JPH07191269A - 内面観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 環状溝の両側のエッジ部を、スコープの一回
の挿入動作で観察できるようにする。 【構成】 ライトガイド７先端の照射口７ａからの照明
光をエッジ部１６の後方側から直接観察面Ｅ₁に当て
て、エッジ部１６を中心とする観察面Ｅ₁の像を円錐鏡
６に写して反射させる。もう一方のエッジ部１７近傍の
観察面Ｅ₂を観察する場合には、内面鏡９をＰ₂位置まで
前進させてその反射光をプリズム１０に導く。プリズム
１０から出た照明光を円錐鏡１３で反射させ、エッジ部
１７の前方側から観察面Ｅ₂に当てる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークに加工された深
孔等の内周面を光学的に観察するための内面観察装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の内面観察装置として例えば特開
平２−９５２０５号公報記載のものが知られており、図
８に示すように、光ファイバ等の環状のライトガイド５
１の照射口５１ａから照明光Ｌ₁を照射して、その照明
光Ｌ₁の一部を直接ワークＷの孔内周面５２に照射する
とともに、残りの照明光を円錐状の反射板５３で反射さ
せて同様に孔内周面５２に照射する一方、その照射光が
照射された孔内周面５２を観察面として円錐鏡５４に写
して反射させ、その円錐鏡５４に写すことに得られた円
環状の写像を撮像光学系５５を通してＣＣＤカメラ等の
視覚装置６６に導くことを基本としている。

【０００３】また、他の構造として実開昭６４−５４０
１３号公報に示されているものがあり、この例では例え
ば図９に示すように、ライトガイド５６から照射された
照明光Ｌ₁を光屈曲器５７で反射させて孔内周面５８に
照射するにあたり、ライトガイド支持部材５９を対物部
６０に対してスライド可能に構成し、孔内周面５８の径
がＤ₁とＤ₂のように異なるような場合でも、ほぼ同じ位
置を観察面として照射できるようにしている。なお、円
錐鏡６１で反射した円環状の写像は対物レンズ６２によ
って結像される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の構
造では、観察面が単純な円筒面あるいは平面である場合
には特に問題とならないものの、例えば図１０に示すよ
うに孔内周面６３に環状の溝６４，６５が形成されて断
面が凹凸形状となっていて、そのエッジ部６７，６８を
観察面としてばりやエッジ形状等を観察しようとする場
合に、図８の構造では図１０の（Ａ）のように凹凸のあ
る観察面全体にほぼ均等に二方向から照明光が当たるた
めに、エッジ部６７または６８とそれ以外の領域とのコ
ントラストの差が生じにくく、かえってエッジ部の形状
等を抽出しにくくなる。

【０００５】一方、図９の構造では、図１０の（Ｂ）に
も示すように凹凸のある観察面の後方側からのみ斜めに
照射光が当たることになるため、一方のエッジ部６８の
形状等は比較的明瞭に抽出することができるものの、他
方のエッジ部６７については本来は矢印Ｑ方向から照明
光を当てるのが好ましいにもかかわらず反対側から照射
光を当てることになるため、孔内周面６３に対して反対
側から観察装置を挿入し直さないかぎり、その他方のエ
ッジ部６７については正確に抽出することができなくな
る。

【０００６】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、凹凸のある観察面を観察する場合に、観察
面の前後のいずれの方向からも選択的に照明光を当てる
ことができるようにして、それによって前述したような
凹凸のある観察面の前後いずれの方向のエッジ部も正確
に抽出できるようにした構造を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１記載の発
明は、中空円筒状のスコープと、このスコープの一端側
外周に同芯状に配置されて、先端の照射口から観察面側
に向けて照明光を斜めに照射する環状のライトガイド
と、前記スコープの一端側外周であってライトガイドの
前方に配置された環状のプリズムと、前記ライトガイド
の外周に同芯状に配置されてその軸心方向にスライド可
能であって、ライトガイドからの照明光を遮る位置まで
スライドさせたときにはその照明光を反射させてプリズ
ムに導く内面鏡と、前記スコープのうちプリズムの前方
側に設けられて、プリズムからの照明光を反射させて観
察面に向けて斜めに照射する照明光用の円錐鏡と、前記
スコープの内部であってプリズムと照明光用の円錐鏡と
の間に設けられ、該スコープに形成された透視窓を通し
てとらえた観察面の像を反射させてスコープの他端部側
に導く写像用の円錐鏡とから構成されている。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、前記写像用
の円錐鏡について、その底辺側と頂部側とで傾斜角度が
異なる円錐鏡が二段にわたって形成されている。

