophilic portion RB is provided adjacent to the first hydrophobic portion RA1. Since the water droplet WG tends to get wet in the hydrophilic portion RB, the water droplet WG that has flowed out from the first hydrophobic portion RA1 is likely to be guided to the hydrophilic portion RB. Further, the water droplet WG induced in the hydrophilic portion RB does not easily flow back into the first hydrophobic portion RA1, and the water droplet WG remains on the hydrophilic portion RB as shown in FIG. 8B.
  • the air AF when the air AF is injected, the water droplet WG on the light incident surface 52a of the observation window 52 is removed by the air AF.
  • the air AF ejected from the nozzle 27 passes through the first hydrophobic portion RA1 from the nozzle 27 and heads toward the light incident surface 52a in the same manner as the water WF.
  • the region between the nozzle 27 and the observation window 52 is the first hydrophobic portion RA1 having hydrophobic surface characteristics. Therefore, as shown in FIG. 8B, after the water WF is injected, the water droplets WG are unlikely to remain in the first hydrophobic portion RA1, so that even when the air AF is injected, the first hydrophobic portion is caught in the air AF. Water droplets WG from RA1 toward the light incident surface 52a are reduced. Therefore, when the water droplet WG remaining on the light incident surface 52a is removed by the injection of the air AF, another water droplet WG remaining on the flow path of the air AF adheres to the light incident surface 52a by the injected air AF. Is suppressed. Further, a part of the water droplets WG remaining on the hydrophilic portion RB is blown to the outside of the hydrophilic portion RB by the air AF.
  • FIG. 9 showing a comparative example, an example of a conventional endoscope not provided with the first hydrophobic portion RA1 is shown.
  • FIG. 9A when the water WF is injected from the opening 27a of the nozzle 27 toward the observation window 52, the injected water WF passes through the region RN between the observation window 52 and the nozzle 27. do.
  • FIG. 9B when the surface characteristics of the region RN are not hydrophobic, a part of the sprayed water WF remains on the region RN as water droplets WG in a large amount.
  • the endoscope 12 of the present embodiment is a part of the tip surface 25a (an example of the arrangement surface) existing between the observation window 52 (an example of an optical window) and the nozzle 27, as described above.
  • the water droplet WG is placed on the first hydrophobic portion RA1 between the observation window 52 and the nozzle 27. Is hard to remain.
  • the air supply for injecting the air AF is performed in order to remove the water droplets WG remaining in the observation window 52. Even when air is supplied, another water droplet WG is caught in the air AF from the first hydrophobic portion RA1 between the observation window 52 and the nozzle 27 and moves onto the light incident surface 52a of the observation window 52. Is suppressed.
  • a hydrophilic portion RB having hydrophilic surface characteristics is provided in a region outside the two tangent lines TL and adjacent to the first hydrophobic portion RA1.
  • the water droplets WG remaining on the flow path of the air AF are more prevented from adhering to the observation window 52 at the time of air supply, so that the water droplets WG can be more easily removed from the light incident surface 52a of the observation window 52. ..
  • the hydrophilic portion RB is formed in the region on the observation window 52 side of the line OL drawn along the width direction WD of the opening 27a of the nozzle 27.
  • the hydrophilic portion RB is formed in the region on the nozzle 27 side of the line OL.
  • the amount of the water droplets WG around the nozzle 27 entrained in the injected air AF is reduced, so that the water droplets WG move on the light incident surface 52a of the observation window 52. It is suppressed. Therefore, the amount of water droplets WG adhering to the light incident surface 52a of the observation window 52 after air supply is further suppressed. This makes it easier to remove the water droplets WG from the light incident surface 52a of the observation window 52.
  • the light incident surface 52a of the observation window 52 has hydrophobicity. With such a configuration, the light incident surface 52a repels the water droplet WG at the time of air supply, so that the water droplet WG can be easily removed from the light incident surface 52a.
  • the first hydrophobic portion RA1 is composed of a first fine concavo-convex structure in which a plurality of convex portions are periodically arranged.
  • a first fine concavo-convex structure can be formed, for example, by applying ultrashort pulse laser processing to the tip surface 25a. Therefore, as compared with the case of coating with, for example, a fluorine-based coating agent, it is easy to suppress the manufacturing cost including the material cost and the processing cost.
  • the interval CI (see FIG. 5) of the convex portions 70 is 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • processing with an interval CI of less than 0.1 ⁇ m requires an expensive device such as an electron beam, which causes a problem that the cost becomes too high.
  • the interval CI exceeds 10 ⁇ m water enters the concave portion between the convex portions 70 due to the Laplace force. Since the recesses are connected in the processing area, water spreads and there is a problem that the recesses do not become hydrophobic. Therefore, in the first fine concavo-convex structure, the interval CI of the convex portions 70 is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the height CH of the convex portion 70 is 2 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the height CH is less than 2 ⁇ m, water enters between the convex portions 70 (in this example, the concave portion) due to the Laplace force. Since the recesses are connected in the processing area, water spreads and there is a problem that the recesses do not become hydrophobic.
  • the height CH is 50 ⁇ m or more, the physical strength is insufficient, which causes a problem that the structure is broken during use. Therefore, in the first fine concavo-convex structure, it is preferable that the height CH (see FIG. 5) of the convex portion 70 is 2 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the hydrophilic portion RB is composed of a second fine concavo-convex structure in which a plurality of convex portions are randomly arranged. Similar to the first fine concavo-convex structure, such a second fine concavo-convex structure can be formed by, for example, applying ultra-short pulse laser processing to the tip surface 25a. Therefore, as compared with the case of coating using, for example, a silica-based coating agent, it is easy to suppress the manufacturing cost including the material cost and the processing cost.
  • the surface roughness of the second fine concavo-convex structure is 0.5 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
  • the surface roughness of the second fine concavo-convex structure is preferably 0.5 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
  • the endoscope 12 of the second embodiment adds a second hydrophobic portion RA2 in addition to the first hydrophobic portion RA1 to the endoscope 12 of the first embodiment, and changes the range of the hydrophilic portion RB. It was done.
  • the endoscope 12 of the second embodiment includes a first hydrophobic portion RA1 similar to that of the first embodiment.
  • the second hydrophobic portion RA2 is formed in a region adjacent to the light incident surface 52a on the downstream side of the injection direction ID of the nozzle 27 with the light incident surface 52a interposed therebetween.
  • a hydrophilic portion RB having a hydrophilic surface property is provided around the first hydrophobic portion RA1 and adjacent to the tangent line TL.
  • the hydrophilic portion RB extends along the tangent line TL to the downstream side of the light incident surface 52a.
  • the boundary of the hydrophilic portion RB on the nozzle 27 side is set to a line OL drawn along the width direction WD of the opening 27a of the nozzle 27, as in the first embodiment.
  • the second hydrophobic portion RA2 in the region adjacent to the light incident surface 52a on the downstream side of the injection direction ID of the nozzle 27 with the light incident surface 52a in between, the downstream side of the light incident surface 52a at the time of water supply is formed. Since the water WF that has reached is repelled by the second hydrophobic portion RA2, it is difficult for water droplets WG to remain on the downstream side of the light incident surface 52a. Therefore, since the water droplet WG does not easily remain in the second hydrophobic portion RA2, the water droplet WG is suppressed from flowing back from the downstream side of the light incident surface 52a to the light incident surface 52a. As a result, the water droplet WG can be more easily removed from the light incident surface 52a.
