JPH0473709A - 携帯顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、大型機械部品の供用中検査に使用される携帯
顕微鏡に関する。

［従来の技術］ 従来、大型機械部品の供用中検査に使用される携帯顕微
鏡としては、携帯用光学顕微鏡が用いられている。また
、詳細な組織調査のためには調査位置の組織をプラスチ
ック膜に写し取り（レプリカ法）、これを電子顕微鏡に
よって調査する方法が行なわれている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記携帯用光学顕微鏡は、光源として可視光を用いてい
るので、その分解能に制限があり、該機械部品の金属組
織や微視的に亀裂（長さ約１００μｍ）の観察は可能で
あるが、例えば高温で使用される機械部品において微視
的な亀裂が生成される前に発生する微小な空洞（直径数
μｍ）や析出るで析出物の分布状況を観察することはで
きながった。

また、レプリカ法は、機械部品の調査位置から採取した
レプリカを実験室に持ち帰り、電子顕微鏡等によって調
査するものである。従って、上記携帯光学顕微鏡に比較
して分解能が高い電子顕微鏡を用いることから、上記し
た微小な亀裂等の観察が可能であるが、その場で検査す
ることができず、検査に時間がかかるという問題があっ
た。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、機械部品の
数μｍ程度の分解能が必要とされる微小な組織変化をそ
の場で容易に観察でき、機械部品の損傷の初期過程を迅
速に検出して機械の品質管理、供用中の定期検査の精度
を向上し得る携帯顕微鏡を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 機械部品の顕微鏡組織を直接観察する携帯顕微鏡におい
て、レーザ光源及び該レーザ光源がらのレーザ光を音響
光学偏光素子及びその後方に配した光学レンズ系によっ
て観察面上に二次元的にかつ収束して走査させるレーザ
光走査機構と、上記走査機構により走査されて観察面か
ら反射したレーザ光のうちレンズ系の後焦点面に配置さ
れた絞りを通過したレーザ光強度のみを測定する反射レ
ーザ光強度１１１１１定機構と、上記測定機構により測
定したレーザ光強度を記憶すると共に上記音響光学偏光
素子の走査速度に同期させて記憶したレーザ光強度に対
応した輝度で画像化する輝度処理手段と、上記観察面と
平行な平面内で上記レーザ光照射系及びレーザ光測定系
を移動させる視野移動機構と、上記各機構を機械部品に
固定する保持機構とを備えたことを特徴とするものであ
る。

［作用］ 光源としてレーザ光を用いたことにより、観察面上への
照射光を可視光よりも収束させることが可能であり、従
って、分解能が向上し、従来の携帯顕微鏡では不可能で
あった微細な組織状態を観察することができる。また、
観察面から反射するレーザ光のうち、光学レンズ系の後
焦点面に配置した絞りを通過したレーザ光強度のみで結
像させることにより、観察面からの反射レーザ光のうち
、光学レンズ系の合焦点に位置する観察面からの反射レ
ーザ光の強度のみを測定することができる。

従って、レーザ光照射機構、レーザ光測定機構を上下に
移動させながら各点のレーザ光強度を連続測定し、各点
の積算強度を画像化することによって観察面の法線方向
が携帯顕微鏡の光軸方向と異なっていても鮮明な画像を
得ることができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る携帯顕微鏡の構成図で
ある。同図において、１はレーザ光照射機能及びレーザ
光測定機能を格納したレーザヘッド部である。このレー
ザヘッド部１に格納されるレーザ光照射機能は、Ｈｅ−
Ｎｅレーザ源（半導体レーザ光源）２及び音響光学偏光
素子４からなり、レーザ光測定機能は、ハーフミラ−５
、ピンホールを有する絞り６、レーザ光強度検出器８か
らなっている。

上記レーザヘッド部１の側部には、レーザガイド９を介
して全反射ミラ一部１０が連結され、この全反射ミラ一
部１０に対物レンズ１１が上下方向に移動可能に装着さ
れる。焦点調整は、電動モータを内蔵した焦点調整装置
１２により上記対物レンズ１１を上下動させることによ
って行なわれるが、この操作は図示しない焦点調整遠隔
操作盤を用いて行なわれる。

しかして、上記レーザヘッド部１のＨｅ−Ｎｅレーザ源
２からの照射レーザ光３は、音響光学偏光素子４によっ
て２次元的に走査され、ハーフミラ−５及びレーザガイ
ド９を通過して全反射ミラ一部１０に入射する。この場
合、上記音響光学偏光素子４による照射レーザ光３の走
査速度及び走査面積は、制御装置１４内の電流発振器１
５によって制御される。また、上記制御装置１４内には
、測定結果を記憶する記憶装置１６が設けられている。

上記全反射ミラ一部１０には、全反射ミラー］−〇ａが
レーザガイド９に対して４５°の角度で配置されており
、レーザガイド９を介して送られてくる照射レーザ光３
を９０°下方に屈曲し、対物レンズ１１を介して機械部
品の観察対象面１３に照射される。この観察対象面１３
は、組織観察のために予め研磨、エツチングしたもので
ある。

上記観察対象面１３に照射されたレーザ光は、この観察
対象面１３で反射されて対物レンズ１１を通り、全反射
ミラー１０ａで９０″屈曲され、レーザガイド９を経て
レーザヘッド部１に戻される。このレーザヘッド部１に
戻ってきたレーザ光は、ハーフミラ−５で屈曲され、レ
ンズ系の後焦点面に配置されたピンホールを有する絞り
６により反射レーザ光７が取り出され、レーザ光強度検
出器８によりその強度が検出される。このレーザ光強度
検出器８により検出された反射レーザ光強度は、上記制
御装置１４に送られ、一定時間間隔毎に記憶装置１６に
記憶される。この記憶装置１６に記憶された観察対象面
１３がらの反射レーザ光強度は、上記電流発振器１５が
らの音響光学偏光素子４の走査信号に同期させてＴＶモ
ニタ１７上に画像表示される。

