(57)【要約】 【課題】   物体に設けられた各種孔の内側面をピントの合った状態で広範囲に確認できる顕微鏡装置を求める。【解決手段】   物体を観察する対物レンズとその結像位置に設置される受光部で観察光学系を形成し鏡筒に収容する。受光部は観察光学系中心光軸上で受光面設定角度が調整できるよう準備され、この鏡筒を物体に設けられた孔内側観察面に対し任意角度の傾斜を持って設置する。そして前記対物レンズ中心線の延長線と孔内側観察面の延長線との交点位置から、観察光学系中心光軸上の対物レンズ結像位置に仮想線を引き、この仮想線面と受光部受光面が一致するよう受光面設定角度を調整する。この受光面に投影される観察面像を表示部に送って表示する。   【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に設けられた孔の内側面を観察面とする観察光学系の中心光軸が、観察面から垂直に延長した第１仮想線に対し角αとなるよう傾斜して設置される前記観察光学系を収容した鏡筒と、この観察光学系中に設置した対物レンズの中心線から前記垂直第１仮想線に向けて第２仮想線を引き、その交点から前記対物レンズの中心光軸上結像位置に向けて第３仮想線を引き、この第３仮想線面と前記観察光学系中心光軸の交点に位置し、その受光面が第３仮想線面と一致するよう角度を調整自在として前記鏡筒に設置される受光部と、前記第３仮想線面上の受光部に投影された対物レンズによる孔内観察面像を表示する表示部、とで構成したことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
受光部の受光面角度を観察光学系中心光軸上で第３仮想線面と一致させた後、第１仮想線に対する対物レンズ中心線角度を変更して受光部への投影光束角度を可変にする対物レンズ設定角度変更手段を設置したことを特徴とする前記請求項１記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
物体の孔内観察面照明系を垂直落写式照明系として鏡筒に取り付けたことを特徴とする前記請求項１、２記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
物体の孔内観察面照明系を断続照明系として鏡筒に取り付けたことを特徴とする前記請求項１、２記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は顕微鏡装置に関するもので、物体に設けられた各種孔の内側をピントの合った状態で広範囲に観察できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
金属やプラスチックなどの物体に設けられた各種孔の発生状態や加工状態、又は加工時に孔内に生じたバリ、きず、切削屑などの有無を観察するため、各種の顕微鏡装置が使用されている。またガラス管の内側に付着したゴミや金属パイプ内側の表面処理状態を観察するようなときにも顕微鏡装置が使用されている。しかし一般的な顕微鏡装置には孔径が小さいときや深い孔の場合に、その内側面を観察するための手段が付加されていないものが多く、孔の入り口部分しか観察できないのが現状となっている。仮に孔の内側を観察できるような手段を付加したとしても照明光が内部にまでは届きにくく、どうしても暗い光学系内での観察となってしまっていた。強い照明光を与えることもできるが孔内を照明するよりも物体表面を照明するようになってしまい、表面からの反射光が強くなって観察面自身が影響を受けてしまい、鮮明な像として確認しにくい状況にあった。
このようなことに対処するため特殊な光学系を持った顕微鏡装置を観察する物体に合わせて用意するということも行われている。しかしそれらは汎用性が無くコスト的にも好ましくない。ファイバーオプティクス管を顕微鏡装置の代わりに使用したり、両者をセットで用いるということも行われているが作業性の点で難点がある。そしてこれらの特殊光学系を使用したとしても、光学系に映し出される像は観察面上の光学系ピント位置に位置している一部の像だけであり、ピント域周辺のピンボケ部分を含む広範囲像をピントの合った像として一度に観察することが出来なかった。そのためピント位置を順次ずらしながら部分的に観察面を確認していくという作業となっていた。
カメラ業界では特許文献１にも示されているようなあおり機能を持ったものが使用されている。このようなカメラはレンズの角度やフイルム面の傾斜を自由に変えることが出来、それによって大きな被写体を撮影するときに距離差によって生じる画像の変形（歪み）やピントのズレを解消して広範囲を同時に撮影できるような構造となっている。しかしこのあおり機能は高層ビルのように被写体が大きな場合の撮影シーンに用いられるものであり、しかもプロが時間を掛けて特別なカメラを用いて一品製作的な作品の撮影を行うときに使用されるものとなっている。従ってこのような機能を用いて物体の孔内側面を観察するということは試みられていなかった。
