JP2006276391A - 拡大観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の拡大観察装置では、拡大された像は観察対象物と違う方向に配置されているディスプレイを見なければならず、細かい作業である上に視線と異なる方向で高度の操作を行う必要が生じる問題があった。
【解決手段】観察対象物を拡大するための拡大観察装置は、該観察対象物を撮影するカメラと、該カメラの映像を映すディスプレイと、作業者と該観察対象物の間に配置され、該ディスプレイの映像を反射して該作業者の視野に該ディスプレイの映像を向けるための反射鏡とを備える拡大観察装置であって、該反射鏡は、該反射鏡に映った該ディスプレイの該観察対象物の映像は該作業者の視点と該観察対象物とを結んだ方向に位置するように配置することで解決する。これにより、作業者が．拡大された対象物の像を、あたかもその観察対象物を直接見ながら作業しているかのように感じながら作業できる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、観察の対象となる物体を拡大して観察する拡大観察装置に関する。より具体的には、たとえば細かい対象物の加工作業、組立て作業、修理作業、検査作業などにおいて、当該観察の対象となる細かい対象物を拡大して作業性を向上させる拡大観察装置に関する。

たとえば、加工作業、組立て作業、修理作業、検査作業などにおいて作業において観察の対象となる物体（以下、観察対象物とよぶ）が小さい場合がある。このような場合に、観察対象物を肉眼で観察しながらこれらの細かい作業を行うと、作業の正確性に欠け、さらには作業者に負担をかける場合が生じる可能性がある。

そのため、観察対象物を拡大して作業をおこなう作業用顕微鏡装置が用いられる。しかし、接眼鏡を有するタイプの作業用の顕微鏡では、作業者は接眼鏡を凝視する必要があり作業者の負担となっていた。また接眼鏡の視野は限られているため、作業者の疲労につながる問題があった。

そこで、接眼鏡を利用せずに、観察対象物の映像をカメラで写し、そのカメラで撮像された映像を拡大してモニタに映し、作業者がそのモニタを見ながら作業をするような拡大観察装置が利用されている。たとえば、顕微鏡装置とともにその撮像をディスプレイにより観察できる拡大観察装置が利用されている（たとえば、特許文献１参照）。
国際公開公報ＷＯ０１／２３９３７号パンフレット

しかし、従来のこれらの拡大観察装置では、拡大された像は観察対象物と違う方向に配置されているディスプレイを見なければならず、細かい作業である上に視線と異なる方向で高度の操作を行う必要が生じる問題があった。

この場合に、仮にディスプレイを観察対象物の方向に配置すると、ディスプレイは観察対象物と作業者との間に配置されるので、観察対象物よりも接近したディスプレイ像を長時間見ることになり、目の疲労につながる問題がある。

また、拡大観察装置は手術用としても利用されている（たとえば、特許文献２参照）。しかし、この拡大観察装置においても、拡大された像は観察対象物と違う方向に配置されている。
特許出願公開公報特開平１１―３１８９３６号

そこで、本願の目的の一つは、作業者に広い視野を確保し、さらに作業者の視点から観察対象となる観察対象物までの距離を充分に長く確保することができ、作業者の負担を減らすことである。

また、本願の他の目的は、作業者が観察対象物を拡大して観察する拡大観察装置であって、該観察対象物を撮影するカメラと、該カメラで撮影した該観察対象物の映像を映すディスプレイと、該作業者と該観察対象物の間に配置され、該ディスプレイの映像を反射して該作業者の視点に該ディスプレイの映像を向けるための第一の反射鏡とを備える拡大観察装置であって、該第一の反射鏡は、該第一の反射鏡に映った該ディスプレイの該観察対象物の映像は該作業者の視点と該観察対象物とを結んだ方向に位置するように配置されていることを特徴とする拡大観察装置を提供することである。

