(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセス不可能な位置にある標的特徴を見る光学スコープにして、
使用時にはアクセス不可能な位置に挿入できる遠位端及びハウジングに接続された近位端を有する管と、
標的特徴の像を収集して、該像を観察手段に中継する光学システムと、
第１レーザ・ビームを前記管の遠位端にある第１基準点に向ける手段と、
該第１基準点回りに回転可であり、前記第１レーザ・ビームを前記光学スコープから出して標的特徴へと向けるよう前記第１レーザ・ビームの方向を変化させるように操作できる、前記管の遠位端に装着された第１反射鏡と、
第２基準点回りに回転可である第２反射鏡にして、該第２反射鏡によって方向変化された前記光学スコープの視軸又は第２レーザ・ビームが標的特徴においてのみ前記第１レーザ・ビームと交差するように前記第２基準点と交差する前記視軸又は第２レーザ・ビームの方向を変化させるように操作できる、前記管の遠位端に装着された第２反射鏡と、
前記光学スコープの近位端で起動し、前記第１及び第２基準点を中心に前記第１及び第２反射鏡を回転させることができる制御手段と、
前記第１及び第２反射鏡の動作を検出する位置感知手段と、
前記制御手段に付随するバックラッシ防止手段とを備える光学スコープ。
【請求項２】
前記各反射鏡の前記制御手段が、該反射鏡と、前記ハウジングに装着された回転式制御カラーとの間に延在する機械的リンク装置を備える請求項１に記載の光学スコープ。
【請求項３】
前記機械的リンク装置が引張りワイヤを備える請求項２に記載の光学スコープ。
【請求項４】
前記バックラッシ防止手段が、各反射鏡を前記制御手段と反対に偏倚するばね手段を備える請求項３に記載の光学スコープ。
【請求項５】
前記バックラッシ防止手段がさらに、前記引張りワイヤの近位端を固定する摩擦制動ホイールを備える請求項４に記載の光学スコープ。
【請求項６】
前記バックラッシ防止手段がさらに、
前記ハウジング内に配置されて軸線方向に動くように制限され、前記引張りワイヤの近位端を固定する第１シリンダと、
該第１シリンダの近位側に配置され、同様に軸線方向に動くように制限された第２シリンダと、
前記第１及び第２シリンダを互いに向かって押しつけるばね手段と、
前記第１及び第２シリンダと連結されて、回転すると前記シリンダを軸線方向に動かす回転式起動カラーと、
該カラーを前記ハウジングの固定部品に軸線方向に押しつけるばね手段とを備える請求項４に記載の光学スコープ。
【請求項７】
前記引張りワイヤが、それの軸がばねによって近位方向に偏倚されたホイールの回りに巻かれて２つの引張りワイヤ腕を提供し、該２つの引張りワイヤ腕の第１腕は前記ホイールの旋回点の一方側で前記反射鏡に取り付けられ、該２つの引張りワイヤ腕の第２腕は前記旋回点の他方側で前記反射鏡に取り付けられ、第１及び第２位置感知手段がそれぞれ前記第１及び第２腕と関連している請求項３に記載の光学スコープ。
【請求項８】
前記第２レーザ・ビームを前記第２基準点に向ける手段をさらに有する請求項１から７のいずれか１項に記載の光学スコープ。
【請求項９】
計数線が画像転送システムに装着され、前記標的特徴の像が前記計数線の中心と整列した時、前記視軸は前記標的特徴と交差するように配置されている請求項８に記載の光学スコープ。
【請求項１０】
前記第１レーザ・ビームを前記第１基準点に向ける手段が、少なくとも１本の光ファイバを備える請求項１から９のいずれか１項に記載の光学スコープ。
【請求項１１】
前記第１レーザ・ビームを前記第１基準点に向ける手段がさらに、前記第１レーザ・ビームの進路に装着された少なくとも１つの反射鏡を備える請求項１０に記載の光学スコープ。
【請求項１２】
前記第２レーザ・ビームを前記第２基準点に向ける手段が、少なくとも１本の光ファイバを備える請求項１から８のいずれか１項に記載の光学スコープ。
【請求項１３】
前記第２レーザ・ビームを前記第２基準点に向ける手段がさらに、前記第２レーザ・ビームの進路に装着された少なくとも１つの反射鏡を備える請求項１２に記載の光学スコープ。
【請求項１４】
前記位置感知手段が前記ハウジング内に配置されている請求項１から１３のいずれか１項に記載の光学スコープ。
【請求項１５】
前記位置感知手段が線形電圧変位変換器を備える請求項１から１４のいずれか１項に記載の光学スコープ。
【請求項１６】
前記位置感知手段が干渉縞装置を備える請求項１から１４のいずれか１項に記載の光学スコープ。
【請求項１７】
前記位置感知手段が可変抵抗器電位計を備える請求項１から１４のいずれか１項に記載の光学スコープ。
【請求項１８】
前記位置感知手段が可変磁気抵抗型変換器を備える請求項１から１４のいずれか１項に記載の光学スコープ。
