JP4929504B2 - 観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械により加工された加工物等である観察物における所定の観察部位を観察する観察装置に関するものである。

従来、この種の観察装置としては、ビデオカメラ、芯出し顕微鏡、金属顕微鏡などが知られている。これらの観察装置は、一般的には次のように使用される。

ビデオカメラの場合は、ビデオカメラを工作機械の所定の位置に固定し、このビデオカメラによって、当該工作機械にセットされている加工物（観察物）の加工部位（観察部位）を監視する。

芯出し顕微鏡の場合では、着脱可能な芯出し顕微鏡を工作機械の基準軸に装着し、この芯出し顕微鏡によって、当該工作機械にセットされている加工物の加工部位を観察する。

金属顕微鏡の場合においては、工作機械にセットされている加工物を取り外し、この加工物を金属顕微鏡にセットして、この金属顕微鏡によって加工物の加工部位を観察する。

なお、加工物の微細な加工状態を観察する観察装置としては、例えば特許文献１に示すものがある。また、穴の内壁面（側壁）を観察する光学系としては、例えば特許文献２に示すものがある。
特開平０４−１２５６０９号公報 特開２００１−０８２９３６号公報

上述したように、上記従来の金属顕微鏡では、工作機械によって加工された加工物の穴の側壁や溝の側壁の加工状態を観察（観測）するためには、一旦、加工物を工作機械から取り外し、この加工物を傾けて観察する必要がある。

このようにして観察された加工物に対し追加の加工が必要な場合は、再度、当該加工物を工作機械に取り付けて加工を継続することを余儀なくされている。しかし、微細な追加の加工が必要な場合は、工作機械から取り外した加工物を加工継続ができる状態に復元して取り付けることは極めて困難である。

なお、工作機械にセットされた観察前の加工物の加工原点と、取り外された加工物に対する追加の加工をすべく工作機械に再度セットされる当該加工物の加工原点とを、高精度に一致させること等により、取り外された加工物を加工継続ができる状態に復元して取り付けることが可能であったとしても、例えば高精度に前記２つの加工原点を一致させるための装置（機構）など特別な工夫を工作機械に施す必要があり、多大な費用を必要とする。

また、上記従来の芯出し顕微鏡の場合においては、加工物を工作機械から取り外す必要は無いものの、拡大倍率が低く微細形状の確認には不向きである。しかも芯出し顕微鏡は、十分な照明装置を具備していない場合が多く、このため加工物の加工部位を明確に観察することは困難である。

さらに、上述した金属顕微鏡、芯出し顕微鏡など目視による観察を行う顕微鏡では、加工物の穴の側壁や溝の側壁の加工状態を観察する場合、当該穴の直径や溝幅よりも深い場所の観察、観測は不可能である。しかも、加工物の穴の側壁や溝の側壁の加工状態を観察することが可能な場合であっても、当該観察者は、当該加工状態を観察し把握することができるものの、その加工状態つまり観察状態を他者に的確に伝えることは困難である。そのため、観察状態から得られる情報を、観察者を含む複数の者と共有することは困難である。

さらには、上記従来のビデオカメラを用いて工作機械にセットされた加工物の加工部位の監視を行う場合においては、ビデオカメラが工作機械に固定されているので、加工物の穴の側壁や溝の側壁の加工状態を観察するためには、上述した金属顕微鏡を用いて観察する場合と同様に、加工物を工作機械から取り外さなくてはならないという問題がある。

そこで、本発明は、観察物における所定の観察部位を確実にかつ正確に観察することのできる観察装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、観察した結果の共有化に寄与することのできる観察装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、請求項１に記載の本発明の観察装置は、工作機械の基準軸に着脱可能に装着され、前記工作機械の所定の位置に固定されている加工物である観察物における前記工作機械により加工された加工部位を観察部位として観察する観察装置であって、光学系の光軸に平行な面である前記観察部位に対応する光学像を得るための光学系と、前記光学系の像側の焦点を通り当該光学系の光軸に対して垂直な平面である焦平面上に配置されるとともに開口部の中心が前記光学系の光軸から離芯して配置され、前記光学像の光量を調節する絞りと、前記絞りを前記光学系の光軸に対し垂直方向に移動させる絞り移動手段と、前記絞りに対し前記観察物側に設けられ、光源を備えて前記観察部位に向けて照明する同軸落射照明手段と、前記光学系、および前記絞り移動手段によって前記光軸に対し垂直方向に移動された前記絞りを介して光学的に得られる情報を電気信号に変換する光電変換装置と、前記光電変換装置によって変換された電気信号に対応する画像データを外部装置へ送信する通信手段と、前記光電変換装置、前記光源および前記通信手段へ電源を供給する蓄電池と、前記光学系、前記絞り、前記同軸落射照明手段、前記光電変換装置および前記通信手段を収容する筐体と、前記筐体の略全体を覆う弾性体カバーと、を有することを特徴とする。

これにより、観察物の所定の観察部位を確実にかつ正確に観察することができるとともに、観察した結果の共有化に寄与することができるという作用効果を有する。また、弾性体カバーで筐体の略全体を覆うようにしているので、精密性が要求される光学系を軽度の衝撃から保護することができるという作用効果を有する。

請求項２に記載の本発明の観察装置は、請求項１記載の発明において、前記外部装置は、前記通信手段からの画像データをデータ処理し、少なくとも前記観察部位の位置または寸法を算出するコンピュータである、ことを特徴とする。

これにより、外部装置としてのコンピュータによって、観察装置による観察の結果である画像データをデータ処理（画像処理）することにより、観察物の観察部位の位置または寸法を算出することができるという作用効果を有する。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記蓄電池に蓄積される電力を発電する発電コイルをさらに有する、ことを特徴とする。

これにより、外部からの電磁誘導により電力を供給することができるという作用効果を有する。

請求項４に記載の本発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、前記弾性体カバーは、前記光学系の光軸と直交する断面形状において、外部から見て３箇所の凸部状に形成された部位を有する、ことを特徴とする。

