JP6663733B2 - 観察装置及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡像と表示像とを観察可能な観察装置、及び顕微鏡像を観察可能な顕微鏡装置に取り付け可能な表示装置の技術分野に関する。

顕微鏡像と表示像とを観察可能な観察装置（例えば、顕微鏡）が提案されている。例えば、特許文献１には、顕微鏡像と表示像とを、注視野範囲内における互いの画像が重ならない領域に導く２種類の接眼光学系を備える観察装置が記載されている。

特許第４６６８３８９号

特許文献１に記載された観察装置では、注視野範囲内における画像が重ならない領域に顕微鏡像と表示像とが導かれるがゆえに、観察者が注視する画像を顕微鏡像からの表示像へと又は表示像から顕微鏡像へと切り替えるためには、観察者は、頭部の位置を変えることなく、眼球を大きく回転する必要がある。しかしながら、このような眼球の大きな回転により、観察者の疲労が大きくなるという技術的問題が生ずる。

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、観察者の疲労を抑制しながら顕微鏡像及び表示像を観察者に観察させることが可能な観察装置及び表示装置を提供することを課題とする。

本発明の観察装置の第１の例は、顕微鏡像を、第１領域に表示された画像として第１視点から観察者に観察させる第１光学系と、前記顕微鏡像とは異なる表示像を、第２領域に表示された画像として前記第１視点に隣接する第２視点から前記観察者に観察させる第２光学系と備え、前記第１及び第２光学系は、前記第１及び第２領域が前記観察者の視線方向に沿って部分的に重なると共に、前記第１及び第２視点の夫々において前記顕微鏡像及び前記表示像が重なった状態で前記観察者に観察されないように配置されている。

本発明の表示装置の第１の例は、顕微鏡像を、第１領域に表示された画像として第１視点から観察者に観察させる第１光学系を備える顕微鏡に取り付け可能な表示装置であって、前記顕微鏡像とは異なる表示像を、第２領域に表示された画像として前記第１視点に隣接する第２視点から前記観察者に観察させる第２光学系と、前記第２光学系を前記顕微鏡に取り付ける取り付け部とを備え、前記取り付け部は、前記第１及び第２領域が前記観察者の視線方向に沿って部分的に重なると共に、前記第１及び第２視点の夫々において前記顕微鏡像及び前記表示像が重なった状態で観察されなくなるように、前記第２光学系を前記顕微鏡に取り付ける。

図１は、顕微鏡システムの構成を示す断面図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、夫々、顕微鏡光学系及び表示光学系の配置態様を示す斜視図及び断面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、夫々、被観察物体から観察者に至る光路を示す断面図である。 図４（ａ）は、第１視点に瞳孔が位置する観察者による顕微鏡像の見え方を示す平面図であり、図４（ｂ）は、第２視点に瞳孔が位置する観察者による顕微鏡像の見え方を示す平面図である。 図５は、表示像及び顕微鏡像の一例を示す平面図である。 図６（ａ）は、第１視点に瞳孔が位置する観察者による顕微鏡像及び表示像の見え方を示す平面図であり、図６（ｂ）は、第２視点に瞳孔が位置する観察者による顕微鏡像及び表示像の見え方を示す平面図である。

以下、観察装置及び表示装置の実施形態について説明を進める。

（観察装置の実施形態）
＜１＞
本実施形態の観察装置は、顕微鏡像を、第１領域に表示された画像として第１視点から観察者に観察させる第１光学系と、前記顕微鏡像とは異なる表示像を、第２領域に表示された画像として前記第１視点に隣接する第２視点から前記観察者に観察させる第２光学系と備え、前記第１及び第２光学系は、前記第１及び第２領域が前記観察者の視線方向に沿って部分的に重なると共に、前記第１及び第２視点の夫々において前記顕微鏡像及び前記表示像が重なった状態で前記観察者に観察されないように配置されている。

本実施形態の観察装置によれば、観察者は、第１視点から、顕微鏡像を観察することができる。尚、顕微鏡像は、実際の又は仮想的な表示領域である第１領域に表示されている画像として観察者に観察される。同様に、観察者は、第２視点から、表示像を観察することができる。尚、表示像は、実際の又は仮想的な表示領域である第２領域に表示されている画像として観察者に観察される。

本実施形態では、第１及び第２領域が観察者の視線方向に沿って部分的に重なる。このため、第１及び第２領域が観察者の視線方向に沿って部分的に重ならない場合と比較して、観察者が注視する画像を顕微鏡像から表示像へと又は表示像から顕微鏡像へと切り替えるために、観察者は眼球をそれほど大きく回転させなくてもよくなる。つまり、観察者は、頭部をわずかに動かすと共に眼球をわずかに回転させれば、観察者が注視する画像を顕微鏡像から表示像へと又は表示像から顕微鏡像へと切り替えることができる。