【請求項１９】
前記位置感知手段がインダクトシンを備える請求項１から１４のいずれか１項に記載の光学スコープ。
【請求項２０】
アクセス不可能な位置にある標的特徴の寸法を判定する装置で、請求項１から１９のいずれか１項の光学スコープと、該光学スコープの前記光学システムによって中継された像を受信する観察手段と、前記位置感知手段からデータを受信して、該データから標的特徴の寸法を計算する処理手段とを備える装置。
【請求項２１】
前記観察手段が、カメラと、該カメラが受信した像を表示するモニタとを備える請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、スコープを通して見る遠隔の特徴またはアクセス不可能な特徴の寸法を測定するシステムを含む、ボアスコープ及び内視鏡などの光学スコープに関する。
このタイプのスコープの一例が、国際特許出願WO96/20389に記載されている。このようなスコープの典型的な用途は、ガス・タービン・エンジンの検査である。スコープを使用し、タービン翼などの構成要素の状態を検査して、修理または交換のために翼にアクセスするため、エンジンを分解しなければならない故障があるか調べることができる。見えた故障の深刻さを評価できるよう、スコープを通して見える特徴を測定できるシステムが開発されている。故障のサイズが特定の範囲内である場合、翼を修理または交換する必要がないことがあり、したがってエンジンの分解が不必要となる。したがって、スコープを通して見える特徴の寸法を正確に測定できるスコープは、エンジン検査などの作業の時間と費用とを劇的に削減することができる。
WO96/20389に記載されているシステムは、スコープからの特徴の距離（物体距離）とスコープの倍率とに基づき、特徴の寸法を判定する。物体距離は焦点の制御によって判定される。特徴の像の焦点を鮮明に合わせ、焦点制御に関連する高解像度のエンコーダを使用して焦点位置を判定する。次に、プロセッサが焦点位置のデータを物体距離の信号に変換する。
このシステムの問題は主観的であることである。それは、異なるオペレータが焦点制御のわずかに異なる位置で像の焦点が合っていると考え得るからである。このことは物体距離の決定における不正確及び不一致をもたらす。
アイテムの特徴及び形状を測定するのに三角測量の原理を使う幾つかのシステムが現在している。例えば欧州特許第0442393号は一対のレーザを使用し、車体パネルの輪郭を三角測量によって測定する。同様に、米国特許第4,325,640号はヘリコプターの翼の輪郭を測定するため、レーザ三角測量を用いる。しかし、このようなシステムは素材の周囲で測定システムを自由に動かせるよう、素材が容易にアクセス可能であることに依存している。
本発明は、アクセス不可能な位置にある特徴を見て、その寸法を判定する光学スコープで、使用時にアクセス不可能な位置へと挿入できる遠位端及びハウジングに接続される近位端を有する管と、特徴の像を収集し、像を観察手段に中継する光学システムと、レーザ・ビームを管の遠位端にある第１基準点に向ける手段と、管の遠位端に装着され、第１基準点を中心に回転し、スコープからのビームを標的特徴に向けるよう、レーザ・ビームの方向を変えるよう操作できる第１反射鏡と、第２基準点を中心に回転するために管の遠位端に装着され、軸が標的特徴でレーザ・ビームと交差するよう第２基準点と交差する反射軸の方向を変えるよう操作できる第２反射鏡と、スコープの近位端で起動でき、第１及び第２基準点を中心に第１及び第２反射鏡を回転する制御手段と、第１及び第２反射鏡の動作を検出する位置感知手段と、制御手段に伴うバックラッシ防止手段とを備える光学スコープを提供する。
各反射鏡の制御手段は、反射鏡とハウジングに装着された回転可能な制御カラーとの間に延在する機械的リンク装置を備えることが好ましい。
機械的リンク装置は、引張りワイヤを備えることが好ましい。
バックラッシ防止手段は、各反射鏡を制御手段と反対に偏倚させるばね手段を備えると好都合である。
バックラッシ防止手段はさらに、引張りワイヤの近位端を固定する摩擦制動のホイールを備えてもよい。
あるいは、バックラッシ防止手段はさらに、引張りワイヤの近位端を固定する再循環ボールねじ装置を備えてもよい。
あるいは、バックラッシ防止手段はさらに、ハウジング内に位置し、その軸方向に動くよう制限され、引張りワイヤの近位端を固定した第１シリンダと、第１シリンダの近位側に位置し、同様に軸方向に動くよう制限された第２シリンダと、第１及び第２シリンダを互いに向かって押しやるばね手段と、第１及び第２シリンダと連結して、カラーが回転するとシリンダを軸方向に動かす回転可能な起動カラーと、カラーを軸方向に押しやってハウジングの固定部品に押し当てるばね手段とを備える。