【０００９】

【作用】請求項１記載の構造によると、ライトガイドか
らの照明光の光路を内面鏡で遮らないようにその内面鏡
の位置を設定すると、ライトガイドからの照明光は観察
面の後方側から斜めに該観察面に対して照射される。一
方、ライトガイドの照明光の光路を内面鏡で遮るように
その内面鏡をスライドさせると、ライトガイドの照明光
は内面鏡で反射してプリズムに導入され、さらにプリズ
ムから出た照明光は照明光用の円錐鏡で反射して、観察
面の前方側から該観察面に対して斜めに照射される。

【００１０】したがって、観察面にある凹凸の前後のエ
ッジ部を観察する場合に、内面鏡のスライド動作により
照明光の照射方向を択一的に選択することによって、双
方のエッジ部を正確に抽出して観察できるようになる。

【００１１】また、請求項２記載の構造によると、写像
用の円錐鏡が傾斜角度の異なる二段の円錐面を有してい
るために、円錐鏡の視野が広がり、小径の観察面から大
径の観察面まで幅広く対応できるとともに、小径の観察
面については内面鏡のスライド動作に基づく照明位置の
切り換えと併せて上記の写像用の円錐鏡の二つの円錐面
を選択的に使い分けることにより、円周方向の解像度を
高めて高倍率観察が可能となる。

【００１２】

【実施例】図１，２は本発明の一実施例を示す図で、ス
コープ１は一端部に透視窓４が形成された中空円筒状の
内筒２と、その内筒２の外側を覆う透明な外筒３とで構
成されており、ワークＷの円筒状の孔内周面５のうちの
一部を観察面として透視窓４を通してスコープ１内部の
写像用の円錐鏡６に写すことができる。そして、前記円
錐鏡６に写った観察面の写像はその円錐鏡６で反射して
スコープ１の他端部側に導かれた上で、従来と同様に図
示外のＣＣＤカメラ等で撮像される。

【００１３】前記スコープ１の一端部外周には光ファイ
バ等からなる環状のライトガイド７が同芯状に配置され
ており、図示外の光源から導入された照明光Ｌ₁がライ
トガイド７先端の照射口７ａからワークＷの孔内周面５
に向けて約３０度の角度で斜めに照射されるようになっ
ている。

【００１４】前記ライトガイド７はライトガイド支持部
材８に支持されているとともに、そのライトガイド支持
部材８の外側には中空円筒状の内面鏡９が軸心方向にス
ライド可能に装着されている。そして、この内面鏡９
は、図１に示すように照射口７ａからの照明光Ｌ₁の光
路を遮らない位置Ｐ₁と、図２に示すように照射口７ａ
からの照明光Ｌ₁の光路を遮る位置Ｐ₂との間でスライド
するようになっている。

【００１５】前記スコープ１の外周であってライトガイ
ド７と透視窓４との間には、環状のプリズム１０が透明
なプリズム支持体１１を介して固定されている。また、
前記スコープ１の先端には支持体１２を介して照明光用
の円錐鏡１３が固定されている。そして、図２に示すよ
うに、内面鏡９を前方にスライドさせて照射口７ａから
の照射光Ｌ₁の光路を遮った場合には、内面鏡９で反射
した照明光Ｌ₁がプリズム１０に入り、このプリズム１
０から出た平行光束の照明光Ｌ₁が照明光用の円錐鏡１
３で反射した上で、ライトガイド７からの直接照明光の
場合と同様に孔内周面５に対して約３０度の角度で斜め
に照射されるようになっている。

【００１６】したがって、図１に示すように、ワークＷ
の孔内周面５に溝部１４，１５を加工することによって
できた一方のエッジ部１６を観察する場合には、照射口
７ａからの照明光Ｌ₁の光路を内面鏡９で遮ることな
く、照射口７ａからの照明光Ｌ₁を直接エッジ部１６近
傍の観察面Ｅ₁に照射する。そして、照明光Ｌ₁が当てら
れたエッジ部１６近傍の観察面Ｅ₁が写像用の円錐鏡６
に写り、この円錐鏡６で反射した円環状の写像がそのま
たスコープ１の他端部側に導かれて前述したようにＣＣ
Ｄカメラで撮像される。

【００１７】この時、エッジ部１６に対して溝部１４と
反対側から照明光Ｌ₁を当てているので、円錐鏡６で得
られた写像ではエッジ部１６とそれに隣り合う溝部１４
とのコントラストの差が明瞭となって、エッジ部１６の
形状を正確に抽出して観察することができるようにな
る。

