JP2024000238A - 鏡筒装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高いエルゴノミック性を維持しながらＡＲ表示機能を提供する。【解決手段】鏡筒装置は、接眼レンズを装着可能な接眼スリーブと、結像レンズと、結像レンズが形成した一次像を接眼レンズの物体面にリレーして二次像を形成するリレー光学系と、結像レンズからの光束を反射させて水平方向に折り返す第１の反射光学系Ｍ１と、第１の反射光学系Ｍ１が配置される第１の水平平面上に配置され第１の反射光学系Ｍ１を経由した光束を反射させて鉛直上方方向に折り返す第２の反射光学系Ｍ２と、第２の水平平面上に配置され第２の反射光学系Ｍ２を経由した光束を反射させて水平方向に折り返す第３の反射光学系Ｍ３と、接眼レンズの物体面に二次像とは別の画像を形成するための光束が通過する付加光学系と、第２の水平平面上に配置され付加光学系からの光束を接眼レンズの物体面へ至る光路へ導く合成光学素子Ｍ４を備える。【選択図】図３

Description

本明細書の開示は、鏡筒装置に関する。

近年、顕微鏡下で行う作業をＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）でサポートすることが期待されている。このようなＡＩサポートを提供可能な顕微鏡として、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）顕微鏡が知られている。

ＡＲ顕微鏡は、接眼レンズを覗いて観察する標本の光学像上に補助的な情報を重ねて表示する顕微鏡であり、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。ＡＲ顕微鏡が表示する補助的な情報は、典型的には、その標本を撮影した画像を解析することによって生成される。特に、画像解析にディープラーニングなどのＡＩ技術を用いることで、顕微鏡利用者に、ＡＩによる高度なサポートを提供することができる。

国際公開第２０１８／０４２４１３号公報 国際公開第２０２０／０６６０４１号公報

ところで、特許文献１、特許文献２に記載の顕微鏡システムはどちらも、プロジェクタを内蔵した中間鏡筒を鏡筒と顕微鏡本体部分との間に取り付ける構成を採用している。

しかしながら、顕微鏡に中間鏡筒が取り付けられると、中間鏡筒の高さの分だけアイポイントの高さが高くなってしまう。このため、システムのエルゴノミック性を劣化させる虞がある。また、中間鏡筒が取り付けられることで、鏡筒内の結像レンズと対物レンズとの距離も延長されてしまう。このため、結像性能や周辺光量などのシステムの光学性能への悪影響も懸念される。

以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、高いエルゴノミック性を維持しながら光学像上に補助的な情報を重ねるＡＲ表示機能を提供することである。

本発明の一態様に係る鏡筒装置は、顕微鏡本体に装着可能な鏡筒装置であって、接眼レンズを装着可能な接眼スリーブと、前記鏡筒装置が装着された顕微鏡本体からの光束が入射する結像レンズと、前記結像レンズが形成した一次像を前記接眼スリーブに装着された接眼レンズの物体面にリレーして二次像を形成するリレー光学系と、前記結像レンズからの光束を反射させて第１の水平方向に折り返す第１の反射光学系と、前記第１の反射光学系が配置される第１の水平平面上に配置され、前記第１の反射光学系を経由した光束を反射させて鉛直上方方向に折り返す第２の反射光学系と、前記第１の水平平面とは異なる第２の水平平面上に配置され、前記第２の反射光学系を経由した光束を反射させて第２の水平方向に折り返す第３の反射光学系と、前記接眼レンズの前記物体面に前記二次像とは別の画像を形成するための光束が通過する付加光学系と、前記第２の水平平面上に配置され、前記付加光学系からの光束を前記接眼レンズの前記物体面へ至る光路へ導く光学素子と、を備える。

上記の態様によれば、高いエルゴノミック性を維持しながらＡＲ表示機能を提供することができる。

一実施形態に係る顕微鏡システムの構成を示した図である。 鏡筒装置内の光学系について説明するための図である。 鏡筒装置内の２階層構成を説明するための図である。 像の回転について説明するための図である。 第１の実施形態に係る鏡筒装置の構成を示した斜視図である。 第１の実施形態に係る鏡筒装置の１階部分の構成を示した上面図である。 第１の実施形態に係る鏡筒装置の２階部分の構成を示した上面図である。 第１の実施形態に係る鏡筒装置の構成を示した側面図である。 鏡筒装置内で光路長を稼ぐための構成を示した例を示した図である。 第１の実施形態に係る鏡筒装置が採用する水平方向の光路を示した図である。 第１の実施形態において接眼レンズ経由で観察される画像の一例である。 第１の実施形態において接眼レンズ経由で観察される画像の別の例である。 第１の実施形態において接眼レンズ経由で観察される画像の更に別の例である。 変形例において接眼レンズ経由で観察される画像の例である。 第１の反射光学系が固定されたスライダの構成を例示した図である。 第２の実施形態に係る鏡筒装置の構成を示した斜視図である。 第２の実施形態に係る鏡筒装置の１階部分の構成を示した上面図である。 第２の実施形態に係る鏡筒装置の２階部分の構成を示した上面図である。 第２の実施形態に係る鏡筒装置の構成を示した側面図である。 第２の実施形態に係る鏡筒装置が採用する水平方向の光路を示した図である。 第３の実施形態に係る鏡筒装置の構成を示した斜視図である。 第４の実施形態に係る鏡筒装置の構成を示した側面図である。 別の実施形態に係る顕微鏡システムの構成を示した図である。 図２３に示す顕微鏡システムにおいて接眼レンズ経由で観察される画像の一例である。

図１は、一実施形態に係る顕微鏡システム１の構成を示した図である。顕微鏡システム１は、ＡＲ表示機能を有する鏡筒装置２０を備えた顕微鏡システムである。顕微鏡システム１は、例えば、生物系の顕微鏡システムであってもよく、工業用の顕微鏡システムであってもよい。

顕微鏡システム１は、図１に示すように、顕微鏡と、顕微鏡を制御する制御装置５０を備えている。顕微鏡には、顕微鏡本体１０と、顕微鏡本体１０に装着可能な鏡筒装置２０と、接眼レンズ３０と、撮像装置４０が設けられている。なお、図１では、正立顕微鏡が例示されているが、顕微鏡システム１に含まれる顕微鏡は、倒立顕微鏡であってもよい。

顕微鏡本体１０は、標本Ｓを配置するステージ１１と、光源１３を収容したランプハウス１２と、対物レンズ１５が取り付けられるレボルバ１４を備えている。鏡筒装置２０は、顕微鏡本体１０に取り付けられている。また、接眼レンズ３０と撮像装置４０は、鏡筒装置２０に取り付けられている。

ステージ１１は、ラックアンドピニオン機構によって焦準ハンドルと接続されている。焦準ハンドルの回転運動がラックアンドピニオン機構によりステージ１１の直線運動に変換される。これにより、ステージ１１は、焦準ハンドルを回転することで上下へ移動する。ステージ１１は、標本Ｓに対する対物レンズ１５の焦点面の位置を対物レンズ１５の光軸方向に調整する焦準機構の一例である。

また、ステージ１１は、対物レンズ１５の光軸方向と直交する方向に移動するＸＹステージを含んでいる。図示しないハンドルを操作することで、ステージ１１は、対物レンズ１５の光軸方向と直交する方向に移動する。なお、ステージ１１には、コンデンサからの照明光が通過する、標本Ｓが落下しない程度の大きさの開口が形成されている。

ランプハウス１２は、標本Ｓに照射する照明光を出射する光源１３を含んでいる。図示しない電源スイッチを入れることで光源１３は点灯し、電源スイッチをオフにすることで光源１３は消灯する。

光源１３は、例えば、ハロゲンランプなどである。光源１３から出射した照明光は、顕微鏡本体１０に設けられたコンデンサ経由で、ステージ１１に配置された標本Ｓに照射される。ステージ１１から出射する照明光の光量は、顕微鏡本体１０に設けられたダイヤルで調整可能である。調光入力部として機能するダイヤルの回転に応じて、光源１３から発光される照明光の光量が制御される。

レボルバ１４には、複数の対物レンズを取り付け可能であり、望ましくは倍率の異なる複数の対物レンズが取り付けられる。レボルバ１４が回転することで、顕微鏡の光路上に配置される対物レンズが切り替わる。レボルバ１４は、対物レンズを切り替える切り替え機構の一例である。