上記の構成により、作業者は、拡大された対象物の像を、あたかもその観察対象物を直接見ながら作業しているかのように感じながら、作業をすることができる。

＜実施の形態１＞
図１を参照して、本願の拡大観察装置１を説明する。拡大観察装置１は、装置本体７の中に組み込まれている。拡大観察装置１は、ディスプレイ３と、ディスプレイ３の像を反射させるための第一の反射鏡たる反射鏡４と、ＣＣＤカメラ５とを備えている。
装置本体７には台座９が備えつけられている。ディスプレイ３は装置本体７の上部に配置され、ＣＣＤカメラ５は装置本体７の内部に配置されている。ディスプレイ３は、その映像面が下方向になるように、鉛直方向に若干角度をもって配置されている。ディスプレイ３の下方には、第一の反射鏡たる反射鏡４が配置され、ＣＣＤカメラ５が撮影した像が表示されるディスプレイ３の像を作業者の視点１０の方向に反射する。

拡大観察装置１は、作業者が装置本体７に向かって拡大観察装置１に対面する位置に立った状態または座った状態で使用されるようになっている。そのため、作業者の身長または座高によって、作業者の視点１０がある程度変動する。この変動を含めた視点１０の位置範囲を考慮した上で、反射鏡４の最適な位置が設定される。ディスプレイ３の位置は、反射鏡４と視点１０の位置に基づいて決定される。

台座９の上には観察対象物２を載置するための検体載置台１１が配置されている。ＣＣＤカメラ５は、その観察対象物２を撮影できる位置に配置される。特に観察対象物２の目標箇所２ａが撮影可能なように撮像部５ａが直接観察対象物に向けられる。ＣＣＤカメラ５は、最も簡易には、観察対象物２の鉛直方向の上部に撮像部５ａを下方に向けた状態で配置することができる。

しかし、拡大観察装置１は、観察対象物２の像をＣＣＤカメラ５の撮像部５ａに至るようにした第二の反射鏡たる反射鏡６を備えることも出来る。たとえば、図１に示す実施の形態１のように、観察対象物２の目標箇所２ａからＣＣＤカメラ５の撮像部５ａに至るまでの光路に、第二の反射鏡たるプリズムまたは反射鏡６を配置して、光路を曲げた上で横向きに配置しても良い。これにより、観察対象物２の目標箇所２ａから反射鏡６までの観察対象物２の像の光路と反射鏡６で反射した像の光の経路をＣＣＤカメラ５の撮像部５ａに至るように第二の反射鏡たる反射鏡６の角度を調整することが可能となって、ＣＣＤカメラ５の配置を自由に設定することができることになる。

ＣＣＤカメラ５が撮影した観察対象物２の目標箇所２ａの映像は、ディスプイレイ３に目標箇所映像３ａとして映し出される。第一の反射鏡たる反射鏡４はこのディスプイレイ３に映し出された映像を作業者の視点１０に向かって反射するような角度で配置される。これにより、たとえば、観察対象物２の目標箇所２ａの映像はディスプレイ３上の目標箇所映像３ａの位置に映し出されると仮定すると、目標箇所映像３ａからの光は反射鏡４の反射点４ａで反射して作業者の視点１０に至る。したがって、作業者から見れば、目標箇所映像３ａは視点１０と反射点４ａとを結ぶ延長線上の方向に目標箇所映像３ａの虚像１３ａとして見えることになる。

すなわち、作業者は、ディスプレイ３を、視点１０からみた反射鏡４の方向の延長方向にディスプレイ３の虚像１３として見ることになる。反射鏡４とディスプレイ３の具体的な配置は、ディスプレイ３に写された目標箇所２ａの目標箇所映像３ａから視点１０に至るまでは、目標箇所映像３ａから反射鏡４へ至った目標箇所映像３ａの光が反射鏡４の反射点４ａで反射して視点１０に至る光路をとるように設定する。また、これに加えて、反射鏡４の反射点４ａと視点１０とを結んだ光路の延長線上に観察対象物２の目標箇所２ａがほぼ位置するように、反射鏡４とディスプレイ３の配置を設定するのが好ましい。少なくとも、反射鏡４の反射点４ａと視点１０とを結んだ光路の延長線の方向に観察対象物２の目標箇所２ａがほぼ位置するように、反射鏡４とディスプレイ３の配置を設定する。これにより、ディスプレイ３に映った目標箇所２ａの目標箇所映像３ａの虚像１３ａの位置と目標箇所２ａとの位置をほぼ一致させることができる。

