Ⅰ顕微鏡の種類

1.種類

顕微鏡は、光学顕微鏡と電子顕微鏡に大分できます。
光学顕微鏡は可視光線を利用した顕微鏡のことで、電子顕微鏡は可視光線の代わりに高圧で加速された電子線を利用する顕微鏡です。
光学顕微鏡の解像力は400nmまでですが、電子顕微鏡は0.2nm～0.4nm前後と考えられています。電子顕微鏡は装置が大型で高価なもののため、特殊な業種でのみ使用されています。それに対し、光学顕微鏡は操作が簡単で安価なものも多いため、企業での検査目的以外にも、一般家庭で使用したりと幅広い場所で使用でき、大変身近なものです。

1)光学顕微鏡

- 単式顕微鏡：1個の凸レンズの曲率を利用したもので、物体の位置と焦点を調節するというシンプルな構造の顕微鏡です。
低倍率で分解力が悪いため、複雑な観察には向きません。

- 複式顕微鏡：2つ以上のレンズで構成された顕微鏡のことです。対物レンズによって標本物体を拡大し、 その拡大像を接眼レンズでさらに拡大し、観察する顕微鏡です。
金属顕微鏡、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、等・・・

2)生物顕微鏡

生物の観察にもっともよく使われ、光学顕微鏡の代名詞にもなっている程、顕微鏡の中でも長い歴史を持っています。 可視光源と対物レンズの間に標本を置き、光を透過させ、それを拡大して観察する方法を用い、原則として光を通すものであれば何でも観察することができますが、透明な物は染色して観察します。

正立型と倒立型があり、正立型は生物などをプレパラート標本にして観察しなければなりませんが、倒立型は標本の下に対物レンズがあるので、シャーレなど培養容器内のカビや生菌などを観察するのに便利です。

3)金属顕微鏡

弊社では工業顕微鏡として販売しています。光を通さない不透過性物質合金の構造の識別や工業用物質の分析に使用されます。各種産業現場で半導体、液晶の検査または金属標本などの観察、各種研究所、学校などで幅広く使われています。
観察物が光を通さないため、同軸落射照明型になっている形が多いです。

4)小型顕微鏡

野外や産業現場に携帯して、その場で観察できるような小さいサイズの顕微鏡です。照明の電源は乾電池などを使います。 複雑な操作が必要なく、どなたでも簡単にお使い頂ける顕微鏡です。

5)デジタル顕微鏡

パソコン上でピント調節から観察まで出来る、接眼レンズを覗いて観察する必要のない顕微鏡です。デジタルカメラ、CCDカメラなどを用いてライブ観察をしたり、画像や動画を保存して、編集や測定を行えます。 パソコンやインターネットの普及により需要が上昇し、技術の進歩が目覚ましい顕微鏡です。

6)形式による分類

- 正立顕微鏡：試料の上方から観察するタイプです。主にプレパラートなどに固定された試料を見ます。 - 倒立顕微鏡：試料の観察を下方から行うタイプでし。シャーレに入った培養試料などを観察する場合などに用いられます。

7)照明方法による分類

- 透過照明法：主に生物試料の観察に用いられる。試料を透過してきた照明光を観察するタイプです。 - 反射照明法：主に金属・鉱物試料の観察に用いられ、照明光が試料に当って反射してきた光を観察するタイプです。

2.原理

光学顕微鏡では、対物レンズによって標本物体の拡大像をつくり、その拡大像を接眼レンズによってさらなる拡大像を作ることにより肉眼で観察されます。

1)構成

顕微鏡は、標本を拡大する光学系装置と、それを支持する機械的装置からできています。

- 機械的装置 ： ピントを調節や標本の移動を容易にしたりする装置で、鏡台、鏡柱、ステージ、鏡筒、レボルバ、微動・粗動ハンドルなどから成り立っています。

鏡台 >>
ベースともいい、顕微鏡全体を支える部分です。鏡台は耐久性があり、安定さを失わないような形と大きさをもっています。

鏡柱 >>
アームともいい、光学系の各部を支える部分です。

ステージ >>
プレーンステージとメカニカルステージがあります。
プレーンステージは標本を保持・固定する台で、メカニカルステージは保持・固定し、さらに左右・前後に移動させる装置です。