それでいて、第１及び第２視点の夫々において顕微鏡像及び表示像が重なった状態で観察者に観察されることはない。具体的には、顕微鏡像を観察可能な第１視点において、顕微鏡像が観察者によって観察される一方で、第２領域のうち第１領域と重なる重複領域に表示された一部の表示像が観察者によって観察されることはない。同様に、表示像を観察可能な第２視点において、表示像が観察者によって観察される一方で、第１領域のうち第２領域と重なる重複領域に表示された一部の顕微鏡像が観察者によって観察されることはない。

その結果、観察装置は、眼球の大きな回転に起因した観察者の疲労を抑制しながら顕微鏡像及び表示像を観察者に観察させることができる。

＜２＞
本実施形態の観察装置の他の態様では、前記第１視点から見た前記第１領域の画角であって、前記第１視点、前記第２視点、および前記第１領域の中心が含まれる平面に沿った画角をαとし、前記第２視点から見た前記第２領域の画角であって、前記平面に沿った画角をβとし、前記第１視点と前記第１領域の中心とを結ぶ軸と、前記第２領域と前記平面とが交わってなす線分の中心と前記第２視点とを結ぶ軸とが前記平面に沿ってなす角度をθとすると、前記第１及び第２光学系は、少なくともθ＜α／２＋β／２を満たすように配置されている。

この態様によれば、第１及び第２領域が観察者の視線方向に沿って部分的に重なることになる。従って、観察者は、頭部をわずかに動かすと共に眼球をわずかに回転させれば、観察者が注視する画像を顕微鏡像から表示像へと又は表示像から顕微鏡像へと切り替えることができる。その結果、観察装置は、眼球の大きな回転に起因した観察者の疲労を抑制しながら顕微鏡像及び表示像を観察者に観察させることができる。

＜３＞
上述の如くθ＜α／２＋β／２を満たす観察装置の他の態様では、αは４５度以下であり、βは４５度以下であり、θは３０度以下である。

この態様によれば、第１及び第２領域が観察者の視線方向に沿って部分的に重なることになる。

＜４＞
本実施形態の観察装置の他の態様では、前記第１視点と前記第２視点との間の距離は、５０ｍｍ以下である。

この態様によれば、第１及び第２領域が観察者の視線方向に沿って部分的に重なることになる。従って、観察者は、頭部をわずかに動かすと共に眼球をわずかに回転させれば、観察者が注視する画像を顕微鏡像から表示像へと又は表示像から顕微鏡像へと切り替えることができる。その結果、観察装置は、眼球の大きな回転に起因した観察者の疲労を抑制しながら顕微鏡像及び表示像を観察者に観察させることができる。

＜５＞
本実施形態の観察装置の他の態様では、前記第１視点から前記第１領域までの光路長と、前記第２視点から前記第２領域までの光路長とが同一である。

この態様によれば、観察者は、観察者が注視する画像を顕微鏡像から表示像へと又は表示像から顕微鏡像へと切り替える際に、眼のピントを調整しなくてもよくなる。従って、観察装置は、観察装置は、眼のピントの調整に起因した観察者の疲労を抑制しながら顕微鏡像及び表示像を観察者に観察させることができる。

＜６＞
本実施形態の観察装置の他の態様では、前記第１光学系は、前記顕微鏡像を前記第１視点に導く接眼レンズと、前記接眼レンズの周囲に配置される縁部材とを備えており、前記縁部材は、前記第２領域のうち前記第１領域と重なる重複領域に表示された一部の前記表示像が、前記第１視点に導かれることを防止する。

＜７＞
上述の如く第１光学系が接眼レンズ及び縁部材を備える観察装置の他の態様では、前記第１領域のうち前記第２領域と重なる重複領域に表示された一部の前記顕微鏡像を形成する光は、前記第２視点においては前記観察者の瞳孔に入射しない。

この態様によれば、第１光学系によって、第１及び第２視点の夫々において顕微鏡像及び表示像が重なった状態で観察者に観察されない状態が実現される。

（表示装置の実施形態）
＜８＞
本実施形態の表示装置は、顕微鏡像を、第１領域に表示された画像として第１視点から観察者に観察させる第１光学系を備える顕微鏡に取り付け可能な表示装置であって、前記顕微鏡像とは異なる表示像を、第２領域に表示された画像として前記第１視点に隣接する第２視点から前記観察者に観察させる第２光学系と、前記第２光学系を前記顕微鏡に取り付ける取り付け部とを備え、前記取り付け部は、前記第１及び第２領域が前記観察者の視線方向に沿って部分的に重なると共に、前記第１及び第２視点の夫々において前記顕微鏡像及び前記表示像が重なった状態で観察されなくなるように、前記第２光学系を前記顕微鏡に取り付ける。