実際には、作業者の身長または座高によって視点１０の位置が変動するので、この変動を考慮して反射鏡４の大きさが決定される。大きさが決められた反射鏡４は、ディスプレイ枠８内に嵌めて固定される。また、反射鏡４の位置の微調整ができるように、ディスプレイ枠８がその角度を変更できるように可動にしてもよい。

この際、反射鏡４に映った反射点４ａの方向が、観察対象物２の目標箇所２ａへの方向と大きくずれないようにするとよい。そこで、ディスプレイ３に映った観察対象物２が反射鏡４により映し出されるディスプレイ３の虚像１３を作業者の視点１０から見た際に、視点１０とその虚像１３の輪郭を構成する各点を結ぶ複数の仮想の線の延長線により含まれる領域内に観察対象物２を配置するように設定するのがもっとも好ましい。

しかし、この場合、観察対象物２の大きさによっては、視点１０とこの虚像１３の輪郭を構成する各点を結ぶ複数の仮想の線の延長線により含まれる領域内を超える場合もある。そこで、少なくとも、視点１０とディスプレイ３の外縁を構成する各点を結ぶ複数の仮想の線の延長線により含まれる領域内に該観察対象物の目標箇所が配置されるように反射鏡４およびディスプレイ３の位置を設定するとよい。

反射鏡４は、たとえば電圧を加えることにより、透過率が変化して反射状態と光透過状態とを変更できる透過率可変型の素子とすることができる。これにより、反射鏡４によりディスプレイ３で観察対象物２を視認し、必要に応じて直接観察対象物２を目視できるようになる。

視点１０と観察対象物２の距離は、作業者の標準的な体格から作業しやすい距離としてある程度の許容範囲を含めて決定できる。反射鏡４は、視点１０と観察対象物２との間に配置し、さらに反射鏡４からディスプレイ３までの距離と反射鏡４から観察対象物２までの距離とがほぼ同じになるように調整すれば、ディスプレイ３に映し出す観察対象物２の位置決め調整、作業が容易になる。特に、反射鏡４からディスプレイ３までの距離と反射鏡４から観察対象物２までの距離との和が３００ミリメートルから４００ミリメートルぐらいが作業スペースとして好ましい。これより長い距離とすれば、視点１０から虚像１３までの距離が離れてしまうからである。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、ＣＣＤカメラ５を観察対象物２の上方から撮影しており、視点１０から観察対象物２の方向と異なる方向から撮影している。そのため、ディスプレイ３に映る目標箇所映像３ａは、本来視点１０から観察対象物２を目視できる面と異なってしまう。しかし、作業者が実際に作業をするうえでは、現実に近い目標箇所映像３ａを作業者に見せるのが好ましい。そこで、実施の形態２では、本来作業者が直接見るであろう視点１０から観察対象物２を目視した際に見える面を作業者に見せるような構成をとっている。以下、図２を参照して、この実施の形態２について説明する。なお、装置のほとんどの構成は実施の形態１と同じであるので、ここでは異なる箇所のみを説明する。

図２に示す実施の形態２では、観察対象物２の目標箇所２ａからＣＣＤカメラ５の撮像部５ａに至るまでの光路に、第二の反射鏡たる反射鏡６を配置して、観察対象物２の目標箇所２ａを反射鏡１０に映して反射させてＣＣＤカメラ５の撮像部５ａに結像する。ここで、特に、反射鏡６を視点１０からディスプレイ３の外縁を構成する各点を結ぶ複数の仮想の線の延長線により含まれる領域内に配置する。そして、反射鏡６の反射面からの視野にCCDカメラ５と観察対象物２の両方が含まれるようにする。すなわち、観察対象物２から反射鏡６の反射面への光が入射し反射する反射点６ａにおける入射角と、その光が反射してCCDカメラ５に入射する際におけるその反射点６ａにおけるその光の反射角とが一致する方向に反射鏡６を配置する。

