镜筒装置和显微镜系统

技术领域

本说明书的公开涉及镜筒装置以及显微镜系统。

背景技术

近年来，期待利用AI(Artificial Intelligence：人工智能)来支持在显微镜下进行的作业。作为能够提供这样的AI支持的显微镜，已知AR(Augmented Reality：增强现实)显微镜。

AR显微镜是在通过观察目镜而观察的标本的光学像上重叠显示辅助信息的显微镜，例如记载于专利文献1、专利文献2。AR显微镜所显示的辅助信息是典型地通过对拍摄该标本而得到的图像进行分析来生成的。特别是，通过在图像分析中使用深度学习等AI技术，能够向显微镜使用者提供基于AI的高度的支持。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/042413号公报

专利文献2：国际公开第2020/066041号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，专利文献1、专利文献2所记载的显微镜系统均采用将内置有投影仪的中间镜筒安装于镜筒与显微镜主体部分之间的结构。

然而，当将中间镜筒安装于显微镜时，眼点的高度与中间镜筒的高度相应地变高。因此，有可能使系统的人体工学性劣化。另外，由于安装中间镜筒，镜筒内的成像透镜与物镜的距离也被延长。因此，还担心对成像性能、周边光量等系统光学性能的不良影响。

鉴于以上的实际情况，本发明的一个方面的目的在于提供一种AR显示功能，该AR显示功能在维持较高的人体工学性的同时，在光学像上重叠辅助信息。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式的镜筒装置能够安装于显微镜主体，该镜筒装置具有：目镜套筒，其能够安装目镜；成像透镜，来自安装有所述镜筒装置的显微镜主体的光束入射至该成像透镜；中继光学系统，其将所述成像透镜所形成的一次像中继到安装于所述目镜套筒的目镜的物面而形成二次像；第一反射光学系统，其使来自所述成像透镜的光束反射而向第一水平方向折返；第二反射光学系统，其配置在配置有所述第一反射光学系统的第一水平平面上，使经过所述第一反射光学系统后的光束反射而向铅垂上方方向折返；第三反射光学系统，其配置在与所述第一水平平面不同的第二水平平面上，使经过所述第二反射光学系统后的光束反射而向第二水平方向折返；附加光学系统，用于在所述目镜的所述物面上形成与所述二次像不同的像的光束通过该附加光学系统；以及光学元件，其配置在所述第二水平平面上，将来自所述附加光学系统的光束向到达所述目镜的所述物面的光路引导。

本发明的一个方式的显微镜系统具备：显微镜主体；物镜；目镜；摄像装置；以及镜筒装置，其能够安装于所述显微镜主体，所述镜筒装置具备：目镜套筒，其能够安装所述目镜；成像透镜，来自安装有所述镜筒装置的所述显微镜主体的光束入射至该成像透镜；中继光学系统，其将所述成像透镜所形成的一次像中继到安装于所述目镜套筒的目镜的物面而形成二次像；第一反射光学系统，其使来自所述成像透镜的光束反射而向第一水平方向折返；第二反射光学系统，其配置于配置有所述第一反射光学系统的第一水平平面上，使经过所述第一反射光学系统后的光束反射而向铅垂上方方向折返；第三反射光学系统，其配置于与所述第一水平平面不同的第二水平平面上，使经过所述第二反射光学系统后的光束反射而向第二水平方向折返；附加光学系统，用于在所述目镜的所述物面形成与所述二次像不同的像的光束通过该附加光学系统；以及光学元件，其配置于所述第二水平平面上，将来自所述附加光学系统的光束向到达所述目镜的所述物面的光路引导。

发明效果

根据上述的方式，能够在维持高的人体工学性的同时提供AR显示功能。

附图说明

图1是示出一个实施方式的显微镜系统的结构的图。

图2是用于说明镜筒装置内的光学系统的图。

图3是用于说明镜筒装置内的2层结构的图。

图4是用于说明像的旋转的图。

图5是示出第一实施方式的镜筒装置的结构的立体图。

图6是示出第一实施方式的镜筒装置的1层部分的结构的俯视图。

图7是示出第一实施方式的镜筒装置的2层部分的结构的俯视图。

图8是示出第一实施方式的镜筒装置的结构的侧视图。

图9是示出用于在镜筒装置内得到光路长度的结构的例子的图。

图10是示出第一实施方式的镜筒装置采用的水平方向的光路的图。

图11是在第一实施方式中经过目镜观察到的图像的一例。

图12是在第一实施方式中经过目镜观察到的图像的另一例。

图13是在第一实施方式中经过目镜观察到的图像的又一例。

图14是在变形例中经过目镜观察到的图像的例子。

图15是例示固定有第一反射光学系统的滑块的结构的图。

图16是示出第二实施方式的镜筒装置的结构的立体图；

图17是示出第二实施方式的镜筒装置的1层部分的结构的俯视图。

图18是示出第二实施方式的镜筒装置的2层部分的结构的俯视图。

图19是示出第二实施方式的镜筒装置的结构的侧视图；

图20是示出第二实施方式的镜筒装置采用的水平方向的光路的图。

图21是示出第三实施方式的镜筒装置的结构的立体图；

图22是示出第四实施方式的镜筒装置的结构的侧视图；

图23是示出另一个实施方式的显微镜系统的结构的图；

图24是在图23所示的显微镜系统中经过目镜观察到的图像的一例。

附图标记说明

1、2：显微镜系统；10：显微镜主体；11：载物台；12：灯罩；13：光源；14：转换器；15：物镜；20、100、200、300、400：镜筒装置；21：目镜套筒；22：转动部；23、109、210、309、408：投影仪；24、101、201、301、401：成像透镜；25：分束器；26：中继光学系统；26a、26b、106、113、207、213、307、312、407、411：中继透镜；27、110、211、310、409：投影透镜；28：半透半反镜；30：目镜；31、104、205、305、404：视场光阑；40：摄像装置；41：图像传感器；50：控制装置；60：条形码读取器；102、202、302、402、M1：第一反射光学系统；103、105、112、114、115、121、122、203、204、206、214、215、303、308、313、314、412：反射镜；107、208、304、403、M2：第二反射光学系统；108、209、306、406、M3：第三反射光学系统；111、212、311、410、M4：合成光学元件；130：光路切换机构；131：滑块；132、133、134：光学元件；FS1、FS1a、FS2：视场；P1：一次像面；P2：二次像面；S：标本；S0：像；S1：正像；S10：光学像；S11：分析信息；S12：设定信息；S13：GUI信息；S14、S15、S16：标本信息；S2：倒像；S3、S4：镜像