  • the hydrophilic portion RB is configured to extend along the tangent line TL to the downstream side of the light incident surface 52a (an example of the effective region), so that the hydrophilic portion RB repels from the first hydrophobic portion RA1 and the second hydrophobic portion RA2 at the time of water supply. It is easy to induce the spilled water droplets WG to the hydrophilic part RB. Further, the water droplet WG induced in the hydrophilic portion RB does not easily flow back into the first hydrophobic portion RA1 and the second hydrophobic portion RA2.
  • the water droplet WG is less likely to remain on the first hydrophobic portion RA1 and the second hydrophobic portion RA2, and the water droplet WG adhering to the light incident surface 52a is suppressed, so that the water droplet WG can be more easily removed from the light incident surface 52a. ..
  • the entire area of the light incident surface 52a of the observation window 52 is set as the effective region, but as shown in FIG. 11, the effective region ER in the light incident surface 55a of the observation window 55 is one of the light incident surfaces 55a. It may be a department.
  • the effective domain ER in the observation window 55 refers to a region through which an effective luminous flux that contributes to imaging passes.
  • the dotted line LX is the maximum peripheral ray of the effective luminous flux that contributes to imaging
  • the effective region ER is defined by the passing position of the maximum peripheral ray LX on the light incident surface 55a.
  • the effective domain ER may be a part of the light incident surface 52a.
  • one end of the tangent line TL defining the first hydrophobic portion RA1 is located inside the outer edge of the light incident surface 52a. Will be done.
  • the observation window 55 is a cover glass having no lens function, and the objective optical system 56 is arranged inside the observation window 55.
  • the observation window 52 shown in FIG. 3 has a lens function, but as shown in FIG. 12, the observation window 55 does not have to have a lens function.
  • one nozzle 90 may be provided with a plurality of openings 90a.
  • 13 and 14 show an example provided with two openings 90a as an example.
  • the area between the two tangent lines TL drawn from each of both ends of the opening 90a with respect to the effective region ER is set for each opening 90a.
  • the hydrophobic portion RA1 may be used.
  • the first fine concavo-convex structure of the first hydrophobic portion is not limited to the mode in which a plurality of convex portions 70 having a square column shape and the same height are arranged at equal intervals in a grid pattern as described above, and FIG. As shown in FIG. 16, a plurality of convex portions 71 having a cylindrical shape and the same height may be arranged at equal intervals in a staggered pattern.
  • the convex portion 72 of the first fine concavo-convex structure may have a diameter of the tip portion 72a larger than that of the column-shaped base end portion 72b.
  • the pillar-shaped convex portion 72 can be formed by ultrashort pulse laser processing, and then the tip portion 72a can be formed by melting and crushing the tip portion.
  • the convex portion 72 is shown as an example of a cylindrical shape, but a prismatic shape may be used.
  • the convex portion 73 of the first fine concavo-convex structure may have a conical shape in which the tip 73a side is thicker than the base end 73b side.
  • an ultrashort pulse laser may be obliquely incident on the forming surface of the convex portion 73 for processing.
  • the convex portion 73 is shown as an example of a conical shape, but a quadrangular pyramid shape having a tip side thicker than the base end side may be used.
  • the convex shape of the first fine concavo-convex structure may have various shapes such as a quadrangular pyramid shape whose tip side is thinner than the base end side or a conical shape whose tip end side is thinner than the base end side. Can be done.
  • the arrangement mode of the plurality of convex portions of the first fine concavo-convex structure is not limited to the mode in which the plurality of convex portions are arranged in a grid pattern at equal intervals and the mode in which the plurality of convex portions are arranged in a staggered pattern at equal intervals. can.
  • first hydrophobic portion RA1 and the second hydrophobic portion RA2 are not limited to the embodiment realized by forming the first fine concavo-convex structure on the tip surface 25a of the tip protection cap 25, and the region to be the hydrophobic portion is fluorine-based. It may be realized by coating a hydrophobic coating agent such as a coating agent or a silicon-based coating agent. By coating the coating agent different from the tip protection cap 25 in this way, it is possible to select an appropriate material according to the performance required for the first hydrophobic portion RA1 and the second hydrophobic portion RA2.
  • the hydrophilic portion RB is not limited to the embodiment realized by forming the second fine concavo-convex structure on the tip surface 25a of the tip protection cap 25, and the hydrophilic portion is covered with a hydrophilic coating agent such as a silica-based coating agent. It may be realized by coating. By coating the coating agent different from the tip protection cap 25 in this way, it is possible to select an appropriate material according to the performance required for the hydrophilic portion RB.
  • the optical device to which the technique of the present disclosure is applied is not limited to the above-mentioned endoscope, and may be applied to the surveillance camera 100 as shown in FIG.
  • the surveillance camera 100 includes an observation window 102 and a nozzle 103 for supplying air and liquid on the front surface 101a (corresponding to the arrangement surface) of the housing 101.
  • a camera (not shown) for taking an image is arranged on the back surface of the observation window 102.
  • a part of the region through which the effective luminous flux contributing to imaging passes is the effective region ER.
  • a first hydrophobic portion RA1 having a hydrophobic surface property is formed in the region between the tangents TL of the above.
  • FIGS. 22 and 23 it may be applied to the headlights 120a and 120b in front of the vehicle 110.
  • FIG. 23 shows the headlight 120a on the right front side of the vehicle 110.
  • the headlight 120a includes a transparent cover 122 on the front surface of the housing 121.
  • a nozzle 123 for supplying air and liquid is provided on the front surface 122a (corresponding to the arrangement surface) of the transparent cover 122.
  • An illumination light (not shown) is arranged on the back surface of the transparent cover 122.
  • the optical window is an illumination window in which light is emitted from a light source.
  • the transparent cover 122 serves as an illumination window.
  • the effective area ER On the front surface 122a (corresponding to the arrangement surface) of the transparent cover 122, a part of the area through which the effective light flux contributing to illumination passes is the effective area ER.
  • a first hydrophobic portion RA1 having a hydrophobic surface property is formed in the region between the tangents TL of the above.
  • the headlight 120a on the right front side and the headlight 120b on the left side front have symmetrical shapes, and the components are the same.
  • the back camera 130 includes an observation window 132 and a nozzle 133 for supplying air and liquid on the imaging side surface 131a (corresponding to the arrangement surface) of the housing 131.
  • a camera (not shown) for taking an image is arranged on the back surface of the observation window 132.
  • the entire area of the observation window 132 is the effective area.
  • the area between the observation window 132 and the nozzle 133 which is drawn from each of both ends of the opening 133a in the width direction WD with respect to the observation window 132.
  • a first hydrophobic portion RA1 having hydrophobic surface properties is formed in the region between the tangents TL of the book.
  • the optical device to which the technique of the present disclosure is applied may be applied to any optical device as long as it is an optical device provided with an optical window and a nozzle for supplying air and liquid.