さらに別のバックラッシ防止手段では、引張りワイヤが、その軸がばねで基部方向に偏倚されたホイールの周囲に巻かれて、２つの引張りワイヤ腕を提供し、第１腕はその旋回点の一方側で反射鏡に取り付けられ、第２腕はその旋回点の他方側で反射鏡に取り付けられ、第１及び第２位置感知手段がそれぞれ、第１及び第２腕に伴っている
好ましい実施例では、光学スコープはさらに、第２レーザ・ビームを第２基準点に向け、第２レーザ・ビームによって基準軸を規定する手段を備える。
別の実施例では、スコープは第２基準点と交差する視軸を有し、基準軸は視軸によって規定される。
この場合、像転送システムに計数線を取り付けることができ、特徴の像を計数線の中心と心合わせすると、視軸が特徴と交差するような位置になる。
第１レーザ・ビームを第１基準点に向ける手段は、少なくとも１本の光ファイバを備えることが好ましく、さらに、ビームの進路に装着した少なくとも１つの反射鏡を備えてもよい。
第２レーザ・ビームを第２基準点に向ける手段は、少なくとも１本の光ファイバを備えることが好ましく、さらに、ビームの経路に装着した少なくとも１つの反射鏡を備えてもよい。
都合のいいことには、位置感知手段はハウジング内に位置し、線形電圧変位変換器、干渉縞装置、可変抵抗器電位計、可変磁気抵抗型変換器、またはインダクトシン（inductosyn）を備えることができる。
別の態様では、本発明は、前述したタイプの光学スコープと、光学スコープの光学システムによって中継された像を受信する観察手段と、位置感知手段からデータを受信して、データから特徴の寸法を計算する処理手段とを備える、アクセス不可能な特徴の寸法を判定する装置を提供する。
観察手段は、カメラと、カメラから受信した像を表示するモニタとを備えることが好ましい。
次に、本発明を添付図面を参照して、例としてのみ、詳細に説明する。
図１は、物体距離を判定するのに使用する本発明の基本的原理を示す線図である。
図２は、物体距離を判定する代替方法を示す線図である。
図３は、特徴の深さを測定する基本的原理を示す線図である。
図４は、特徴の幅を測定する基本的原理を示す線図である。
図５は、特徴の輪郭を捕捉する基本的原理を示す線図である。
図６は、本発明の第１の実施例によるスコープの遠位端を断面図で示す。
図７は、図６に示した管の近位端におけるハウジングの部分破断面である。
図８は、図６の実施例に使用する第１バックラッシ防止システムの略図である。
図９は、第２バックラッシ防止システムの略図である。
図１０は、第３バックラッシ防止システムの略図である。
図１１は、第４バックラッシ防止システムの略図である。
図１２は、本発明による光学スコープを組み込んだ測定システムの略図である。
図１３は、レーザ・ビームがいかにビーム分割器を通過するかを示す線図である。
図１４は、本発明の第２の実施例によるスコープの遠位端を断面図で示す。
図１５は、本発明の第３の実施例を同様に示す。
図１６は、本発明の第４の実施例を同様に示す。
図１７は、２つの別個のレーザ源を使用する本発明の第５の実施例を同様に示す。
図１８は、これも２つの別個のレーザ源を使用する本発明の第６の実施例を同様に示す。
次に図１から図５を参照すると、これらの線図は特徴の様々な寸法を判定するために、本発明が三角測量の基本的原理を利用する方法を示す。スコープの構造の詳細については、図６から図１８に関連して以下でさらに詳しく述べる。
本発明は、レーザ光ビームＬ１を使用し、これは光学スコープを通してスコープの遠位端に位置する第１基準点に向けられ、基準点からスコープを出て標的特徴Ｆに向かう。レーザ・ビームが標的特徴に当たると、これはスコープを通して見ることができる光の点として現れる。
第２レーザ・ビームＬ２も、スコープを通してスコープ中に規定された第２基準点に向けられる。この第２基準点は、基準線Ｒを規定するよう、第１基準点から間隔をあけてある。第１及び第２基準点の位置は、スコープの設計によって決定され、したがって基準線Ｒにおける２本のレーザ・ビームＬ１、Ｌ２間の隔離距離Ｓは、既知の値に固定することができる。
図１では、第１ビームＬ１が基準線Ｒに対して直角な固定位置にある。
第２基準点から、第２レーザ・ビームＬ２もスコープから逸れる。ビームＬ２の方向は、標的特徴Ｆに当たる点で第１レーザ・ビームＬ１と交差するよう変更することができる。
したがって、基準線Ｒに対するその角度を変更するように第２ビームＬ２は操作され得る。第２ビームＬ２が特徴Ｆで第１レーザ・ビームＬ１と交差すると、Ｌ２が生成した光点が特徴Ｆ上でＬ１のそれと一致する。この位置は、スコープを通して特徴Ｆの像を見ると簡単に特定される。この位置に到達したら、基準線Ｒに対する第２ビームＬ２の角度Ａを判定する。角度Ａが判明し、基準線Ｒにおける２本のビームＬ１とＬ２との隔離距離Ｓも分かっていれば、基準線Ｒから特徴Ｆまで第１ビームＬ１が進んだ距離Ｄ、つまり物体距離は、下記の単純な式に従って計算することができる。