これにより、観察装置を工作機械から取り外してテーブル等へ載置したときに、当該観察装置の安定性を確保することができるという作用効果を有する。

本発明によれば、観察物における所定の観察部位を確実にかつ正確に観察することができるという有効な効果が得られる。

また、本発明によれば、同軸落射照明により、観察物の観察部位をより確実にかつ正確に観察することができるという有効な効果が得られる。

さらに、本発明によれば、光電変換装置によって、光学系、および当該光学系の光軸に対し垂直方向に移動された状態の絞りを介して光学的に得られる情報（観察部位に対応する光学像）を電気信号に光電変換することができるので、この光電変換されたデータ（画像データ）を共有のデータとして用いることが可能であり、観察物の観察部位を確実にかつ正確に観察することができるとともに、観察した結果の共有化に寄与することができるという有効な効果が得られる。

さらに、本発明によれば、観察部位が穴の側壁、あるいは溝や壁の壁面であっても、確実にかつ正確に観察することができるという有効な効果が得られる。

さらに、本発明によれば、弾性体カバーで筐体の略全体を覆うようにしているので、精密性が要求される光学系を軽度の衝撃から保護することができるという有効な効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）

図１は本発明の観察装置の原理を説明する図、図２は本発明の実施の形態１における観察装置の構成を示す断面図、図３は図２に示した観察装置の電気系を示す構成図、図４は図２に示した観察装置を工作機械保持部側から見た図、図５は本実施の形態１に係る観察装置による観察対象の観察を説明する図、図６は本実施の形態１に係る観察装置による観察対象の観察を説明する図、図７は本実施の形態１に係る観察装置による観察対象の観察を説明する図、図８は本実施の形態１に係る観察装置による観察対象の観察を説明する図、図９は本実施の形態１に係る観察装置による観察対象の観察を説明する図である。

本発明の観察装置の原理について図１を参照して説明する。

図１（ａ）、（ｂ）において、加工物（観察物）１０には穴１１が形成され、この穴１１の壁面１２には溝が形成されている。このような加工物１０の配置位置から所定の距離離間して対物レンズ４０が配置され、この対物レンズ４０の配置位置から、加工物１０に対し遠ざかる方向で所定の距離離間して、後述する光学像の光量を調節するための絞り５０が配置されている。

ここでは、対物レンズ４０と絞り５０とで観察装置が構成されている。また、穴１１や壁面１２に形成された溝が加工物１０の加工部位（観察部位）に相当する。

図１（ａ）に示すように、加工物１０の物点２０の像面の位置で、絞り５０が光軸６０上に存在するとき、物点２０と物点３０の像面７０での光線の結像点２１と結像点３１との差が小さいので、壁面１２における物点３０の溝の側壁はほとんど見えない。

これに対し、図１（ｂ）に示すように絞り５０の開口部の中心５１を光軸６０に対し垂直方向に移動（この例では紙面に対し下側に移動）させることにより（離芯させることにより）、像面７０での光線の結像点２１と結像点３２との差が大きくなり、壁面１２における物点２０から物点３０までの区間１３の溝の側壁が傾いたように見える。

次に、このような本発明の観察装置の詳細について、図２を参照して説明する。

ここで、加工物１０に対し加工を施す図示しない工作機械（ＮＣ工作機械）は、例えばＮＣフライスマシンであり、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能なＸＹテーブルと、Ｚ軸を中心とする回転軸（基準軸）とを備えている。加工物１０は、このＸＹテーブルの所定の位置に固定されるようになっている。図２では、加工物１０には工作機械による加工により加工部位１５が形成されていることが示されている。また、この工作機械（ＮＣ工作機械）においては、上記回転軸に切削工具が取り付けられ、この切削工具を用いて加工物に対する加工が施される。

本実施の形態１では、加工部位１５は、微細な加工状態であり、例えば穴および溝のうち少なくとも１つである。このような加工部位の観察対象は光軸に平行な面であり、例えば加工部位１５が穴の場合には当該穴１５の側壁であり、加工部位１５が溝の場合は当該溝の側壁であり、加工部位１５が外壁や内壁の場合にはその壁面である。

さて、図２に示すように、観察装置１００は、レンズＧ１、レンズＧ２、ハーフミラーＧ３、反射鏡Ｇ４、集光レンズＧ５、工作機械保持部１１０、絞り５０を含む絞り移動機構１２０、撮像装置（光電変換装置）１３０、光源１４０、筐体(ケース）１５０、筐体１５０の外側に設けられる発電コイル１６０、および弾性体カバー１７０を備えている。

工作機械保持部１１０は、図示しない工作機械の基準軸（回転軸）に着脱可能に装着される切削工具の工作機械保持部と同等の形状になっており、切削工具に代替して工作機械（図示せず）の基準軸（回転軸）に容易に着脱可能に装着される。

工作機械保持部１１０が工作機械の基準軸に装着されたときは、この工作機械の基準軸の中心と観察装置１００の光学系の基準軸つまり光軸１８０（図１（ａ）、（ｂ）の光軸６０に相当）とが一致するようになっている。

本実施の形態１では、レンズＧ１、レンズＧ２、ハーフミラーＧ３、反射鏡Ｇ４および集光レンズＧ５の各光学素子で、加工部位１５に対応する光学像を得るための光学系を構成している。しかし、後述する照明系に含まれる光学素子を除いた場合、光学系はレンズＧ１およびレンズＧ２であると言える。

また、レンズＧ１およびレンズＧ２で対物レンズ１２（図１（ａ）、（ｂ）の対物レンズ４０に相当）を構成している。

さらに、光源１４０、集光レンズＧ５、反射鏡Ｇ４およびハーフミラーＧ３で照明系つまり同軸落射照明を行う同軸落射照明手段を構成している。

この同軸落射照明手段においては、光源１４０から出照された光は、集光レンズＧ５を通過して反射鏡Ｇ４で反射し、この反射された光の一部は、ハーフミラーＧ３で反射して、対物レンズＧ１２から同軸落射照明として加工物１０を照明する。すなわち、光源１４０から出照された光は、同軸落射照明として加工物１０を照明する。

加工物１０の内部で反射された光は対物レンズＧ１２を通過し、この通過した光の一部は、ハーフミラーＧ３を通過するとともに絞り５０を通過し、撮像装置１３０によって受光される。

撮像装置１３０は、受光した光、すなわち光学系、および絞り５０特に当該光学系の光軸１８０に対し垂直方向に移動された状態の絞り５０を介して光学的に得られる情報（観察対象の加工物１０の加工状態に対応する光学像）を電気信号に光電変換する。具体的には、加工部位１５、または加工部位１５を含む被写体（加工物１０）の光学像を電気信号に変換する。この電気信号に変換された光学像は画像としてデータ化される。