本実施形態の表示装置によれば、上述した本実施形態の観察装置が享受可能な効果と同様の効果を享受することができる。尚、上述した本実施形態の観察装置の他の態様に対応して、本実施形態の表示装置もまた当該他の態様と同様の態様を採用してもよい。

本実施形態の観察装置及び表示装置の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。

以上説明したように、本実施形態の観察装置及び表示装置の夫々では、第１及び第２領域が観察者の視線方向に沿って部分的に重なると共に、第１及び第２視点の夫々において顕微鏡像及び表示像が重なった状態で観察者に観察されない。従って、観察者の疲労を抑制しながら顕微鏡像及び表示像を観察者に観察させることが可能な観察装置及び表示装置が提供される。

以下、図面を参照しながら、観察装置及び表示装置の実施例について説明する。以下では、観察装置及び表示装置の実施例を採用する顕微鏡システム１を用いて説明を進める。

（１）顕微鏡システム１の構成
図１の断面図を参照しながら、顕微鏡システム１の構成について説明する。図１に示すように、顕微鏡システム１は、顕微鏡１１と、表示ユニット１２と、支持装置１３とを備える。

顕微鏡１１は、被観察物体が搭載されるステージ１１１と、「第１光学系」の一具体例である顕微鏡光学系１１２とを備える。顕微鏡光学系１１２は、被観察物体の拡大像である顕微鏡像を第１視点ＥＰ１に導く（つまり、当該顕微鏡像を形成する光を第１視点ＥＰ１に導く）光学系である。このため、第１視点ＥＰ１（或いは、第１視点ＥＰ１付近）に瞳孔が位置する観察者は、顕微鏡像を観察することができる。顕微鏡光学系１１２は、被観察物体に最も近接する対物レンズ１１２１と、第１視点ＥＰ１に最も近接する接眼レンズ１１２３とを少なくとも備えている。接眼レンズ１１２３は、接眼レンズ１１２３の周囲を取り囲むレンズ縁１１２３ａを含む筐体（言い換えれば、鏡筒）内に収容されている。図１に示す例では、顕微鏡光学系１１２は、対物レンズ１１２１を透過した光を接眼レンズ１１２３に向けて反射するミラー１１２２を更に備えている。しかしながら、顕微鏡光学系１１２は、ミラー１１２２を備えていなくてもよい。

表示ユニット１２は、表示部１２１と、「第２光学系」の一具体例である表示光学系１２２と、「取り付け部」の一具体例である取り付け装置１２３とを備えている。表示部１２１は、所望の表示像を形成する光を出射可能である。表示部１２１は、ディスプレイ（例えば、フラットパネルディスプレイ）であってもよい。表示部１２１は、入射する光を反射可能なＭＥＭＳデバイス（例えば、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ（登録商標）：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）や、光スキャナ）であってもよい。表示光学系１２２は、表示部１２１が出射する光（つまり、当該光が形成する表示像）を、第１視点ＥＰ１に隣接する第２視点ＥＰ２に導く光学系である。このため、第２視点ＥＰ２に瞳孔が位置する観察者は、表示像を観察することができる。図１に示す例では、表示光学系１２２は、凹面鏡１２２１を備えている。このように表示光学系１２２を反射光学系とすることで表示光学系１２２を屈折光学系とする場合よりも表示ユニット１２の軽量化がはかれ、顕微鏡１１への付加物として有利である。また、凹面鏡１２２１を半透過とすれば、観察者は、表示像を背景と重ねて観察することが可能になり、表示ユニット１２をいわゆるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）として構成することもできる。当然、表示ユニット１２は、表示像を観察者に観察させることが可能な任意の表示ユニットであってもよい。取り付け装置１２３は、表示部１２１及び表示光学系１２２を顕微鏡１１に取り付けるための取り付け部材である。例えば、取り付け装置１２３は、顕微鏡光学系１１２を収容する筐体に形成された嵌め込み部に嵌め込み可能な第１嵌め込み部と、表示部１２１及び表示光学系１２２を収容する筐体に形成された嵌め込み部に嵌め込み可能な第２嵌め込み部とを備えていてもよい。但し、取り付け部１２３は表示光学系１２２と一体化されていてもよく、この場合には、取り付け装置１２３は、顕微鏡光学系１１２を収容する筐体に形成された嵌め込み部に嵌め込み可能な第１嵌め込み部を備えていればよい。