具体实施方式

图1是示出一个实施方式的显微镜系统1的结构的图。显微镜系统1是包括具有AR显示功能的镜筒装置20的显微镜系统。显微镜系统1例如可以是生物显微镜系统，也可以是工业显微镜系统。

如图1所示，显微镜系统1包括显微镜和控制显微镜的控制装置50。在显微镜中设置有显微镜主体10、能够安装于显微镜主体10的镜筒装置20、目镜30以及摄像装置40。此外，在图1中，例示了正立显微镜，但显微镜系统1所包含的显微镜也可以是倒立显微镜。

显微镜主体10具备配置标本S的载物台11、收容有光源13的灯罩12、以及安装有物镜15的转换器14。镜筒装置20安装于显微镜主体10。另外，目镜30和摄像装置40安装于镜筒装置20。

载物台11通过齿轮齿条机构与调焦手柄连接。调焦手柄的旋转运动通过齿轮齿条机构转换为载物台11的直线运动。由此，载物台11通过旋转调焦手柄而上下移动。载物台11是在物镜15的光轴方向上调整物镜15的焦平面相对于标本S的位置的调焦机构的一例。

另外，载物台11包括在与物镜15的光轴方向垂直的方向上移动的XY台。通过操作未图示的手柄，载物台11在与物镜15的光轴方向垂直的方向上移动。另外，在载物台11上形成有供来自聚光器的照明光通过的、大小为标本S不会落下的程度的开口。

灯罩12包括射出向标本S照射的照明光的光源13。通过接通未图示的电源开关，光源13点亮，通过断开电源开关，光源13熄灭。

光源13例如是卤素灯等。从光源13射出的照明光经过设置于显微镜主体10的聚光器照射到配置于载物台11的标本S。从载物台11射出的照明光的光量能够通过设置于显微镜主体10的拨盘来调整。根据作为调光输入部发挥功能的拨盘的旋转，控制从光源13发出的照明光的光量。

在转换器14上能够安装多个物镜，优选安装倍率不同的多个物镜。通过转换器14旋转，切换配置于显微镜的光路上的物镜。转换器14是切换物镜的切换机构的一例。

镜筒装置20是能够安装目镜30和摄像装置40的三眼镜筒。来自被照射了照明光的标本S的光经过物镜15入射到镜筒装置20。入射到镜筒装置20的光在镜筒装置20内被分割为到达目镜30的光和到达摄像装置40的光。

镜筒装置20具备目镜套筒21、转动部22、投影仪23以及成像透镜24。在目镜套筒21上能够安装目镜30。目镜套筒21设置于转动部22。转动部22绕水平方向的轴在倾斜方向上转动。安装于目镜套筒21的目镜30与转动部22一起转动，从而调整眼点的高度。

投影仪23是在形成有标本S的光学像的像面(二次像面P2)上重叠辅助信息(以下简称为辅助信息)的重叠装置的一例。投影仪23可以是使用液晶器件的液晶投影仪，也可以是使用有机EL器件的有机EL投影仪或DMD(注册商标)投影仪。

来自显微镜主体10的光束入射到成像透镜24。成像透镜24会聚经过物镜15入射的平行光束。会聚光束之后被分束器分割为到达目镜30的光和到达摄像装置40的光。到达摄像装置40的光在图像传感器41的摄像面上成像。另一方面，为了向显微镜使用者提供AR显示功能，到达目镜30的光在镜筒装置20内成像2次，入射到目镜30。关于这一点，参照图2在后面详细叙述。

目镜30安装在设置于镜筒装置20的目镜套筒21上。摄像装置40例如是具备图像传感器41的数码相机。摄像装置40对标本S进行摄像，取得标本S的图像。图像传感器41是CCD、CMOS等。摄像装置40通过安装于镜筒装置20，设置在从物镜15经过成像透镜24到达目镜30的目视观察光路分支的摄像光路上。

控制装置50是控制显微镜的装置。控制装置50例如控制显微镜所包含的投影仪23。此外，在图1中，控制装置50表示为单一的装置，但控制装置50也可以是2个以上的装置的集合。控制装置50例如也可以由显微镜控制专用的控制箱和通用的计算机构成。

图2是用于说明镜筒装置20内的光学系统的图。以下，参照图2，对适合于AR显示功能的提供的光学系统的结构进行说明。如图2所示，镜筒装置20还具备分束器25、中继光学系统26、投影透镜27以及半透半反镜28。

由成像透镜24会聚并由分束器25分离的光束中的到达摄像装置40的光束直接在摄像装置40的摄像面上成像。另一方面，由分束器25分离的会聚光束中的到达目镜30的光束在配置于分束器25的后级的中继光学系统26的近前成像，在一次像面P1形成一次像。

进而，中继光学系统26将成像透镜24所形成的一次像中继到安装于目镜套筒21的目镜30的物面而形成二次像。更详细地说，中继透镜26a将来自一次像面P1的光暂时转换为平行光束，之后，通过中继透镜26b将平行光束转换为会聚光束，从而形成二次像。即，目镜30的物面是标本S的二次像面P2，显微镜使用者经过目镜30观察形成于二次像面P2的二次像。

来自投影仪23的光通过配置在平行光束通过的中继透镜26a与中继透镜26b之间的光路上的半透半反镜28，与平行光束合成。更具体而言，来自投影仪23的光被投影透镜27转换为平行光束，之后，通过半透半反镜28与经过成像透镜24入射的平行光束合成。由此，来自投影仪23的光在形成有标本S的二次像的二次像面P2成像，并重叠辅助信息。因此，显微镜使用者经过目镜30观察形成于二次像面P2的标本S的二次像和辅助信息。

另外，投影透镜27是用于在目镜30的物面上形成与二次像不同的像(辅助信息)的光束所通过的附加光学系统的一例。半透半反镜28是将来自附加光学系统(投影透镜27)的光束向到达目镜30的物面的光路引导的光学元件(以下，记作合成光学元件)的一例。也可以代替半透半反镜28而使用反射光与透射光的比率与半透半反镜28不同的任意的分束器作为合成光学元件。