  • the first hydrophobic portion is a part of the arrangement surface existing between the effective region of the optical window and the nozzle, and is an opening in the width direction intersecting the injection direction of the nozzle and along the arrangement surface. It is preferable, but not limited to, the entire area of the recommended hydrophobicization region between the two tangents drawn from each of both ends with respect to the effective region. Even if it is difficult to make the entire area of the recommended hydrophobicization area the first hydrophobic part due to processing restrictions, etc., if 80% or more of the recommended hydrophobicization area is the first hydrophobic part, the residue on the optical window will remain. The effect of facilitating the removal of the liquid can be obtained.
  • the recommended hydrophobization region is designated as the first hydrophobic portion, it is easier to remove the residual liquid on the optical window as compared with the case where 80% or more of the region is designated as the first hydrophobic portion. You can get the effect of
  • the mode is not limited to the mode in which the first hydrophobic portion and the hydrophilic portion are completely adjacent to each other, and a gap of 1 mm or less may be provided between the first hydrophobic portion and the hydrophilic portion. Even if it is difficult to make the first hydrophobic part and the hydrophilic part completely adjacent to each other due to processing restrictions, etc., if the distance between the first hydrophobic part and the hydrophilic part is 1 mm or less, the first hydrophobic part is sent at the time of water supply. It is possible to easily induce water droplets from the hydrophobic portion to the hydrophilic portion side, and it is possible to prevent the water droplets induced in the hydrophilic portion from flowing back to the first hydrophobic portion.

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Abstract

光学装置は、光学窓と、気体および液体が噴射される開口を有し、気体および液体を選択的に噴射することにより光学窓の有効領域を洗浄する送気送液用のノズルと、光学窓とノズルとが配置された配置面と、有効領域とノズルとの間に存在する配置面の一部の領域であって、ノズルの噴射方向と交差しかつ配置面に沿った幅方向における開口の両端の各々から有効領域に対して引いた２本の接線の間の領域に形成された、疎水性の表面特性を有する第１疎水部とを備える。

Description

光学装置
　本開示の技術は、光学装置に関する。
　光が入射または出射する光学窓を有する光学装置の一例として内視鏡が知られている。内視鏡の挿入部の先端には、光学窓の一例として、撮像する被写体の光が入射する観察窓が設けられている。観察窓が配置される配置面には、観察窓に付着した付着物を洗浄するためのノズルが設けられている。ノズルは、水などの液体と水滴を吹き飛ばすための空気などの気体とを噴射する開口を備えている。ノズルから水等の液体と空気等の気体とを選択的に観察窓に噴射することにより、観察窓から付着物を除去することができる。
　例えば、特開２０１６－０２２００６号公報には、挿入部の先端に配設された先端カバーの平坦部から観察窓を所定高さで突出させると共に、観察窓の円周縁部の周囲に、円周縁部から外方に向かってテーパー状に形成された傾斜部が設けられた内視鏡が開示されている。傾斜部の表面の少なくとも一部は、親水性を有する。
　特開２０１６－０２２００６号公報の内視鏡では、先ずノズルから観察窓に対して水を噴射し、その後にノズルから観察窓に対して空気を噴射することにより、観察窓表面の水を除去する。特開２０１６－０２２００６号公報の内視鏡では、観察窓の周囲に親水性の領域が設けられており、ノズルから空気を噴射した際に、観察窓表面の水が周囲の親水性の領域に移動しやすいため、観察窓に残留する残液を除去しやすい。
　しかしながら、特開２０１６－０２２００６号公報の内視鏡では、水を噴射した際に、ノズルと観察窓との間の領域において、観察窓の周囲の親水性の領域に水が残ってしまうおそれがある。この場合、水の噴射後に空気を噴射すると、観察窓の周囲の親水性の領域に残存する水が、空気の流れに引き込まれて観察窓の表面に移動してしまい、観察窓の表面から水を除去しにくいという問題があった。
　本開示の技術は上記事情に鑑みてなされたもので、ノズルからの送気によって観察窓に残留する残液を除去する場合において、従来よりも残液を除去しやすい光学装置を提供することを目的とする。