支持装置１３は、顕微鏡１１を支持する。特に、支持装置１３は、ユーザが顕微鏡１１を自由に移動可能なように顕微鏡１１を支持する。図１に示す例では、支持装置１３は、顕微鏡１１を吊り下げるように支持する。このような支持装置１３が顕微鏡１１を支持しているため、顕微鏡１１の周囲には、相対的に大きなスペースが存在しにくい状況にある。一方で、上述したように、表示ユニット１２は、表示像を実像として観察者に観察させるディスプレイを表示部１２１として備えることがある。この場合、表示ユニット１２のサイズが相対的に大きくなる可能性が高い。このため、表示像を実像として観察者に観察させる表示ユニット１２は、顕微鏡１１の周囲に配置することが困難になる可能性がある。このような表示ユニット１２のサイズと顕微鏡１１の周囲のスペースの大きさとを考慮して、図１に示す例では、表示像を虚像として観察者に観察させる表示装置が表示部１２１として用いられるがゆえにサイズが相対的に小さくなる表示ユニット１２が採用されている。但し、顕微鏡１１の周囲に十分なスペースがある場合には、表示像を実像として観察者に観察させる表示ユニット１２が採用されてもよい。

（２）顕微鏡光学系１１２及び表示光学系１２２の配置条件（設計条件）
続いて、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照しながら、顕微鏡光学系１１２及び表示光学系１２２の配置条件（設計条件）について説明する。顕微鏡光学系１１２及び表示光学系１２２は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す配置条件が満たされるように配置される。言い換えれば、顕微鏡光学系１１２及び表示光学系１２２は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す設計条件が満たされるように設計される。尚、上述したように、表示光学系１２２（表示ユニット１２）は、取り付け装置１２３によって顕微鏡光学系１１２（顕微鏡１１）に取り付けられる。従って、取り付け装置１２３は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す配置条件が満たされるように、表示光学系１２２（表示ユニット１２）を顕微鏡光学系１１２（顕微鏡１１）に取り付ける。以下、配置条件（設計条件）について詳しく説明する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１視点ＥＰ１に瞳孔が位置する観察者（以降、“観察者（ＥＰ１）”と称する）は、顕微鏡光学系１１２が第１視点ＥＰ１に導く顕微鏡像を、表示領域１１４に表示された画像として観察する。言い換えれば、観察者（ＥＰ１）は、表示領域１１４に表示された顕微鏡像を観察する。

表示領域１１４は、顕微鏡像がそこに表示されていると観察者が認識する実際の又は仮想的な表示領域である。図１に示す顕微鏡システム１では、顕微鏡像は、虚像として観察者に観察される。従って、表示領域１１４は、顕微鏡像がそこに表示されていると観察者が認識する仮想的な表示領域（つまり、虚像が表示される表示領域）である。但し、顕微鏡光学系１１２が顕微鏡像を実像として観察者に観察させる光学系である場合には、表示領域１１４は、顕微鏡像がそこに表示されていると観察者が認識する実際の表示領域（つまり、実像が表示される表示領域）である。

同様に、第２視点ＥＰ２に瞳孔が位置する観察者（以降、“観察者（ＥＰ２）”と称する）は、表示光学系１２２が第２視点ＥＰ２に導く表示像を、表示領域１２４に表示された画像として観察する。言い換えれば、観察者（ＥＰ２）は、表示領域１２４に表示された表示像を観察する。

表示領域１２４は、表示像がそこに表示されていると観察者が認識する実際の又は仮想的な表示領域である。図１に示す顕微鏡システム１では、表示像は、虚像として観察者に観察される。従って、表示領域１２４は、表示像がそこに表示されていると観察者が認識する仮想的な表示領域（つまり、虚像が表示される表示領域）である。但し、表示光学系１２２が表示像を実像として観察者に観察させる光学系である場合には、表示領域１２４は、表示像がそこに表示されていると観察者が認識する実際の表示領域（つまり、実像が表示される表示領域）である。