在镜筒装置20中，需要将来自投影仪23的光与来自成像透镜24的光合成，为此需要空间。通过在镜筒装置20设置中继光学系统26，能够确保用于合成光的空间而配置半透半反镜28。

另外，通过设置中继光学系统26，来自投影仪23的光不是在一次像面P1而是在二次像面P2成像。在该结构中，能够将将来自投影仪23的光合成为来自标本S的光的半透半反镜28配置在来自标本S的光作为平行光束行进的光路上。因此，镜筒装置20能够在避免由于半透半反镜28而产生重影的同时提供AR显示功能。

此外，如上述的专利文献1、专利文献2那样，在将提供AR显示功能的投影仪设置于中间镜筒内的情况下，也能够在物镜与成像透镜之间的平行光束中合成来自投影仪的光。但是，在该情况下，与在镜筒装置20内设置投影仪23的情况相比，由于物镜与成像透镜之间的距离延长，光学性能有可能劣化。具体而言，像的周边变暗，或者通过透镜的周边，因此成像性能产生劣化。根据镜筒装置20，不会延长物镜与成像透镜之间的距离，因此能够避免光学性能的劣化。

进而，上述专利文献1、专利文献2那样的在中间镜筒中设置投影仪的结构不适合于与在三眼镜筒中安装摄像装置的结构的组合。由摄像装置取得的图像用于图像分析等，因此优选不重叠辅助信息。然而，若在中间镜筒设置投影仪，则来自投影仪的光合成后的光被三眼镜筒内的分束器分离。因此，辅助信息也重叠在由安装于三眼镜筒的摄像装置取得的图像上。与此相对，在镜筒装置20内设置中继光学系统26的结构能够在分束器25的后级合成来自投影仪23的光。因此，能够避免来自投影仪23的光入射到摄像装置40。因此，在镜筒装置20内设置中继光学系统26的结构在将镜筒装置20构成为三眼镜筒并活用现有的摄像装置的方面也是优选的。

如上所述，与具有AR显示功能的中间镜筒相比，具有AR显示功能的镜筒装置20在光学性能方面和显微镜使用者所拥有的现有装置的有效利用方面都具有优势。另外，当安装有中间镜筒时，眼点的高度仅升高中间镜筒的高度，牺牲了显微镜系统1的埃尔博曼性能，但通过在镜筒装置20内设置投影仪23，能够省略中间镜筒。因此，根据镜筒装置20，能够抑制由于将中间镜筒插入显微镜主体10与镜筒装置20之间而导致的眼点的高度的上升。

另一方面，镜筒装置20为了在镜筒装置20内成像2次而需要中继光学系统26。因此，从成像透镜24到目镜30的光路长度与使用中间镜筒的情况相比必然变长。若与该中间镜筒的情况相比较的光路长度的延长量在铅垂方向上延伸，则与中间镜筒相比较的眼点的高度的优越性变小或丧失。

因此，在镜筒装置20中，为了抑制眼点的高度而采用2层结构。以下，参照图3对抑制眼点的高度的2层结构进行说明。

图3是用于说明镜筒装置内的2层结构的图。为了抑制眼点的高度，优选尽可能地在水平方向上延伸光路来消耗光路长度。然而，当光路在水平方向上过度延伸时，镜筒装置20在水平方向上的尺寸(即，占用面积)变得过大。因此，在镜筒装置20中，为了在将镜筒装置20收容于有限的空间的同时抑制眼点的高度，采用2层结构。具体而言，如图3所示，镜筒装置20具备第一反射光学系统M1、第二反射光学系统M2和第三反射光学系统M3，通过这些反射光学系统实现2层结构。

第一反射光学系统M1使来自成像透镜24的光束反射而向第一水平方向折返。光束通过第一反射光学系统M1向第一水平方向反射，从而光路向水平方向延伸，不会伴随眼点的高度的上升而消耗光路长度。另外，第一反射光学系统M1例如是分束器25。第一反射光学系统M1也可以使来自成像透镜24的光束的一部分反射而向第一水平方向折返，并且使来自成像透镜24的光束的另一部分透过而将其向摄像装置40引导。

第二反射光学系统M2配置在配置有第一反射光学系统M1的第一水平平面上，使经过第一反射光学系统M1后的光束反射而向铅垂上方方向折返。即，从第一反射光学系统M1到第二反射光学系统M2之间的光路构成第一阶层。光束通过第二反射光学系统M2向铅垂上方方向反射，由此能够防止镜筒装置20在水平方向上过度扩展。

第三反射光学系统M3配置在与第一水平平面不同的第二水平平面上，使经过第二反射光学系统M2后的光束反射而向第二水平方向折返。第三反射光学系统M3以后的光路构成第二阶层。光束通过第三反射光学系统M3向第二水平方向反射，从而光路向水平方向延伸，再次不伴随眼点的高度的上升而消耗光路长度。

这样，镜筒装置20通过具备第一反射光学系统M1、第二反射光学系统M2和第三反射光学系统M3，能够实现2层结构，抑制眼点的高度的过度上升，并且应对伴随中继光学系统的导入的光路长度的延长。因此，根据镜筒装置20，与中间镜筒相比，能够维持与眼点的高度相关的优越性，能够在维持高的人体工学性的同时提供AR显示功能。

此外，如图3所示，镜筒装置20包括配置在第二水平平面上的合成光学元件M4。合成光学元件M4将从投影仪23射出的来自投影透镜27的光束向到达目镜30的物面的光路引导。另外，合成光学元件M4例如是半透半反镜28。

通过将合成光学元件M4配置在比第一水平平面靠上方的第二水平平面上，投影仪23也设置在镜筒装置20内的比较高的位置。作为投影仪23，可以采用任意方式的投影仪，但无论哪一种方式的投影仪都会发热。因此，为了防止由于来自投影仪23的热的影响而导致镜筒装置20内的透镜、反射镜变形从而光学性能劣化，优选投影仪23配置在能够高效地对热进行散热的位置。具体而言，投影仪23优选配置于镜筒装置20的外装部附近，优选配置于在热量散逸的上方具有空间的位置。在镜筒装置20中，通过将投影仪23配置在第二水平平面上，能够使热量从镜筒装置20的上表面向上方释放，因此能够高效地从投影仪23散热。因此，根据镜筒装置20，还能够防止由投影仪23的发热引起的光学性能的劣化。