焦準装置 >>
標本にピントを合わせる為の装置で、粗動ハンドルと微動ハンドルから成り立ちます。
粗動ハンドルは大まかなピント合わせに用いられ、微動ハンドルは精密なピント合わせに用いられる装置です。

鏡筒 >>
鏡柱の上端部に接眼レンズ、下部に対物レンズを接続する筒です。
鏡筒には接眼レンズが1個、2個、3個つくものがあり、それぞれ単眼鏡筒、双眼鏡筒、三眼鏡筒とよばれています。

レボルバ >>
倍率の異なる複数の対物レンズを取り付け、回転させる装置です。
回転させることで、素早く必要な対物レンズを光軸下に固定する事が出来ます。
対物レンズを取り付けるネジ穴の径は国際規格で20.32㎜と決められています。

- 光学系装置 ： 対物レンズ、接眼レンズ、光源、反射鏡、コンデンサ、絞りなどから構成されています。

対物レンズ >>
物体に近いレンズを指し、顕微鏡の良否は対物レンズの性能で決まると言っていいほど重要な部分です。
対物レンズの光学的な性能は、基本的には解像力によって決まります。
また、種類は多様で、使用目的、倍率、性能などによって分類されます。（詳しくは下記対物レンズを参照のこと）

接眼レンズ >>
目に近い方のレンズを接眼レンズと言い、対物レンズの補助的役目を果たすものです。
構造、作用から数種類のタイプに分類することができます。（詳しくは下記接眼レンズを参照のこと）

光源 >>
自然光源又は人工光源が使われています。

反射鏡 >>
光源が内蔵されていない顕微鏡には鏡台の中央部か鏡柱の下部に取り付けられています。
角度が自由に変えられ、光源からの光を集光レンズ系に射出する役目をしています。
光源内蔵の顕微鏡の場合は、反射鏡は外から見えませんが、鏡台に一定の角度で固定されています。

絞り >>
反射鏡からの光束を調節するためのものです。
コンデンサ >>
反射鏡からの光を集光し、標本面にむらなく均一に照明する装置です。小型の顕微鏡では省略したものもあります。

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アッベコンデンサ >>
もっとも使用されるコンデンサで、開口数1.25、視野数6㎜。球面収差や色収差などはあまりよく補正されません。

アプラナートコンデンサ >>
主に高倍率の油浸系対物レンズに使用されるコンデンサで、開口数1.35、視野数2.6ｍｍ。球面収差、コマ収差が補正されています。

アクロマートコンデンサ >>
一般に使用される低倍率用コンデンサで、開口数0.85、視野数6ｍｍ。球面収差と色収差が補正されています。

その他 >>
暗視野照明に用いる暗視野コンデンサ、位相差顕微鏡に用いる位相差ターレットコンデンサ、広視野コンデンサ、長焦点コンデンサ、また、レンズの一部を交換するだけで乾燥系・油浸系対物レンズに両用できるユニバーサルコンデンサ、透過型微分干渉ユニバーサルコンデンサ、ハネノケアクロマートコンデンサなどがあります。

2)倍率

接眼レンズの倍率：明視距離（250㎜）÷ 接眼レンズの焦点距離＝接眼レンズの倍率
明視距離は一定のため、焦点距離が小さいほど倍率は大きくなります。

例・・・焦点距離50㎜の凸レンズを用いると250÷50＝5となり、倍率は5倍であるとなります。

対物レンズの倍率：光学筒長÷対物レンズの焦点距離＝対物レンズの倍率
総合倍率：対物レンズの単独倍率×接眼レンズの単独倍率

3)接眼レンズと対物レンズ

顕微鏡は対物レンズによって拡大した実像を接眼レンズでさらに拡大して虚像を作り出します。 接眼レンズ：対物レンズの補助的役目を果たすものです。構造、作用から数種類のタイプに分類することができます。 接眼レンズでは見える範囲を「視野数(mm)」で示します。しかし対物レンズの倍率によって変化しますので、実際に見える視野範囲(実視野)は「接眼レンズの視野数 ÷ 対物レンズの倍率」になります。