絞り５０を含む絞り移動機構（絞り移動手段）１２０は、絞り５０を垂直移動および回動（回転）移動させる構造になっており、例えばネジ（図示せず）を回転させることにより、このネジの回転に従動して絞り５０を光軸１８０に対し垂直方向に移動させるようになっている。図２の例では、絞り５０の開口部の中心５１（図１）は、光軸１８０に対し垂直方向に距離ｄだけ移動されている（離芯している）。

また、絞り移動機構１２０は、例えば回転移動構造（図示せず）を光軸１８０に対し垂直な面と平行に回転させることにより、例えば距離ｄ（半径ｄ）を維持した状態で絞り５０を回転移動させることができる。つまり、絞り移動機構１２０の回転移動構造を３６０度回転させた場合には、絞り５０の開口部の中心と光軸１８０との光軸１８０上の交点を中心として、例えば半径ｄ（距離ｄ）の円が描かれる。すなわち、絞り５０の開口部の中心が円の軌跡を描く。

したがって、加工物１０の加工部位１５に関し、当該加工部位１５に係る穴の側壁、あるいは溝や壁（外壁、内壁）の壁面を３６０度観察対象とすることができる。

筐体１５０は、対物レンズＧ１２（レンズＧ１，Ｇ２）、ハーフミラーＧ３、反射鏡Ｇ４、集光レンズＧ５、絞り５０を含む絞り移動機構１２０、撮像装置１３０、光源１４０、後述する電源制御部２１０、蓄電池２２０および通信装置２３０を収容している。

筐体１５０の撮像装置１３０側の開口部と工作機械保持部１１０とが密着されているので、観察装置１００は気密構造になっている。

発電コイル１６０は、筐体１５０の外側に所定の巻数Ｎで巻回されており、外部からの電磁誘導により電力が供給されるようになっている。

弾性体カバー１７０は、弾性体で形成されており、発電コイル１６０、筐体１５０、および筐体１５０と工作機械保持部１１０との密着部分を覆う、つまり筐体１５０の略全体を覆う。このように観察装置１００の筐体１５０の略全体を弾性体である弾性体カバー１７０で覆うことにより、筐体１５０内に配置されている光学系の保護（軽度の衝撃、切削油、切削粉等からの保護）を実現している。

次に、上述した観察装置１００の電気系について、図３を参照して説明する。

観察装置１００は、電気系として、図２に示した撮像装置１３０、光源１４０および発電コイル１６０に加えて、電源制御部２１０、蓄電池２２０および通信装置２３０を備えている。

電源制御部２１０は、外部からの電磁誘導により発電コイル１６０で発電された電源（電力）を制御、例えば交流電力（ＡＣ電圧）を直流電力（ＤＣ電圧）へ変換（ＡＣ／ＤＣ変換）するなどの制御を行う。

蓄電池２２０は、電源制御部２１０によって生成された直流電力を蓄積し、この直流電力（直流電源）を、撮像装置１３０、光源１４０および通信装置２３０へ電源として供給する。

通信装置（通信手段）２３０は、例えば無線通信により、撮像装置１３０からの画像データ（加工部位に対応する画像データ）を外部通信装置２４０または外部通信装置２６０を介して、外部装置、例えばコンピュータ２５０または表示装置２７０へ送信する。

具体的には、外部装置をコンピュータ２５０とした場合では、通信装置２３０からの画像データは、外部通信装置２４０によって受信され、さらに、画像処理を行う画像処理装置、ＮＣ制御を行うＮＣ制御装置などのコンピュータ２５０に入力される。コンピュータ２５０（例えば画像処理装置）では、受信した画像データをデータ処理し、例えば少なくとも観察対象の加工部位（加工部位１５）の位置または寸法をＮＣ制御装置のデータを利用して算出する。

なお、加工部位（加工部位１５）の位置または寸法の算出に際しては、更に工作機械から出力される寸法情報をも利用するようにして、寸法測定精度を向上させることが望ましい。

また、外部装置をコンピュータ２５０に代替して表示装置（表示手段）２７０とした場合では、通信装置２３０からの画像データは、外部通信装置２６０を介して表示装置１７０に入力され、表示装置２７０によって画像データに対応する表示情報として表示される。勿論、画像データを表示情報として表示する場合、画像データを、外部通信装置２４０を介してコンピュータ２５０が受信し、コンピュータ２５０に接続される表示装置で表示するようにしてもよい。

上述したように外部からの電磁誘導により発電コイル１６０で発電された電源（電力）を基に得られた直流電源を、撮像装置１３０、光源１４０および通信装置２３０へ供給することができるので、観察装置１００は独立した装置として成立し、切削工具と同等に取り扱うことが可能である。

次に、図２に示した観察装置１００を工作機械保持部１１０側から見た様子の概略について、図４を参照して説明する。

観察装置１００においては、図４に示すように、部位１７１、部位１７２、部位１７３の３箇所は、外部（弾性体カバー１７０の外側）から見て凸部状に形成されている。このように３箇所の凸部状の部位１７１，１７２，１７３が存在することにより、観察装置１００を工作機械から取り外してテーブル等へ載置したときに、当該観察装置１００の安定性が確保される。

部位１７１近傍の空間１７１Ａには、上述した照明系（同軸落射照明手段）の一部、すなわち図２に示した光源１４０、集光レンズＧ５および反射鏡Ｇ４が配置される。なお、同軸落射照明手段に含まれるハーフミラーＧ３は、図４の工作機械保持部１１０の配置位置に対応する位置に配置される。

また、部位１７２近傍の空間１７２Ａおよび部位１７３近傍の空間１７３Ａには、図３の電源制御部２１０、蓄電池２２０および通信装置２３０が配置される。

なお、図４におけるＡ−Ａ断面の方向から観察装置１００を見た様子が、図２に示されている。

ところで、本実施の形態１では、図２に示した観察装置１００の構成において、工作機械保持部１１０および撮像装置１３０を削除した構成とすることも可能である。この場合、対物レンズＧ１２と対向する側面は開口されている。そのため当該観察装置の開口部から、目視による観察、あるいはカメラによる観察対象（被写体）の写真撮影を行うことができる。