鏡筒装置２０は、接眼レンズ３０と撮像装置４０を装着可能な３眼鏡筒である。照明光が照射された標本Ｓからの光は、対物レンズ１５を経由して鏡筒装置２０へ入射する。鏡筒装置２０へ入射した光は、鏡筒装置２０内で接眼レンズ３０へ至る光と撮像装置４０へ至る光へ分割される。

鏡筒装置２０は、接眼スリーブ２１と、回動部２２と、プロジェクタ２３と、結像レンズ２４を備えている。接眼スリーブ２１には、接眼レンズ３０を装着可能である。接眼スリーブ２１は、回動部２２に設けられる。回動部２２は、水平方向の軸周りにあおり方向に回動する。回動部２２とともに接眼スリーブ２１に取り付けられた接眼レンズ３０が回動することで、アイポイントの高さが調整される。

プロジェクタ２３は、標本Ｓの光学像が形成される像面（二次像面Ｐ２）に補助的な情報（以降、単に、補助情報と記す）を重畳する重畳装置の一例である。プロジェクタ２３は、液晶デバイスを用いた液晶プロジェクタであってもよく、有機ＥＬデバイスを用いた有機ＥＬプロジェクタ、または、ＤＭＤ（登録商標）プロジェクタでもよい。

結像レンズ２４には、顕微鏡本体１０からの光束が入射する。結像レンズ２４は、対物レンズ１５経由で入射する平行光束を収斂する。収斂光束は、その後、スプリッタによって、接眼レンズ３０へ至る光と撮像装置４０へ至る光へ分割される。撮像装置４０へ至る光は、イメージセンサ４１の撮像面上に結像する。一方で、接眼レンズ３０へ至る光は、ＡＲ表示機能を顕微鏡利用者に提供するために、鏡筒装置２０内で２回結像し、接眼レンズ３０へ入射する。この点について図２を参照しながら後に詳述する。

接眼レンズ３０は、鏡筒装置２０に設けられた接眼スリーブ２１に取り付けられている。撮像装置４０は、例えば、イメージセンサ４１を備えたデジタルカメラである。撮像装置４０は、標本Ｓを撮像して、標本Ｓの画像を取得する。イメージセンサ４１は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどである。撮像装置４０は、鏡筒装置２０に装着されることで、対物レンズ１５から結像レンズ２４を経由して接眼レンズ３０へ至る目視観察光路から分岐した撮像光路上に設けられる。

制御装置５０は、顕微鏡を制御する装置である。制御装置５０は、例えば、顕微鏡に含まれるプロジェクタ２３を制御する。なお、図１では、制御装置５０は、単一の装置として示されているが、制御装置５０は、２以上の装置の集合であってもよい。制御装置５０は、例えば、顕微鏡制御専用のコントロールボックスと、汎用のコンピュータとで構成されてもよい。

図２は、鏡筒装置２０内の光学系について説明するための図である。以下、図２を参照しながら、ＡＲ表示機能の提供に好適な光学系の構成について説明する。図２に示すように、鏡筒装置２０は、さらに、スプリッタ２５と、リレー光学系２６と、投影レンズ２７と、ハーフミラー２８を備えている。

結像レンズ２４で収斂され、スプリッタ２５で分離された光束のうち、撮像装置４０へ至る光束は、そのまま撮像装置４０の撮像面上に結像する。一方で、スプリッタ２５で分離された収斂した光束のうち、接眼レンズ３０へ至る光束は、スプリッタ２５の後段に配置されたリレー光学系２６の手前で結像し、一次像面Ｐ１に一次像が形成される。

さらに、リレー光学系２６は、結像レンズ２４が形成した一次像を接眼スリーブ２１に装着された接眼レンズ３０の物体面にリレーして二次像を形成する。より詳細には、一次像面Ｐ１からの光をリレーレンズ２６ａが一旦平行光束に変換し、その後、リレーレンズ２６ｂで平行光束を収斂光束に変換することで、二次像を形成する。即ち、接眼レンズ３０の物体面は、標本Ｓの二次像面Ｐ２であり、顕微鏡利用者は、二次像面Ｐ２に形成された二次像を接眼レンズ３０経由で観察する。

プロジェクタ２３からの光は、平行光束が通過するリレーレンズ２６ａとリレーレンズ２６ｂの間の光路上に配置されたハーフミラー２８によって、平行光束と合成される。より具体的には、プロジェクタ２３からの光は投影レンズ２７で平行光束に変換され、その後、結像レンズ２４経由で入射した平行光束とハーフミラー２８によって合成される。これにより、標本Ｓの二次像が形成される二次像面Ｐ２に、プロジェクタ２３からの光が結像し、補助情報が重畳される。従って、顕微鏡利用者は、二次像面Ｐ２に形成された標本Ｓの二次像とともに補助情報を接眼レンズ３０経由で観察する。

なお、投影レンズ２７は、接眼レンズ３０の物体面に二次像とは別の画像（補助情報）を形成するための光束が通過する付加光学系の一例である。ハーフミラー２８は、付加光学系（投影レンズ２７）からの光束を接眼レンズ３０の物体面へ至る光路へ導く光学素子（以降、合成光学素子と記す）の一例である。ハーフミラー２８の代わりに、反射光と透過光の比率がハーフミラー２８とは異なる任意のビームスプリッタが、合成光学素子として用いられてもよい。

鏡筒装置２０では、プロジェクタ２３からの光を結像レンズ２４からの光と合成する必要があり、そのためのスペースが必要である。鏡筒装置２０にリレー光学系２６が設けられることで、光を合成するためのスペースを確保してハーフミラー２８を配置することができる。

また、リレー光学系２６が設けられることで、一次像面Ｐ１ではなく二次像面Ｐ２にプロジェクタ２３からの光が結像する。この構成では、プロジェクタ２３からの光を標本Ｓからの光へ合成するハーフミラー２８を、標本Ｓからの光が平行光束として進行する光路上に配置することができる。このため、ハーフミラー２８によってゴーストが発生することを回避しながら、鏡筒装置２０がＡＲ表示機能を提供することができる。

なお、上述した特許文献１、特許文献２のように、ＡＲ表示機能を提供するプロジェクタを中間鏡筒内に設けた場合にも、対物レンズと結像レンズの間の平行光束中でプロジェクタからの光を合成可能である。しかしながら、この場合、鏡筒装置２０内にプロジェクタ２３を設けた場合と比較して、対物レンズと結像レンズの間の距離が延長されることによって光学性能が劣化する可能性がある。具体的には、像の周辺が暗くなったり、レンズの周辺を通過することになるので結像性能に劣化が生じたりする。鏡筒装置２０によれば、対物レンズと結像レンズの間の距離を延長することがないため、光学性能の劣化を回避することができる。

さらに、上述した特許文献１、特許文献２のような中間鏡筒にプロジェクタを設ける構成は、３眼鏡筒に撮像装置を取り付ける構成との組み合わせに適しない。撮像装置で取得した画像は、画像解析などに用いられるため、補助情報が重畳されていないことが望ましい。しかしながら、中間鏡筒にプロジェクタを設けるとプロジェクタからの光が合成された光が３眼鏡筒内のスプリッタで分離されることになる。このため、３眼鏡筒に取り付けられた撮像装置で取得する画像にも補助情報が重畳してしまう。これに対して、鏡筒装置２０内にリレー光学系２６を設ける構成は、スプリッタ２５よりも後段でプロジェクタ２３からの光を合成することができる。このため、撮像装置４０へプロジェクタ２３からの光が入射することを回避することができる。従って、鏡筒装置２０内にリレー光学系２６を設ける構成は、鏡筒装置２０を３眼鏡筒として構成し既存の撮像装置を活用する上でも好適である。

ＡＲ表示機能を有する鏡筒装置２０は、上述したように、光学性能の面でも、顕微鏡利用者が所有する既存の装置の有効活用の面でも、ＡＲ表示機能を有する中間鏡筒に比べて優位性を有している。また、中間鏡筒が取り付けられると、アイポイントの高さが中間鏡筒の高さだけ高くなり、顕微鏡システム１のエルゴノミック性が犠牲になってしまうが、鏡筒装置２０内にプロジェクタ２３を設けることで、中間鏡筒を省略することができる。このため、鏡筒装置２０によれば、中間鏡筒を顕微鏡本体１０と鏡筒装置２０の間に挿入することによるアイポイントの高さの上昇を抑えることができる。