図２（ａ）は、顕微鏡光学系１１２及び表示光学系１２２の配置態様を示す斜視図である。ここで、第１視点ＥＰ１、第２視点ＥＰ２、および表示領域１１４の中心Ｃ１が含まれる平面ＰＬ１を定義する。図２（ｂ）は、平面ＰＬ１が紙面と平行となる方向から観察した顕微鏡光学系１１２及び表示光学系１２２の配置態様を示す断面図である。配置条件は、観察者（ＥＰ１）により観察される表示領域１１４の平面ＰＬ１に沿った画角α及び、観察者（ＥＰ２）により観察される表示領域１２４の平面ＰＬ１に沿った画角βに関する画角条件を含む。尚、画角αは、平面ＰＬ１と表示領域１１４とが交差することでなす線分Ｌ１の２つの端部のうちの一方と第１視点ＥＰ１とを結ぶ線Ｓ１１と、該２つの端部のうちの他方と第１視点ＥＰ１とを結ぶ線Ｓ１２とがなす角度を意味する。同様に、画角βは、平面ＰＬ１と表示領域１２４とが交差することでなす線分Ｌ２の２つの端部のうちの一方と第２視点ＥＰ２とを結ぶ線Ｓ２１と、該２つの端部のうちの他方と第２視点ＥＰ２とを結ぶ線Ｓ２２とがなす角度を意味する。さらに、図２（ａ）において第１視点ＥＰ１及び第２視点ＥＰ２を紙面上下方向に沿って配置した例を示しているが、左右方向に沿って配置してもよいし、任意の方向に沿って配置してもよい。

配置条件は、θ＜α／２＋β／２という画角条件を含む。ここで、θは、第１視点ＥＰ１と表示領域１１４の中心Ｃ１（つまり、線分Ｌ１の中心Ｃ１）とを結ぶ軸（光軸ＡＸ１）と、第２視点ＥＰ２と線分Ｌ２の中心Ｃ２とを結ぶ軸（光軸ＡＸ２）とが平面ＰＬ１に沿ってなす角度である。更に、配置条件は、平面ＰＬ１に沿った１視点ＥＰ１と第２視点ＥＰ２との間の距離（物理的な距離）Ｌに関する視点距離条件を含む。視点距離条件は、Ｌ＜５０ｍｍという条件である。

表示領域１１４と表示領域１２４とが、観察者の視線方向（図２（ｂ）に示す例では、紙面横方向）に沿って部分的に重なるためには、つまり表示領域１１４と表示領域１２４とが、観察者（ＥＰ１）及び観察者（ＥＰ２）のうちの少なくとも一方の視線方向に沿って部分的に重なるためには、少なくとも上述した画角条件及び視点距離条件が満たされる必要がある。ここで具体的には、表示領域１１４は、観察者の視線方向に沿って表示領域１２４と部分的に重なる重複領域１１４ａを含む。同様に、表示領域１２４は、観察者の視線方向に沿って表示領域１１４と部分的に重なる重複領域１２４ａを含む。その結果、表示領域１１４と表示領域１２４とが観察者の視線方向に沿って重ならない場合と比較して、観察者が注視する画像を顕微鏡像から表示像へと又は表示像から顕微鏡像へと切り替えるために、観察者は眼球をそれほど大きく回転させなくてもよくなる。つまり、観察者は、頭部をわずかに動かすと共に眼球をわずかに回転させれば、観察者が注視する画像を顕微鏡像から表示像へと又は表示像から顕微鏡像へと切り替えることができる。従って、顕微鏡システム１は、眼球の大きな回転に起因した観察者の疲労を抑制しながら顕微鏡像及び表示像を観察者に観察させることができる。

一方で、表示領域１１４と表示領域１２４とが観察者の視線方向に沿って部分的に重なると、場合によっては、観察者（ＥＰ１）は、顕微鏡像のみならず、顕微鏡像の一部に重畳される表示像の一部をも同時に観察することになる。つまり、観察者（ＥＰ１）は、表示像の一部と顕微鏡像の一部とが重なった状態で、顕微鏡像及び表示像の双方を観察することになる。同様に、表示領域１１４と表示領域１２４とが観察者の視線方向に沿って部分的に重なると、場合によっては、観察者（ＥＰ２）は、表示像のみならず、表示像の一部に重畳される顕微鏡像の一部をも同時に観察することになる。つまり、観察者（ＥＰ２）は、表示像の一部と顕微鏡像の一部とが重なった状態で、顕微鏡像及び表示像の双方を観察することになる。このような態様での顕微鏡像及び表示像の観察は、顕微鏡像又は表示像の視認性が劣ることになる（つまり、２種類の画像が重なった部分の認識が困難になる）がゆえに、観察者の混乱を招く可能性がある。

このため、本実施形態では、顕微鏡光学系１１２及び表示光学系１２２のうちの少なくとも一方は、観察者（ＥＰ１）が表示像の一部と顕微鏡像の一部とが重なった状態で顕微鏡像及び表示像の双方を同時に観察することがなく且つ観察者（ＥＰ２）が表示像の一部と顕微鏡像の一部とが重なった状態で顕微鏡像及び表示像の双方を同時に観察することがないように配置される。言い換えれば、顕微鏡光学系１１２及び表示光学系１２２のうちの少なくとも一方は、顕微鏡像を排他的に第１視点ＥＰ１に導く一方で、表示像（特に、重複領域１２４ａに表示される一部の表示像）を第１視点ＥＰ１に導かないように配置される。同様に、顕微鏡光学系１１２及び表示光学系１２２のうちの少なくとも一方は、表示像を排他的に第２視点ＥＰ２に導く一方で、顕微鏡像（特に、重複領域１１４ａに表示される一部の顕微鏡像）を第２視点ＥＰ２に導かないように配置される。