また、本実施の形態１では、光電変換装置の一例として撮像装置１３０を適用した場合が示されているが、例えば光メディアの読み取りに用いられる光センサを適用し、加工部位の加工状態の良否に応じて出力を異ならせるようにしてもよい。

工作機械に固定された観察物（加工物）は、Ｍ３×０．５、全長１２ｍｍの六角ナットである。このような六角ナットを観察装置１００で観察した様子を、上述した図１および図２、後述する図５〜図９を参照して説明する。

図１（ａ）に示したように、絞り５０の開口部の中心５１が光軸６０（図２の光軸１８０に相当）上に存在する状態（第１の観察状態）の観察装置によって、六角ナット（図１（ａ）の加工物１０に相当）の上面を写真撮影した。このときの写真を図５に示す。この図５から分かるように、絞り５０の開口部の中心５１が光軸６０上に存在する場合では、六角ナットの内壁面を観察することはできない。

次に、上記第１の観察状態から、絞り移動機構１２０（図２参照）を調整して絞り５０を光軸６０に対し垂直方向に移動させた状態（第２の観察状態）に変化させた。そして、加工状態（六角ナットのねじ部分）を第２の観察状態で写真撮影した。このときの写真を図６に示す。この図６から分かるように、六角ナットの上面近傍の内壁面（図７の内壁面３１０）を明確に観察することができ、下面側に行くに従って内壁面はぼやけて見える。なお、図７は、図６に示した写真と同様の図であり、内壁面を説明するための図である。

さらに、上記第２の観察状態から、ピントの位置を六角ナットの下面側に合わせた状態（第３の観察状態）に変化させた。そして、加工状態（六角ナットのねじ部分）を第３の観察状態で写真撮影した。このときの写真を図８に示す。この図８から分かるように、六角ナットの下側の内壁面（図９の内壁面３１０）を明確に観察することができる。なお、図９は、図８に示した写真と同様の図であり、内壁面を説明するための図である。

したがって、六角ナットの内壁面を観察するときは、上述した第２の観察状態および第３の観察状態にして、当該内壁面を観察することで、六角ナットの上面側および下面側のそれぞれの内壁面を明確に観察することができる。

以上説明したように、本実施の形態１では、次の（１）〜（１２）の作用効果を得ることができる。

（１）観察装置本体を工作機械の切削工具と同様に取り扱える形状とし、工作機械の基準軸と光学系の基準軸（光軸）とを一致させ、しかも加工物の観察のときに、絞りを光学系の光軸に対し垂直方向に移動させるようにしているので、加工物を工作機械から取り外すことなく、加工物の穴の側壁や溝あるいは壁の壁面の加工状態を、確実にかつ正確に観察することができる（図６〜図９参照）。

（２）特に、従来の技術においては極めて困難であった穴の直径や溝幅よりも深い場所の観察、観測をする場合においては、加工物を工作機械から取り外すこと無く、金属顕微鏡等により観察する場合の観察対象と同等の加工形状（微細な加工状態）を、確実にかつ正確に観察することができる（図６〜図９参照）。

（３）本来であれば光学機器としての観察装置は精密機器であるので慎重に取り扱う必要がある。しかし、本発明に係る観察装置１００においては、弾性体カバー１７０で筐体１５０の略全体を覆うようにし、この弾性体カバー１７０により光学系を衝撃から保護するようにしているので、精密機器のため慎重に取り扱わなければならないという、作業者の精神的な負担を軽減することができる。また、弾性体カバー１７０を設けることにより、光学系の衝撃による不良を軽減させ、しかも光学性能を維持するための保守が容易になるので、保守費用のコストダウン化を図ることができる。

（４）工作機械（ＮＣ工作機械）の基準軸に装着されている観察装置１００による、ＸＹテーブルに取り付けられた加工物（観察対象）の観察中に、当該加工物がＸ方向またはＹ方向に移動されなかった場合は、観察装置１００に代替して切削工具を工作機械の基準軸に取り付けることで、当該加工物に対する加工を再開することができる。

（５）工作機械（ＮＣ工作機械）の基準軸に装着されている観察装置１００による、ＸＹテーブルに取り付けられた加工物（観察対象）の観察中に、当該加工物がＸ方向またはＹ方向に移動され場合は、その移動量をＮＣ工作機械により検出することができる。そのため、加工物に接触することなく当該加工物の長さを測定することができる。このことにより、加工物を工作機械から一旦取り外して、長さ測定用の検査装置に移動させる必要性がない。

（６）加工開始時から工作機械（ＮＣ工作機械）に固定されている加工物は、加工原点が変化しないため、随時、観察装置による検査（観察）やＮＣ工作機械による追加加工を行うことができる。これにより、加工初期段階における致命的な不良が発見された場合は、その時点で不良となった加工物に対する加工を中止することで、その不良が発見された後の無駄な加工をする必要が無くなり、加工時間の大幅な節約が可能である。

（７）加工寸法の測定基準は工作機械（ＮＣ工作機械）に依存しており、工作機械（ＮＣ工作機械）に固定された加工物に接触することなく、当該加工物を本発明に係る観察装置１００（の撮像装置１３０）によって撮像された光学像に対応する画像データを基に、画像処理装置等のコンピュータが画像処理することにより当該加工物の寸法測定を行うことができる。そして、コンピュータは、ＮＣ工作機械に依存する加工寸法の測定基準と、実際の画像処理により得られた寸法とを比較することで、加工物の正確な測定を行うことができる。

（８）観察装置１００の着脱を繰り返し行うことで、加工物に対する寸法測定誤差が発生した場合は、観察装置１００の着脱に不備があったと考えられる。このことは切削工具の交換においても同様の現象が発生していると考えられるので、観察装置１００による加工物の観察に基づき加工物に対する寸法測定誤差が検出された場合は、この寸法測定誤差の検出以前に加工した加工物の使用を中止（あるいは出荷中止）、切削工具を正確に工作機械に装着するなどの対策を施すことができる。これにより加工物の不良を未然に防止することができ、品質管理の向上を図ることができる。

（９）撮像装置１３０により光学的に得られる情報（光学像）を電気信号に変換しているため、この電気信号（画像データ）を通信装置２３０による無線通信により、画像処理装置やＮＣ制御装置などコンピュータを利用した機器との接続が容易である。また、コンピュータの持つ利点、例えば画像データの保存、データ処理（画像処理）、画像処理結果に基づく処理（寸法測定）などを最大限に利用することができる。