　本開示の光学装置は、光学窓と、気体および液体が噴射される開口を有し、気体および液体を選択的に噴射することにより光学窓の有効領域を洗浄する送気送液用のノズルと、光学窓とノズルとが配置された配置面と、有効領域とノズルとの間に存在する配置面の一部の領域であって、ノズルの噴射方向と交差しかつ配置面に沿った幅方向における開口の両端の各々から有効領域に対して引いた２本の接線の間の領域に形成された、疎水性の表面特性を有する第１疎水部とを備える。
　有効領域を挟んでノズルの噴射方向の下流側で有効領域に隣接する領域に第２疎水部が形成されていることが好ましい。
　幅方向において、２本の接線の外側で、かつ第１疎水部に隣接する領域に、親水性の表面特性を有する親水部が形成されていることが好ましい。
　親水部は接線に沿って有効領域の下流側まで延びていることが好ましい。
　光学窓のうち少なくとも有効領域は疎水性を有することが好ましい。
　第１疎水部は、複数の凸部が周期的に配列されている第１微細凹凸構造としてもよい。
　第１微細凹凸構造は、凸部の先端面同士の間隔が０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下であることが好ましい。
　第１微細凹凸構造は、凸部の高さが２μｍ以上かつ５０μｍ以下であることが好ましい。
　親水部は、複数の凸部がランダムに配列されている第２微細凹凸構造としてもよい。
　第２微細凹凸構造は、表面粗さが０．５μｍ以上かつ１μｍ以下であることが好ましい。
　本開示の技術によれば、ノズルからの送気によって観察窓に残留する残液を除去する場合において、従来よりも残液を除去しやすい光学装置を提供することができる。
内視鏡装置の全体構成図を示す図である。 内視鏡を先端側から見た平面図である。 内視鏡の挿入部先端の断面図であり、図２中のＡ－Ａ線断面図である。をそれぞれ示す。 内視鏡の先端部の斜視図である。 第１微細凹凸構造の斜視図である。 第１微細凹凸構造の内視鏡先端側から見た平面図である。 第２微細凹凸構造の斜視図である。 内視鏡における送気・送水時の作用を説明するための図であり、図８Ａはノズルから観察窓に向けて水を噴射した様子、図８Ｂは水の噴射を停止した様子、図８Ｃはノズルから観察窓に向けて空気を噴射した様子をそれぞれ示す。 従来の内視鏡における送気・送水時の作用を説明するための図であり、図９Ａはノズルから観察窓に向けて水を噴射した様子、図９Ｂは水の噴射を停止した様子、図９Ｃはノズルから観察窓に向けて空気を噴射した様子をそれぞれ示す。 内視鏡を先端側から見た平面図である。 内視鏡を先端側から見た平面図である。 内視鏡の挿入部先端の断面図である。 内視鏡の先端部の斜視図である。 内視鏡を先端側から見た平面図である。 第１微細凹凸構造の斜視図である。 第１微細凹凸構造の内視鏡先端側から見た平面図である。 第１微細凹凸構造の斜視図である。 第１微細凹凸構造の内視鏡先端側から見た平面図である。 第１微細凹凸構造の斜視図である。 第１微細凹凸構造の内視鏡先端側から見た平面図である。 監視カメラの外観図である。 車の上面図である。 ヘッドライトの外観図である。 バックカメラの車後方から見た平面図である。
　「第１実施形態」
　［内視鏡装置の構成］
　図１は本開示の第１実施形態に係る内視鏡を備えた内視鏡装置１１の全体構成図を示す図である。図１に示すように、内視鏡装置１１は、内視鏡１２と、制御装置１３と、光源装置１４と、送気送水装置１５とを備えている。
　内視鏡１２は、被検者の体内に挿入される可撓性の挿入部１６と、挿入部１６の基端部分に連接され、内視鏡１２の把持および挿入部１６の操作に用いられる操作部１７と、操作部１７を制御装置１３および光源装置１４に接続するユニバーサルコード１９と、を備えている。
　挿入部１６は、撮像ユニット３０（図３参照）が内蔵された先端部１６ａと、先端部１６ａの基端に連設された湾曲自在な湾曲部１６ｂと、湾曲部１６ｂの基端に連設された可撓性を有する可撓管部１６ｃと、を備えている。ここで、基端とは、各部材の両端のうちの操作部１７側の一端を意味する。
　操作部１７には、湾曲部１６ｂを上下左右に湾曲させるためのアングルノブ２１と、先端部１６ａからエアーおよび水を噴出させるための送気送水ボタン２２とを含む、操作部材が設けられている。また、操作部１７には、挿入部１６内に挿通された鉗子チャンネルに電気メス等の処置具を挿入するための不図示の入口側鉗子口が設けられている。
　制御装置１３は、光源装置１４と電気的に接続され、内視鏡装置１１の動作を統括的に制御する。制御装置１３は、ユニバーサルコード１９および挿入部１６内に挿通された伝送ケーブルを介して内視鏡１２に給電を行い、撮像素子８２（図３参照）の駆動を制御する。また、制御装置１３は、伝送ケーブルを介して撮像素子８２から出力された撮像信号を取得し、各種画像処理を施して画像データを生成する。制御装置１３で生成された画像データは、制御装置１３にケーブル接続されたモニタ２０に観察画像として表示される。
　光源装置１４は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体光源などを有しており、ユニバーサルコード１９および挿入部１６内に挿通されたライトガイドを介して内視鏡１２の先端部１６ａに光を供給する。
　送気送水装置１５は、光源装置１４に内蔵され、エアーの送気を行う周知の送気装置（例えば、ポンプなど）１５ａと、光源装置１４の外部に設けられ、洗浄水を貯留する洗浄水タンク１５ｂから構成されている。
　＜内視鏡先端部の構成＞
　図２は内視鏡を先端側から見た平面図である。図３は内視鏡の挿入部先端の断面図であり、図２中のＡ－Ａ線断面図である。
　図２に示すように、先端部１６ａの先端面、すなわち先端保護キャップ２５の先端面２５ａには、観察窓５２と、２つの照明窓２６と、送気送水用のノズル２７と、出口側鉗子口２８と、が設けられている。先端保護キャップ２５は、例えば、ポリスルフォン(polysulfone)などの樹脂材料により形成されている。
　照明窓２６は、光源装置１４から供給され、ライトガイドにより導光された光を光出射面２６ａから体腔内の観察対象に向けて出射する。観察窓５２は、観察対象で反射した光を先端部１６ａ内に取り込む窓である。観察窓５２は、本例においては、撮像ユニット３０の対物光学系５１における最先端側のレンズとして機能する（図３参照）。観察窓５２は本開示の技術に係る光学窓の一例である。
　本例において、観察窓５２の光入射面５２ａの全域が有効領域である。観察窓５２における有効領域とは、光入射面５２ａのうちの少なくとも一部の領域であって、撮像に寄与する有効な光束が通過する領域をいう。より詳細には、観察窓５２を通過する光のうち、途中でケラれることなく、撮像面８４（図３参照）に到達する光が撮像に寄与する有効な光束であり、光入射面５２ａにおいては、有効な光束の最大周辺光線の通過位置によって画定される領域を有効領域という。本例では、光入射面５２ａを通過する光はすべて撮像に寄与する有効な光である。この場合は、光入射面５２ａの全域が、観察窓５２の有効領域である。
　２つの照明窓２６は、観察窓５２を挟んで両側の対称位置に配置されている。送気送水用のノズル２７は、観察窓５２に隣接する位置において、ノズル２７の開口２７ａが観察窓５２向けて配置されている。ノズル２７は、送気送水ボタン２２の操作に応じて、開口２７ａから観察窓５２に対して空気および水を選択的に噴射する。送気送水用のノズル２７は、本開示の技術に係る送気送液用のノズルの一例である。