例えば、後述するように、顕微鏡光学系１１２及び表示光学系１２２のうちの少なくとも一方は、観察者（ＥＰ１）が表示像の一部と顕微鏡像の一部とが重なった状態で顕微鏡像及び表示像の双方を同時に観察することを防止し且つ観察者（ＥＰ２）が表示像の一部と顕微鏡像の一部とが重なった状態で顕微鏡像及び表示像の双方を同時に観察することを防止する防止部材を備えている。本実施形態では、接眼レンズ１１２３を収容する筐体が備えるレンズ縁１１２３ａが、防止部材として機能するものとする。但し、レンズ縁１１２３ａとは異なる構成要素が防止部材として機能してもよい。

この場合、レンズ縁１１２３ａは、重複領域１２４ａに表示された表示像の一部の画像部分を形成する光が、第１視点ＥＰ１に導かれることを防止する。その結果、観察者（ＥＰ１）は、表示像の一部と顕微鏡像の一部とが重なった状態で顕微鏡像及び表示像の双方を同時に観察することがない。一方で、重複領域１１４ａに表示された顕微鏡像の一部の画像部分を形成する光は、後述する光学的なケラレに起因して、観察者（ＥＰ２）の網膜に到達しない。その結果、観察者（ＥＰ２）は、表示像の一部と顕微鏡像の一部とが重なった状態で顕微鏡像及び表示像の双方を同時に観察することがない。

配置条件は、第１視点ＥＰ１と表示領域１１４との間の光路長Ｄ１及び第２視点ＥＰ２と表示領域１２４との間の光路長Ｄ２に関する光路長条件を含んでいてもよい。光路長条件は、光路長Ｄ１と光路長Ｄ２とが同一になるという条件である。尚、ここでいう「光路長Ｄ１と光路長Ｄ２とが同一になる」という条件は、光路長Ｄ１と光路長Ｄ２とが文字通り完全に同一になる条件のみならず、光路長Ｄ１と光路長Ｄ２とが同一であるとみなすことができる程度にしか光路長Ｄ１と光路長Ｄ２との間に差異がないという条件をも意味する。光路長条件が満たされると、観察者は、観察者が注視する画像を顕微鏡像から表示像へと又は表示像から顕微鏡像へと切り替える際に、眼のピントを合わせ直さなくてもよくなる（言い換えれば、調整しなくてもよくなる）。従って、顕微鏡システム１は、眼のピントの調整に起因した観察者の疲労を抑制しながら顕微鏡像及び表示像を観察者に観察させることができる。

配置条件を満たす画角α、画角β、角度θ、光路長Ｄ１及びＤ２、並びに、距離Ｌの好ましい例又は一例を以下に説明する。尚、好ましい例又は一例は、本願発明者等の実験やシミュレーションにより算出されている。好ましい例は、観察者の疲労の抑制という効果がより一層顕著に現れる例である。画角αは、４５度以下であることが好ましい。画角βは、４５度以下であることが好ましい。角度θは、４５度以下であることが好ましい。角度θは、３０度以下であることがより好ましい。画角αは、例えば４５度である。画角βは、例えば２０度（或いは、１７度）である。角度θは、例えば３０度（或いは、４５度）である。光路長Ｄ１及びＤ２の夫々は、例えば、２５０ｍｍである。距離Ｌは、例えば２５ｍｍである。

（３）レンズ縁１１２３ａの存在を考慮した顕微鏡像の観察者による見え方
続いて、図３（ａ）から図３（ｂ）及び図４（ａ）から図４（ｂ）を参照しながら、レンズ縁１１２３ａの存在を考慮した顕微鏡像の観察者による見え方について説明する。この説明は、レンズ縁１１２３ａが上述した防止部材として機能し得ることの説明に相当する。