Ｄ＝ｔａｎＡ×Ｓ
実際には、第１ビームＬ１が基準線Ｒに対して固定した位置にあるのは不便なことがある。というのは、固定したビームを所望の標的特徴Ｆに確実に当てるようスコープを操作するのは、困難なことがあるからである。したがって、第２ビームＬ２ばかりでなく第１ビームＬ１も操作できることが好ましい。この配置構成でも、図２に示すように、第２ビームＬ２の角度Ａに加えて、基準線Ｒに対する第１ビームＬ１の角度Ｂを測定することによって、物体距離Ｄを計算することができる。
２本のビームＬ１とＬ２が標的特徴Ｆ上で一致したら、角度ＡとＢを測定する（そして基準線における２本のビームＬ１とＬ２との隔離距離Ｓは既に分かっている）。このデータから、物体距離Ｄは以下のように計算することができる。
0003946267.tif 000002
２本の操作可能なレーザ光ビームを使用するシステムは、標的特徴の深さと幅とを直接測定し、その輪郭を描くのにも使用することができる。
図３は、特徴Ｆの深さをいかに測定できるかを示す。図示のように、２本のビームＬ１とＬ２を、特徴Ｆの第１点で交差するよう調節し、上述のように物体距離Ｄ１を計算する。次に、標的特徴上の第２点で交差するようビームＬ１とＬ２を移動させ、この物体距離Ｄ２も判定する。したがって、２つの物体距離間の差が、第１点と第２点間の特徴の深さを表す。
図４は、特徴の幅Ｗをいかに測定できるかを示す。この場合は、２本のビームＬ１とＬ２を、標的特徴の一方側の第１点で、次に他方側の第２点で交差するように調節する。ビームＬ１が特徴Ｆの第１点及び第２点とに当たったら、基準線Ｒに対する第１ビームＬ１のそれぞれの角度Ｃ及びＥを測定し、上述した方法で第２点の物体距離Ｄを判定する。このデータを用いて、下式から特徴Ｆの幅Ｗを計算することができる。
0003946267.tif 000003
さらに、図５に示すように、特徴上で間隔をあけた一連の別個の点で交差するよう、２本のビームＬ１及びＬ２を調節することにより、特徴Ｆの輪郭を辿るために物体距離及び幅の判定を組み合わせることができる。各点で物体距離を計算し、隣接する点間の幅も判定する。特徴の輪郭のプロットを生成するため、この２つの測定値を組み合わせることができる。このようにして、タービン翼などの品目の湾曲を判定することができる。
次に、上記で説明した原理を利用した装置を、光学スコープにいかに組み込めるかを示す本発明の実際的な実施例を、図６から図１８を参照して説明する。
本発明による測定システムを組み込んだ光学スコープ１０の第１の好ましい実施例が、図６及び図７に示されている。
スコープ１０は従来の挿入管を有し、これは使用時に遠位置またはアクセス不可能な位置に挿入される。図６では、挿入管１１の遠位端のみが示される。挿入管１１の近位端はハウジング３０に接続され、これについては以下でさらに説明され、図７に示される。この例では、スコープ１０は剛性挿入管１１を備えたボアスコープであるが、可撓挿入管を備えた内視鏡が使用されてもよい。
挿入管１１内で、内管１２は従来の画像転送システムを含む。このシステムは、一連のレンズ２３または光ファイバから成ることができ、これが像を、スコープ１０の近位端に位置する接眼レンズまたはカメラのアタッチメントなどの観察手段（図７の参照番号２６として概略的に図示される）に転送する。あるいは、画像転送システムは、光学システムではなく電子システムでもよく、内管１２の遠位端に位置する画像ビデオ・コンバータなどの（図１６の参照番号２５で図示されたような）装置を備える。
この例では、スコープ１０は軌道走査タイプで、これは挿入管１１の縦軸に対して横方向に配置された物体を見るよう設計されている。したがって、挿入管１１の遠位端に横方向ののぞき窓１３が設けられている。横方向で見た特徴の像を画像転送システム２３へと逸らすために反射鏡３１が設けられている。スコープ１０の近位端にある従来の光源からの光を転送し、照明窓３３を通してスコープ１０の視野を照明するために光ファイバ３２の束が設けられている。挿入管１１は、ハウジング３０に装着された回転可能な操作制御カラー３０１によって、縦軸を中心に回転することができる。スコープ１０を通して見る像は、これもハウジング３０に装着された焦点制御カラー３０２によって、従来の方法で焦点が合わされる。