その一方で、鏡筒装置２０は、鏡筒装置２０内で２回結像するためにリレー光学系２６を必要とする。このため、結像レンズ２４から接眼レンズ３０までの光路長は中間鏡筒を用いた場合と比較して必然的に長くなる。この中間鏡筒の場合と比較した光路長の延長分が鉛直方向に伸びてしまうと、中間鏡筒と比較したアイポイントの高さに関する優位性が小さくなる、又は失われてしまう。

そこで、鏡筒装置２０では、アイポイントの高さを抑えるために２階層構成が採用されている。以下、図３を参照しながら、アイポイントの高さを抑える２階層構成について説明する。

図３は、鏡筒装置内の２階層構成を説明するための図である。アイポイントの高さを抑えるためには、可能な限り水平方向に光路を伸ばして光路長を消費することが望ましい。しかしながら、水平方向に光路を伸ばしすぎると鏡筒装置２０の水平方向の大きさ、つまり、フットプリントが大きくなりすぎてしまう。そこで、鏡筒装置２０では、鏡筒装置２０を限られたスペースに納めながらアイポイントの高さを抑えるために、２階層構成を採用する。具体的には、鏡筒装置２０は、図３に示すように、第１の反射光学系Ｍ１と第２の反射光学系Ｍ２と第３の反射光学系Ｍ３を備え、これらの反射光学系によって２階層構成を実現する。

第１の反射光学系Ｍ１は、結像レンズ２４からの光束を反射させて第１の水平方向に折り返す。光束が第１の反射光学系Ｍ１で第１の水平方向へ反射することで、光路が水平方向へ伸びて、アイポイントの高さの上昇を伴うことなく光路長が消費される。なお、第１の反射光学系Ｍ１は、例えば、スプリッタ２５である。第１の反射光学系Ｍ１は、結像レンズ２４からの光束の一部を反射させて第１の水平方向に折り返し、且つ、結像レンズ２４からの光束の一部を透過させて撮像装置４０へ導いてもよい。

第２の反射光学系Ｍ２は、第１の反射光学系Ｍ１が配置される第１の水平平面上に配置され、第１の反射光学系Ｍ１を経由した光束を反射させて鉛直上方方向に折り返す。つまり、第１の反射光学系Ｍ１から第２の反射光学系Ｍ２までの間の光路が第１階層を構成する。光束が第２の反射光学系Ｍ２で鉛直上方方向へ反射することで、鏡筒装置２０が水平方向に広がりすぎることを防止することができる。

第３の反射光学系Ｍ３は、第１の水平平面とは異なる第２の水平平面上に配置され、第２の反射光学系Ｍ２を経由した光束を反射させて第２の水平方向に折り返す。第３の反射光学系Ｍ３以降の光路が第２階層を構成する。光束が第３の反射光学系Ｍ３で第２の水平方向へ反射することで、光路が水平方向へ伸びて、再び、アイポイントの高さの上昇を伴うことなく光路長が消費される。

このように、鏡筒装置２０は、第１の反射光学系Ｍ１と第２の反射光学系Ｍ２と第３の反射光学系Ｍ３を備えることで、２階層構成を実現して、アイポイントの高さの過度な上昇を抑えながら、リレー光学系の導入に伴う光路長の延長に対処することができる。従って、鏡筒装置２０によれば、中間鏡筒と比較したアイポイントの高さに関する優位性を維持することが可能であり、高いエルゴノミック性を維持しながらＡＲ表示機能を提供することができる。

さらに、鏡筒装置２０は、図３に示すように、第２の水平平面上に配置された合成光学素子Ｍ４を備えている。合成光学素子Ｍ４は、プロジェクタ２３から出射した投影レンズ２７からの光束を接眼レンズ３０の物体面へ至る光路へ導く。なお、合成光学素子Ｍ４は、例えば、ハーフミラー２８である。

合成光学素子Ｍ４が第１の水平平面よりも上方にある第２の水平平面上に配置されることで、プロジェクタ２３も鏡筒装置２０内の比較的高い位置に設けられる。プロジェクタ２３としては、任意の方式のプロジェクタが採用し得るが、いずれも方式のプロジェクタであっても発熱する。このため、プロジェクタ２３からの熱の影響で鏡筒装置２０内のレンズやミラーが変形して光学性能が劣化することを防ぐためには、プロジェクタ２３は熱を効率良く放熱可能な位置に配置されることが望ましい。具体的には、プロジェクタ２３は、鏡筒装置２０の外装部近傍に配置されることが望ましく、熱が逃げる上方にスペースがある位置に配置されることが望ましい。鏡筒装置２０では、プロジェクタ２３を第２の水平平面上に配置することで鏡筒装置２０の上面から熱を上方に逃がすことができるため、効率良くプロジェクタ２３から放熱可能である。従って、鏡筒装置２０によれば、プロジェクタ２３による発熱に起因する光学性能の劣化も防止することができる。

以上の様に、プロジェクタ２３とプロジェクタ２３からの光束を接眼レンズ３０の物体面に導く合成光学素子Ｍ４を備える鏡筒装置２０は、第１の反射光学系Ｍ１と第２の反射光学系Ｍ２と第３の反射光学系Ｍ３で２階層構成を実現することでアイポイントの上昇を抑えることができる。また、合成光学素子Ｍ４を２階層構成の第２階層に配置することで、プロジェクタ２３で生じた熱を効率良く放熱することができる。従って、鏡筒装置２０によれば、高いエルゴノミック性を維持しながらＡＲ表示機能を提供することが可能である。また、熱に起因する種々の問題を回避して高い信頼性でＡＲ表示機能を提供することができる。

以下、上述した２階層構成を有する鏡筒装置２０の具体例について各実施形態で説明する。なお、第１の実施形態から第３の実施形態として例示される鏡筒装置は、病理診断などに使用される生物顕微鏡システムに装着される鏡筒装置である。また、第４の実施形態として例示される鏡筒装置は、工業顕微鏡システムに装着される鏡筒装置である。第１の実施形態から第４の実施形態に係る鏡筒装置は、各鏡筒装置内で２回結像する点については、同様である。

図４は、像の回転について説明するための図である。鏡筒装置は、元の像Ｓ０（例えば、標本Ｓ）と同じ向きの正立像Ｓ１を観察する正立像鏡筒と、元の像Ｓ０とは上下左右が反転した倒立像Ｓ２を観察する倒立像鏡筒と、に大別される。鏡像を形成する平面反射を無視すると、鏡筒装置は、結像回数が偶数回であれば、正立像Ｓ１を形成し、結像回数が奇数回であれば、倒立像Ｓ２を形成する。

さらに、水平平面内での平面反射が発生する度に、像は左右反転する。このため、水平平面内での平面反射が奇数回発生すると、正立像Ｓ１は鏡像Ｓ３に変換される。また、鉛直平面内での平面反射が発生する度に、像は上下反転する。このため、鉛直平面内での平面反射が奇数回発生すると、正立像Ｓ１は鏡像Ｓ４に変換される。従って、鏡筒装置が形成する像の向きは、結像回数と、水平平面と鉛直平面のそれぞれにおける平面反射の回数によって決定される。

病理市場では、倒立鏡筒が多く使われており病理医が倒立像の観察に慣れている。従って、圧倒的に正立像よりも倒立像が顕微鏡利用者に好まれるため、第１の実施形態から第３の実施形態として例示される鏡筒装置は、倒立像鏡筒として構成されている。これらの鏡筒装置は、鏡筒装置内で２回結像するため、平面反射を考慮しない場合、正立像Ｓ１が形成されてしまう。そこで、リレー光学系の導入に伴って延長された光路長を消費するために光路を折り曲げる平面反射を、鏡筒装置内で水平方向と鉛直方向のそれぞれについて奇数回ずつ発生させる。これにより、鏡筒装置内で正立像Ｓ１が左右方向と上下方向の両方について反転し、倒立像Ｓ２が形成される。