如以上那样，具备投影仪23和将来自投影仪23的光束引导至目镜30的物面的合成光学元件M4的镜筒装置20通过由第一反射光学系统M1、第二反射光学系统M2和第三反射光学系统M3实现2层结构，能够抑制眼点的上升。另外，通过将合成光学元件M4配置于2层结构的第二层，能够高效地对由投影仪23产生的热进行散热。因此，镜筒装置20能够在维持高的人体工学性的同时提供AR显示功能。另外，能够避免起因于热的各种问题而以高可靠性提供AR显示功能。

以下，在各实施方式中对具有上述的2层结构的镜筒装置20的具体例进行说明。另外，作为第一实施方式至第三实施方式而例示的镜筒装置是安装于在病理诊断等中使用的生物显微镜系统的镜筒装置。另外，作为第四实施方式例示的镜筒装置是安装于工业显微镜系统的镜筒装置。第一实施方式至第四实施方式的镜筒装置在各镜筒装置内成像2次这一点上相同。

图4是用于说明像的旋转的图。镜筒装置大致分为观察与原来的像S0(例如标本S)相同朝向的正像S1的正像镜筒、和观察与原来的像S0上下左右反转的倒像S2的倒像镜筒。当忽略形成镜像的平面反射时，如果成像次数是偶数次，则镜筒装置形成正像S1，如果成像次数是奇数次，则镜筒装置形成倒像S2。

并且，每当产生水平平面内的平面反射时，像左右反转。因此，当发生奇数次水平平面内的平面反射时，正像S1被转换为镜像S3。另外，每当在铅垂平面内产生平面反射时，像上下反转。因此，当在铅垂平面中发生奇数次平面反射时，正像S1被转换为镜像S4。因此，镜筒装置形成的像的朝向由成像次数和水平平面和铅垂平面各自的平面反射的次数决定。

在病理市场中，大多使用倒像镜筒，病理医师习惯倒像的观察。因此，由于显微镜使用者压倒性地期望倒像而不是正像，因此作为第一实施方式至第三实施方式所例示的镜筒装置构成为倒像镜筒。这些镜筒装置在镜筒装置内成像2次，因此在不考虑平面反射的情况下，会形成正像S1。因此，为了消耗随着中继光学系统的导入而延长的光路长度，在镜筒装置内分别在水平方向和铅垂方向上产生奇数次的使光路弯折的平面反射。由此，在镜筒装置内，正像S1在左右方向和上下方向这两个方向上反转，形成倒像S2。

另一方面，在工业用途中，显微镜使用者喜欢正像，因此作为第四实施方式例示的镜筒装置构成为正像镜筒。第四实施方式的镜筒装置也在镜筒装置内成像2次，因此在不考虑平面反射的情况下，形成正像S1。因此，为了消耗随着中继光学系统的导入而延长的光路长度，在镜筒装置内在水平方向和铅垂方向上分别产生偶数次使光路弯折的平面反射。由于平面反射的影响被排除，因此形成正像S1。

(第一实施方式)

图5是示出本实施方式的镜筒装置100的结构的立体图。图6是示出本实施方式的镜筒装置100的1层部分的结构的俯视图。图7是示出本实施方式的镜筒装置100的2层部分的结构的俯视图。图8是示出本实施方式的镜筒装置100的结构的侧视图。参照图5至图8，对镜筒装置100的结构进行说明。

此外，图5至图8所示的正交坐标系的Z方向是铅垂方向，XY方向是水平方向。X方向是包括镜筒装置100的显微镜系统的左右方向，Y方向是包括镜筒装置100的显微镜系统的前后方向。

镜筒装置100例如是能够安装于显微镜主体的镜筒装置，是形成在病理诊断等中使用的倒像的倒像镜筒装置。镜筒装置100是安装目镜30和摄像装置40的三眼镜筒。

镜筒装置100为了确保配置合成光学元件111的空间而具备中继光学系统(中继透镜106和中继透镜113)。合成光学元件111是将通过投影透镜110转换为平行光束的来自投影仪109的光束向目镜30引导的光学元件。合成光学元件111配置在平行光束通过的中继透镜106与中继透镜113之间的光路上。镜筒装置100具有中继光学系统，从而能够向显微镜使用者提供AR功能。

构成中继光学系统的中继透镜106的焦距与成像透镜101的焦距可以相同也可以不同。然而，期望由中继透镜106和中继透镜113构成的中继光学系统的倍率为1倍，因此，期望中继光学系统形成与一次像相同大小的二次像。

另外，在图5中，为了简化附图，仅记载了1个到达目镜30的目视观察光路，但镜筒装置100如上所述是三眼镜筒，具备左眼用和右眼用的2个目镜30。在图5中，虽然省略了记载，但在后述的反射镜115与目镜30之间设置有未图示的光线分支部(由使用了棱镜的分束器等构成)，通过该光线分支部分别向左眼用和右眼用的目镜30引导光。

另外，镜筒装置100为了在抑制眼点的上升的同时在有限的空间内高效地消耗由于中继光学系统而与以往相比延长的光路长度，而具有2层结构。具体而言，镜筒装置100的2层结构通过具备第一反射光学系统102、第二反射光学系统107以及第三反射光学系统108来实现。由此，镜筒装置100能够在不使占用面积(footpoint)过大的情况下抑制眼点的高度。

另外，镜筒装置100在作为2层结构中的上层的第二层具备合成光学元件111。由此，镜筒装置100能够高效地释放由设置在合成光学元件111附近的投影仪109产生的热。

更详细而言，如图5所示，镜筒装置100具备：成像透镜101，其光轴朝向铅垂方向；光学系统，其包含第一反射光学系统102和第二反射光学系统107，配置于第一层；光学系统，其包含第三反射光学系统108，配置于第二层；以及反射镜115，其安装于使目镜30在倾斜方向上转动的未图示的转动部的轴。