ホイゲンス接眼レンズ（H） >>
もっとも一般的なレンズです。目レンズと集束レンズからできています。
レンズは平凸型のレンズで、凸面は下を向いています。アクロマート対物レンズを使用するときに用いられています。

広視野接眼レンズ（WF） >>
視野数を大きくしたレンズです。
対物レンズの収差も補正してあるので、広い視野を一度に 見たいとき、写真撮影をしたいときに適しています。
弊社で販売している接眼レンズはすべてこのタイプです。

ラムスデン接眼レンズ（R） >>
普通はあまり使用しません。視野絞りが集束レンズの下にあり、測微計を入れたりして特別な使い方をします。

補正接眼レンズ（K） >>
アポクロマート対物レンズの色収差と像面湾曲収差とを補正するために作られたレンズです。 写真撮影には欠くことのできないレンズです。

ぺリプラン接眼レンズ（P） >>
色収差の補正、像の湾曲補正ができるレンズで、視野の周辺まで平坦に見えます。写真撮影に適したレンズです。

- 対物レンズ ： 対物レンズは光学顕微鏡の基本的な性能・機能を決定付ける最重要光学ユニットです。
基本的に、使用用途・観察法・倍率・性能（収差補正）によって大別されます。
中でも、収差補正の考え方による分類は顕微鏡対物レンズの特徴的な分類です。

用途による分類 >>
「生物用」対物レンズと「工業用対物レンズ」の2つに大別されます。生物用顕微鏡の一般的な標本は、スライドガラス上に標本が置かれ、上からカバーガラスで固定されているため、生物用対物レンズは、このカバーガラスを通しての観察に用いられるために、カバーガラスの厚さ（一般的に0.17mm）を考慮した光学設計が施されています。一方、工業用途では、金属鉱物や半導体、電子部品などのサンプルに何も被せない状態で観察することが一般的のため、工業用対物レンズは、対物レンズとサンプルの間にカバーガラスがない状態に最適化された光学設計がなされています。

観察方法による分類 >>
光学顕微鏡には使用用途に応じて、様々な観察法が開発されています。この観察法により対物レンズの分類がされています。「位相差用対物レンズ」、「微分干渉用対物レンズ」、「蛍光用対物レンズ」、「偏光用対物レンズ」、「位相差用対物レンズ」などがあります。

倍率による分類 >>
光学顕微鏡はレボルバに対物レンズを複数取付けて使用します。レボルバを回転させるだけで低倍率から高倍率へのスムーズな倍率変換ができるよう、倍率の異なる対物レンズを組み合わせて取付けることが一般的です。このため、対物レンズには低倍率域（5倍、10倍）、中倍率域（20倍、50倍）、高倍率域（100倍）の中から一般的なラインアップが構成されています。このなかで、特に高倍域においては、高解像を得るために対物レンズ先端と標本の間にイマージョンオイルなどの屈折率の高い専用液体を充填して観察する液浸用対物レンズも用意されています。また、特殊用途用に極低倍率域（1.25倍、2.5倍）や超高倍率域（150倍）などもあります。

収差補正と対物レンズの分類 >>
色収差補正による分類では、軸上色収差の補正の程度に応じて、アクロマート、セミアポクロマート（フルオリート）、アポクロマートの3つに分けられます。軸上の色収差補正において、Ｃ線（赤：656.3nm）ならびにF線（青：486.1nm）の2色に対して補正がなされている対物レンズをアクロマート（Achromat）と呼びます。これにｇ線（紫：435.8nm）まで補正を行い、3色（C線、F線、ｇ線）にて軸上の色収差補正がされている対物レンズをアポクロマート（Apochromat）と呼びます。色収差補正の程度がこの二つの対物レンズの中間に設定されている対物レンズは、セミアポクロマート（あるいはフオリート：Fluorite）と呼ばれています。