一方で、工業用途では、正立像が顕微鏡利用者に好まれるため、第４の実施形態として例示される鏡筒装置は、正立像鏡筒として構成されている。第４の実施形態に係る鏡筒装置も、鏡筒装置内で２回結像するため、平面反射を考慮しない場合、正立像Ｓ１が形成される。そこで、リレー光学系の導入に伴って延長された光路長を消費するために光路を折り曲げる平面反射を、鏡筒装置内で水平方向と鉛直方向のそれぞれについて偶数回ずつ発生させる。平面反射の影響が排除されるため、正立像Ｓ１が形成される。

（第１の実施形態）
図５は、本実施形態に係る鏡筒装置１００の構成を示した斜視図である。図６は、本実施形態に係る鏡筒装置１００の１階部分の構成を示した上面図である。図７は、本実施形態に係る鏡筒装置１００の２階部分の構成を示した上面図である。図８は、本実施形態に係る鏡筒装置１００の構成を示した側面図である。図５から図８を参照しながら、鏡筒装置１００の構成について説明する。

なお、図５から図８に示す直交座標系のＺ方向は、鉛直方向であり、ＸＹ方向は水平方向である。Ｘ方向は、鏡筒装置１００を備える顕微鏡システムの左右方向であり、Ｙ方向は、鏡筒装置１００を備える顕微鏡システムの前後方向である。

鏡筒装置１００は、例えば、顕微鏡本体に装着可能な鏡筒装置であり、病理診断などで用いられる倒立像を形成する倒立像鏡筒装置である。鏡筒装置１００は、接眼レンズ３０と撮像装置４０が装着される３眼鏡筒である。

鏡筒装置１００は、合成光学素子１１１を配置するスペースを確保するためにリレー光学系（リレーレンズ１０６とリレーレンズ１１３）を備えている。合成光学素子１１１は、投影レンズ１１０によって平行光束に変換されたプロジェクタ１０９からの光束を接眼レンズ３０へ導く光学素子である。合成光学素子１１１は、平行光束が通過するリレーレンズ１０６とリレーレンズ１１３の間の光路上に配置される。鏡筒装置１００は、リレー光学系を有することでＡＲ機能を顕微鏡利用者に提供することができる。

なお、リレー光学系を構成するリレーレンズ１０６の焦点距離は、結像レンズ１０１の焦点距離と同じであっても異なっていてもよい。ただし、リレーレンズ１０６とリレーレンズ１１３からなるリレー光学系の倍率は１倍であることが望ましく、従って、リレー光学系は、一次像と同じ大きさの二次像を形成することが望ましい。

また、図５では、図面を簡略化するため、接眼レンズ３０へ至る目視観察光路を１つのみ記載しているが、鏡筒装置１００は、上述したように３眼鏡筒であり、左目用と右目用の２つの接眼レンズ３０を備えている。図５では、記載が省略されているが、後述するミラー１１５と接眼レンズ３０の間に図示しない光線分岐部（プリズムを用いたビームスプリッタ等で構成される）が設けられていて、その光線分岐部により左目用と右目用の接眼レンズ３０のそれぞれへ光が導かれる。

また、鏡筒装置１００は、リレー光学系によって従来に比べて延長された光路長をアイポイントの上昇を抑制しながら限られたスペース内で効率良く消費するために、２階層構成を有している。具体的には、鏡筒装置１００の２階層構成は、第１の反射光学系１０２と、第２の反射光学系１０７と、第３の反射光学系１０８を備えることによって実現されている。これにより、鏡筒装置１００は、フットポイントを大きくしすぎることなくアイポイントの高さを抑えることができる。

また、鏡筒装置１００は、合成光学素子１１１を、２階層構成の上層である第２階層に備えている。これにより、鏡筒装置１００は、合成光学素子１１１近傍に設けられるプロジェクタ１０９で生じた熱を効率良く放熱することができる。

さらに詳細には、鏡筒装置１００は、図５に示すように、鉛直方向に光軸を向けた結像レンズ１０１と、第１の反射光学系１０２と第２の反射光学系１０７を含む第１階層に配置された光学系と、第３の反射光学系１０８を含む第２階層に配置された光学系と、接眼レンズ３０をあおり方向に回動する図示しない回動部の軸に取り付けられたミラー１１５と、を備えている。

鏡筒装置１００では、結像レンズ１０１は鏡筒装置１００内の顕微鏡本体（対物レンズ）に最も近い位置に配置されている。これにより、鏡筒装置１００は、顕微鏡本体からの光を効率良く取り込むことをできる。

鏡筒装置１００は、図５及び図６に示すように、第１階層に配置された光学系として、第１の反射光学系１０２と、ミラー１０３と、視野絞り１０４と、ミラー１０５と、リレーレンズ１０６と、第２の反射光学系１０７を備えている。また、鏡筒装置１００は、図５及び図７に示すように、第２階層に配置された光学系として、第３の反射光学系１０８と、投影レンズ１１０と、合成光学素子１１１と、ミラー１１２と、リレーレンズ１１３と、ミラー１１４を備えている。また、プロジェクタ１０９も第２階層に配置されている。

第１の反射光学系１０２は、結像レンズ１０１からの光を撮像装置４０へ至る光と接眼レンズ３０へ至る光に分離するビームスプリッタである。第１の反射光学系１０２では、鉛直平面内での平面反射が生じる。詳細には、第１の反射光学系１０２は、結像レンズ１０１からの光束の一部を反射させて第１の水平方向（Ｙ＋方向）に折り返し、且つ、結像レンズ１０１からの光束の一部を透過させて撮像装置４０へ導く。

なお、第１の水平方向は、顕微鏡システムの前後方向のうち接眼スリーブが設けられている鏡筒装置１００の正面から、背面に向かう方向である。結像レンズ１０１からの光束を第１の反射光学系１０２で第１の水平方向に偏向することで、顕微鏡利用者が存在する正面側のスペースを鏡筒装置１００が占有することを回避することができる。

第１の反射光学系１０２で反射して第１階層を進行する収斂光束は、それぞれ水平平面内での平面反射を生じさせるミラー１０３とミラー１０５の間で結像し、発散光束としてリレーレンズ１０６へ入射する。結像レンズ１０１が一次像を形成する、ミラー１０３とミラー１０５の間の一次像面には、鏡筒装置１００の第１の視野絞りである視野絞り１０４が設けられている。視野絞り１０４の径は、例えば、顕微鏡の視野として標準的なφ２２である。

なお、ミラー１０３とミラー１０５は、入射光束の方向に対して出射光束の方向を水平平面内で９０度異ならせる一組の反射面を有する。ミラー１０３とミラー１０５が有する一組の反射面は、Ｙ＋方向へ進行する光束を水平平面内で９０度折り曲げてＸ＋方向へ進行させる。

リレーレンズ１０６は、鏡筒装置１００に設けられたリレー光学系を構成する第１のリレーレンズであり、第１の反射光学系１０２を経由した光束を平行光束に変換する。その後、平行光束は、第２の反射光学系１０７に入射する。第２の反射光学系１０７では、鉛直平面内での平面反射が生じる。これにより、平行光束が第２の反射光学系１０７で鉛直上方方向（Ｚ＋方向）へ向けて反射し、第３の反射光学系１０８へ入射する。

第３の反射光学系１０８では、鉛直平面内での平面反射が生じる。これにより、第２の反射光学系１０７を経由した平行光束が第３の反射光学系１０８で第２の水平方向（Ｘ－方向）へ向けて反射する。第３の反射光学系１０８で反射した平行光束は、プロジェクタ１０９から出射し投影レンズ１１０でコリメートされた平行光束と合成光学素子１１１によって合成され、その後、ミラー１１２へ入射する。

ミラー１１２では、水平平面内での平面反射が生じる。これにより、合成された平行光束がＹ－方向へ向けて反射し、リレーレンズ１１３へ入射する。リレーレンズ１１３は、鏡筒装置１００に設けられたリレー光学系を構成する第２のリレーレンズである。リレーレンズ１１３へ入射した平行光束は、リレーレンズ１１３で収斂光束に変換され、その後、ミラー１１４に入射する。

ミラー１１４は、第３の反射光学系１０８を経由した光束を回動部の軸に取り付けられたミラー１１５へ向けて下方向へ反射させる反射面を備えている。ミラー１１４（の反射面）では、鉛直平面内での平面反射が生じる。これにより、収斂光束がＺ－方向へ向けて反射し、ミラー１１５へ入射する。ミラー１１５でも、鉛直平面内での平面反射が生じる。これにより、収斂光束が接眼レンズ３０へ向けて反射する。