在镜筒装置100中，成像透镜101配置在镜筒装置100内的最接近显微镜主体(物镜)的位置。由此，镜筒装置100能够高效地取入来自显微镜主体的光。

如图5和图6所示，镜筒装置100具备第一反射光学系统102、反射镜103、视场光阑104、反射镜105、中继透镜106以及第二反射光学系统107作为配置于第一层的光学系统。另外，如图5和图7所示，镜筒装置100具备第三反射光学系统108、投影透镜110、合成光学元件111、反射镜112、中继透镜113以及反射镜114作为配置于第二层的光学系统。此外，投影仪109也被配置在第二层中。

第一反射光学系统102是将来自成像透镜101的光分离为到达摄像装置40的光和到达目镜30的光的分束器。在第一反射光学系统102中，产生铅垂平面内的平面反射。详细而言，第一反射光学系统102使来自成像透镜101的光束的一部分反射而向第一水平方向(Y+方向)折返，并且使来自成像透镜101的光束的另一部分透过而将其向摄像装置40引导。

此外，第一水平方向是显微镜系统的前后方向中的从设置有目镜套筒的镜筒装置100的正面朝向背面的方向。通过利用第一反射光学系统102使来自成像透镜101的光束向第一水平方向偏转，能够避免镜筒装置100占有显微镜使用者所在的正面侧的空间。

由第一反射光学系统102反射并在第一层中行进的会聚光束在分别产生水平平面内的平面反射的反射镜103与反射镜105之间成像，并作为发散光束入射到中继透镜106。在成像透镜101形成一次像的、反射镜103与反射镜105之间的一次像面，设置有镜筒装置100的作为第一视场光阑的视场光阑104。视场光阑104的直径例如是作为显微镜的视场而标准的φ22。

另外，反射镜103和反射镜105具有使出射光束的方向相对于入射光束的方向在水平平面内相差90度的一组反射面。反射镜103和反射镜105所具有的一组反射面使向Y+方向行进的光束在水平平面内弯折90度而向X+方向行进。

中继透镜106是构成设置在镜筒装置100中的中继光学系统的第一中继透镜，并且将经过第一反射光学系统102后的光束转换为平行光束。然后，平行光束入射到第二反射光学系统107。在第二反射光学系统107中，产生铅垂平面内的平面反射。由此，平行光束被第二反射光学系统107朝向铅垂上方方向(Z+方向)反射，向第三反射光学系统108入射。

在第三反射光学系统108中，产生铅垂平面内的平面反射。由此，经过第二反射光学系统107后的平行光束被第三反射光学系统108向第二水平方向(X-方向)反射。由第三反射光学系统108反射的平行光束与从投影仪109出射并由投影透镜110准直的平行光束被合成光学元件111合成，然后入射到反射镜112。

在反射镜112中，产生水平平面内的平面反射。由此，合成后的平行光束向Y-方向反射，入射到中继透镜113。中继透镜113是构成设置在镜筒装置100中的中继光学系统的第二中继透镜。向中继透镜113入射的平行光束被中继透镜113转换成会聚光束，然后入射到反射镜114上。

反射镜114具备反射面，该反射面使经过第三反射光学系统108后的光束朝向安装于转动部的轴的反射镜115向下方向反射。在反射镜114(的反射面)中，产生铅垂平面内的平面反射。由此，会聚光束向Z-方向反射，入射到反射镜115。在反射镜115中也产生铅垂平面内的平面反射。由此，会聚光束朝向目镜30反射。

如图5和图8所示，在镜筒装置100内，利用配置于第二层的反射镜114暂时降低光束，之后，利用反射镜115使光束朝向目镜30弹起。根据该结构，镜筒装置100能够通过转动部在倾斜方向上的转动来应对与显微镜使用者相应的各种眼点。另外，利用反射镜114暂时降低光束的结构在抵消由于为了消耗光路长度而采用的2层结构而产生的眼点的上升量方面也是优选的。

此外，反射镜115是绕轴旋转转动部的转动量的1/2的反射部件。通过反射镜115旋转转动部的转动量的1/2，从反射镜114向反射镜115入射的光的入射角和由反射镜115反射的光的出射角分别增大(或减小)转动量的1/2。由此，从反射镜114向反射镜115入射的光被反射镜115偏转与转动部的转动量相同的角度，因此能够与转动量无关地向目镜30引导光束。

由反射镜115反射的会聚光束在目镜30的物面(二次像面)上成像，作为发散光束入射到目镜30。在中继光学系统形成二次像的二次像面(目镜30的物面)，设置有镜筒装置100的作为第二视场光阑的视场光阑31。视场光阑31的直径例如为φ26.5。

此外，优选视场光阑104的开口部的形成于二次像面的像比视场光阑31的开口部小。即，如果中继光学系统的倍率为1倍，则优选视场光阑104的直径比视场光阑31的直径小。通过使视场光阑104的直径比视场光阑31的直径小，能够在视场光阑31的开口部内设置不投影光学像(二次像)的区域。通过将辅助信息从投影仪109投影到不投影光学图像的区域，可以在不受光学图像影响的情况下以高对比度显示辅助信息。

在如以上那样构成的镜筒装置100中，如图8所示，铅垂平面内的平面反射除了在实现2层结构的第一反射光学系统102、第二反射光学系统107和第三反射光学系统108上产生之外，还在用于调整眼点的高度的反射镜114和反射镜115上产生。即，产生共计5次的奇数次的平面反射。由此，能够使通过2次成像而形成的正像的上下反转。

并且，在镜筒装置100中，如图6和图7所示，水平平面内的平面反射除了在设置于第一层的反射镜103和反射镜105上产生之外，还在设置于第二层的反射镜112上产生。即，产生共计3次的奇数次的平面反射。由此，通过2次成像形成的正像的左右也能够反转。

因此，根据镜筒装置100，能够将通过2次成像而形成的正像上下左右反转，最终输出倒像。另外，在未图示的左眼用和右眼用的光路(以下记为双眼光路)中的反射次数在水平方向上为偶数次，因此双眼光路中的反射不会对像的朝向造成影响。

图9是示出用于在镜筒装置内消耗光路长度的结构的例子的图。图10是示出本实施方式的镜筒装置100采用的水平方向的光路的图。以下，参照图9和图10，对镜筒装置100中的水平平面内的平面反射进行更详细的说明。