【００１８】また、もう一方のエッジ部１７を観察する
場合には、図２に示すように、照射口７ａからの照明光
Ｌ₁の光路を内面鏡９で遮るように該内面鏡９を前方に
スライドさせる。これにより、照射口７ａからの照明光
Ｌ₁は内面鏡９で反射してプリズム１０を通るととも
に、最終的には円錐鏡１３で反射してエッジ部１７近傍
の観察面Ｅ₂を照射し、その照明光が当てられたエッジ
部１７近傍の観察面Ｅ₂が上記と同様に円錐鏡６に写る
ことになる。

【００１９】この場合にも、エッジ部１７に対して溝部
１４と反対側から照明光を照射しているので、そのエッ
ジ部１７を明瞭に抽出して観察できるようになる。以上
のことはもう一方の溝部１５の両側に位置するエッジ部
を観察する場合にも同様である。

【００２０】このように本実施例によれば、溝部１４を
はさんでその両側のエッジ部１６，１７を観察する場合
でも、内面鏡９のスライド動作により照明光Ｌ₁の照射
方向を切り換えて、それぞれに最適な方向から照明光を
照射することができるので、スコープ１を挿入し直すこ
となしに双方のエッジ部１６，１７を順次観察すること
ができる。

【００２１】ここで、前記実施例ではライトガイド７の
照射口７ａからの照明光Ｌ₁の照射角度θ₁と円錐鏡１３
での照明光の照射角度θ₂とを同一の値に設定している
が、図３，４に示すように双方の照射角度θ₁₁，θ₁₂を
θ₁₂＞θ₁₁となるように設定してもよい。

【００２２】すなわち、各照射角度θ₁₁，θ₁₂をワーク
Ｗの孔内周面１８の内径Ｄ₁，Ｄ₂に合わせて設定するこ
とにより、一つのスコープ１で観察できる観察面の内径
の幅が拡がることになる。ただし、この実施例では、先
に説明したエッジ部１６，１７の観察を目的としたもの
ではなく、あくまで一つのスコープ１で観察できる観察
面の内径の幅の拡大化を意図したものであることから、
図１，２に示したような溝１４，１５による凹凸の度合
が小さいか、もしくは凹凸がない観察面の観察に適して
いる。

【００２３】図５は本発明のさらに他の実施例を示す図
で、写像用の円錐鏡１９がその底辺側と頂部側とで傾斜
角度の異なる二つの円錐面１９ａ，１９ｂを有してい
て、実質的に二段の円錐面形状に形成されている点で先
の実施例のものと異なっている。

【００２４】そして、図５に示すように、ライトガイド
７の照射口７ａからの照明光Ｌ₁を直接ワークＷの孔内
周面１８に照射した場合、その孔内周面１８の直径
Ｄ₁，Ｄ₂に応じて照明光Ｌ₁の当たる位置が変化する。
例えば直径がＤ₂のように大径になると照明光Ｌ₁の当た
る位置が照射口７ａから遠ざかり、逆に直径がＤ₁のよ
うに小径になると照射光Ｌ₁の当たる位置が照射口７ａ
に近付くことになり、照射口７ａから遠い観察面Ｅ₃の
写像を底辺側の大径の円錐面１９ａで得ることができる
一方で、照射口７ａから近い観察面Ｅ₄の写像を頂部側
の小径の円錐面１９ｂで得ることができるようになる。

【００２５】したがって、上記のように円錐鏡１９の円
錐面を二段形状としたことによって、大径孔から小径孔
までの径違いの内面観察に幅広く対応できるようにな
る。

【００２６】その一方、図５の場合には、観察面Ｅ₄の
写像は円錐鏡１９のうち頂点側の小径の円錐面１９ｂで
得ることから、ＣＣＤカメラ等で撮像した画面で見た時
に半径が小さく、円周方向での解像度が低くなる。

【００２７】そこで、このような場合には、図６に示す
ように、内面鏡９を前方にスライドさせて、照射口７ａ
からの照明光Ｌ₁を内面鏡９で反射させてプリズム１０
を通した上、照明光用の円錐鏡１３で反射させてワーク
Ｗの孔内周面１８を照射する。そして、先の観察面Ｅ₄
と同径の観察面Ｅ₅の写像を円錐鏡１９のうち底辺側の
大径の円錐面１９ａで得ることで、小径の観察面Ｅ₅に
ついても円周方向での高解像度が得られて、いわゆる高
倍率観察が可能となる。