図５及び図８に示すように、鏡筒装置１００内では、第２階層に配置されたミラー１１４で一旦光束を下げて、その後、ミラー１１５で光束を接眼レンズ３０へ向かって跳ね上げる。この構成により、鏡筒装置１００は、回動部のあおり方向の回動によって、顕微鏡利用者に応じた様々なアイポイントへ対応することが可能となっている。また、ミラー１１４で一旦光束を下げる構成は、光路長を消費するために採用した２階層構成によって生じるアイポイントの上昇分を相殺する上でも好適である。

なお、ミラー１１５は、回動部の回動量の１／２だけ軸周りに回転する反射部材である。ミラー１１５が回動部の回動量の１／２だけ回転することで、ミラー１１４からミラー１１５へ入射する光の入射角とミラー１１５で反射した光の出射角とがそれぞれ回動量の１／２だけ大きく（又は小さく）なる。これにより、ミラー１１４からミラー１１５へ入射する光が回動部の回動量と同じ角度だけミラー１１５で偏向するため、回動量によらず接眼レンズ３０へ光束を導くことができる。

ミラー１１５で反射した収斂光束は、接眼レンズ３０の物体面（二次像面）に結像し、発散光束として接眼レンズ３０へ入射する。リレー光学系が二次像を形成する二次像面（接眼レンズ３０の物体面）には、鏡筒装置１００の第２の視野絞りである視野絞り３１が設けられている。視野絞り３１の径は、例えば、φ２６．５である。

なお、二次像面に形成される視野絞り１０４の開口部の像は視野絞り３１の開口部よりも小さいことが望ましい。即ち、リレー光学系の倍率が１倍であれば、視野絞り１０４の径は、視野絞り３１の径よりも小さいことが望ましい。視野絞り１０４の径を視野絞り３１の径よりも小さくすることで、視野絞り３１の開口部内に光学像（二次像）が投影されない領域を設けることができる。光学像が投影されない領域にプロジェクタ１０９から補助情報を投影することで光学像の影響を受けることなく高いコントラストで補助情報を表示することができる。

以上のように構成された鏡筒装置１００では、図８に示すように、鉛直平面内での平面反射は、２層構成を実現する第１の反射光学系１０２と第２の反射光学系１０７と第３の反射光学系１０８に加えて、アイポイントの高さを調整するためのミラー１１４とミラー１１５で発生する。即ち、計５回の奇数回の平面反射が発生する。これにより、２回の結像によって形成される正立像の上下を反転することができる。

さらに、鏡筒装置１００では、図６及び図７に示すように、水平平面内での平面反射は、第１階層に設けられたミラー１０３とミラー１０５に加えて、第２階層に設けられたミラー１１２で発生する。即ち、計３回の奇数回の平面反射が発生する。これにより、２回の結像によって形成される正立像の左右も反転することができる。

従って、鏡筒装置１００によれば、２回結像により形成される正立像を上下左右に反転し、最終的に倒立像を出力することができる。なお、図示しない左目用と右目用の光路（以降、双眼光路と記す。）での反射回数は水平方向について偶数回となるので、双眼光路中の反射は像の向きへ影響しない。

図９は、鏡筒装置内で光路長を消費するための構成を示した例を示した図である。図１０は、本実施形態に係る鏡筒装置１００が採用する水平方向の光路を示した図である。以下、図９及び図１０を参照しながら、鏡筒装置１００における水平平面内での平面反射についてさらに詳細に説明する。

上述したように、鏡筒装置１００では、リレー光学系の導入により延長された光路長を水平方向に伸ばした光路によって効率良く消費することが望ましい。また、鏡筒装置１００のフットプリントの過度な増大や鏡筒装置１００が一方向へ極端に長い形状となることも回避することが望ましい。さらに、結像レンズ１０１の上方に設けられた第１の反射光学系１０２で水平方向に反射した光束は、最終的には、平面視したときに結像レンズ１０１の手前（Ｙ－方向）に位置する、接眼レンズ３０へ導く必要がある。

これらの要件を満たす水平方向についての光路を検討すると、水平平面（ＸＹ平面）内において、Ｙ方向への往復光路（Ｙ＋方向の光路とＹ－方向の光路）とＸ方向への往復光路（Ｘ＋方向の光路とＸ－方向の光路）の計４つの光路を組み合わせた光路を設計することが考えられる。

しかしながら、このような光路設計では、水平平面内での平面反射は、２回しか生じない。具体的には、図９に示すように、４つの光路を接続する３つ接続点のうちの１点には、第２の反射光学系１０７と第３の反射光学系１０８の組み合わせが配置されるため、水平平面内での平面反射は、残りの２つの接続点に配置されたミラー１２１とミラー１２２のそれぞれでしか生じない。従って、Ｙ方向への往復光路とＸ方向への往復光路かなる計４つの光路を組み合わせでは奇数回の平面反射が発生せず、２回結像により形成される正立像を左右に反転させることができない。

そこで、鏡筒装置１００は、奇数回の平面反射を発生させるために、入射光束の方向に対して出射光束の方向を水平平面内で９０度異ならせる一組の反射面を用いる。具体的には、それぞれが入射光束の方向に対して出射光束の方向を水平平面内で９０度異ならせる図９に示す２つのミラー（ミラー１２１、ミラー１２２）の一方を、図１０に示すように、上述した一組のミラー（ミラー１０３、ミラー１０５）に置き換えて、４の字光路を形成する。つまり、１つのミラーで９０度異なる方向に光束を偏向する代わりに、一組のミラー（一組の反射面）で９０度異なる方向に光束を偏向する。

これにより、Ｙ方向への往復光路とＸ方向への往復光路に一組のミラーの間に形成される斜めの光路を加えた計５つの光路が形成され、この５つの光路を接続する４点のうちの、第２の反射光学系１０７と第３の反射光学系１０８が配置される１点を除く、３点で平面反射を発生させることができる。

このように、鏡筒装置１００に、入射光束の方向に対して出射光束の方向を水平平面内で９０度異ならせる一組の反射面を用いて４の字光路を形成することで、水平平面内での奇数回の平面反射を発生させることができる。このため、２回結像により形成される正立像を左右に反転させることが可能である。また、上述した鉛直平面内での奇数回の平面反射との組み合わせで、正立像を倒立像に変換して出力することができる。従って、鏡筒装置１００によれば、生物顕微鏡システムに好適な倒立像を出力するＡＲ表示機能を有する鏡筒装置を実現することができる。

また、図１０に示すように、鏡筒装置１００では、一組の反射面（ミラー１０３、ミラー１０５）の一方は、結像レンズ１０１の光軸と接眼レンズ３０の中心線を含む平面（以降、中心鉛直平面と記す）で区分される２つの領域の一方に配置され、第２の反射光学系１０７又は第３の反射光学系１０８の少なくとも一方は、中心鉛直平面で区分される２つの領域の他方に配置されることが望ましい。このように、ミラー１０５と第２の反射光学系１０７（第３の反射光学系１０８）とを中心鉛直平面を挟んで反対の領域に配置することで、図９に示す場合と比較して、鏡筒装置１００の中心付近に接眼スリーブを配置することが可能となる。なお、接眼レンズ３０の中心線は、接眼レンズ３０が単眼の場合であれば、その接眼レンズ３０の光軸であり、接眼レンズ３０が双眼の場合であれば、左右の接眼レンズ３０の光軸の中間に引かれた中間線である。

また、像を反転する光学系としてポロプリズムが良く知られているが、鏡筒装置１００に含まれる光学系は、ポロプリズムを用いた光学系よりもコンパクトに構成可能である。これは、ポロプリズムでは、入射光束と出射光束の方向が同じ方向となるからである。従って、例えば、入射光束と出射光束の方向が鉛直方向を向くようにポロプリズムを配置すると、アイポイントを抑えることが難しくなってしまう。

図１１から図１３は、本実施形態において接眼レンズ３０経由で観察される画像の例である。なお、図１１から図１３に示す視野ＦＳ１は、二次像面に形成された視野絞り１０４の開口部の像であり、一次像面に配置された視野絞り１０４によって制限された視野を示している。また、視野ＦＳ２は、二次像面に形成された視野絞り３１の開口部であり、二次像面に配置された視野絞り３１によって制限された視野を示している。