如上所述，在镜筒装置100中，期望通过在水平方向上延伸的光路来高效地消耗由于中继光学系统的引入而延长的光路长度。另外，期望避免镜筒装置100的占用面积的过度增大、镜筒装置100成为在一个方向上极长的形状。进而，由设置在成像透镜101的上方的第一反射光学系统102在水平方向上反射的光束最终需要引导至在俯视时位于成像透镜101的近前(Y-方向)的目镜30。

若对满足这些要件的水平方向上的光路进行研究，则考虑在水平平面(XY平面)内，设计将朝向Y方向的往复光路(Y+方向的光路和Y-方向的光路)和朝向X方向的往复光路(X+方向的光路和X-方向的光路)共计4个光路组合而成的光路。

但是，在这样的光路设计中，水平平面内的平面反射仅产生2次。具体而言，如图9所示，在连接4个光路的3个连接点中的1点配置有第二反射光学系统107和第三反射光学系统108的组合，因此水平平面内的平面反射仅在配置于剩余的2个连接点的反射镜121和反射镜122的每一个上产生。因此，在将由朝向Y方向的往复光路和朝向X方向的往复光路构成的共计4个光路组合时，不会产生奇数次的平面反射，无法使通过2次成像而形成的正像左右反转。

因此，镜筒装置100为了产生奇数次的平面反射，使用使出射光束的方向相对于入射光束的方向在水平平面内相差90度的一组反射面。具体而言，如图10所示，将分别使出射光束的方向相对于入射光束的方向在水平平面内相差90度的图9所示的2个反射镜(反射镜121、反射镜122)中的一方置换为上述的一组反射镜(反射镜103、反射镜105)，形成4字光路。即，代替利用1个反射镜使光束向相差90度的方向偏转，而利用一组反射镜(一组反射面)使光束向相差90度的方向偏转。

由此，形成在朝向Y方向的往复光路和朝向X方向的往复光路上加上形成在一组反射镜之间的倾斜的光路的共计5个光路，能够在连接该5个光路的4点中的、除了配置第二反射光学系统107和第三反射光学系统108的1点以外的3点产生平面反射。

这样，通过在镜筒装置100中使用使出射光束的方向相对于入射光束的方向在水平平面内相差90度的一组反射面来形成4字光路，能够产生水平平面内的奇数次的平面反射。因此，能够使通过2次成像而形成的正像左右反转。另外，通过与上述的铅垂平面内的奇数次的平面反射的组合，能够将正像转换为倒像并输出。因此，根据镜筒装置100，能够实现具有AR显示功能的镜筒装置，该AR显示功能输出适合于生物显微镜系统的倒像。

另外，如图10所示，在镜筒装置100中，优选的是，一组反射面(反射镜103、反射镜105)中的一方配置于由包含成像透镜101的光轴和目镜30的中心线的平面(以下，记为中心铅垂平面)划分的2个区域中的一方，第二反射光学系统107或第三反射光学系统108中的至少一方配置于由中心铅垂平面划分的2个区域中的另一方。这样，通过将反射镜105和第二反射光学系统107(第三反射光学系统108)隔着中心铅垂平面配置在相反的区域，与图9所示的情况相比，能够在镜筒装置100的中心附近配置目镜套筒。另外，如果目镜30是单眼的，则目镜30的中心线是该目镜30的光轴，如果目镜30是双眼的，则目镜30的中心线是在左右目镜30的光轴的中间引出的中间线。

另外，作为反转像的光学系统，已知波罗棱镜，但镜筒装置100所包含的光学系统与使用波罗棱镜的光学系统相比能够紧凑地构成。这是因为在波罗棱镜中，入射光束和出射光束的方向为相同方向。因此，例如，如果以使入射光束和出射光束的方向朝向铅垂方向的方式配置波罗棱镜，则难以抑制眼点。

图11至图13是在本实施方式中经过目镜30观察到的图像的例子。另外，图11至图13所示的视场FS1是视场光阑104的开口部的形成于二次像面的像，表示被配置于一次像面的视场光阑104限制的视场。另外，视场FS2是形成于二次像面的视场光阑31的开口部，表示被配置于二次像面的视场光阑31限制的视场。

图11示出在投影仪109的电源断开的状态下经过目镜30观察到的图像的一例。在投影仪109的电源断开的状态下，仅标本S的光学像S10被投影到二次像面的视场FS1内。

图12示出在投影仪109的电源接通的状态下经过目镜30观察到的图像的一例。在投影仪109的电源接通的状态下，除了光学像S10以外，还将通过对由摄像装置40取得的图像进行分析而生成的分析信息S11作为辅助信息投影到二次像面。另外，在该例子中，分析信息S11是标记细胞核的信息。分析信息S11例如通过控制装置50使用学习完毕模型对由摄像装置40取得的图像进行分析而生成，该学习完毕模型是预先通过机器学习以检测图像中的细胞核的方式学习而得到的。

图13示出在投影仪109的电源接通的状态下经过目镜30观察到的图像的另一例。在图12中，示出辅助信息是对由摄像装置40取得的图像进行分析而得到的信息的情况，但辅助信息不限于对由摄像装置40取得的图像进行分析而得到的信息。例如，也可以包含显微镜系统的设定信息等。在图13中，除了分析信息S11之外，还示出设定信息S12被投影到二次像面的情形。另外，设定信息S12优选投影到视场FS1的外侧且视场FS2的内侧。由于该区域未投影光学像，因此背景为黑色，能够对比度良好地显示设定信息S12。

在本实施方式中，以视场光阑104的开口形状为圆形的情况为例进行了说明，但开口形状不限于圆形。也可以根据用途使用不同开口形状的视场光阑。显微镜使用者例如也可以从固定于滑块的开口形状或开口尺寸不同的多个视场光阑之中选择任意的视场光阑而配置于光路上。

图14是在变形例中经过目镜30观察到的图像的例子。在图14中，示出在光路中配置开口形状为矩形的视场光阑来代替视场光阑104的例子。另外，图14所示的视场FS1a是开口形状为矩形的视场光阑的开口部的形成于二次像面的像，表示被配置于一次像面的视场光阑限制的视场。