単一レーザ源Ｌがスコープ１０に付随している。この実施例では、図７に示されているように、レーザ源Ｌは、スコープ１０の近位端でハウジング３０内に配置される。この例のレーザ源Ｌは、レーザ・ダイオード電源２７、レーザを生成する可視レーザ・ダイオード・モジュール２８及びレンズ２９で構成される。生成されるレーザ・ビームは、単一フィラメントの光ファイバ３４により、スコープ１０を通して遠位端に転送される。ファイバ３４の遠位端から放射される発散レーザ・ビームは、適切なレンズ３５によって焦点を絞られ、狭いビームにされる。焦点を絞られたビームは、望ましくない光がシステムに入るのを防止するマスク３６の口を通過する。口は十分大きく、焦点を絞られたレーザ・ビームの回折を回避する。
あるいは、レーザ源Ｌは、以降の実施例で概略的に図示するように、遠位端の近傍で挿入管１１内に配置されることができるか、挿入管１１に沿った任意の位置か、スコープ１０の外側のうちいずれか都合のよい方に配置されてもよい。
源Ｌによって生成された単一のレーザ・ビームは、ビームの進路に旋回可能な方法で装着された従来のビーム分割器／反射鏡装置１５によって、２本の別個のビームＬ１とＬ２とに分割される。ビーム分割器は典型的には、入射した光の半分を装置を通して転送でき、残りは従来の方法で反射する特殊なコーティングを施した反射鏡で構成される。
第１レーザ・ビームＬ１は、ビーム分割器１５を通過し、旋回可能な方法で装着された反射鏡１７に当たる。反射鏡１７は、図示のような鏡か、あるいはプリズムから成ってもよい。
制御手段を設けて、双頭矢印で図６に示されたように、ビーム分割器１５と反射鏡との個々の旋回点を中心に傾斜させることにより、使用者がこの両方を操作できるようにする。まず反射鏡１７を参照すると、これを達成するために、機械的連結リンク装置、好ましくは引張りワイヤ３７が反射鏡１７の一方側に取り付けられる。引張りワイヤ３７は挿入管１１を通ってハウジング３０内へと延在し、ここで回転可能な制御カラー３８に接続される（図７参照）。一方向へのカラー３８の回転は、引張りワイヤ３７を引っ込ませ、反射鏡１７を一方に旋回させ、他方向への回転は、引張りワイヤ３７を繰り出させ、反射鏡１７を他方へ旋回させる。反射鏡１７も、旋回点に対して引張りワイヤ３７と同じ側で一端を反射鏡１７に取り付けたコイルばね３９などのばね手段によって、偏倚されている。コイルばね３９の他端は、スコープ１０の遠位端に固定される。したがって、ばね３９は引張りワイヤ３７に張力をかけ、反射鏡１７の正確な動作を補助する。
同様に、ビーム分割器１５には、別個の制御カラー４１に接続されてばね４２によって偏倚された引張りワイヤ４０が設けられ、同じ態様での旋回を許している。
図６では明瞭さと便宜のため、引張りワイヤ３７及びばね３９は反射鏡１７の上縁に取り付けられ、引張りワイヤ４０及びばね４２はビーム分割器１５の下縁に取り付けられたように図示されている。しかし、この配置構成は逆転させるか、他の方法で変更されて、挿入管１１内の空間の制約に適合させることができる。
位置感知手段には、引張りワイヤ３７、４０の動作を検出する制御手段が付随し、したがって２つの旋回点によって規定された基準線Ｒに対するビーム分割器１５及び反射鏡１７の角位置を判定することができる。
この実施例では、位置感知手段が、図７に示すようにスコープ１０の近位端でハウジング３０内の各引張りワイヤ３７、４０に取り付けられた線形電圧変位変換器（ＬＶＤＴ）４３を備える。ＬＶＤＴ装置では、磁気材料のコアが一連のコイルを通って移動可であり、これによってコイル内で励起された電流を変化させる。これらの変化は復号されてコアの動作程度を表す。
上述した制御手段は、位置検出器４３から獲得した測定値に誤差を生じさせるバックラッシの問題を起こすことがある。したがって、この問題を最小限に抑えるため、バックラッシ防止装置がスコープ１０に組み込まれる。以下のバックラッシ防止装置の例は、反射鏡１７に関して図示されているが、ビーム分割器１５（または位置が測定される他の旋回可能な要素）に使用することもできる。
適切なバックラッシ防止装置の第１の実施例が、図８に概略的に図示される。上述したように、反射鏡１７は、スコープの遠位端に固定されたばね３９と、挿入管を通ってハウジング３０内へと延在する引張りワイヤ３７とに取り付けられる。ＬＶＤＴ４３は、ハウジング３０内で引張りワイヤ３７に取り付けられる。引張りワイヤ３７の近位端は、カラー３８とともに回転できるよう、任意の適切な方法で制御カラー３８に接続された摩擦制動制御ホイール４４に固定される。
図９は、代替バックラッシ防止装置を概略的に示す。この場合も、反射鏡１７は、スコープ１０の遠位端に固定されたばね３９と、挿入管１１を通ってハウジング３０内へと延在する引張りワイヤ３７とに接続され、ハウジングにＬＶＤＴ４３が配置される。次に、引張りワイヤ３７の近位端が従来の再循環ボールねじ装置４５に接続され、バックラッシに抵抗する。