図３（ａ）は、第１視点ＥＰ１よりも僅かに後方（つまり、被観察物体が位置する物体面から僅かに遠ざかる方向）に瞳孔が位置する観察者（ＥＰ１）が顕微鏡像を観察する場合の光路を示す。図３（ａ）に示すように、被観察物体からの光は、対物レンズ１１２１を介して接眼レンズ１１２３に導かれる。尚、図３（ａ）に示す例では、被観察物体からの光は、対物レンズ１１２１と接眼レンズ１１２３との間に、実像としての顕微鏡像を形成する。その後、被観察物体からの光は、接眼レンズ１１２３を介して、観察者の眼球に到達する。その後、被観察物体からの光は、観察者の瞳孔を介して、観察者の網膜に到達する。その結果、観察者（ＥＰ１）は、表示領域１１４に表示されている顕微鏡像（つまり、虚像としての顕微鏡像）を観察する。観察者の瞳孔が第１視点ＥＰ１よりも僅かに後方にある場合は、図４（ａ）に示すように観察者の虹彩によるケラレの縁は、接眼レンズ１１２３の外縁よりも大きい。従って、被観察物体からの光は、虹彩によって遮られない。このため、被観察物体からの光の全部が網膜に達する。従って、観察者（ＥＰ１）は、一部が欠けることなく顕微鏡像を観察する。尚、観察者の瞳孔が第１視点ＥＰ１に位置する又は第１視点ＥＰ１よりも僅かに前方（つまり、被観察物体が位置する物体面に僅かに近づく方向）に位置する場合にも同様である。図３（ａ）は、あくまで一例として、観察者の瞳孔が第１視点ＥＰ１よりも僅かに後方に位置する例を示しているに過ぎない。つまり、本願発明は、観察者の瞳孔が第１視点ＥＰ１の近傍に位置する例においても適用可能である。
図３（ａ）の状態から図３（ｂ）に示すように、観察者が眼球を大きく回転させることなく、観察者が頭部をわずかに動かし且つ眼球をわずかに回転したとする。観察者が頭部をわずかに動かし且つ眼球をわずかに回転する動作は、視点を第１視点ＥＰ１から第２視点ＥＰ２へ移動させる動作に相当する。この場合、被観察物体（つまり、虚像を表示する表示領域１１４）からの光の一部（被観察物体の紙面上方からの光線）は、虹彩によって遮られ網膜に達しなくなる。従って、観察者（ＥＰ１）は、一部が欠けた顕微鏡像（つまり、虹彩によるケラレが生じた顕微鏡像）を観察することになる。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、観察者が頭部をわずかに動かし且つ眼球をわずかに回転する前後の、眼球の位置、視線方向及び接眼レンズ１１２３などの位置関係を示す。図４（ａ）は、顕微鏡像を観察する状態を示し、図４（ｂ）は、顕微鏡像を観察する状態から観察者が頭部をわずかに上方に動かし且つ視線方向をわずかに上方に動かして、顕微鏡像から視線を外した状態を示す。図４（ｂ）に示すように、眼球の中心位置に対して、接眼レンズ１１２３は、頭部（つまり眼球の中心位置）を動かした方向に応じた方向（図４（ｂ）に示す例では、下方向）に向かって移動する。虹彩によるケラレの縁は、観察者が眼球をわずかに回転させ視線方向を動かしたことで接眼レンズ１１２３よりも更に大きく移動する。一方で顕微鏡像が観察者に視認されうる位置はそれほど大きくは移動しない。このため、被観察物体からの光（つまり、顕微鏡像を形成する光）の一部は、接眼レンズ１１２３によるケラレ及び虹彩によるケラレに起因して観察者の網膜に達せず、観察者（ＥＰ２）が視認することができない。

（４）顕微鏡像及び表示像の夫々の観察者による見え方
続いて、図５及び図６（ａ）から図６（ｂ）を参照しながら、顕微鏡像及び表示像の観察者（ＥＰ１）による具体的な見え方、並びに、顕微鏡像及び表示像の観察者（ＥＰ２）による具体的な見え方について説明する。

図５に示すように、顕微鏡像が円形の表示領域１１４に表示される画像であり、表示像が矩形の表示領域１２４に表示される画像である例を用いて、以下の説明を進める。

図６（ａ）は、観察者（ＥＰ１）による顕微鏡像及び表示像の見え方を示している。図６（ａ）に示すように、観察者の瞳孔が第１視点ＥＰ１に位置する場合には、被観察物体からの光（つまり、顕微鏡像）は、接眼レンズ１１２３を介して、観察者の網膜に到達する（図３（ａ）及び図４（ａ）参照）。従って、観察者（ＥＰ１）は、顕微鏡像を適切に観察することができる。一方で、表示部１２１からの光（つまり、表示像であり、特に、表示像のうち重複領域１２４ａに表示される一部の画像部分）は、第１視点ＥＰ１（つまり、瞳孔）に到達する前にレンズ縁１１２３ａによって遮られる。従って、観察者（ＥＰ１）は、少なくとも、表示像のうち重複領域１２４ａに表示される一部の画像部分を観察することはない。つまり、観察者（ＥＰ１）は、表示像の一部と顕微鏡像の一部とが重なった状態で顕微鏡像及び表示像の双方を同時に観察することがない。