在图14中示出将视场FS1a的外侧且视场FS2的内侧的区域确保得比较宽，并在该区域投影了设定信息S12和GUI信息S13的情形。这样，通过根据投影到二次像面的辅助信息来更换视场光阑，显微镜使用者也可以容易地掌握辅助信息。

图15是例示光路切换机构130的结构的图。在本实施方式中，示出第一反射光学系统102固定在光路上的例子，但第一反射光学系统102也可以收容在图15所示的光路切换机构130中。光路切换机构130收容固定在滑块131上的多个光学元件(光学元件132、光学元件133、光学元件134)，将这多个光学元件中的任意光学元件选择性地配置在到达目镜30的光路与到达摄像装置40的光路交叉的位置。这多个光学元件中的任意光学元件可以是第一反射光学系统102。此外，对光学元件132、133、134的具体例进行说明。光学元件134是能够同时进行利用目镜30的观察和利用摄像装置40的拍摄的半棱镜。光学元件133是使光线仅透过摄像装置40的棱镜。光学元件132是使光线仅朝向目镜30侧的棱镜。

(第二实施方式)

图16是示出本实施方式的镜筒装置200的结构的立体图。图17是示出本实施方式的镜筒装置200的1层部分的结构的俯视图。图18是示出本实施方式的镜筒装置200的2层部分的结构的俯视图。图19是示出本实施方式的镜筒装置200的结构的侧视图。图20是示出本实施方式的镜筒装置采用的水平方向的光路的图。参照图16至图20，对镜筒装置200的结构进行说明。

镜筒装置200是能够安装于显微镜主体的镜筒装置，是形成在病理诊断等中使用的倒像的倒像镜筒装置。另外，镜筒装置200是安装目镜30和摄像装置40的三眼镜筒。这一点与镜筒装置100相同。

镜筒装置200具有中继光学系统(中继透镜207、中继透镜213)，使用第一反射光学系统202、第二反射光学系统208和第三反射光学系统209实现2层结构，在第二层中配置有合成光学元件212，这些点也与镜筒装置100相同。

如图16所示，镜筒装置200具备：成像透镜201，其光轴朝向铅垂方向；光学系统，其包含第一反射光学系统202和第二反射光学系统208，配置于第一层；光学系统，其包含第三反射光学系统209，配置于第二层；以及反射镜215，其安装于使目镜30在倾斜方向上转动的未图示的转动部的轴。

在镜筒装置200中，成像透镜201也配置在镜筒装置200内的最接近显微镜主体的位置。另外，如图16和图17所示，镜筒装置200具备第一反射光学系统202、反射镜203、反射镜204、视场光阑205、反射镜206、中继透镜207以及第二反射光学系统208作为配置于第一层的光学系统。此外，如图16和图18所示，镜筒装置200包括第三反射光学系统209、投影透镜211、合成光学元件212、中继透镜213和反射镜214，作为配置在第二层中的光学系统。此外，投影仪210也被配置在第二层中。

在镜筒装置200中，如图16和图19所示，在铅垂平面内的平面反射除了在实现2层结构的第一反射光学系统202、第二反射光学系统208和第三反射光学系统209上产生以外，还在用于调整眼点的高度的反射镜214和反射镜215上产生。即，产生共计5次的奇数次的平面反射。由此，能够使通过2次成像而形成的正像的上下反转。这一点与镜筒装置100相同。

另外，在镜筒装置200中，如图17和图18所示，在水平平面内的平面反射由设置于第一层的反射镜203、反射镜204和反射镜206产生。即，产生共计3次的奇数次的平面反射。由此，通过2次成像形成的正像的左右也能够反转。因此，镜筒装置200能够将通过2次成像而形成的正像上下左右反转，最终输出倒像。这一点与镜筒装置100相同。

并且，在镜筒装置200中，如图20所示，使用反射镜203和反射镜204所具有的一组反射面形成4字光路(在图20中，将4字的左右反转的形状的光路)，由此，产生奇数次的水平平面内的平面反射，这一点也与镜筒装置100相同。然而，镜筒装置200与镜筒装置100的不同之处在于，水平平面内的平面反射仅在第一层中发生而不在第二层中发生。

根据如上那样构成的镜筒装置200，也能够得到与镜筒装置100同样的效果。

(第三实施方式)

图21是示出本实施方式的镜筒装置300的结构的立体图。参照图21说明镜筒装置300的结构。

镜筒装置300是能够安装于显微镜主体的镜筒装置，是形成在病理诊断等中使用的倒像的倒像镜筒装置。另外，镜筒装置300是安装目镜30和摄像装置40的三眼镜筒。这一点与镜筒装置100和镜筒装置200相同。

镜筒装置300具有中继光学系统(中继透镜307、中继透镜312)，使用第一反射光学系统302、第二反射光学系统304和第三反射光学系统306实现2层结构，在第二层中配置合成光学元件311，这些点也与镜筒装置100和镜筒装置200相同。

如图21所示，镜筒装置300具有：成像透镜301，其光轴朝向铅垂方向；光学系统，其包含第一反射光学系统302和第二反射光学系统304，配置于第一层；光学系统，其包含第三反射光学系统306，配置于第二层；以及反射镜314，其安装在使目镜30在倾斜方向上转动的未图示的转动部的轴上。

在镜筒装置300中，成像透镜301也配置在镜筒装置300内的最靠近显微镜主体的位置。此外，镜筒装置300包括第一反射光学系统302、反射镜303和第二反射光学系统304作为配置在第一层中的光学系统。此外，镜筒装置300包括第三反射光学系统306、中继透镜307、反射镜308、投影透镜310、合成光学元件311、中继透镜312和反射镜313，作为配置在第二层中的光学系统。此外，投影仪309也被配置在第二层中。注意，视场光阑305设置在第一层和第二层之间。

在镜筒装置300中，在铅垂平面内的平面反射除了在实现2层结构的第一反射光学系统302、第二反射光学系统304和第三反射光学系统306上产生以外，还在用于调整眼点的高度的反射镜313和反射镜314上产生。即，产生共计5次的奇数次的平面反射。由此，能够使通过2次成像而形成的正像的上下反转。这一点与镜筒装置100和镜筒装置200相同。