【特許文献１】特開２００２−３２５１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記問題を解消し、物体に設けられた孔内側の広範囲を観察面としてそれをピントの合った像として同時に観察できるような装置を求めることである。それも特殊な光学系やファイバーオプティクス管などを用いることなく、簡単な構造で汎用性のある顕微鏡装置を求めることである。そして観察する像の品質を向上し、誰にでも容易に扱える装置を求めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため本発明は、物体に設けられた孔の内側面を観察面とする観察光学系の中心光軸が、観察面から垂直に延長した第１仮想線に対し角αとなるよう傾斜して設置される前記観察光学系を収容した鏡筒と、この観察光学系中に設置した対物レンズの中心線から前記垂直第１仮想線に向けて第２仮想線を引き、その交点から前記対物レンズの中心光軸上結像位置に向けて第３仮想線を引き、この第３仮想線面と前記観察光学系中心光軸の交点に位置し、その受光面が第３仮想線面と一致するよう角度を調整自在として前記鏡筒に設置される受光部と、前記第３仮想線面上の受光部に投影された対物レンズによる孔内観察面像を表示する表示部、とで構成したことを特徴とする。
請求項２の発明によるものは請求項１記載の顕微鏡装置において、受光部の受光面角度を観察光学系中心光軸上で第３仮想線面と一致させた後、第１仮想線に対する対物レンズ中心線角度を変更して受光部への投影光束角度を可変にする対物レンズ設定角度変更手段を設置したことを特徴とする。
請求項３の発明によるものは請求項１、２記載の顕微鏡装置において、物体の孔内観察面照明系を垂直落写式照明系として鏡筒に取り付けたことを特徴とする。
請求項４の発明によるものは請求項１、２記載の顕微鏡装置において、物体の孔内観察面照明系を断続照明系として鏡筒に取り付けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は観察光学系にあおり機能を取り込んだ顕微鏡装置としたので、物体に設けられた孔の内側を観察面とするような場合、その広範囲をピントの合った状態で同時に表示部上で観察することが出来る。また受光部への投影光束角度を微調出来るようにしたので表示部上での投影像を確認しながら最適状態の像を求めることが出来る。さらに照明系を設置したので孔の内側面を広く照明することが出来、観察像の品質を向上することが出来る。また照明系を断続照明とすることによってバリ、きず等の視認性が向上し観察効果を高めることが出来る。そして基本的には観察光学系を観察面に対して角αで設置し、観察光学系の結像位置に設置される受光部の受光面設定角度を角αに応じて変化させるという構成であるから、複雑な手段や特殊光学系を新たに設置することもなく、誰にでも容易に扱える汎用性のある装置とすることが出来、小形で経済的にも安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に本発明に係わる装置について図面を参照しながら説明する。まず図１、２を用いて本発明による顕微鏡装置の原理を説明する。図において観察光学系１は物体を観察するための対物レンズ２とその結像位置に設置される受光部３で構成される。対物レンズ２と受光部３は鏡筒４に収容され、鏡筒４は取り付け具５と台座６に固定した金具７によって作業テーブル８上に設置される。受光部３はＣＣＤなどで構成され、その検出像は表示部９に伝えられる。表示部９は前記金具７に取りつけられて固定される。物体１０は例えばターンテーブル１１上に設置され、ターンテーブル１１は台座１２に装着されて作業テーブル８上に設置される。物体１０には各種の孔１３が存在し、その内の１つの孔の内側を観察面として光学系１の対物レンズ２焦点位置と鏡筒４の取り付け角度を、作業テーブル８上で調整する。