　図３に示すように、先端部１６ａは、先端硬性部２４と、この先端硬性部２４の先端側に装着される先端保護キャップ２５とを備えている。先端硬性部２４は、ステンレス鋼等の金属製であり、長手方向に沿って複数の貫通孔が形成されている。この先端硬性部２４の各貫通孔に撮像ユニット３０、送気送水チャンネル３２、不図示の鉗子チャンネル、不図示のライトガイド等の各種部品が挿入されて固定されている。先端硬性部２４の後端は、湾曲部１６ｂを構成する湾曲駒３３の先端に連結されている。また、先端硬性部２４の外周には、外皮チューブ３４が被覆されている。
　撮像ユニット３０は、観察窓５２から入射した光を撮像素子８２の撮像面８４に結像させる対物光学系５１と、対物光学系５１を保持する鏡胴５０と、鏡胴５０の基端５０ａに接続されたプリズム６０と、プリズム６０に接着されたカバーガラス４０と、プリズム６０の光出射面６０ｂに対向して配置された撮像素子基板８０と、を備えている。
　対物光学系５１は、レンズとして機能する観察窓５２と、レンズ５３と、レンズ５４と、を備えている。鏡胴５０は、観察窓５２，レンズ５３，およびレンズ５４を内部に保持する。
　撮像素子基板８０の一部には、撮像面８４を有する撮像素子８２が設けられており、カバーガラス４０は、撮像素子８２の撮像面８４上に配設されている。撮像素子基板８０の後端には、回路部８３が設けられている。回路部８３は、撮像素子８２が出力する撮像信号を処理し、制御装置１３に転送するなどの機能を有する。
　送気送水用のノズル２７は、送気送水チャンネル３２を介して、送気送水装置１５に接続されている。
　図２および図４に示すように、先端保護キャップ２５の先端面２５ａには、観察窓５２とノズル２７とが配置されている。先端面２５ａは本開示の技術に係る配置面の一例である。
　先端面２５ａは、疎水性の表面特性を有する第１疎水部ＲＡ１を備える。第１疎水部ＲＡ１は、観察窓５２とノズル２７との間に存在する先端面２５ａの一部の領域に形成されている。第１疎水部ＲＡ１が形成される領域は、より具体的には、ノズル２７の噴射方向ＩＤと交差しかつ先端面２５ａに沿った幅方向ＷＤにおけるノズル２７の開口２７ａの両端の各々から観察窓５２の光入射面５２ａに対して引いた２本の接線ＴＬの間の領域の全域である。本例において、光入射面５２ａの全域は、上述したとおり、本開示の技術に係る有効領域である。本例においては、２本の接線ＴＬは、光入射面５２ａの外縁と外接する。
　ここで、ノズル２７の開口２７ａからは、幅方向ＷＤにおいて広範囲に水および空気が噴射されるが、噴射方向ＩＤとは、開口２７ａから水および空気が噴射される範囲の中心軸方向をいう。また、本開示の技術において「疎水性」とは、純水に対する静的接触角が１１０°以上の特性を意味する。
　また、図４に示すように、２本の接線ＴＬの一方の端点は、幅方向ＷＤにおける開口２７ａの端部２７ｂと先端面２５ａとの交点２７ｃである。そして、２本の接線ＴＬは、交点２７ｃの各々から、観察窓５２の光入射面５２ａに向かって延びる。２本の接線ＴＬの他方の端点は、光入射面５２ａの外縁と外接する接点となる。第１疎水部ＲＡ１が形成される領域は、図２及び図４において薄いハッチングで示すとおり、２本の接線ＴＬと、光入射面５２ａの外縁の一部と、開口２７ａの幅方向ＷＤに延びる辺とによって区画された領域である。
　第１疎水部ＲＡ１は、複数の凸部が周期的に配列されている第１微細凹凸構造により構成されている。第１微細凹凸構造は、一例として図５および図６に示すように、四角柱形状で高さがほぼ同一の複数の凸部７０が、格子状に等間隔で配置された構造である。第１微細凹凸構造は、凸部７０の先端面同士の間隔ＣＩが０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下である。また、第１微細凹凸構造は、凸部７０の高さＣＨが２μｍ以上かつ５０μｍ以下である。第１微細凹凸構造は、先端面２５ａの第１疎水部ＲＡ１に対して、フェムト秒から数ピコ秒のパルス幅をもつ超短パルスレーザーにより凸部７０間の溝を切削する加工を行うことにより形成される。
　また、図２及び図４において濃いハッチングで示すように、幅方向ＷＤにおいて、２本の接線ＴＬの外側で、かつ第１疎水部ＲＡ１に隣接する領域に、親水性の表面特性を有する親水部ＲＢが形成されている。本開示の技術において「親水性」とは、純水に対する静的接触角が１５°以下の特性を意味する。
　親水部ＲＢが形成される領域は、図２に示すように、噴射方向ＩＤにおいては接線ＴＬの一端から他端までの範囲であり、幅方向ＷＤにおいては接線ＴＬと平行な線によって区画された領域である。親水部ＲＢの幅方向ＷＤの幅は、第１疎水部ＲＡ１から親水部ＲＢに流入した水が第１疎水部ＲＡ１に逆流しない程度に保持できる幅であることが好ましい。また、本例において、親水部ＲＢのノズル２７側の境界は、ノズル２７の観察窓５２側の端縁において幅方向ＷＤに延びる線ＯＬ（図２参照）に設定されている。
　親水部ＲＢは、図７に示すように、複数の高さの異なる凸部７５がランダムに配列されている第２微細凹凸構造により構成されている。第２微細凹凸構造は、表面粗さが０．５μｍ以上かつ１μｍ以下である。第２微細凹凸構造は、先端面２５ａの親水部ＲＢの全域に対して、超短パルスレーザーにより切削加工および溶融加工をランダムに行うことにより形成される。
　また、光学窓の一例である観察窓５２の有効領域は、疎水性を有している。本例においては、光入射面５２ａの全域が有効領域であるため、光入射面５２ａの全域が、疎水性を有する。観察窓５２の光入射面５２ａは、第１疎水部ＲＡ１と同様に、超短パルスレーザーにより疎水性となるように加工される。
　［送気・送水時の作用］
　以上の構成の先端部１６ａを有する内視鏡１２において、観察窓５２の光入射面５２ａを洗浄するために、送気・送水を行う際の作用について説明する。
　先ず、図８Ａに示すように、ノズル２７の開口２７ａから観察窓５２の光入射面５２ａに向けて水ＷＦを噴射する。水ＷＦが噴射されると、水ＷＦはノズル２７から第１疎水部ＲＡ１を通過して光入射面５２ａに向かう。噴射された水ＷＦによって光入射面５２ａに付着した付着物が洗い流される。この際に、ノズル２７から噴射された水ＷＦはすべて光入射面５２ａに到達するわけではなく、光入射面５２ａに到達しない水滴ＷＧが生じる。光入射面５２ａに到達しない水滴ＷＧは、ノズル２７と光入射面５２ａの間の領域の第１疎水部ＲＡ１に留まろうとする。しかし、第１疎水部ＲＡ１は、疎水性の表面特性を有しているため、水滴ＷＧが濡れにくく、水滴ＷＧをはじく。そのため、水滴ＷＧは噴射の勢いによって第１疎水部ＲＡ１に留まらずに外側に流れる。
　このため、図８Ｂに示すように、第１疎水部ＲＡ１上には水滴ＷＧが残留しにくにい。さらに、第１疎水部ＲＡ１に隣接して親水部ＲＢが設けられている。親水部ＲＢは水滴ＷＧが濡れやすいため、第１疎水部ＲＡ１から外側に流れ出した水滴ＷＧが親水部ＲＢに誘導されやすい。また、親水部ＲＢに誘導された水滴ＷＧは、第１疎水部ＲＡ１に逆流しにくく、図８Ｂに示すように親水部ＲＢ上に水滴ＷＧが残る。