さらに別の代替バックラッシ防止装置が、図１０に概略的に示される。これは先のバックラッシ防止装置と同様であるが、ただしこの場合は引張りワイヤ３７の近位端がGB 2304920に記載されているのと同様のバックラッシ防止機構４６に接続される。
バックラッシ防止機構４６内では、引張りワイヤ３７が第１シリンダ４６１に固定され、これはハウジング３０内で軸方向に摺動可であるが、回転可ではない。ピン４６２がさらに突き出して、ハウジング３０上に回転可能な状態で装着した制御カラー３８の内面に形成された第１螺旋スロット４６４内で噛み合う。この機構は、制御カラー３８が回転されると、シリンダ４６１、したがって引張りワイヤ３７が軸方向に移動されるが、回転はしないことを保証する。
第２シリンダ４６５もハウジング３０内で、第１シリンダ４６１の近位側に配置される。第２シリンダ４６５も半径方向に突き出すピン４６６を含み、これはハウジング３０内の軸方向のスロット４６７を通って延び、制御カラー３８の内面に形成された第２螺旋スロット４６８に入る。２本のピン４６２及び４６６は、第１及び第２シリンダ４６１、４６５を一緒にするばね４６９によって互いに連結される。また、別のばね４７０（図７で最もよく分かる）は、カラー３８を遠位側へ偏倚し、ハウジング３０の固定部品に押しつける。
バックラッシ防止装置のさらに別の形態が図１１に示される。この場合、反射鏡１７はばね３９によって偏倚されない。その代わり、反射鏡１７の両側は引張りワイヤ３７の端に接続され、引張りワイヤは挿入管１１を通ってハウジング３０内へと延在して、制御ホイール４７の周りに巻かれ、ホイールの軸は図示のように近位方向にばねで偏倚され、引張りワイヤ３７に張力をかける。ＬＶＤＴ４３ａ、４３ｂには、引張りワイヤ３７の各脚部が付随する。この場合、各ＬＶＤＴ４３ａ、４３ｂからの信号は適切な復号器４８及びアナログ・ディジタル変換器４９を通ってコンピュータ５０に至る。次に、反射鏡１７の位置に関するデータは、一方のＬＶＤＴ４３ａからの信号を他方のＬＶＤＴ４３ｂからの信号からひいて判定される。
図６及び図７のスコープ１０の使用中、ビーム分割器１５を通過した第１レーザ・ビームＬ１は旋回点で反射鏡１７に当たり、窓１３を通って挿入管１１を出るように反射する。反射鏡１７の位置は、レーザ・ビームＬ１が所望の位置で標的特徴Ｆに当たるまで、制御手段によって調節される。
第２レーザ・ビームＬ２は、ビーム分割器１５によって逸らされ、窓１３を通ってスコープ１０を出て標的特徴Ｆに向かう。
上述したように、第１及び第２レーザ・ビームＬ１及びＬ２はそれぞれ、反射鏡の旋回点で個々の旋回式反射鏡１５、１７に当たる。したがって、旋回点は、２本のビームＬ１、Ｌ２が標的特徴Ｆに向かう起点となる第１及び第２基準点を規定する。これらの旋回点間の距離は、スコープ１０の設計に応じて所定の値に固定され、これは上述した計算に使用する隔離距離Ｓである。旋回点は、２本のレーザ・ビームＬ１、Ｌ２の角度を測定する基準線Ｒも規定する。
実際、第１レーザ・ビームＬ１は、ビーム分割器１５の厚さが有限で、その屈折率と空気の屈折率との間に差があるため、ビーム分割器１５をまっすぐ通過しない。これにより、ビームＬ１は図１３に示すように、距離ｄだけわずかにずれ、これは、ビームＬ１が反射鏡１７に衝突する実際の点に影響を与え、したがって上述した計算に必要な２本のビームＬ１とＬ２との実際の隔離距離に影響を与える。したがって、隔離距離Ｓはもはや、単に２つの反射鏡１５、１７の旋回点間の距離ではなく、その距離からΔｓを引いた値である。この隔離距離に関する知識は特徴の寸法を正確に計算するのに非常に重要であるので、この誤差を補正する必要がある。
Δｓは下式から計算することができる。
Δｓ＝ｄ×ｔａｎφ
ここでφは基準線Ｒに対する反射鏡１７の角度であり、これは位置検出器４３によって提供される位置データから判定され、ｄはビーム分割器１５の作成に使用した材料の屈折率に基づき、既知の方法で判定される。
使用時には、２本のレーザ・ビームＬ１、Ｌ２が標的特徴Ｆに当たった時に交差するまで、ビーム分割器１５及び反射鏡１７が調節される。標的特徴Ｆは、窓１３を通して観察される。この窓１３を通して受けた光は、反射鏡３１によって逸らされ、観察手段２６へと転送するために内管１２の画像転送システム２３に入る。通常、観察手段２６は、図１２に示すように、コンピュータ５０のモニタ５１上で見るため像を提供するカメラを備える。
引張りワイヤ３７、４０の動作は、２つのＬＶＤＴ４３によって検出される。このデータは、復号器４８及びアナログ・ディジタル変換器４９を介してコンピュータ５０へ転送され、コンピュータはスコープ１０の外部に位置して、２本のレーザ・ビームＬ１、Ｌ２が標的特徴Ｆ上に所望の通りに配置されると、基準線Ｒに対する２つの反射鏡１５、１７の角度を計算することができるようにする。この情報に基づき、図１から図５に関して上述した方法で、処理手段によって特徴の必要な寸法を計算することができる。