另外，在镜筒装置300中，水平平面内的平面反射由设置于第一层的反射镜303、设置于第二层的反射镜308和合成光学元件311产生。即，产生共计3次的奇数次的平面反射。由此，通过2次成像形成的正像的左右也能够反转。因此，镜筒装置300能够将通过2次成像而形成的正像上下左右反转，最终输出倒像。这一点与镜筒装置100和镜筒装置200相同。

并且，在镜筒装置300中，使用一组反射面形成4字光路，由此，产生奇数次的水平平面内的平面反射，这一点也与镜筒装置100和镜筒装置200相同。但是，镜筒装置300与镜筒装置100和200的不同之处在于，一组反射面由配置于第二层的反射镜308和合成光学元件311所具有的反射面构成。即，镜筒装置300与镜筒装置100和200的不同之处在于，一组反射面配置在第二层，并且一组反射面中的一方设置在合成光学元件311上。

根据如上那样构成的镜筒装置300，可以得到与镜筒装置100和镜筒装置200相同的效果。另外，根据镜筒装置300，通过将一组反射面的一方设置于合成光学元件311，与镜筒装置100和镜筒装置200相比，能够将部件数量抑制得较少。

(第四实施方式)

图22是示出本实施方式的镜筒装置400的结构的侧视图。参照图22说明镜筒装置400的结构。

镜筒装置400是能够安装于显微镜主体的镜筒装置，是形成工业用途中使用的正像的正像镜筒装置。这一点与镜筒装置100至镜筒装置300不同。另外，镜筒装置400是安装目镜30和摄像装置40的三眼镜筒。这一点与镜筒装置100至镜筒装置300相同。

镜筒装置400具备中继光学系统(中继透镜407、中继透镜411)，使用第一反射光学系统402、第二反射光学系统403和第三反射光学系统406来实现2层结构，在第二层中配置合成光学元件410，这些点与镜筒装置100至镜筒装置300相同。

如图22所示，镜筒装置400具备：成像透镜401，其光轴朝向铅垂方向；光学系统，其包含第一反射光学系统402和第二反射光学系统403，配置于第一层；光学系统，其包含第三反射光学系统406，配置于第二层；以及反射镜412，其安装于使目镜30在倾斜方向上转动的未图示的转动部的轴。

在镜筒装置400中，成像透镜401也配置在镜筒装置400内的最靠近显微镜主体的位置。另外，镜筒装置400具备第一反射光学系统402和第二反射光学系统403作为配置于第一层的光学系统。镜筒装置400具备第三反射光学系统406、中继透镜407和合成光学元件410作为配置在第二层中的光学系统。中继透镜411设置在合成光学元件410与反射镜412之间。视场光阑404设置在第一层与第二层之间。

投影仪408和投影透镜409配置在配置于第二层的合成光学元件410的上方。关于这一点，镜筒装置400与镜筒装置100至镜筒装置300不同。但是，投影仪408配置在第二层的上方的结构与投影仪408配置在第二层的结构同样，能够高效地对来自投影仪408的热进行散热。

在镜筒装置400中，不产生水平平面内的平面反射。因此，镜筒装置400不使通过2次成像形成的正像的左右反转。另外，在镜筒装置400中，在铅垂平面内的平面反射除了在实现2层结构的第一反射光学系统402、第二反射光学系统403和第三反射光学系统406上产生以外，还在与第三反射光学系统406一起具有一组反射面的反射镜405、用于调整眼点的高度的合成光学元件410和反射镜412上产生。即，产生共计6次的偶数次的平面反射。因此，镜筒装置400不使通过2次成像形成的正像的上下反转。因此，镜筒装置400能够不将通过2次成像形成的正像上下左右反转而最终输出正像。

根据如上那样构成的镜筒装置400，构成为正像镜筒，并且与镜筒装置100和镜筒装置300同样，能够在维持高的人体工学性的同时提供AR显示功能。另外，根据镜筒装置400，通过将合成光学元件311用于水平平面内的平面反射，并且将一组反射面中的一方设置于第三反射光学系统406，与镜筒装置100至镜筒装置300相比，能够将部件数量抑制得较少。

上述的实施方式是为了容易理解发明而示出的具体例，本发明并不限定于上述的实施方式。可以包含将上述的实施方式变形后的变形方式以及代替上述的实施方式的代替方式。即，实施方式能够在不脱离其主旨以及范围的范围内对构成要素进行变形。另外，通过适当组合1个以上的实施方式所公开的多个构成要素，能够实施新的实施方式。另外，也可以从各实施方式所示的构成要素中删除几个构成要素，或者也可以在实施方式所示的构成要素中追加几个构成要素。并且，各实施方式所示的处理步骤只要不矛盾，也可以调换顺序来进行。即，本发明的镜筒装置以及显微镜系统能够在不脱离权利要求书的记载的范围内进行各种变形、变更。

例如，上述的实施方式的镜筒装置也可以代替显微镜系统1而安装于图23所示的显微镜系统2。图23是示出另一个实施方式的显微镜系统的结构的图。

图23所示的显微镜系统2与显微镜系统1的不同之处在于，包括条形码读取器60。其他方面与显微镜系统1相同。在病理标本中大多附加有用于确定该标本的信息(例如，采取了标本的部位、患者的年龄、染色条件)的条形码。通过使用显微镜系统2，可以利用条形码读取器60读取附加到标本S的条形码，并从连接到显微镜系统2的外部系统取得标本S的信息。此外，如图24所示，所取得的信息可以作为辅助信息投影在像面上。

图24是在图23所示的显微镜系统中经过目镜观察到的图像的一例。在图24中，除了通过分析由摄像装置40取得的图像而得到的分析信息S11和显微镜系统2的设定信息S12之外，还示出标本S的信息(标本信息S14、标本信息S15和标本信息S16)被投影到二次像面上的情形。标本信息S14是被采集了标本S的患者的ID和采集的部位的信息。标本信息S15、标本信息S16是被采集了标本S的患者的年龄和性别的信息。另外，这些标本信息优选与设定信息S12同样地投影到视场FS1的外侧且视场FS2的内侧。由于该区域未投影光学像，因此背景为黑色，能够对比度良好地显示设定信息S12。

另外，在上述的实施方式的镜筒装置中，以目镜部具有双眼、即右眼用和左眼用的目镜的例子进行了说明，但镜筒装置的目镜部也可以是单眼的。