また、像面湾曲収差補正による分類では、像面湾曲収差を良好に補正した対物レンズをプラン（Plan）対物レンズといい、特に高倍率対物レンズになるほどその補正が難しい傾向にあります。

3.使用方法

顕微鏡は非常に精巧な光学機器のため、取り扱い方によって性能が充分に発揮されなかったりするばかりか、間違った取り扱い方により、機材を傷め、寿命を短くしてしまいます。

1)顕微鏡の持ち方

顕微鏡の移動は極力避けることが望ましいのですが、移動しなければならない場合には、片手は鏡柱（もしくは支柱）を持ち、鏡台（鏡脚）の下にもう一方の手を添え、振動を与えないよう、両手でしっかりと持って、静かに運びます。

2)顕微鏡の設置・保管場所

顕微鏡は湿気、ほこり、振動、腐蝕性有毒ガスなどをきらいます。比較的湿度が少なく、清潔で振動が少ない場所で使用・保管しましょう。悪環境下では、顕微鏡に使用されているレンズ類の腐食、カビ、汚れ、光軸の狂いなどが起こることがあります。その他、暑い場所、直射日光の当たる場所、冷気が直接吹きつける場所も避けましょう。

使用しないときはダストカバーを掛けるようにし、長期間保管する場合は乾燥剤とともに密閉できるケースなどに入れておきましょう。ケースがない場合は、乾燥剤とともに顕微鏡をビニール袋に入れ、中の空気をある程度抜いてからビニール袋の口をしっかりと閉めるとよいです。

観察する時は、湿度が少なく、清潔で振動の無い水平で安定した場所が最適です。特に振動は観察に一番影響を与えるもので、長い露出を必要とする写真撮影などは大変深刻な問題です。よって、振動がある場所では、振動吸収材を机や顕微鏡の下に敷いて、振動を防ぐ必要があります。

3)結露について

結露とは、顕微鏡を冷えた屋外などから急に暖かい屋内などに持ち込んだときなどに、顕微鏡のレンズなどに水滴がつくことです。結露が起きたら、直ちに電源プラグをコンセントから抜き、結露がなくなるまで放置してから使用しましょう。結露は温度差のある場所へ移動したときや、湿気の多い場所で起こります。以下は結露の起こりやすい環境です。

・寒いところから暖房などがきいた部屋へ持ち込んだとき
・冷房のきいた部屋や車内から暑い屋外に持ち出したとき
・夏の夕立のあと
・温泉など高温多湿なところ
・暖房を入れ始めた部屋
・エアコンなどの冷風が直接あたる場所

4)光学部品（レンズ類）の清掃方法

レンズ清掃の前に手指の油分を石鹸などで洗い落としましょう。清潔な手袋があれば着用しましょう。
レンズ表面などは手で触ったり拭ったりしないようにします。

・清掃手順
1. ブロワーを用いて、ほこり、ゴミをできる限り吹き飛ばす。
2. 柔らかい小筆などでゴミを掃き出す。
3. 大きめのレンズやフィルターなどは、レンズペーパーを２つまたは４つ折りにしてレンズクリーニング液でかるく湿らし、レンズ類を挟み込み、レンズを回しながら中心から外側に向けて汚れを拭き取ります。

接眼レンズや対物レンズなどは、竹串などの先にレンズペーパーを細く巻きつけたものにごく少量のレンズクリーニング液をつけ、軽くゆっくりと中心から外側へ円を描くように拭き取ります。油浸系対物レンズを使用した後は、イマージョンオイルが固まらない内に速やかに清掃しましょう。清掃はレンズペーパーでオイルを軽く拭き取った後に、竹串などの先にレンズペーパーを細く巻きつけたものにごく少量のレンズクリーニング液をつけ、軽くゆっくりと中心から外側へ円を描くように拭き取ります。