潜在的なバックラッシの問題に加えて、本発明の装置から獲得される精度は、旋回式反射鏡を操作する制御手段の長さを変化させる温度変化からも悪影響を受けることがある。この変化は、スコープ１０内に温度センサ（図示せず）を含めることによって補正され得る。処理手段は、このようなセンサからの温度情報を利用して、実施中の測定に適用される補正値を判定することができる。あるいは、制御手段は、特定の材料か、あるいは温度によって誘発される誤差を相殺するため異なる（または反対の）膨張率を有する様々な材料の組合せで作られ得る。
光学スコープ１０の幾つかの代替実施例を、図１４から図１８に概略的に示し、ここでは適宜、対応する部品には同様の参照番号を用いる。これらの単純化した線図では、明瞭にするために、制御手段とバックラッシ防止装置が省略されている。
図１４は、本発明によるスコープの第２の実施例を示す。前の実施例のように、スコープ１０は、一連のレンズ２３などの従来の画像転送システムを備えた内管１２を含む従来の挿入管１１で構成される。この例では、スコープ１０には一対の横方向ののぞき窓１３及び１４が設けられている。
レーザ源Ｌは、この場合は挿入管１１内に配置されるよう図示されており、ビームの通路の固定位置に配置された従来のビーム分割器１５によって２本のビームＬ１とＬ２に分割される１本のレーザ・ビームを提供する。第１レーザ・ビームＬ１は、２つのさらなる固定位置反射鏡１６ａ及び１６ｂによって、旋回式反射鏡１７に向けられる。第１レーザ・ビームＬ１は旋回点で反射鏡１７に当たり、第１窓１３を通って挿入管１１を出るよう反射される。反射鏡１７の位置は、レーザ・ビームＬ１が所望の位置で標的特徴Ｆに当たるまで調節され得る。
第２レーザ・ビームＬ２は、固定位置反射鏡１８を介して第２旋回式反射鏡１９へと向けられる。第２レーザ・ビームＬ２は旋回点で旋回式反射鏡１９に当たり、反射鏡１９も、レーザ・ビームＬ２が第２窓１４を通ってスコープ１０を出て、標的特徴Ｆに向かうよう調節される。
この例では、第２旋回反射鏡１９はプリズムとして図示されており、第１操作式反射鏡１７は鏡として図示されている。同様に、固定位置反射鏡１６ａ及び１６ｂは鏡として図示されている。しかし、鏡またはプリズムは所望の組合せで使用され得る。
旋回式反射鏡１７及び１９には、上述したのと同じ方法で制御手段及びバックラッシ防止装置が設けられ、スコープも同じ方法で使用される。標的特徴Ｆは、第２窓１４を通して観察される。この窓１４を通して受ける光は、観察手段に転送するため、固定反射鏡１８を直接通過して内管１２内の画像転送システムに入るよう、旋回式反射鏡１９で反射される。
図１５に示す本発明の第３の実施例では、レーザ源Ｌがレーザ・ビームを旋回式ビーム分割器装置２０に向ける。この装置はビームを２本のレーザ・ビームＬ１及びＬ２に分割する。第１レーザ・ビームＬ１はビーム分割器２０を通過して、さらに第１操作式反射鏡１７に当たり、第１操作式反射鏡はビームＬ１を第１窓１３を通して標的特徴Ｆに向ける。
第２レーザ・ビームＬ２は、第２窓１４を通って挿入管１１を出るよう、旋回式ビーム分割器２０で反射される。前の実施例のように、位置感知手段（図示せず）は反射鏡１７を伴い、ビーム分割器２０も備え、ビームＬ１、Ｌ２はそれぞれ旋回点で個々の反射鏡１７、２０に当たる。このように、旋回点は第１及び第２基準点及び基準線Ｒを規定する。
標的特徴Ｆは、第１及び第２窓１３、１４の近位側に配置された第３のぞき窓２１を通して見られる。窓２１に入る光は、さらなる旋回式反射鏡２２で反射され、観察手段に転送するため、内管１２内の画像転送システムに入る。像を受けた反射鏡２２は旋回自在であり、スコープの視軸Ｖが調節され、それによって標的特徴Ｆが確実にスコープの視野の中心になるようにすることができる。前の実施例のように、操作式反射鏡１７及び２０に付随する位置感知手段からのデータは、特徴Ｆの必要な寸法を計算するため、処理手段に転送される。
さらに別の代替形状が、図１６に概略的に示される。この例では、１つのレーザ源Ｌが１本のレーザ・ビームＬ１を操作式反射鏡１７に向け、旋回点でそれに当たる。ビームＬ１は、標的特徴Ｆに当たるため、この反射鏡１７で反射されて第１窓１３を通る。
この場合は第２レーザ・ビームが設けられていない。その代わり、スコープの視軸Ｖが用いられて、後述するように、標的特徴Ｆで第１レーザ・ビームＬ１と交差するよう調節され得る基準軸が提供される。
標的特徴Ｆは、第２窓１４を通して見られ、この窓１４を通して受ける光は、旋回式反射鏡２２で逸らされて、第２管１２内の像転送システムに入る。この例では、受けた光は対物レンズ２３と計数線２４を通り、電荷結合素子（ＣＣＶ）などの画像ビデオ変換器２５へと向かう。