図１１は、プロジェクタ１０９の電源がＯＦＦの状態において、接眼レンズ３０経由で観察される画像の一例を示している。プロジェクタ１０９の電源がＯＦＦの状態では、標本Ｓの光学像Ｓ１０のみが二次像面の視野ＦＳ１内に投影される。

図１２は、プロジェクタ１０９の電源がＯＮの状態において、接眼レンズ３０経由で観察される画像の一例を示している。プロジェクタ１０９の電源がＯＮの状態では、光学像Ｓ１０に加えて撮像装置４０で取得した画像を解析することで生成された解析情報Ｓ１１が補助情報として二次像面に投影される。なお、この例では、解析情報Ｓ１１は、細胞の核をマーキングする情報である。解析情報Ｓ１１は、例えば、予め機械学習によって画像中の細胞の核を検出するように学習した学習済みモデルを用いて制御装置５０が撮像装置４０で取得した画像を解析することで生成される。

図１３は、プロジェクタ１０９の電源がＯＮの状態において、接眼レンズ３０経由で観察される画像の別の例を示している。図１２では、補助情報が撮像装置４０で取得した画像を解析した情報である場合を示したが、補助情報は撮像装置４０で取得した画像を解析した情報に限らない。例えば、顕微鏡システムの設定情報などを含んでもよい。図１３には、解析情報Ｓ１１に加えて、設定情報Ｓ１２が二次像面に投影された様子が示されている。なお、設定情報Ｓ１２は、視野ＦＳ１の外側で且つ視野ＦＳ２の内側に投影することが望ましい。この領域は光学像が投影されていないため、背景が黒であり、コントラスト良く設定情報Ｓ１２を表示することができる。

本実施形態では、視野絞り１０４の開口形状が円形の場合を例に説明したが、開口形状は円形に限らない。用途に応じて異なる開口形状の視野絞りが用いられてもよい。顕微鏡利用者は、例えば、スライダに固定された開口形状又は開口サイズの異なる複数の視野絞りの中から任意の視野絞りを選択して光路上に配置してもよい。

図１４は、変形例において接眼レンズ３０経由で観察される画像の例である。図１４には、視野絞り１０４の代わりに開口形状が矩形の視野絞りが光路中に配置された例が示されている。なお、図１４に示す視野ＦＳ１ａは、二次像面に形成された開口形状が矩形の視野絞りの開口部の像であり、一次像面に配置された視野絞りによって制限された視野を示している。

図１４には、視野ＦＳ１ａの外側で且つ視野ＦＳ２の内側の領域を比較的広く確保し、その領域に設定情報Ｓ１２とＧＵＩ情報Ｓ１３を投影した様子が示されている。このように、二次像面に投影する補助情報に応じて視野絞りを交換することで、顕微鏡利用者が補助情報を把握しやすくしてもよい。

図１５は、光路切替機構１３０の構成を例示した図である。本実施形態では、第１の反射光学系１０２が光路上に固定されている例を示したが、第１の反射光学系１０２は、図１５に示すような光路切替機構１３０に収容されてもよい。光路切替機構１３０は、スライダ１３１上に固定された複数の光学素子（光学素子１３２、光学素子１３３、光学素子１３４）を収容し、接眼レンズ３０へ至る光路と撮像装置４０へ至る光路が交差する位置にこれらの複数の光学素子のうちのいずれかを選択的に配置する。これらの複数の光学素子のいずれかが第１の反射光学系１０２であってもよい。なお、光学素子１３２、１３３、１３４の具体例を説明する。光学素子１３４は接眼レンズ３０による観察と撮像装置４０による撮影を同時にできるハーフプリズムである。光学素子１３３は撮像装置４０にのみ光線が透過するプリズムである。光学素子１３２は、接眼レンズ３０側にのみ光線を向けるプリズムである。

（第２の実施形態）
図１６は、本実施形態に係る鏡筒装置２００の構成を示した斜視図である。図１７は、本実施形態に係る鏡筒装置２００の１階部分の構成を示した上面図である。図１８は、本実施形態に係る鏡筒装置２００の２階部分の構成を示した上面図である。図１９は、本実施形態に係る鏡筒装置２００の構成を示した側面図である。図２０は、本実施形態に係る鏡筒装置が採用する水平方向の光路を示した図である。図１６から図２０を参照しながら、鏡筒装置２００の構成について説明する。

鏡筒装置２００は、顕微鏡本体に装着可能な鏡筒装置であり、病理診断などで用いられる倒立像を形成する倒立像鏡筒装置である。また、鏡筒装置２００は、接眼レンズ３０と撮像装置４０が装着される３眼鏡筒である。この点は、鏡筒装置１００と同様である。

鏡筒装置２００は、リレー光学系（リレーレンズ２０７、リレーレンズ２１３）を備えている点、第１の反射光学系２０２と第２の反射光学系２０８と第３の反射光学系２０９を用いて２階層構成を実現している点、第２階層に合成光学素子２１２を配置している点も、鏡筒装置１００と同様である。

鏡筒装置２００は、図１６に示すように、鉛直方向に光軸を向けた結像レンズ２０１と、第１の反射光学系２０２と第２の反射光学系２０８を含む第１階層に配置された光学系と、第３の反射光学系２０９を含む第２階層に配置された光学系と、接眼レンズ３０をあおり方向に回動する図示しない回動部の軸に取り付けられたミラー２１５と、を備えている。

鏡筒装置２００でも、結像レンズ２０１は鏡筒装置２００内の顕微鏡本体に最も近い位置に配置されている。また、鏡筒装置２００は、図１６及び図１７に示すように、第１階層に配置された光学系として、第１の反射光学系２０２と、ミラー２０３と、ミラー２０４と、視野絞り２０５と、ミラー２０６と、リレーレンズ２０７と、第２の反射光学系２０８を備えている。また、鏡筒装置２００は、図１６及び図１８に示すように、第２階層に配置された光学系として、第３の反射光学系２０９と、投影レンズ２１１と、合成光学素子２１２と、リレーレンズ２１３と、ミラー２１４を備えている。また、プロジェクタ２１０も第２階層に配置されている。

鏡筒装置２００では、図１６及び図１９に示すように、鉛直平面内での平面反射は、２層構成を実現する第１の反射光学系２０２と第２の反射光学系２０８と第３の反射光学系２０９に加えて、アイポイントの高さを調整するためのミラー２１４とミラー２１５で発生する。即ち、計５回の奇数回の平面反射が発生する。これにより、２回の結像によって形成される正立像の上下を反転することができる。この点は、鏡筒装置１００と同様である。

また、鏡筒装置２００では、図１７及び図１８に示すように、水平平面内での平面反射は、第１階層に設けられたミラー２０３とミラー２０４とミラー２０６で発生する。即ち、計３回の奇数回の平面反射が発生する。これにより、２回の結像によって形成される正立像の左右も反転することができる。従って、鏡筒装置２００は、２回結像により形成される正立像を上下左右に反転し、最終的に倒立像を出力することができる。この点は、鏡筒装置１００と同様である。

さらに、鏡筒装置２００では、図２０に示すように、ミラー２０３とミラー２０４が有する一組の反射面を用いて４の字光路（図２０では、４の字の左右を反転した形状の光路）を形成し、それによって、奇数回の水平平面内での平面反射を生じさせる点も鏡筒装置１００と同様である。ただし、水平平面内での平面反射が第１階層でのみ発生し、第２階層で発生しない点については、鏡筒装置２００は、鏡筒装置１００とは異なっている。

以上のように構成された鏡筒装置２００によっても、鏡筒装置１００と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図２１は、本実施形態に係る鏡筒装置３００の構成を示した斜視図である。図２１を参照しながら、鏡筒装置３００の構成について説明する。

鏡筒装置３００は、顕微鏡本体に装着可能な鏡筒装置であり、病理診断などで用いられる倒立像を形成する倒立像鏡筒装置である。また、鏡筒装置３００は、接眼レンズ３０と撮像装置４０が装着される３眼鏡筒である。この点は、鏡筒装置１００と鏡筒装置２００と同様である。