レンズペーパーは一度使用した場所は二度と使用しないようにします。レンズクリーニング液はレンズやレンズ枠に使用されている溶剤が溶け出すこともあるので、多量の使用は避けることが望ましいです。また、レンズクリーニング液は引火性が強いので、取り扱いや火気、各種電気機器のメインスイッチのON‐OFF などには充分注意し、部屋の換気も忘れず行って下さい。

5)接眼レンズ・対物レンズの取付け方

顕微鏡にレンズを取付ける場合には、まず、はじめに接眼レンズを取付けてから、そのあとに対物レンズを取付けます。レンズを外すときは、まず対物レンズを取り外してから、接眼レンズを取り外し、鏡筒には必ず防塵用の補助キャップをはめておくようにします。この順序を逆にすると、埃やごみが鏡筒から対物レンズに入り、溜まることで入射光を反射させ、対物レンズの性能を著しく低下させる原因になります。対物レンズに入った埃やごみは取り除くことがとても困難です。埃やごみが入らないように細心の注意を払うようにしましょう。

接眼レンズ >>
鏡筒の防塵キャップを外し、接眼レンズを静かに鏡筒内に差し込みます。強い衝撃を加えると、レンズが割れたり、光軸が狂ったりすることがあります。接眼レンズを取り扱うときは、レンズメンには決して触れないように注意しましょう。もし、手あかや埃が付いた場合は、埃をブロアーなどで落とし、レンズクリーナーで拭き取るようにします。 双眼の場合には、同種類・倍率の接眼レンズをセットして使用します。この場合、視度補正がついている接眼レンズは左側の鏡筒にいれて使用します。まず、両方の目でレンズをのぞいて、視野が一つになるよう双眼レンズの眼幅を調節します。次に、左の接眼レンズをのぞき、視野に見える二重の十字線が明瞭に見えるように視度補正環を回して調節します。

対物レンズ >>
鏡筒を高く上げるかステージを充分に下げ、空間をあけるようにします。対物レンズをケースから取り出し、開口部近くを左手の人差し指と中指の間にはさみ、親指を軽くレボルバの上端にあてがって、レボルバの取付け穴に対物レンズのネジ部分を固定します。そして、右手で対物レンズの鏡筒部分を回転させ、レボルバに固定します。複数の対物レンズを取付けることができる場合は、時計方向に低倍率から高倍率になるように取付けると観察に便利です。

Ⅱデジタルカメラの種類

顕微鏡観察で使用するデジタルカメラには大きく分けて２種類あります。１つは社会的一般で広く使用されている、静止画の撮影に重点を置いた「デジタルスチルカメラ」で、もう１つは動画の撮影に特化した「デジタルビデオカメラ」です。

1.デジタルスチルカメラ

顕微鏡観察では主にデジタル一眼レフカメラが使用されます。
デジタルコンパクトカメラはマウントが機種によりバラバラのため、ほぼ使用されません。
顕微鏡には、三眼部分に取り付けて使用します。その際、アダプターが必要になる場合があります。 カメラメーカー各社それぞれマウント規格が異なるため、その規格に応じたアダプターを選ぶ必要があります。

2.USBカメラ

USBカメラと標記されているカメラは、デジタルビデオカメラに分類され、パソコンに接続して使用するもので、 単体で使用することはできません。
顕微鏡には、三眼部分に取り付けて使用します。その際、アダプターが必要になる場合があります。一般的にUSBカメラの取付け部のマウントはJIS規格で定められているＣマウント規格になっていることが多いです。
パソコンにはUSBケーブルで接続し、専用のビュアソフトを用いて観察・撮影・加工・測長などをパソコン上で行います。

Ⅲ光学用語

準備中