１４は孔１３の内側観察面から垂直方向に延長した第１仮想線で、この延長線に対し前記対物レンズ２の中心線を延長した第２仮想線１５を引き、その交点位置１６を作成する。交点位置１６が決定されたら、その交点位置１６から対物レンズ２の中心光軸１９上結像位置に向けて第３の仮想線１８を引く。そしてこの第３仮想線１８上の中心光軸１９位置に受光面が位置するよう前記受光部３を設置する。これで観察光学系１の中心光軸１９は、垂直の第１仮想線１４に対し角αの傾斜を持って設置され、その観察面の像は中心光軸１９に対して任意角度α２となる第３仮想線１８上の受光面に投影される。この投影像を表示部９に表示すれば、あおり作用を受けた受光面の像がピントの合った広範囲像として確認することが出来る。ピント状態が不良の場合は角αを修正し、中心光軸１９に対する受光部３の受光面設定角度を調整して最適ピント状態の像を求める。観察光学系１は角αで設置されるから、結果的に観察する物体上から余分な遮蔽物を除去するということになって孔の内側照明を助成する。
これらによって孔１３内の観察面は、対物レンズ２焦点位置の部分だけでなく、その焦点位置周辺部分もピントの合った広範囲像として確認することが出来る。
【０００７】
図２は物体１０に設けられた孔１３の径が小サイズ孔１３ａ（１３＞１３ａ）となったときの観察光学系１を説明する図で、この場合観察光学系１の光軸１９が作る角αは角α１（α＞α１）となる。孔１３のサイズが小さくなって１３ａとなると角αの角度を小としてα１としなければ光学系１で孔１３ａ内側を観察することが出来ない。この角α１の変更は取り付け具５と鏡筒４の取り付け角を調整することで実施する。このようにすると第１仮想線１４に対する第２仮想線１５も１５ａに変化するから交点位置１６も位置１６ａに変化する。そして交点位置１６が位置１６ａに変化すれば第３仮想線１８も１８ａに変化するので、中心光軸１９に対する角度α２もα２ａ（α２＞α２ａ）に変化する。この角α２ａのような変化は観察面に対する光学系１の設置角度αが変化するときだけでなく、対物レンズ２の倍率が変更されたときや、光学系１の構成（図１、２では単眼のレンズだけが示されている）によっても変化する。従って観察光学系中心光軸１９上で受光部３の受光面設定角度を調整自在として第３仮想線面と一致できるようにしておけば、どのような孔径であってもその内側をピントの合った広範囲の像として表示部９に表示することが出来る。
【実施例１】
【０００８】
図３は実施例１を説明する光学系概略図である。図において２０は受光部設定角度変更手段としての回転筒で、鏡筒４を貫通して回転自在に取り付けられ、その内部の対物レンズ２結像位置１７相当部には受光部３が固定されている。鏡筒４と回転筒２０の取り付けは公知の連結機構によって実施されるが、図の矢印２１のように回転筒２０を回転しても光学系１に対する受光部３の位置１７が変化しないよう回転筒位置規定手段が付加されている。そして回転筒２０を手動によって矢印２１のように回転すると、回転量に応じて光学系中心光軸１９に対する受光部３の受光面設定角度が変化し、その設定した角度がバネなどによる角度保持手段によって保持される。図ではこの角度保持手段と前記の位置規定手段は省略してあるが、これらは前記したように公知のものを採用することが出来る。
このようにして回転筒２０を回転すると、回転筒２０は受光部３の受光面設定角度を調整自在とする変更手段として機能する。従って表示部９に表示される像を確認しながら回転筒２０を回転すれば、孔径が変化したとしてもピントの合った広範囲の像を求めることが出来る。勿論孔径が変化したときは図２で説明したように第１仮想線１４と光学系中心光軸１９とのなす角αの変更も必要とする。この角αの変更は鏡筒４全体の取り付け角度を変更することになるが、微小角である場合には鏡筒４内の対物レンズ２設定角度を変更し、受光部３へ向かう投影光束の角度を変更するようにしても対処することが出来る。次に図４を用いてこの対物レンズ設定角度変更手段について説明する。
【０００９】
図４は鏡筒４内に収容した対物レンズ２の設定角度変更手段を説明する図である。図において２２は第２回転筒で、鏡筒４を貫通して回転自在に取り付けられ、その内部には対物レンズ２が固定されている。鏡筒４と第２回転筒２２の取り付けは図３の回転筒２０の場合と同様であり、位置規定手段と角度保持手段が付加されている。この第２回転筒２２を図の矢印２３のように回転すると、回転量に応じて内部の対物レンズ２の設定角度が変化し、第２仮想線１５の角度が変化する。これを図５に示した観察光学系の説明図を用いて説明する。
図５Ａにおいて第２回転筒２２を回転すると、内部の対物レンズ２はその結像位置１７を１７ｂから１７ｃの間で変化し、第２仮想線１５も１５ｂから１５ｃの間で変化させる。それによって第１仮想線１４との交点位置も１６ｂから１６ｃの間で変化するから、第３仮想線１８も１８ｂから１８ｃの間で変化する。従って受光部３の受光面角度をこの第３仮想線１８ｂから１８ｃの間で合わせることで微小角度の変更を実施することが出来る。このように鏡筒４を取り付け具５、金具７上で固定したままとしておき、内部の対物レンズ２だけを第２回転筒２２で角度変更すれば、受光部３へ向かう投影光束の角度変更をすることが出来る。