鏡筒装置３００は、リレー光学系（リレーレンズ３０７、リレーレンズ３１２）を備えている点、第１の反射光学系３０２と第２の反射光学系３０４と第３の反射光学系３０６を用いて２階層構成を実現している点、第２階層に合成光学素子３１１を配置している点も、鏡筒装置１００と鏡筒装置２００と同様である。

鏡筒装置３００は、図２１に示すように、鉛直方向に光軸を向けた結像レンズ３０１と、第１の反射光学系３０２と第２の反射光学系３０４を含む第１階層に配置された光学系と、第３の反射光学系３０６を含む第２階層に配置された光学系と、接眼レンズ３０をあおり方向に回動する図示しない回動部の軸に取り付けられたミラー３１４と、を備えている。

鏡筒装置３００でも、結像レンズ３０１は鏡筒装置３００内の顕微鏡本体に最も近い位置に配置されている。また、鏡筒装置３００は、第１階層に配置された光学系として、第１の反射光学系３０２と、ミラー３０３と、第２の反射光学系３０４を備えている。また、鏡筒装置３００は、第２階層に配置された光学系として、第３の反射光学系３０６と、リレーレンズ３０７と、ミラー３０８と、投影レンズ３１０と、合成光学素子３１１と、リレーレンズ３１２と、ミラー３１３を備えている。また、プロジェクタ３０９も第２階層に配置されている。なお、視野絞り３０５は、第１階層と第２階層の間に設けられている。

鏡筒装置３００では、鉛直平面内での平面反射は、２層構成を実現する第１の反射光学系３０２と第２の反射光学系３０４と第３の反射光学系３０６に加えて、アイポイントの高さを調整するためのミラー３１３とミラー３１４で発生する。即ち、計５回の奇数回の平面反射が発生する。これにより、２回の結像によって形成される正立像の上下を反転することができる。この点は、鏡筒装置１００と鏡筒装置２００と同様である。

また、鏡筒装置３００では、水平平面内での平面反射は、第１階層に設けられたミラー３０３と、第２階層に設けられたミラー３０８と合成光学素子３１１で発生する。即ち、計３回の奇数回の平面反射が発生する。これにより、２回の結像によって形成される正立像の左右も反転することができる。従って、鏡筒装置３００は、２回結像により形成される正立像を上下左右に反転し、最終的に倒立像を出力することができる。この点は、鏡筒装置１００と鏡筒装置２００と同様である。

さらに、鏡筒装置３００では、一組の反射面を用いて４の字光路を形成し、それによって、奇数回の水平平面内での平面反射を生じさせる点も鏡筒装置１００と鏡筒装置２００と同様である。ただし、一組の反射面が第２階層に配置されたミラー３０８と合成光学素子３１１が有する反射面によって構成されている点が、鏡筒装置３００は、鏡筒装置１００と鏡筒装置２００とは異なっている。即ち、一組の反射面は、第２階層に配置され、また、一組の反射面の一方は、合成光学素子３１１に設けられる点が、鏡筒装置３００は、鏡筒装置１００と鏡筒装置２００とは異なっている。

以上のように構成された鏡筒装置３００によっても、鏡筒装置１００と鏡筒装置２００と同様の効果を得ることができる。また、鏡筒装置３００によれば、一組の反射面の一方を合成光学素子３１１に設けることで、鏡筒装置１００と鏡筒装置２００に比べて部品点数を少なく抑えることができる。

（第４の実施形態）
図２２は、本実施形態に係る鏡筒装置４００の構成を示した側面図である。図２２を参照しながら、鏡筒装置４００の構成について説明する。

鏡筒装置４００は、顕微鏡本体に装着可能な鏡筒装置であり、工業用途で用いられる正立像を形成する正立像鏡筒装置である。この点は、鏡筒装置１００から鏡筒装置３００とは異なっている。また、鏡筒装置４００は、接眼レンズ３０と撮像装置４０が装着される３眼鏡筒である。この点は、鏡筒装置１００から鏡筒装置３００と同様である。

鏡筒装置４００は、リレー光学系（リレーレンズ４０７、リレーレンズ４１１）を備えている点、第１の反射光学系４０２と第２の反射光学系４０３と第３の反射光学系４０６を用いて２階層構成を実現している点、第２階層に合成光学素子４１０を配置している点は、鏡筒装置１００から鏡筒装置３００と同様である。

鏡筒装置４００は、図２２に示すように、鉛直方向に光軸を向けた結像レンズ４０１と、第１の反射光学系４０２と第２の反射光学系４０３を含む第１階層に配置された光学系と、第３の反射光学系４０６を含む第２階層に配置された光学系と、接眼レンズ３０をあおり方向に回動する図示しない回動部の軸に取り付けられたミラー４１２と、を備えている。

鏡筒装置４００でも、結像レンズ４０１は鏡筒装置４００内の顕微鏡本体に最も近い位置に配置されている。また、鏡筒装置４００は、第１階層に配置された光学系として、第１の反射光学系４０２と、第２の反射光学系４０３を備えている。また、鏡筒装置４００は、第２階層に配置された光学系として、第３の反射光学系４０６と、リレーレンズ４０７と、合成光学素子４１０を備えている。リレーレンズ４１１は、合成光学素子４１０とミラー４１２の間に設けられている。視野絞り４０４は、第１階層と第２階層の間に設けられている。

プロジェクタ４０８と投影レンズ４０９は、第２階層に配置された合成光学素子４１０の上方に配置されている。この点について、鏡筒装置４００は、鏡筒装置１００から鏡筒装置３００とは異なっている。ただし、プロジェクタ４０８が第２階層よりも上方に配置される構成は、第２階層に配置される構成と同様に、プロジェクタ４０８からの熱を効率良く放熱可能である。

鏡筒装置４００では、水平平面内での平面反射は生じない。このため、鏡筒装置４００は、２回の結像によって形成される正立像の左右を反転しない。また、鏡筒装置４００では、鉛直平面内での平面反射は、２層構成を実現する第１の反射光学系４０２と第２の反射光学系４０３と第３の反射光学系４０６に加えて、第３の反射光学系４０６とともに一組の反射面を有するミラー４０５と、アイポイントの高さを調整するための合成光学素子４１０とミラー４１２で発生する。即ち、計６回の偶数回の平面反射が発生する。このため、鏡筒装置４００は、２回の結像によって形成される正立像の上下を反転しない。従って、鏡筒装置４００は、２回結像により形成される正立像を上下左右に反転せず、最終的に正立像を出力することができる。

以上のように構成された鏡筒装置４００によれば、正立像鏡筒として構成しながら、鏡筒装置１００から鏡筒装置３００と同様に、高いエルゴノミック性を維持しながらＡＲ表示機能を提供することができる。また、鏡筒装置４００によれば、合成光学素子３１１を水平平面内での平面反射に利用し、且つ、一組の反射面の一方を第３の反射光学系４０６に設けることで、鏡筒装置１００から鏡筒装置３００に比べて部品点数を少なく抑えることができる。

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。上述の実施形態を変形した変形形態および上述した実施形態に代替する代替形態が包含され得る。つまり、実施形態は、その趣旨および範囲を逸脱しない範囲で構成要素を変形することが可能である。また、１つ以上の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、新たな実施形態を実施することができる。また、各実施形態に示される構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよく、または実施形態に示される構成要素にいくつかの構成要素を追加してもよい。さらに、各実施形態に示す処理手順は、矛盾しない限り順序を入れ替えて行われてもよい。即ち、本発明の鏡筒装置は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。

例えば、上述した実施形態に係る鏡筒装置は、顕微鏡システム１の代わりに、図２３に示す顕微鏡システム２に取り付けられてもよい。図２３は、別の実施形態に係る顕微鏡システムの構成を示した図である。

図２３に示す顕微鏡システム２は、バーコードリーダ６０を備えている点が、顕微鏡システム１とは異なっている。その他の点は、顕微鏡システム１と同様である。病理標本には、その標本の情報（例えば、標本が採取された部位、患者の年齢、染色条件）を特定するためのバーコードが付されていることが多い。顕微鏡システム２を用いることで、バーコードリーダ６０で標本Ｓに付されたバーコードを読み込んで、顕微鏡システム２に接続された外部システムから標本Ｓの情報を取得してもよい。さらに、取得した情報を図２４に示すように、補助情報として像面に投影してもよい。