さらに、反射鏡６の位置は、理想的には次のとおりとするのがよい。すなわち反射鏡６に映った観察対象物２の目標箇所２ａからの光が反射鏡６の反射面の反射点６ａに入射した後にそこから反射してCCDカメラ５に入射する光路を考える場合に、反射点６ａと観察対象物２の目標箇所２ａとを結ぶ光路が視点１０から観察対象物２の目標箇所２ａとを結ぶ仮想の直線とほぼ一致するように反射鏡６の向きを設定する。これに加えて、さらに、反射鏡６に映った観察対象物２の目標箇所２ａからの像の光が反射鏡６の反射面の反射点６ａにおいて反射してＣＣＤカメラ５の撮像部５ａに入射するように反射鏡６に対してＣＣＤカメラ５の位置を設定する。これにより、ＣＣＤカメラ５の撮像部５ａが撮影する観察対象物２の目標箇所２ａは視点１０からみた観察対象物２の目標箇所２ａの方向とほぼ一致する。ディスプレイ３に映る目標箇所映像３ａは、本来視点１０から観察対象物２を目視できる面とが同一になり最も好ましい。

なお、実施の形態１および実施の形態２のいずれにおいても、ディスプレイ３に映す目標箇所映像３ａの大きさは必要に応じて、カメラの変倍レンズによって自由に選択することができる。これにより、拡大または縮小の調整をすることができる。

＜実施の形態３＞
続いて、図３を参照しながら、本発明の拡大観察装置１をレーザ溶接機やレーザメスなどレーザを利用して加工を行なうレーザ加工機２１に利用した場合の説明をする。レーザ加工機２１は拡大観察装置１が組み込まれた装置本体部７の中に、レーザビームの発生システム２２をさらに組み込んだものである。
装置本体７の下部に加工チャンバ２０が配置されている。なお、拡大観察装置１の部分は、実施の形態１と同様であるので、ここではレーザ加工機２１に設けられるレーザビーム発生システム２２との関係を特に説明する。

実施の形態１で説明したとおり、台座９の上には観察対象物２を載置するための検体載置台１１が配置されている。拡大観察装置１は、加工の対象である観察対象物２の像をＣＣＤカメラ５の撮像部５ａに至るようにした第二の反射鏡たる反射鏡６を備えている。観察対象物２の目標箇所２ａからＣＣＤカメラ５の撮像部５ａに至るまでの像の光を第二の反射鏡たるプリズムまたは反射鏡６曲げる。そして反射鏡６で反射したその像がＣＣＤカメラ５の撮像部５ａに至るように第二の反射鏡たる反射鏡６の角度が調整される。

一方、レーザビームは、レーザビームの発生システム２２によって射出される。レーザビーム発生システム２２は、レーザ光路制御ユニット２３、レーザ発振器２５、中央処理装置２６を備えている。レーザ光路制御ユニット２３は、焦点調節器、光アライメント装置および焦点調整器などを備えている。レーザ発振器２５から射出されたレーザビームは、レーザ光路制御ユニット２３を経て射出される。射出されたレーザビームは第三の反射鏡たる反射鏡２４により反射され、観察対象物２の目標箇所２ａに向かって曲げられる。反射鏡２４により曲げられた後のレーザビームの光路と、観察対象物２の目標箇所２ａから反射鏡６に至るまでの光路とが一致するように、反射鏡２４が配置される。これにより、観察対象物２に照射されるレーザビームの位置がＣＣＤカメラ５のほぼ中心となった状態でディスプレイ３上に映し出される。そして、作業者は、加工の進行に合わせて、操作盤２７に配置されたボタンなどにより、検体載置台１１を移動させるための駆動モータ（不図示）を駆動し、レーザビームが観察対象物２に照射された箇所と観察対象物２の目標箇所２ａとを合わせながら、溶接などの観察対象物２のレーザ加工を実行できる。

すなわち、観察対象物２の目標箇所２ａの位置の影像はディスプレイ３のほぼ中央部３ａに映し出され、その像は反射して作業者の視点１０に入る。作業者は、観察対象物２の目標箇所２ａが、実際には反射鏡４ａを通してその延長上であってほぼ実際の観察対象物２の方向である目標箇所２ａに存在するかのように感じることが出来る。特に、観察対象物２の目標箇所２ａから反射鏡２４に至るまでのレーザビームの光路と、観察対象物２の目標箇所２ａから反射鏡６に至るまでの目標箇所２ａの像の光路とが一致しているので、作業者は作業上レーザビームを目標箇所２ａに当てやすくなる。