　図８Ｂに示すように、光入射面５２ａに水ＷＦを噴射すると、水ＷＦの一部は光入射面５２ａ上に水滴ＷＧとして残る。こうした水滴ＷＧを除去するため、水ＷＦを噴射した後、ノズル２７の開口２７ａから観察窓５２に向けて空気ＡＦの噴射が行われる。
　図８Ｃに示すように、空気ＡＦが噴射されると、空気ＡＦにより、観察窓５２の光入射面５２ａ上の水滴ＷＧは除去される。ノズル２７から噴射された空気ＡＦは、水ＷＦと同様にノズル２７から第１疎水部ＲＡ１を通過して光入射面５２ａに向かう。
　ノズル２７と観察窓５２との間の領域は、疎水性の表面特性を有する第１疎水部ＲＡ１となっている。そのため、図８Ｂに示したとおり、水ＷＦを噴射した後において、第１疎水部ＲＡ１には水滴ＷＧが残留しにくいため、空気ＡＦを噴射した場合でも、空気ＡＦに巻き込まれて第１疎水部ＲＡ１から光入射面５２ａに向かう水滴ＷＧが低減される。そのため、空気ＡＦの噴射によって光入射面５２ａに残留した水滴ＷＧを除去した際に、噴射した空気ＡＦによって、空気ＡＦの流路上に残留する別の水滴ＷＧが、光入射面５２ａに付着することが抑制される。また、親水部ＲＢ上に残っている水滴ＷＧの一部は、空気ＡＦにより親水部ＲＢの外側に吹き飛ばされる。
　［作用効果］
　比較例を示す図９において、第１疎水部ＲＡ１を設けていない従来の内視鏡の例を示す。この場合において、図９Ａに示すように、ノズル２７の開口２７ａから観察窓５２に向けて水ＷＦを噴射すると、噴射された水ＷＦは、観察窓５２とノズル２７との間の領域ＲＮを通過する。図９Ｂに示すように、領域ＲＮの表面特性が疎水性ではない場合には、噴射した水ＷＦの一部が領域ＲＮ上に水滴ＷＧとして残留する量が多い。
　この状態で、図９Ｃに示すように、ノズル２７の開口２７ａから観察窓５２に向けて空気ＡＦを噴射すると、空気ＡＦによって光入射面５２ａ上に残留する水滴ＷＧを除去しても、空気ＡＦの流路上の領域ＲＮに残っている別の水滴ＷＧが、観察窓５２の光入射面５２ａ上に移動することになる。そして、光入射面５２ａ上に移動した別の水滴ＷＧは光入射面５２ａに残留する。そのため、観察窓５２の光入射面５２ａに残留する水を除去しにくいという問題が生じる。
　これに対して、本実施形態の内視鏡１２は、上記の通り、観察窓５２（光学窓の一例）とノズル２７との間に存在する先端面２５ａ（配置面の一例）の一部の領域であって、ノズル２７の噴射方向ＩＤと交差しかつ先端面２５ａに沿った幅方向ＷＤにおけるノズル２７の開口２７ａの両端の各々から有効領域に対して引いた２本の接線ＴＬの間の領域に形成された、疎水性の表面特性を有する第１疎水部ＲＡ１を備える。
　そのため、観察窓５２の光入射面５２ａを洗浄するために、観察窓５２に対して、水ＷＦを噴射しても、観察窓５２とノズル２７との間の第１疎水部ＲＡ１上に水滴ＷＧが残留しにくい。水ＷＦを噴射する送水後には、観察窓５２に残留する水滴ＷＧを除去するために空気ＡＦを噴射する送気が行われる。送気が行われた場合でも、観察窓５２とノズル２７との間の第１疎水部ＲＡ１から、空気ＡＦに巻き込まれて別の水滴ＷＧが観察窓５２の光入射面５２ａ上に移動することが抑制される。このように、送水後に送気をした場合でも、空気ＡＦの流路上にある別の水滴ＷＧが観察窓５２に移動することが抑制されるため、観察窓５２の光入射面５２ａから残液の一例である水滴ＷＧを除去しやすい。
　また、幅方向ＷＤにおいて、２本の接線ＴＬの外側で、かつ第１疎水部ＲＡ１に隣接する領域に、親水性の表面特性を有する親水部ＲＢを備える。このような構成とすることにより、送水時に、第１疎水部ＲＡ１から親水部ＲＢ側へ水滴ＷＧを誘導しやすく、かつ、親水部ＲＢに誘導された水滴ＷＧは第１疎水部ＲＡ１に逆流しにくい。このため、空気ＡＦの流路上の第１疎水部ＲＡ１に水滴ＷＧがより残留しにくい。その結果、送気時において、空気ＡＦの流路上に残留する水滴ＷＧの観察窓５２への付着がより防止されるため、観察窓５２の光入射面５２ａからの水滴ＷＧの除去をより行いやすい。
　また、親水部ＲＢは、図２に示したとおり、ノズル２７の開口２７ａの幅方向ＷＤに沿って引いた線ＯＬよりも観察窓５２側の領域に形成している。このように、ノズル２７の開口２７ａの幅方向ＷＤに沿って引いた線ＯＬよりも観察窓５２側の領域のみを親水部ＲＢとし、線ＯＬよりもノズル２７側の領域に親水部ＲＢを形成としないことにより、ノズル２７の周囲への水滴ＷＧの残留が抑制される。そのため、送水後に送気した際に、ノズル２７の周囲の水滴ＷＧが、噴射された空気ＡＦに巻き込まれる量が減るため、観察窓５２の光入射面５２ａ上に水滴ＷＧが移動することがより抑制される。そのため、送気後における観察窓５２の光入射面５２ａへの水滴ＷＧの付着量がより抑制される。これにより、観察窓５２の光入射面５２ａからの水滴ＷＧの除去をより行いやすい。
　また、観察窓５２の光入射面５２ａは、疎水性を有する。このような構成とすることにより、送気時に、光入射面５２ａが水滴ＷＧをはじくため、光入射面５２ａから水滴ＷＧを除去しやすい。
　また、第１疎水部ＲＡ１は、本例においては、複数の凸部が周期的に配列されている第１微細凹凸構造により構成されている。このような第１微細凹凸構造は、例えば超短パルスレーザー加工を先端面２５ａに施すことにより、形成することが可能である。そのため、例えばフッ素系コート剤などを使用したコーティングを行う場合と比べて、材料コスト及び加工コストを含む製造コストを抑えやすい。
　また、第１微細凹凸構造は、本例においては、凸部７０の間隔ＣＩ（図５参照）が０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下である。このような構成とすることにより、第１微細凹凸構造に対して、適切な疎水性を持たせることができる。具体的には、間隔ＣＩが０．１μｍを下回る加工は、電子ビームのような高価な装置が必要となり、コストが高くなりすぎるという問題を生じる。また、間隔ＣＩが１０μｍを上回ると、ラプラス力によって、水が凸部７０の間の凹部に入り込む。凹部は加工領域内で繋がっているため、水が広がってしまい、疎水性にならないという問題を生じる。そのため、第１微細凹凸構造は、凸部７０の間隔ＣＩが０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下であることが好ましい。
　また、第１微細凹凸構造は、本例においては、凸部７０の高さＣＨ（図５参照）が２μｍ以上かつ５０μｍ以下である。このような構成とすることにより、第１微細凹凸構造に対して、適切な疎水性を持たせることができる。具体的には、高さＣＨが２μｍを下回ると、ラプラス力によって、水が凸部７０の間（本例では、凹部）に入り込む。凹部は加工領域内で繋がっているため、水が広がってしまい、疎水性にならないという問題を生じる。また、高さＣＨが５０μｍ以上になると、物理的な強度が不足し、使用時に構造が壊れてしまうという問題を生じる。そのため、第１微細凹凸構造は、凸部７０の高さＣＨ（図５参照）が２μｍ以上かつ５０μｍ以下であることが好ましい。
　また、親水部ＲＢは、本例においては、複数の凸部がランダムに配列されている第２微細凹凸構造により構成されている。このような第２微細凹凸構造は、第１微細凹凸構造と同様に、例えば超短パルスレーザー加工を先端面２５ａに施すことにより、形成することが可能である。そのため、例えばシリカ系コート剤などを使用したコーティングを行う場合と比べて、材料コスト及び加工コストを含む製造コストを抑えやすい。