図２４は、図２３に示す顕微鏡システムにおいて接眼レンズ経由で観察される画像の一例である。図２４では、撮像装置４０で取得した画像を解析した解析情報Ｓ１１と顕微鏡システム２の設定情報Ｓ１２に加えて、標本Ｓの情報（標本情報Ｓ１４、標本情報Ｓ１５、標本情報Ｓ１６）が二次像面に投影された様子が示されている。標本情報Ｓ１４は、標本Ｓが採取された患者のＩＤと採取した部位の情報である。標本情報Ｓ１５、標本情報Ｓ１６は、標本Ｓが採取された患者の年齢と性別の情報である。なお、これらの標本情報は、設定情報Ｓ１２と同様に、視野ＦＳ１の外側で且つ視野ＦＳ２の内側に投影することが望ましい。この領域は光学像が投影されていないため、背景が黒であり、コントラスト良く設定情報Ｓ１２を表示することができる。

また、上述した実施形態に係る鏡筒装置では、接眼部が双眼、つまり、右目用と左目用の接眼レンズを有する例で説明したが、鏡筒装置の接眼部は単眼であってもよい。

１、２：顕微鏡システム、１０：顕微鏡本体、１１：ステージ、１２：ランプハウス、１３：光源、１４：レボルバ、１５：対物レンズ、２０、１００、２００、３００、４００：鏡筒装置、２１：接眼スリーブ、２２：回動部、２３、１０９、２１０、３０９、４０８：プロジェクタ、２４、１０１、２０１、３０１、４０１：結像レンズ、２５：スプリッタ、２６：リレー光学系、２６ａ、２６ｂ、１０６、１１３、２０７、２１３、３０７、３１２、４０７、４１１：リレーレンズ、２７、１１０、２１１、３１０、４０９：投影レンズ、２８：ハーフミラー、３０：接眼レンズ、３１、１０４、２０５、３０５、４０４：視野絞り、４０：撮像装置、４１：イメージセンサ、５０：制御装置、６０：バーコードリーダ、１０２、２０２、３０２、４０２、Ｍ１：第１の反射光学系、１０３、１０５、１１２、１１４、１１５、１２１、１２２、２０３、２０４、２０６、２１４、２１５、３０３、３０８、３１３、３１４、４１２ ：ミラー、１０７、２０８、３０４、４０３、Ｍ２：第２の反射光学系、１０８、２０９、３０６、４０６、Ｍ３：第３の反射光学系、１１１、２１２、３１１、４１０、Ｍ４：合成光学素子、１３０：光路切替機構、１３１：スライダ、１３２、１３３、１３４：光学素子、ＦＳ１、ＦＳ１ａ、ＦＳ２：視野、Ｐ１：一次像面、Ｐ２：二次像面、Ｓ ：標本、Ｓ０：像、Ｓ１：正立像、Ｓ１０：光学像、Ｓ１１：解析情報、Ｓ１２：設定情報、Ｓ１３：ＧＵＩ情報、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６：標本情報、Ｓ２：倒立像、Ｓ３、Ｓ４：鏡像

Claims (14)

1. 顕微鏡本体に装着可能な鏡筒装置であって、
   接眼レンズを装着可能な接眼スリーブと、
   前記鏡筒装置が装着された顕微鏡本体からの光束が入射する結像レンズと、
   前記結像レンズが形成した一次像を前記接眼スリーブに装着された接眼レンズの物体面にリレーして二次像を形成するリレー光学系と、
   前記結像レンズからの光束を反射させて第１の水平方向に折り返す第１の反射光学系と、
   前記第１の反射光学系が配置される第１の水平平面上に配置され、前記第１の反射光学系を経由した光束を反射させて鉛直上方方向に折り返す第２の反射光学系と、
   前記第１の水平平面とは異なる第２の水平平面上に配置され、前記第２の反射光学系を経由した光束を反射させて第２の水平方向に折り返す第３の反射光学系と、
   前記接眼レンズの前記物体面に前記二次像とは別の画像を形成するための光束が通過する付加光学系と、
   前記第２の水平平面上に配置され、前記付加光学系からの光束を前記接眼レンズの前記物体面へ至る光路へ導く光学素子と、を備える
   ことを特徴とする鏡筒装置。
2. 請求項１に記載の鏡筒装置において、さらに、
   前記第１の水平平面又は前記第２の水平平面上に配置され、水平方向に進行する光束を反射させる一組の反射面であって、入射光束の方向に対して出射光束の方向を水平平面内で９０度異ならせる前記一組の反射面を備える
   ことを特徴とする鏡筒装置。
3. 請求項２に記載の鏡筒装置において、
   前記一組の反射面は、前記第２の水平平面上に配置され、
   前記一組の反射面の一方は、前記光学素子に設けられる
   ことを特徴とする鏡筒装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の鏡筒装置において、
   前記一組の反射面の一方は、前記結像レンズの光軸と前記接眼レンズの中心線を含む平面で区分される２つの領域の一方に配置され、
   前記第２の反射光学系又は前記第３の反射光学系の少なくとも一方は、前記結像レンズの光軸と前記接眼レンズの中心線を含む前記平面で区分される前記２つの領域の他方に配置される
   ことを特徴とする鏡筒装置。
5. 請求項１に記載の鏡筒装置において、さらに、
   前記第１の水平平面と直交する鉛直平面上に配置され、鉛直方向に進行する光束を反射させる一組の反射面であって、入射光束の方向に対して出射光束の方向を鉛直平面内で９０度異ならせる前記一組の反射面を備える
   ことを特徴とする鏡筒装置。
6. 請求項５に記載の鏡筒装置において、
   前記一組の反射面の一方は、前記第１の反射光学系、前記第２の反射光学系又は前記第３の反射光学系に設けられる
   ことを特徴とする鏡筒装置。
7. 請求項１に記載の鏡筒装置において、
   前記鏡筒装置は、撮像装置を装着する３眼鏡筒であり、さらに、
   前記第１の反射光学系は、前記結像レンズからの光束の一部を反射させて前記第１の水平方向に折り返し、且つ、前記結像レンズからの光束の一部を透過させて前記撮像装置へ導くビームスプリッタである
   ことを特徴とする鏡筒装置。
8. 請求項７に記載の鏡筒装置において、
   前記第１の水平方向は、前記接眼スリーブが設けられている前記鏡筒装置の正面から前記鏡筒装置の背面へ向かう方向である
   ことを特徴とする鏡筒装置。
9. 請求項７又は請求項８に記載の鏡筒装置において、さらに、
   複数の光学素子を収容し、前記接眼レンズへ至る光路と前記撮像装置へ至る光路が交差する位置に前記複数の光学素子のうちのいずれかを選択的に配置する光路切替機構を備え、
   前記複数の光学素子は、前記第１の反射光学系を含む
   ことを特徴とする鏡筒装置。
10. 請求項１に記載の鏡筒装置において、さらに、
    前記接眼スリーブが設けられた、水平方向の軸周りにあおり方向に回動する回動部と、
    前記回動部の前記軸に取り付けられた、前記回動部の回動量の１／２だけ前記軸周りに回転する反射部材と、を備える
    ことを特徴とする鏡筒装置。
11. 請求項１０に記載の鏡筒装置において、さらに、
    前記第２の水平平面上に配置され、前記第３の反射光学系を経由した光束を前記反射部材へ向けて下方向へ反射させる反射面を備える
    ことを特徴とする鏡筒装置。
12. 請求項１１に記載の鏡筒装置において、
    前記反射面は、前記光学素子に設けられる
    ことを特徴とする鏡筒装置。
13. 請求項１に記載の鏡筒装置において、さらに、
    前記リレー光学系は、
    前記第１の反射光学系を経由した光束を平行光束に変換する第１のリレーレンズと、
    前記平行光束が入射する第２のリレーレンズと、を含み、
    前記光学素子は、前記第１のリレーレンズと前記第２のリレーレンズの間の光路上に配置される
    ことを特徴とする鏡筒装置。
14. 請求項１に記載の鏡筒装置において、さらに、
    前記結像レンズが前記一次像を形成する一次像面に配置される第１の視野絞りと、
    前記リレー光学系が前記二次像を形成する二次像面に配置される第２の視野絞りと、を備え、
    前記二次像面に形成される前記第１の視野絞りの開口部の像が前記第２の視野絞りの開口部よりも小さい
    ことを特徴とする鏡筒装置。

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