一方で、図６（ｂ）は、観察者（ＥＰ２）による顕微鏡像及び表示像の見え方を示している。観察者は、観察者が注視する画像を顕微鏡像から表示像に切り替えるために、頭部をわずかに動かし且つ眼球をわずかに回転させる。その結果、観察者の状態は、図６（ａ）に示す観察態様で顕微鏡像及び表示像を観察する状態から、図６（ｂ）に示す観察態様で顕微鏡像及び表示像を観察する状態へと切り替わる。図６（ｂ）に示すように、観察者が頭部をわずかに動かし且つ眼球をわずかに回転した場合には、眼球の中心位置に対して、接眼レンズ１１２３は、頭部（眼球の中心位置）を動かした方向に応じた方向（図６（ｂ）に示す例では、下方向）に向かって移動する。その結果、観察者（ＥＰ２）の瞳孔には、表示部１２１からの光（つまり、表示像）が到達する。従って、観察者（ＥＰ２）は、表示像を適切に観察することができる。一方で、顕微鏡像を形成する光の一部は、接眼レンズ１１２３によるケラレ及び観察者の虹彩によるケラレに起因して、観察者（ＥＰ２）の瞳孔に到達することはない。従って、観察者（ＥＰ２）は、少なくとも、顕微鏡像のうち重複領域１１４ａに表示される一部の画像部分を観察することはない。つまり、観察者（ＥＰ２）は、表示像の一部と顕微鏡像の一部とが重なった状態で顕微鏡像及び表示像の双方を同時に観察することがない。

尚、上述の説明では、表示領域１１４と表示領域１２４とは、観察者の視線方向に沿って部分的に重なっている。しかしながら、表示領域１１４と表示領域１２４とは、観察者の視線方向に沿って部分的に重なっていなくてもよい。但し、観察者が注視する画像を切り替えるために必要な眼球の回転量（更には、頭部の移動量）をより一層小さくするという観点から見れば、表示領域１１４と表示領域１２４とは、観察者の視線方向に沿って部分的に重なっていることが好ましい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う観察装置及び表示装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ 顕微鏡システム
１１ 顕微鏡
１１２ 顕微鏡光学系
１１４ 表示領域
１２ 表示ユニット
１２１ 表示部
１２２ 表示光学系
１２４ 表示領域

Claims (7)

1. 顕微鏡像を、第１領域に表示された画像として第１視点から観察者に観察させる第１光学系と、
   前記顕微鏡像とは異なる表示像を、第２領域に表示された画像として前記第１視点に隣接する第２視点から前記観察者に観察させる第２光学系であって且つ半透過の凹面鏡を含む第２光学系を備えるヘッドアップディスプレイと
   備え、
   前記第１及び第２光学系は、前記第１及び第２領域が前記観察者の視線方向に沿って部分的に重なると共に、前記第１及び第２視点の夫々において前記顕微鏡像及び前記表示像が重なった状態で前記観察者に観察されないように配置されている観察装置。
2. 前記第１視点から見た前記第１領域の画角であって、前記第１視点、前記第２視点、および前記第１領域の中心が含まれる平面に沿った画角をαとし、前記第２視点から見た前記第２領域の画角であって、前記平面に沿った画角をβとし、前記第１視点と前記第１領域の中心とを結ぶ軸と、前記第２領域と前記平面とが交わってなす線分の中心と前記第２視点とを結ぶ軸とが前記平面に沿ってなす角度をθとすると、前記第１及び第２光学系は、少なくともθ＜α／２＋β／２を満たすように配置されている
   請求項１に記載の観察装置。
3. αは４５度以下であり、βは４５度以下であり、θは３０度以下である
   請求項２に記載の観察装置。
4. 前記第１視点と前記第２視点との間の距離は、５０ｍｍ以下である
   請求項１から３のいずれか一項に記載の観察装置。
5. 前記第１視点から前記第１領域までの光路長と、前記第２視点から前記第２領域までの光路長とが同一である
   請求項１から４のいずれか一項に記載の観察装置。
6. 前記第１光学系は、前記顕微鏡像を前記第１視点に導く接眼レンズと、前記接眼レンズの周囲に配置される縁部材とを備えており、
   前記縁部材は、前記第２領域のうち前記第１領域と重なる重複領域に表示された一部の前記表示像が、前記第１視点に導かれることを防止する
   請求項１から５のいずれか一項に記載の観察装置。
7. 前記第１領域のうち前記第２領域と重なる重複領域に表示された一部の前記顕微鏡像を形成する光は、前記第２視点においては前記観察者の瞳孔に入射しない
   請求項６に記載の観察装置。