　また、第２微細凹凸構造は、本例において、表面粗さが０．５μｍ以上かつ１μｍ以下である。このような構成とすることにより、第２微細凹凸構造に対して、適切な親水性を持たせることができる。具体的には、表面粗さが０．５μｍを下回ると、親水部ＲＢの表面積を大きく増加させることができず、所望のレベルの親水化を実現できないという問題を生じる。また、表面粗さが１μｍを上回ると、水が濡れて広がる際に、粗された表面の凸部が壁になって、水が広がらなくなるため、所望のレベルの親水化を実現できないという問題を生じる。そのため、第２微細凹凸構造は、表面粗さが０．５μｍ以上かつ１μｍ以下であることが好ましい。
　「第２実施形態」
　第２実施形態の内視鏡１２は、第１実施形態の内視鏡１２に対して、第１疎水部ＲＡ１に加えて第２疎水部ＲＡ２を追加し、かつ、親水部ＲＢの範囲を変更したものである。
　図１０に示すように、第２実施形態の内視鏡１２は、第１実施形態と同様の第１疎水部ＲＡ１を備える。
　また、第２実施形態の内視鏡１２は、光入射面５２ａを挟んでノズル２７の噴射方向ＩＤの下流側で光入射面５２ａに隣接する領域に第２疎水部ＲＡ２が形成されている。
　また、第１疎水部ＲＡ１の周囲であって接線ＴＬに隣接し、親水性の表面特性を有する親水部ＲＢを備える。親水部ＲＢは接線ＴＬに沿って光入射面５２ａの下流側まで延びている。親水部ＲＢのノズル２７側の境界は、第１実施形態と同様に、ノズル２７の開口２７ａの幅方向ＷＤに沿って引いた線ＯＬに設定されている。
　このように、光入射面５２ａを挟んでノズル２７の噴射方向ＩＤの下流側で光入射面５２ａに隣接する領域に第２疎水部ＲＡ２を形成することにより、送水時に光入射面５２ａの下流側に到達した水ＷＦが第２疎水部ＲＡ２によってはじかれるため、光入射面５２ａの下流側で水滴ＷＧが残りにくい。そのため、第２疎水部ＲＡ２は水滴ＷＧが残留しにくいため、光入射面５２ａの下流側から光入射面５２ａに水滴ＷＧが逆流することが抑制される。これにより、光入射面５２ａから水滴ＷＧをより除去しやすい。
　また、親水部ＲＢについて、接線ＴＬに沿って光入射面５２ａ（有効領域の一例）の下流側まで延びた構成とすることにより、送水時に、第１疎水部ＲＡ１および第２疎水部ＲＡ２からはじかれた水滴ＷＧを親水部ＲＢに誘導しやすい。また、親水部ＲＢに誘導した水滴ＷＧは第１疎水部ＲＡ１および第２疎水部ＲＡ２に逆流しにくい。このため、第１疎水部ＲＡ１および第２疎水部ＲＡ２に水滴ＷＧがより残りにくくなり、光入射面５２ａに付着する水滴ＷＧが抑制されるため、光入射面５２ａから水滴ＷＧをより除去しやすい。
　「変形例」
　本開示の技術は、上述の種々の実施形態と種々の変形例を適宜組み合わせることも可能である。また、上記各実施形態に限らず、要旨を逸脱しない限り種々の構成を採用し得ることは勿論である。
　例えば、上記例においては観察窓５２の光入射面５２ａの全域を有効領域としたが、図１１に示すように、観察窓５５の光入射面５５ａにおいて有効領域ＥＲは、光入射面５５ａの一部としてもよい。観察窓５５における有効領域ＥＲは、上述したとおり、撮像に寄与する有効な光束が通過する領域をいう。
　図１２において、点線ＬＸは、撮像に寄与する有効な光束の最大周辺光線であり、光入射面５５ａにおいては、最大周辺光線ＬＸの通過位置によって有効領域ＥＲが画定される。有効領域ＥＲは光入射面５２ａの一部でもよい。このように光入射面５２ａの一部が有効領域ＥＲの場合は、図１１に示すように、第１疎水部ＲＡ１を画定する接線ＴＬの一端は、光入射面５２ａの外縁よりも内側に位置することになる。
なお、図１２において、観察窓５５は、レンズ機能を持たないカバーガラスであり、対物光学系５６は、観察窓５５の内側に配置されている。図３で示した観察窓５２は、レンズ機能を有していたが、図１２に示すように、観察窓５５としては、レンズ機能を持たなくてもよい。
　また、図１３および図１４に示すように、１つのノズル９０に、複数の開口９０ａを設けてもよい。図１３および図１４では、一例として、２つの開口９０ａを備えた例を示している。１つのノズル９０に複数の開口９０ａを設けた場合は、１つの開口９０ａ毎に、開口９０ａの両端の各々から有効領域ＥＲに対して引いた２本の接線ＴＬの間の領域を、第１疎水部ＲＡ１とすればよい。
　また、第１疎水部の第１微細凹凸構造は、上記のように四角柱形状で高さが同一の複数の凸部７０が、格子状に等間隔で配置された態様に限らず、図１５および図１６に示すように、円柱形状で高さが同一の複数の凸部７１が、千鳥状に等間隔に配置された態様としてもよい。
　また、図１７および図１８に示すように、第１微細凹凸構造の凸部７２は、柱形状の基端部７２ｂよりも先端部７２ａの直径を太くしてもよい。このような形に形成するためには、一例として柱形状の凸部７２を超短パルスレーザー加工により形成し、その後に先端部分を溶融して潰すことにより先端部７２ａを形成することができる。なお、図１７および図１８の例では、凸部７２を円柱形状の例で示したが角柱形状でもよい。
　また、図１９および図２０に示すように、第１微細凹凸構造の凸部７３は、基端７３ｂ側よりも先端７３ａ側が太い円錐形状としてもよい。このような形に形成するためには、一例として凸部７３の形成面に対して超短パルスレーザーを斜めに入射させて加工を行えばよい。なお、図１９および図２０の例では、凸部７３を円錐形状の例で示したが、基端側よりも先端側が太い四角錐形状でもよい。
　また、第１微細凹凸構造の凸部形状は、上記以外にも、基端側よりも先端側が細い四角錐形状または基端側よりも先端側が細い円錐形状とするなど、種々の形状とすることができる。
　また、第１微細凹凸構造の複数の凸部の配置態様は、格子状に等間隔で配置された態様および千鳥状に等間隔に配置された態様に限らず、種々の配置態様とすることができる。
　また、第１疎水部ＲＡ１および第２疎水部ＲＡ２は、先端保護キャップ２５の先端面２５ａに第１微細凹凸構造を形成することにより実現する態様に限らず、疎水部とする領域に、フッ素系コート剤またはシリコン系コート剤等の疎水性コート剤をコーティングすることにより実現してもよい。このように、先端保護キャップ２５とは別のコート剤をコーティングすることにより、第１疎水部ＲＡ１および第２疎水部ＲＡ２に要求される性能に応じた適切な材料選択が可能となる。
　また、親水部ＲＢは、先端保護キャップ２５の先端面２５ａに第２微細凹凸構造を形成することにより実現する態様に限らず、親水部とする領域に、シリカ系コート剤等の親水性コート剤をコーティングすることにより実現してもよい。このように、先端保護キャップ２５とは別のコート剤をコーティングすることにより、親水部ＲＢに要求される性能に応じた適切な材料選択が可能となる。