（１０）弾性体カバー１７０を装備し、しかも観察装置全体を気密構造にしているので、軽度の衝撃、切削油、切削粉などから、上述した光学系および照明系を保護することができる。

（１１）弾性対体カバー１７０を装備し、しかも観察装置全体を気密構造にしているので、切削工具と同様に取り扱えるため、作業者が誤って切削液などを観察装置１００に付着させたとしても、当該観察装置１００に付着された切削液などを清掃するときに、誤って光学系の構成要素である光学素子を移動させることがない、すなわち光学系の基準軸（光軸）を狂わせることはない。このため常に正確な光学系の基準軸を維持することができる。

（１２）観察装置１００では、通信装置２３０による例えば無線通信により、撮像装置１３０の光電変換により得られたデータ（画像データ）を外部装置へ送信するようにしているので、この外部装置、例えば画像処理装置やＮＣ制御装置などコンピュータが取得した画像データや、この画像データをデータ処理することで得られた情報を、観察者を含む複数の者で共有することができる。なお、有線通信によりデータを送信するようにしてもよいことはもちろんである。

（実施の形態２）

図１０は本発明の実施の形態２における観察装置の原理を説明する図、図１１は図１０（ａ）の観察装置でナットのレンズ側に一番近い面を撮影した図、図１２は図１０（ｂ）の観察装置でナットのレンズ側に一番近い面を撮影した図、図１３は図１０（ｂ）の観察装置でナットとレンズとの距離を近づけてナットの内壁面を撮影した図、図１４は図１０（ａ）の観察装置で方眼紙を撮影した図、図１５は図１０（ｂ）の観察装置において絞りの開口部の中心を光軸から離れた焦平面に配置して方眼紙を撮影した図、図１６は図１１〜図１３を得た光学系を構成する観察装置のレイアウトを示す図、図１７は図１４および図１５を得た光学系を構成する観察装置のレイアウトを示す図である。

なお、本実施の形態の観察装置は、絞りが光学系（ここでは、対物レンズ４０）の像側の焦点を通り当該光学系の光軸に対して垂直な平面である焦平面上に配置され、さらに絞り５０の開口部の中心５１が光学系の光軸６０から距離ｄだけ離芯している点を除き、上述した実施の形態１と同様であるため、重複した説明は省略されている。

図１０（ａ）は実施の形態１にて説明した図１（ａ）と略同一のものであり、絞り５０の開口部の中心５１を光軸６０上にある像側の焦点Ｆに置き、絞り５０の開口部の中心５１を光軸６０と一致させるように配置したものである。

一方、図１０（ｂ）は本発明の実施の形態２の観察装置の原理を示すもので、絞り５０を、当該絞りの開口部の中心５１を光軸６０上にある像側の焦点Ｆを通り、光軸６０に対して垂直な平面、すなわち焦平面に配置したもので、さらに絞り５０の開口部の中心５１が光学系の光軸６０から距離ｄだけ離芯している。

なお、図１０（ｂ）において、レンズ４０の物体側面、すなわち光学系を構成するレンズで物体に最も近いレンズ面を第１面とした場合、第１面の曲率半径あるいは第１面の光軸近傍の曲率半径が２．５ｍｍ以上の凸面となっている。但し、これ以外の曲率半径の凸面、または平面、または凹面となっていてもよい。

このような構成において、図１０（ａ）に示すように、加工物１０の物点２０の像面の位置で、絞り５０が光軸６０上に存在するとき、物点２０と物点３０の像面７０での光線の結像点２１と結像点３１との差がないので、壁面１２における物点３０の溝の側壁は見えない。

これに対し、図１０（ｂ）に示すように、絞り５０を焦平面上で、且つその開口部の中心５１を光軸６０に対して離芯させることにより、像面７０での光線の結像点２２と結像点３２との差が出現し、壁面１２における物点２０から物点３０までの区間１３の溝の側壁が傾いたように見える。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）において、撮像装置として対角６ｍｍ縦横比３：４のＣＣＤビデオカメラを用い、この撮像装置を、光軸６０をＺ軸とした光軸上に像面が光軸と直交するようなＸＹ平面に配置し、光軸６０上に配置した観察物としてのナット（Ｍ２（Ｐ＝０．４））、および方眼紙を撮影した。なお、方眼紙は光軸６０から約３０度傾けて撮影した。

図１１は図１０（ａ）の観察装置でナットのレンズ側に一番近い面を撮影した図である。図１２は図１０（ｂ）の観察装置でナットのレンズ側に一番近い面を撮影した図である。図１３は図１０（ｂ）の観察装置でナットとレンズとの距離を相互に７ｍｍ接近する方向に移動させてナットの内壁面を撮影した図である。

また、図１４は図１０（ａ）の観察装置で方眼紙を撮影した図である。図１５は図１０（ｂ）の観察装置において絞りの開口部の中心を光軸から５ｍｍ離れた焦平面に配置して方眼紙を撮影した図である。

図１１〜図１３を得た光学系を構成する観察装置のレイアウトを図１６に示す。

所定の諸特性を持った写真レンズ（レンズ）４０を入射側、射出側を逆に用い、図面左側から順に、照明、ナット（加工物）１０、絞り５０、撮像手段の像面７０を配置した。

ここで、ナット１０のレンズ側端面より像側に１１０ｍｍ離れた位置にレンズ鏡筒４０ａの基準を配置した。また、レンズ鏡筒４０ａの基準から像側に８７．５ｍｍ離れた位置に、レンズ４０の光軸をＺ軸とし、当該光軸と直交するＸＹ平面に移動可能で、開口部の大きさを可変可能な絞り５０を配置した。さらに、レンズ鏡筒４０ａの基準から像側に２０８．６ｍｍの位置に、光軸をＺ軸とし、光軸と直交するＸＹ平面上に像面７０が位置するようにして撮像手段であるＣＣＤビデオカメラを配置し、このＣＣＤビデオカメラに像を得た。なお、絞り５０が配置されているレンズ鏡筒４０ａの基準から像側に８７．５ｍｍの位置は、このレンズ４０の像側の焦点の位置と一致する。