【００１０】
第２回転筒の機能について図５Ｂ、Ｃを用いて更に説明する。図Ｂは中心光軸１９と第３仮想線１８とのなす角α２が９０度の場合を示している。この場合、受光部３は最も効率よく対物レンズ２からの投影光束を受光することが出来る。一方、図Ｃの場合は、中心光軸１９と第３仮想線１８とのなす角がα２ｂ（α２＞α２ｂ）となっている場合を示している。このα２ｂの角が小さい値になると、受光部３は対物レンズ２からの投影光束の殆どを反射してしまい受光効率を低くしてしまう。これでは観察像を効率よく表示することが難しくなるので、受光面角度α２ｂが大きくなるよう調整することが必要となる。このようなとき第２回転筒２２の回転は微小角度変更手段としてよく機能する。
【実施例２】
【００１１】
図６は実施例２を説明する光学系概略図で、観察光学系１に垂直落写式とした照明系２４を設置したものである。図において光源箱２５は鏡筒４に取り付けられ、内部には光源２６、レンズ２７が収容されている。光源２６は白色ＬＥＤやファイバ照明などで構成され、その光は鏡筒４に取り付けられたビームスプリッタ２８で反射し、物体１０の孔１３内面側を照明する。照明された観察面からの反射光はビームスプリッタ２８、対物レンズ２を経て受光部３に投影される。このような照明系２４を設置することで孔１３内の観察面は明るい照明を受け、鮮明な像を受光部に投影することになる。
【実施例３】
【００１２】
図７は実施例３を説明する斜視図で、第２の照明系２９を設置したものである。図において光源３０は鏡筒４に金具３１で取り付けられ赤色ＬＥＤなどで構成される。金具３１は光源３０の取り付け角を任意に変更できるようになっており、光源３０は光源制御部３２に接続され、断続照明で物体１０を照明するよう制御される。この光源制御部３２は図６で説明した光源箱２５の光源２６とも接続していて光源２６を連続点灯するよう制御する。光源制御部３２は２種の光源３０、２６を選択的に使用できるよう準備される。照明系２９だけを使用すれば赤色ＬＥＤの断続光で照明されるので、孔１３内にきずやゴミなどがあればその部分の視認性が高まり注意を喚起することが出来る。両照明系２４、２９を使用すれば白色光で連続照明された観察像内に赤色光の断続照明を与えることが出来る。そしてこの第２照明系２９は孔１３の上部から照明を与えることが出来るので、角αで設置される鏡筒４に対し遮光照明を与えることになる。それによって観察面に異常な突起などが有れば、それを容易に視認する上で貢献する。従って複数の光源３０を設置し、それぞれに任意の角度を与えるようにすることも有効となる。
【００１３】
上記のように構成したので、例えば精密部品などの孔内加工状態を観察することが出来、空気もれ、油もれ、ガスもれなどの発生原因となるきずやバリなどの存在を確認することができる。またこの顕微鏡装置は孔１３の内側を観察面とするときだけでなく、物体１０の表面を観察面とするときにも利用することができる。また受光部３の受光面設定角度の調整と、対物レンズ２の設定角度の変更を回転筒２０と第２回転筒２２の回転によって行う実施例としてあるが、これはそれぞれの回転筒という用語を保持手段と読み替えることによって他の均等手段に置き換えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明顕微鏡装置の原理を説明する光学系概略図。
【図２】本発明顕微鏡装置の原理を説明する光学系概略図。
【図３】実施例１を説明する光学系概略図。
【図４】対物レンズ設定角度変更手段の説明図。
【図５】観察光学系の説明図。
【図６】実施例２を説明する光学系概略図。
【図７】実施例３を説明する斜視図。
【符号の説明】
【００１５】
１・・・観察光学系      ２・・・対物レンズ      ３・・・受光部      ４・・・鏡筒      ９・・・表示部      １０・・・物体      １３・・・孔      １４・・・第１仮想線      １５・・・第２仮想線      １６・・・交点      １７・・・結像位置      １８・・・第３仮想線      １９・・・中心光軸      ２０・・・回転筒      ２２・・・第２回転筒      ２４・・・照明系      ２５・・・光源箱      ２６・・・光源      ２８・・・ビームスプリッタ      ２９・・・第２照明系      ３０・・・光源      ３２・・・光源制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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