　また、本開示の技術を適用した光学装置は、上記の内視鏡に限らず、図２１に示すように、監視カメラ１００に適用してもよい。監視カメラ１００は、筐体１０１の前面１０１ａ（配置面に相当）に、観察窓１０２と、送気送液用のノズル１０３とを備える。観察窓１０２の背面には、撮像を行う不図示のカメラが配されている。観察窓１０２において、撮像に寄与する有効な光束が通過する一部の領域が有効領域ＥＲとなる。筐体１０１の前面１０１ａ（配置面に相当）において、有効領域ＥＲとノズル１０３との間の領域であって、幅方向ＷＤにおける開口１０３ａの両端の各々から有効領域ＥＲに対して引いた２本の接線ＴＬの間の領域に、疎水性の表面特性を有する第１疎水部ＲＡ１が形成されている。
　また、図２２および図２３に示すように、車１１０の前方のヘッドライト１２０ａおよび１２０ｂに適用してもよい。図２３は車１１０の右側前方のヘッドライト１２０ａを示す。ヘッドライト１２０ａは、筐体１２１の前面に透明カバー１２２を備える。透明カバー１２２の前面１２２ａ（配置面に相当）に、送気送液用のノズル１２３を備える。透明カバー１２２の背面には、不図示の照明用ライトが配されている。このように、照明用の光学装置に適用する場合には、光学窓は、光源から光が出射する照明窓となる。図２３に示す例では、透明カバー１２２が照明窓となる。透明カバー１２２の前面１２２ａ（配置面に相当）において、照明に寄与する有効な光束が通過する一部の領域が有効領域ＥＲとなる。透明カバー１２２の前面１２２ａ（配置面に相当）において、有効領域ＥＲとノズル１２３との間の領域であって、幅方向ＷＤにおける開口１２３ａの両端の各々から有効領域ＥＲに対して引いた２本の接線ＴＬの間の領域に、疎水性の表面特性を有する第１疎水部ＲＡ１が形成されている。なお、右側前方のヘッドライト１２０ａと左側前方のヘッドライト１２０ｂとは、左右対称形状であり、構成要素は同じである。
　また、図２２および図２４に示すように、車１１０の後方のバックカメラ１３０に適用してもよい。バックカメラ１３０は、筐体１３１の撮像側面１３１ａ（配置面に相当）に、観察窓１３２と、送気送液用のノズル１３３とを備える。観察窓１３２の背面には、撮像を行う不図示のカメラが配されている。本例では、観察窓１３２の全領域が有効領域となる。筐体１３１の撮像側面１３１ａ（配置面に相当）において、観察窓１３２とノズル１３３との間の領域であって、幅方向ＷＤにおける開口１３３ａの両端の各々から観察窓１３２に対して引いた２本の接線ＴＬの間の領域に、疎水性の表面特性を有する第１疎水部ＲＡ１が形成されている。
　また、本開示の技術を適用した光学装置は、上記以外にも、光学窓と送気送液用のノズルとを備えた光学装置であれば、どのような光学装置に適用してもよい。
　また、第１疎水部は、光学窓の有効領域とノズルとの間に存在する配置面の一部の領域であって、ノズルの噴射方向と交差しかつ配置面に沿った幅方向における開口の両端の各々から有効領域に対して引いた２本の接線の間の疎水化推奨領域の全域とすることが好ましいが、このような態様に限らない。加工上の制約等により、疎水化推奨領域の全域を第１疎水部とすることが難しい場合でも、疎水化推奨領域の８０％以上の領域を第１疎水部とすれば、光学窓上の残液を除去しやすくする効果を得ることができる。また、疎水化推奨領域の９０％以上の領域を第１疎水部とすれば、８０％以上の領域を第１疎水部とした場合と比較して、光学窓上の残液をさらに除去しやすくする効果を得ることができる。
　また、第１疎水部と親水部とが完全に隣接する態様に限らず、第１疎水部と親水部との間に１ｍｍ以下の間隔が空いていてもよい。加工上の制約等により、第１疎水部と親水部とを完全に隣接させることが難しい場合でも、第１疎水部と親水部との間の間隔が１ｍｍ以下であれば、送水時に、第１疎水部から親水部側へ水滴を誘導しやすく、かつ、親水部に誘導された水滴が第１疎水部に逆流しにくくすることができる。
　以上に示した記載内容および図示内容は、本開示の技術に係る部分についての詳細な説明であり、本開示の技術の一例に過ぎない。例えば、上記の構成、機能、作用、および効果に関する説明は、本開示の技術に係る部分の構成、機能、作用、および効果の一例に関する説明である。よって、本開示の技術の主旨を逸脱しない範囲内において、以上に示した記載内容および図示内容に対して、不要な部分を削除したり、新たな要素を追加したり、置き換えたりしてもよいことは言うまでもない。また、錯綜を回避し、本開示の技術に係る部分の理解を容易にするために、以上に示した記載内容および図示内容では、本開示の技術の実施を可能にする上で特に説明を要しない技術常識等に関する説明は省略されている。
　本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術規格は、個々の文献、特許出願および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
　２０２０年３月３１日に出願された日本出願特願２０２０－０６４６１７の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (10)

  1. 　光学窓と、
    　気体および液体が噴射される開口を有し、前記気体および前記液体を選択的に噴射することにより前記光学窓の有効領域を洗浄する送気送液用のノズルと、
    　前記光学窓と前記ノズルとが配置された配置面と、
    　前記有効領域と前記ノズルとの間に存在する前記配置面の一部の領域であって、前記ノズルの噴射方向と交差しかつ前記配置面に沿った幅方向における前記開口の両端の各々から前記有効領域に対して引いた２本の接線の間の領域に形成された、疎水性の表面特性を有する第１疎水部とを備える
    　光学装置。
  2. 　前記有効領域を挟んで前記ノズルの噴射方向の下流側で前記有効領域に隣接する領域に第２疎水部が形成されている
    　請求項１に記載の光学装置。
  3. 　前記幅方向において、前記２本の接線の外側で、かつ前記第１疎水部に隣接する領域に、親水性の表面特性を有する親水部が形成されている
    　請求項１または２に記載の光学装置。
  4. 　前記親水部は前記接線に沿って前記有効領域の下流側まで延びている
    　請求項３に記載の光学装置。
  5. 　前記光学窓のうち少なくとも前記有効領域は疎水性を有する
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の光学装置。
  6. 　前記第１疎水部は、複数の凸部が周期的に配列されている第１微細凹凸構造である
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の光学装置。
  7. 　前記第１微細凹凸構造は、凸部の先端面同士の間隔が０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下である
    　請求項６に記載の光学装置。
  8. 　前記第１微細凹凸構造は、凸部の高さが２μｍ以上かつ５０μｍ以下である
    　請求項６または７に記載の光学装置。
  9. 　前記親水部は、複数の凸部がランダムに配列されている第２微細凹凸構造である
    　請求項３または４に記載の光学装置。
  10. 　前記第２微細凹凸構造は、表面粗さが０．５μｍ以上かつ１μｍ以下である
    　請求項９に記載の光学装置。
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