これら上述したレーザ光照射系及びレーザ光測定系は、
視野移動機構、つまり、電動モータ駆動のＸＹステージ
１８に固定され、このＸＹステージ１８によって観察対
象面１３内の観察位置の移動を行なう。また、上記ＸＹ
ステージ１８は、観察対象面１３の法線方向と顕微鏡本
体の光軸とのずれを補正するための傾斜装置１９上に載
置固定される。更に、この傾斜装置１９は、被検査機械
部品に固定するための固定用治具２０に固定される構造
となっている。

次に上記構成の携帯顕微鏡による観察原理について第２
図を参照して説明する。Ｈｅ−Ｎｅレーザ源２からのレ
ーザ光は、音響光学偏光素子４によって任意の方向に偏
向されるが、ある方向に偏向されたレーザ光２１は全反
射ミラ一部１ｏによって屈曲され、対物レンズ１１によ
り集光されて観察対象面１３上に照射される。このとき
観察対象面１３が対物レンズ１１の焦点距離上にあれば
反射するレーザ光は照射されたレーザ光とほぼ同等の経
路で反射し、ハーフミラ−５によって屈曲され、後焦点
面に配置されたピンホールを有する絞り６を通過してレ
ーザ光強度検出器８に入射し、反射レーザ光の強度が検
出される。ところが観察対象面１３上の微小空穴２２の
ような形状不連続部に照射されたレーザ光２３は、微小
空穴２２によって平行面とは異なる方向に反射され、照
射レーザ光２３とは異なる経路に沿って反射され、絞り
６によりそのレーザ光は遮光される。このため微小空穴
２２からの反射レーザ光は、レーザ光強度検出器８によ
って検出されることはない。従って、焦点面上の平滑な
観察面に照射されたレーザ光強度のみが得られ、観察面
の凸凹数を観察することができる。

次に本発明に係る携帯顕微鏡を用いて大型機械部品の組
織観察試験を行なった結果について説明する。

調査した大型機械は事業用火力発電ボイラであり、高温
耐圧部である高温管寄せ管台部の金属組織調査を上述し
た携帯顕微鏡を用いて行なったものである。

まず、調査対象個所を研磨砥石、研磨紙及びダイヤモン
ド微粒子を用いて研磨し、化学腐食液を用いて通常の顕
微鏡組織観察時と同様の金属組織を現出させた。その後
、携帯顕微鏡の固定用治具２０を用いて調査対象部品に
、その調査対象個所の研磨・腐食面が対物レンズ１１の
光軸位置になるように固定し、顕微鏡観察を行なった。

上記携帯顕微鏡を用いて観察した調査対象個所の顕微鏡
組織を第３図（微小空洞を示す金属組織の写真）及び第
４図（析出物を示す金属組織の写真）に示す。上記実施
例で示した携帯顕微鏡を使用した結果、第３図に示すよ
うに従来の携帯用光学顕微鏡では観察できなかった数μ
程度の大−きさの空洞が明確に観察された。また、第４
図に示すように従来の携帯用光学顕微鏡では観察できな
かった１μｍ程度の析出物も観察することができた。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、従来の携借用顕微
鏡では観察できなかった機械部品の数μｍ程度の分解能
が必要とされる微小な組織変化をその場で容易に観察で
き、機械部品の損傷の初期過程を迅速に検出することが
できる。このため機械の品質管理、供用中の定期検査の
精度を向上でき、機械の安全運転、維持管理技術に寄与
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る携帯顕微鏡の側面図、
第２図は同実施例における観察原理を説明するための図
、第３図及び第４図は同実施例に係る携帯顕微鏡により
観察された微小空洞及び析出物を示す金属組織の写真で
ある。 １・・・レーザヘッド部、２・・・Ｈｅ−Ｎｅレーザ源
、３・・・照射レーザ光、４・・・音響光学偏光素子、
５・・・ハーフミラ−６・・・絞り、７・・・反射レー
ザ光、８・・・レーザ光強度検出器、９・・・レーザガ
イド、１０・・・全反射ミラ一部、１１・・・対物レン
ズ、１２・・・焦点調整装置、１３・・・観察対象面、
１４・・・制御装置、１５・・・電流発振器、１６・・
・記憶装置、１７・・・ＴＶモニタ、１８・・・ＸＹス
テージ、１９・・・傾斜装置、２０・・・固定用治具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 機械部品の顕微鏡組織を直接観察する携帯顕微鏡におい
   て、 レーザ光源及び該レーザ光源からのレーザ光を音響光学
   偏光素子及びその後方に配した光学レンズ系によって観
   察面上に二次元的にかつ収束して走査させるレーザ光走
   査機構と、上記走査機構により走査されて観察面から反
   射したレーザ光のうちレンズ系の後焦点面に配置された
   絞りを通過したレーザ光強度のみを測定する反射レーザ
   光強度測定機構と、 上記測定機構により測定したレーザ光強度を記憶すると
   共に上記音響光学偏光素子の走査速度に同期させて記憶
   したレーザ光強度に対応した輝度で画像化する輝度処理
   手段と、 上記観察面と平行な平面内で上記レーザ光照射系及びレ
   ーザ光測定系を移動させる視野移動機構と、 上記各機構を機械部品に固定する保持機構とを具備した
   ことを特徴とする携帯顕微鏡。