絞り５０の開口部の直径は３ｍｍであり、開口部の中心を光軸と離芯した焦平面上においた。なお、絞り５０の開口部中心の光軸に対する離芯量（移動量）は４ｍｍである。

これにより、図１０（ｂ）の状態では、絞り５０を光軸に対して垂直に移動させる前の図１０（ａ）の画像に寄与する有効な光線は、完全に遮光されることになる。

さて、本実施の形態２では、次のような作用効果を得ることができる。

図１０（ａ）においては、左側から加工物であるナット１０、主点４０−１および主点４０−１を通り光軸６０と直交する平面である主平面４０−２を備えたレンズ４０、像側焦点Ｆの位置に配置されて開口部の中心５１が光軸６０と一致した絞り５０、光軸６０と垂直に交わる像面７０が表されている。そして、具体的な位置関係は、絞り５０の開口部の中心５１が光軸と一致していることを除いて、図１６に示す通りである。

また、図１０（ａ）において、ナット１０の中心である物点８０、物点８０と光軸６０に垂直の位置にある物点２０、物点２０から光軸６０に平行にレンズ４０から離れる方向にある物点３０、物体側の焦点Ｆ’、像側の焦点Ｆ、物点８０の結像点８１、物点２０の結像点２１、物点３０の結像点３１、および結像に関わる主な光線、像側焦点Ｆに配置した絞り５０の開口部により作られ光軸６０上の物体側無限大の位置にできる入射瞳ＥＰが示されている。

図１０（ａ）の場合、物点８０は光軸６０上の物体側焦点Ｆ’、レンズ４０の主点４０−１、像側焦点Ｆを通り、光軸６０をＺ軸とし、この光軸６０と直交するＸＹ平面である像面７０にある結像点８１に像を結ぶ。

また、物点２０は光軸６０と平行な光線となり、レンズ４０の主平面４０−２で屈折され、像側焦点Ｆを通り、像面７０にある結像点２１に像を結ぶ。

さらに、物点３０は物点２０と同様の経路を通り、像側焦点Ｆと像面７０上にある結像点１３とを結ぶ直線上または延長線上に結像する。

入射瞳ＥＰは光軸６０上の像側焦点Ｆに設けられた絞りから、物体側焦点Ｆ’の側の無限大の位置にでき、その中心は光軸６０と一致する。

入射瞳ＥＰを通る主光線は、光軸６０と平行にレンズ４０に入射し、主平面４０−２、像側焦点Ｆを通り、像面７０に像を結ぶ。

レンズ４０には焦点のズレ等のような多少の誤差（収差）があっても実用上問題なく使用可能な許容範囲が存在し、物点３０が許容範囲にあると仮定すると、物点３０は物点２０と同じ経路を通り像面７０に像を結ぶ。しかしながら、物点３０は物点２０と同様な経路と同様な結像点となるので、結像点２１と結像点３１とは区別がつかない。

前述のようにレンズ４０には実用上問題なく使用可能な許容範囲が存在することと、入射瞳ＥＰが無限大の位置に存在することにより、３次元物体の射影像を２次元の平面である像面に像を結び、３次元物体の寸法を正確に計測することが可能になる。

次に、図１０（ｂ）についての説明を行う。

図１０（ｂ）においては、左側から加工物であるナット１０、主点４０−１および主点４０−１を通り光軸６０と直交する平面である主平面４０−２を備えたレンズ４０、光軸６０の像側焦点Ｆの位置において開口部の中心５１が光軸６０と距離ｄだけ離芯して像側の焦平面上に配置された絞り５０、光軸６０と直交する平面である像面７０が表されており、その具体的な位置関係は図１６に示す通りである。

また、図１０（ｂ）において、ナット１０の中心である物点８０、物点８０と光軸に垂直の位置にある物点２０、物点２０から光軸に平行にレンズから離れる位置にある物点３０、物体側の焦点Ｆ’、像側の焦点Ｆ、物点８０の結像点８２、物点２０の結像点２２、物点３０の結像点３２、および結像に関わる主な光線、主点４０−１と絞り５０の中心を結んだ線と光軸６０とからなる角度θ’、レンズ４０の諸特性と角度θ’との間で所定の関係を有する角度θ、光軸６０から角度θだけ傾いた線である仮想光軸６０ａ、および仮想光軸６０ａ上の無限大の位置にある入射瞳ＥＰ’、物点８０からの結像に関わる主な光線と主平面４０−２との交点８５、物点３０からの結像に関わる主な光線と主平面４０−２との交点３５、物点２０からの結像に関わる主な光線と主平面４０−２との交点２５が示されている。

図１０（ｂ）の場合、物点８０はレンズ４０の主平面４０−２上の交点８５を通り、像側の焦平面に離芯して配置された絞り５０を通り、交点８５と結像点８２とを結ぶ直線上または延長線上に像を結ぶ。

また、物点３０はレンズ４０の主平面４０−２上の交点３５から絞り５０を通り、交点３５と結像点３２とを結ぶ直線上または延長線上に像を結ぶ。

さらに、物点２０はレンズ４０の主平面４０−２上の交点２５から絞り５０をを通り、交点２５と結像点２２とを結ぶ直線上または延長線上に像を結ぶ。

レンズ４０には焦点のズレ等のような多少の誤差（収差）があっても実用上問題なく使用可能な許容範囲が存在し、物点８０、物点３０、物点２０が実用上問題なく使用可能な許容範囲にあると仮定すると、各点は像面７０にある結像点８２、結像点３２、結像点２２に結像する。

物体側の焦点Ｆを通過して光軸６０と角度θだけ傾きレンズ４０に入射する光線、およびその光線と平行な光線は、像側焦平面に像を結ぶことは良く知られている。また、光学系は一般的には可逆的なことは良く知られている。以上のことから、像側の焦平面を通過することが可能な光線は、物体側の焦点Ｆを通過して光軸６０と角度θだけ傾きを持った光線と、その光線と平行な光線が含まれることが分かる。

光軸６０から角度θだけ傾いた線を仮想光軸６０ａとすると、絞り５０の開口部の中心５１が像側焦平面にあることにより、物体側の仮想光軸６０ａ上の無限大の位置に入射瞳ＥＰ’ができる。

入射瞳ＥＰ’を通る光線である主光線は仮想光軸６０ａと平行になり、投影検査機用レンズと同様に仮想光軸６０ａと直交する平面から、レンズ４０に存在する実用上問題なく使用可能な許容範囲において３次元物体の射影像を２次元の平面である像面に結ぶことが可能であり、３次元物体の寸法を正確に計測することが可能となる。