本願の拡大観察装置は、観察対象物を拡大する必要がある細かい作業において広く有効に利用することが出来る。たとえば、細かい観察対象物の加工作業、組立て作業、修理作業、検査作業などに広く一般に利用することに適している。

また、具体的には、宝飾産業などにおける指輪などの宝飾品の補修作業や研磨作業、時計などの精密機械部品の加工作業、組立作業、修理作業、検査作業、半導体または電気部品産業における加工作業、組立作業、修理作業、検査作業に利用することに適している。また、レーザ溶接などレーザビームを使用したレーザ加工機に使用することにも適している。

またさらには、医療分野における手術、検査または治療など、または小動物の手術や治療、さらにはや微細検体の観察や解剖などに利用することに適している。ここで、本願では、前記のレーザ加工機にはレーザメスなども含まれるものとする。

本願発明の拡大観察装置の代表的実施の形態１を示したものである。 本願発明の拡大観察装置の代表的実施の形態２を示したものである。 本願発明の拡大観察装置の代表的実施の形態３を示したものである。

符号の説明

１ 拡大観察装置
２ 観察対象物
３ ディスプレイ
４ 反射鏡
５ ＣＣＤカメラ

Claims (8)

1. 作業者が観察対象物を拡大して観察する拡大観察装置であって、
   該観察対象物を撮影するカメラと、
   該カメラで撮影した該観察対象物の映像を映すディスプレイと、
   該作業者と該観察対象物の間に配置され、該ディスプレイの映像を反射して該作業者の視点に該ディスプレイの映像を向けるための第一の反射鏡とを備える拡大観察装置であって、
   該第一の反射鏡は、該第一の反射鏡に映った該ディスプレイの該観察対象物の映像が該作業者の視点と該観察対象物とを結んだ方向に位置するように配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
2. 請求項１に記載された拡大観察装置であって、
   該ディスプレイに映された該観察対象物の目標箇所の目標箇所映像の光を該第一の反射鏡で反射させて該視点に入射させ、かつ該光が該第一の反射鏡で反射した反射点と該視点とを結ぶ光路の延長線上に該観察対象物の目標箇所がほぼ位置するように該第一の反射鏡と該ディスプレイが配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
3. 請求項１に記載された拡大観察装置であって、
   該第一の反射鏡は、該第一の反射鏡と該ディスプレイとの距離と、該第一の反射鏡と該観察対象物との距離とがほぼ等しくなるように配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
4. 請求項１乃至３に記載された拡大観察装置であって、
   該第一の反射鏡と該ディスプレイとは、該視点と該ディスプレイの外縁を構成する各点とを結ぶ複数の仮想の線の延長線により含まれる領域内に該観察対象物の目標箇所が位置するように配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
5. 請求項１乃至４に記載された拡大観察装置であって、該第一の反射鏡は透過率可変型の素子であることを特徴とする拡大観察装置。
6. 請求項１乃至５に記載の拡大観察装置であって、
   該拡大観察装置は第二の反射鏡をさらに備え、該第二の反射鏡と該カメラとは、該観察対象物の像の光が該第二の反射鏡により反射して該カメラの撮像部に入射するように配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
7. 請求項６に記載の拡大観察装置であって、
   該第二の反射鏡は該視点から該ディスプレイの外縁を構成する各点を結ぶ複数の仮想の線の延長線により含まれる領域内に配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
8. レーザ加工装置であって、
   請求項１乃至７に記載の拡大観察装置と、
   レーザビームを射出するレーザ発信機と、
   該レーザビームを反射して該レーザビームを観察対象物に導く第三の反射鏡とを備え、
   該第三の反射鏡により曲げられたレーザビームの光路と、該観察対象物から該第一の反射鏡に至るまでの該観察対象物の像の光路とがほぼ一致するように該第三の反射鏡が配置されていることを特徴とするレーザ加工装置。

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