【００２８】ここで、図７に示すように、円錐鏡１９で
得られた写像をＣＣＤカメラで撮像した場合のスラスト
方向の解像度についてみると、大径の観察面Ｅ₁₃の解像
度Ｋ_Aは Ｋ_A＝視野幅（ｅ₃）／撮像素子の画素（ｘ） となり、同様に小径の観察面Ｅ₁₄の解像度Ｋ_Bは Ｋ_B＝視野幅（ｅ₄）／撮像素子の画素（ｙ） となる（ただし、θ_L＞θ_Sとする。またｈは無効視野範
囲である。）。

【００２９】そして、ｅ₃＞ｅ₄で、かつｘ≦ｙであるこ
とから、双方の解像度Ｋ_A，Ｋ_Bの関係はＫ_A＜Ｋ_Bとな
る。したがって、解像度Ｋ_Aを基準に要求解像度の設計
を行えばよいことになる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように請求項１
記載の発明によれば、孔内周面に凹凸部があってその凹
部あるいは凸部の両側のエッジ部を観察しようとする場
合に、内面鏡をスライド動作させることによって照明光
の照射方向を切り換えることができるため、そのエッジ
部の位置に応じた最適な方向から照明光を照射すること
ができる。したがって、スコープの一回の挿入動作で二
つのエッジ部を順次観察することができ、従来のように
その都度スコープを挿入し直す必要がないので作業性が
向上する。さらに、ライトガイドからの照明光の照射角
度と照明光用の円錐鏡からの照明角度とを予め異ならし
めて設定しておくことにより、内径の異なる内面の観察
にも対応することができる。

【００３１】また、請求項２記載の発明によれば、写像
用の円錐鏡を、底辺側と頂部側とで傾斜角度の異なる二
段の円錐面形状としたことにより、大径の観察面から小
径の観察面まで径違いの観察面の内面観察に幅広く対応
できることはもちろんのこと、小径の観察面については
内面鏡のスライド動作に基づく照明位置の切り換えと併
せて写像用の円錐鏡の二つの円錐面を選択的に使い分け
ることにより、円周方向の高倍率観察が可能となる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図で内面鏡後退時の要
部半断面図。

【図２】図１の状態から内面鏡を前進させた時の要部半
断面図。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図で内面鏡後退時
の要部半断面図。

【図４】図３の状態から内面鏡を前進させた時の要部半
断面図。

【図５】本発明の第３の実施例を示す図で内面鏡後退時
の要部半断面図。

【図６】図５の状態から内面鏡を前進させた時の要部半
断面図。

【図７】図５，６の写像用の円錐鏡と写像との関係を示
す説明図。

【図８】従来の内面観察装置の一例を示す構成説明図。

【図９】従来の内面観察装置の他の例を示す構成説明
図。

【図１０】従来の内面観察装置における観察面と照明光
の照射方向との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１…スコープ ４…透視窓 ５，１８…孔内周面 ６…写像用の円錐鏡 ７…ライトガイド ７ａ…照射口 ９…内面鏡 １０…プリズム １３…照明光用の円錐鏡 １４，１５…溝 １６，１７…エッジ部 １９…写像用の円錐鏡 １９ａ，１９ｂ…円錐面 Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₃，Ｅ₄…観察面 Ｌ₁…照明光 Ｗ…ワーク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空円筒状のスコープと、 このスコープの一端側外周に同芯状に配置されて、先端
   の照射口から観察面側に向けて照明光を斜めに照射する
   環状のライトガイドと、 前記スコープの一端側外周であってライトガイドの前方
   に配置された環状のプリズムと、 前記ライトガイドの外周に同芯状に配置されてその軸心
   方向にスライド可能であって、ライトガイドからの照明
   光を遮る位置までスライドさせたときにはその照明光を
   反射させてプリズムに導く内面鏡と、 前記スコープのうちプリズムの前方側に設けられて、プ
   リズムからの照明光を反射させて観察面に向けて斜めに
   照射する照明光用の円錐鏡と、 前記スコープの内部であってプリズムと照明光用の円錐
   鏡との間に設けられ、該スコープに形成された透視窓を
   通してとらえた観察面の像を反射させてスコープの他端
   部側に導く写像用の円錐鏡、 とを備えたことを特徴とする内面観察装置。
2. 【請求項２】 前記写像用の円錐鏡は、その底辺側と頂
   部側とで傾斜角度が異なる円錐面が二段にわたって形成
   されていることを特徴とする請求項１記載の内面観察
   鏡。