以前の実施例と同じように、反射鏡１７及び２２は旋回可であり、バックラッシ防止装置及び位置感知手段を伴う。標的特徴Ｆの像が計数線２４を通して観察され、標的特徴Ｆ上にレーザ・ビームＬ１によって設けられた光点の像が正確に計数線２４の中心にくるまで、反射鏡２２が旋回させられる。中心にきた時点で、視軸Ｖは図１６に図示したような位置になる。特に、視軸Ｖは旋回式反射鏡２２の旋回点と交差し、その点から、標的特徴上にレーザ・ビームＬ１によって生成された光点へと向かう。前の例のように、基準線Ｒは２つの反射鏡１７及び２２の旋回点によって規定される。したがって、視軸Ｖは、図１４で図示した実施例の第２レーザ・ビームＬ２のように、基準線Ｒに対して同じ位置に配向される。したがって、この実施例は図１４の配置構成と同等の結果をもたらすが、１本のレーザ・ビームしか必要としない。
次に図１７を参照すると、この実施例は２つの別個のレーザ源Ｌ、Ｌ’を使用して２本のレーザ・ビームＬ１及びＬ２を生成し、これによってビーム分割器の使用を回避する。図１６のように視軸Ｖを使用するのではなく、図１３及び図１４の実施例のように、第２レーザ・ビームＬ２が設けられて基準軸を規定する。
第１レーザ源Ｌは第１ビームＬ１を生成し、第１ビームは旋回式反射鏡１７に向けられ、旋回式反射鏡は前の実施例と同じように、ビームＬ１を逸らし、第１窓１３を通して標的特徴Ｆへと向ける。
第２レーザ源Ｌ’は第２レーザ・ビームＬ２を生成し、旋回式ビーム分割器１８を介して第２レーザ・ビームを固定反射鏡１９へ向け、固定反射鏡はビームを逸らせて第２のぞき窓１４を通して標的特徴Ｆへと向ける。標的特徴Ｆは、第２のぞき窓１４を通して見られ、この窓１４を通して受けた光は、固定反射鏡１９で逸らされて画像転送システムに入る。
このシステムでは、視軸Ｖが鎖線で示すように固定され、したがって標的特徴Ｆは常に視野の中心にあるとは限らない。
この実施例では、２つの旋回式反射鏡１７、１８の旋回点が、前の例のように基準線を規定するが、第２反射鏡１８の旋回点は、第２基準点を規定しない。というのは、第２反射鏡１８の旋回点は、第２レーザ・ビームＬ２を標的特徴Ｆへと向ける最後の点を形成しないからである。その結果、スコープを出る時の基準線Ｒに対する第２レーザ・ビームＬ２の角度は、直接には測定されず、基準線に対する旋回式反射鏡１８の角度に関して計算されることができる。この反射鏡１８の角度に基づく計算は、基準線における第１、第２レーザ・ビーム間の理論的隔離距離Ｓの判定にも使用することができる。
代替二重レーザ源配置構成が図１８に示される。これは図１７に示された配置構成に非常によく似ているが、ここではビーム分割器１８が固定され、反射鏡１９が旋回可能である。したがって、第１及び第２基準点は旋回式反射鏡１７、１９の旋回点によって規定され、したがって隔離距離Ｓが分かっているので、基準線Ｒに対する第２レーザ・ビームＬ２の角度が直接測定され得る。
当業者には、図６から図１８に示す種々の配置構成が、すべての可能な配置構成を決して網羅していないことが理解される。言うまでもなく、本発明による測定システムを実現するために、他の任意の都合のよい形状が使用されてもよい。
例えば、複数の反射鏡を使用せず、可撓タイプの挿入管を使用するために、正確に配置された光ファイバによって、レーザ・ビームＬ１及びＬ２が最終段階の反射鏡へと逸らされてもよい。また、上記の実施例は全て横方向で見るスコープであるが、本発明による測定システムは、挿入管の縦軸の方向で見るスコープに組み込まれてもよい。
前述した実施例の操作可能な要素に付随する位置感知手段は、任意の適切なタイプでよい。上述したように、適切な位置感知手段の一例は、線形電圧変位変換器（ＬＶＤＴ）である。もう一つの可能な例は、例えばディジタル・マイクロメータに使用するタイプの干渉縞装置である。このタイプの装置は、互いに角度をつけて配向される２つの回折格子及び光電池を使用する。他方に対する一方の格子の動きは、光電池内にパルスを発生し、これは復号して動きの程度を示すことができる。位置感知手段は、適切な旋回式要素の近傍でスコープ１０の遠位端に配置するため、小型化することができた。
他の代替装置は可変抵抗器電位計、可変磁気抵抗型変換器、及びインダクトシンである。
以上から、本発明は、先行技術のシステムより確実に、スコープを通して見る特徴の物体距離を判定するのに使用することができ、寸法を直接測定するのにも使用することができる改良型の光学スコープを提供することが明白である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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