このように、本実施の形態によれば、レンズ４０の光軸６０を傾けることなく、光軸６０と角度θだけ傾いた仮想光軸６０ａに投影検査機用レンズを配置した光学系と同等の画像を得ることができる。

そして、像面７０に発光点をおくことにより、レンズ４０に存在する実用上問題なく使用可能な許容範囲で、３次元物体に２次元の平面である光点を投影することが可能であり、光の持つエネルギーを３次元的に照射することができる。

そして、本実施の形態によれば、レンズ４０の光軸６０を傾けることなく、光軸６０と角度θだけ傾いた仮想光軸６０ａに直交する平面へ光のエネルギーを照射することができる。

次に、図１４および図１５を得た光学系を構成する観察装置のレイアウトを図１７に示す。

方眼紙９０に目印として黒点Ｐを付け、黒点Ｐをつけた方眼紙９０を光軸６０と約３０度の角度で交わるように配置し、黒点Ｐと光軸６０を一致させ（Ｚ方向を光軸６０とした）、絞り５０を像側焦点Ｆの位置に配置し、開口部の中心５１を光軸６０と一致させ、物点である黒点Ｐが像面７０であるＣＣＤカメラに像を結ぶように方眼紙９０とレンズ４０の間隔を調整し、図１４に示す像を得た。

図１４では、レンズ４０に存在する実用上問題なく使用可能な許容範囲では、方眼紙９０の目盛りが鮮明に写っており、許容範囲から外れる所では目盛りが不鮮明にぼやけて写っていることが確認できる。

絞り５０を像側焦点Ｆの位置に配置し、開口部の中心５１を光軸６０と一致させた状態から、光軸方向（Ｚ軸方向）の位置関係を変えることなく、絞り５０の開口部の中心５１を像側焦平面のＹ軸方向に距離ｄ（例えば５ｍｍ）移動させ、図１５に示す像を得た。

図１５では、レンズ４０に存在する実用上問題なく使用可能な許容範囲では、方眼紙９０の目盛りが鮮明に写っており、許容範囲から外れる所では目盛りが不鮮明にぼやけて写っていることが確認できる。

そして、図１４および図１５においては、レンズ４０に存在する実用上問題なく使用可能な許容範囲では像の差異は確認できず、目印とした黒点Ｐの移動も認められない。

このように、図１４および図１５で目印とした黒点Ｐの移動が認められないことから、光軸６０と直角に交わるＸ軸を中心に、光軸６０と角度θだけ傾いた投影検査機用レンズを配置した光学系と同等の画像を得ることができる。

さらに、絞り５０の開口部の中心５１を像側焦平面のＸ軸方向に移動させることにより、光軸６０と直角に交わるＹ軸を中心に、光軸６０と角度θだけ傾いた投影検査機用レンズを配置した光学系と同等の画像を得ることができる。

これにより、物体のＸＹ平面と光軸６０が交わる物点８０を中心にレンズ４０を傾けた場合と同等の画像を得ることができる。

さらに、図１４および図１５で目印とした黒点Ｐの移動が認められないことから、物点と一致させた軸を持つ光学系の保持機構が不要になる。

同様に、物体のＸＹ平面と光軸６０が交わる物点８０を中心に物体を傾けた場合と同等の画像を得ることができる。

これにより、レンズの光軸６０と直交する平面を得るために、物体を傾ける機構が不要になる。

さらに、レンズ４０に存在する実用上問題なく使用可能な許容範囲で、３次元物体の仮想光軸６０ａと直交する平面の射影像を２次元の像面に結び、得られた像から正確に寸法を計測することができる。

レンズ４０の諸特性と角度θ’との間で所定の関係を有する角度θが求められることにより、像側焦平面に配置された絞り５０の移動量から光軸６０と仮想光軸６０ａとのなす角度θを求めることができ、物点８０を中心に物体を傾けた場合と同等の画像に対し、高精度な角度補正を行うことができる。このことにより、高精度な計測を行うことが可能になる。

なお、穴の直径や溝幅に比較して深さが深い穴や溝を観察部位とする場合には、一旦焦平面に配置された絞り５０の開口部の中心５１を光軸６０と一致させ、観察物の近傍でレンズ４０に近い側の表面の像を得るように調整する。

その後、絞り５０の開口部の中心５１を像側焦平面のＸ軸方向やＹ軸方向に絞り５０の開口部の中心５１を移動させることにより、光軸６０と直角に交わるＹ軸やＸ軸を中心に光軸６０と角度θだけ傾いた投影検査機用レンズを配置した光学系と同等の画像を得られる。

さらに、ナットなどの観察物とレンズ４０との距離を接近させることで、仮想光軸６０ａと直交する平面の射影像を得ることができる。この場合、光学系全体を動かしているので、光軸６０と仮想光軸６０ａの角度や得られた画像の倍率は変化しない。

このことにより、レンズ４０の実用上問題なく使用可能な許容範囲が狭くとも、仮想光軸６０ａと直交する平面の射影像を連続的に得ることが可能となる。

また、観察部位に違いがあったときは、観察物を光軸６０と直交する平面に沿って移動させるか、または光学系全体を光軸６０と直交する平面に沿って移動させることにより、光軸６０と仮想光軸６０ａの角度や得られた画像の倍率を変化させることなく、目的の観察対象を観察することや計測することが可能となる。

このことにより、加工物の穴の側壁または溝の側壁を観察や計測するために加工物を傾けたり光学系全体を傾ける必要がなく、レンズの光軸６０をＺ軸とすると、絞り５０の開口部の中心５１を光軸６０と直交するＸＹ方向へ移動させるのみで、３次元物体の仮想光軸６０ａと直交する平面上にある穴の側壁または溝の側壁の観察や計測を行うことが可能となる。

ここで、光軸方向をＺ方向とした場合、加工物の穴の直径または溝幅はＸＹ平面にあり、穴の深さまたは溝の深さはＺ方向になる。このＸＹ平面の大きさと深さの関係がＸ＜Ｚ，Ｙ＜Ｚとなる場合、本実施の形態の観察装置を用いれば、簡単に観察や計測を行うことが可能になる。

なお、レンズ４０の諸特性を向上させる目的で補正レンズを光学系に追加する場合には、当該補正レンズは、像側焦点Ｆと像面７０との間の光軸６０上に配置する。

また、観察部位が貫通穴の場合には、仮想光軸６０ａと光軸６０とがなす角度θと物点２０、物点３０の延長線上から、光軸６０と角度θでレンズ４０から遠い側に角度θの光線を含む照明の光源を配置する。

さらに、照明や像面７０に配置した発光点の光源として、レーザ光線等のように自然光と比べて位相の揃った光を放射できる光源を用いることにより、計測精度や照射精度の向上等を図ることができる。

本発明は、観察装置は切削工具と同様に使用（取り扱うことが）できることから、ドリル、エンドミルを切削工具として使用している工作機械で加工される加工品の全ての加工部位、例えば穴の側壁、および溝や壁の壁面を観察する観察装置に適用することができる。

のみならず、本発明の観察装置は、必ずしも工作機械の基準軸に着脱可能に装着されている必要はなく、工作機械とは独立した観察装置とすることもできる。したがって、本発明の観察装置は、工作機械の所定の位置に固定されている加工物における工作機械により加工された加工部位の観察に限定されるものではなく、広く種々の観察物における所定の観察部位の観察に適用することができる。

また、ワイヤーカットや放電加工で加工される内壁面、例えば（１）線材を作製する時に使用されるダイスの内壁面の傷検査、（２）異形材の押し出し及び引き抜き型の内壁面の観察、また、ドリルの摩耗により傷が出来ると電気的な信頼性を著しく低下させることが判明している多層プリント配線基板の内径状態の検査、また、ナノテクノロジーの進歩に伴う微細加工時における光軸と平行な部位など各種の観察を行う場合の観察装置に適用することができる。

本発明の観察装置の原理を説明する図である。 本発明の実施の形態１における観察装置の構成を示す断面図である。 図２に示した観察装置の電気系を示す構成図である。 図２に示した観察装置を工作機械保持部側から見た図である。 本実施の形態１に係る観察装置による観察対象の観察を説明する図である。 本実施の形態１に係る観察装置による観察対象の観察を説明する図である。 本実施の形態１に係る観察装置による観察対象の観察を説明する図である。 本実施の形態１に係る観察装置による観察対象の観察を説明する図である。 本実施の形態１に係る観察装置による観察対象の観察を説明する図である。 本発明の実施の形態２における観察装置の原理を説明する図である。 図１０（ａ）の観察装置でナットのレンズ側に一番近い面を撮影した図である。 図１０（ｂ）の観察装置でナットのレンズ側に一番近い面を撮影した図である。 図１０（ｂ）の観察装置でナットとレンズとの距離を近づけてナットの内壁面を撮影した図である。 図１０（ａ）の観察装置で方眼紙を撮影した図である。 図１０（ｂ）の観察装置において絞りの開口部の中心を光軸から離れた焦平面に配置して方眼紙を撮影した図である。 図１１〜図１３を得た光学系を構成する観察装置のレイアウトを示す図である。 図１４および図１５を得た光学系を構成する観察装置のレイアウトを示す図である。

符号の説明

１０ 加工物（観察物）
１１ 穴
１２ 壁面
２０ 物点
２１ 結像点
２２ 結像点
２５ 交点
３０ 物点
３１ 結像点
３２ 結像点
３５ 交点
４０ 対物レンズ（レンズ）
４０ａ レンズ鏡筒
４０−１ 主点
４０−２ 主平面
５０ 絞り
５１ 絞りの開口部の中心
６０ 光学系の光軸
６０ａ 仮想光軸
７０ 像面
８０ 物点
８１ 結像点
８２ 結像点
８５ 交点
９０ 方眼紙
１００ 観察装置
１１０ 工作機械保持部
１２０ 絞り移動機構（絞り移動手段）
１３０ 撮像装置（光電変換装置）
１４０ 光源
１５０ 筐体
１６０ 発電コイル
１７０ 弾性体カバー
１８０ 光学系の光軸
２１０ 電源制御部
２２０ 蓄電池
２３０ 通信装置（通信手段）
２４０，２６０ 外部通信装置
２５０ コンピュータ
２７０ 表示装置（表示手段）
Ｆ 像側の焦点
Ｆ’ 物体側の焦点
Ｇ１，Ｇ２ レンズ
Ｇ３ ハーフミラー
Ｇ４ 反射鏡
Ｇ５ 集光レンズ
Ｇ１２ 対物レンズ
Ｐ 黒点

Claims (4)

1. 工作機械の基準軸に着脱可能に装着され、前記工作機械の所定の位置に固定されている加工物である観察物における前記工作機械により加工された加工部位を観察部位として観察する観察装置であって、
   光学系の光軸に平行な面である前記観察部位に対応する光学像を得るための光学系と、
   前記光学系の像側の焦点を通り当該光学系の光軸に対して垂直な平面である焦平面上に配置されるとともに開口部の中心が前記光学系の光軸から離芯して配置され、前記光学像の光量を調節する絞りと、
   前記絞りを前記光学系の光軸に対し垂直方向に移動させる絞り移動手段と、
   前記絞りに対し前記観察物側に設けられ、光源を備えて前記観察部位に向けて照明する同軸落射照明手段と、
   前記光学系、および前記絞り移動手段によって前記光軸に対し垂直方向に移動された前記絞りを介して光学的に得られる情報を電気信号に変換する光電変換装置と、
   前記光電変換装置によって変換された電気信号に対応する画像データを外部装置へ送信する通信手段と、
   前記光電変換装置、前記光源および前記通信手段へ電源を供給する蓄電池と、
   前記光学系、前記絞り、前記同軸落射照明手段、前記光電変換装置および前記通信手段を収容する筐体と、
   前記筐体の略全体を覆う弾性体カバーと、
   を有することを特徴とする観察装置。
2. 前記外部装置は、前記通信手段からの画像データをデータ処理し、少なくとも前記観察部位の位置または寸法を算出するコンピュータである、
   ことを特徴とする請求項１記載の観察装置。
3. 前記蓄電池に蓄積される電力を発電する発電コイルをさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の観察装置。
4. 前記弾性体カバーは、前記光学系の光軸と直交する断面形状において、外部から見て３箇所の凸部状に形成された部位を有する、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の観察装置。