実体顕微鏡
 典型的なデスクトップズーム実体顕微鏡 (オリンパス SZ III)。照明源なしで表示されています。 | |
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| その他の名前 |
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| 分類 | 光学顕微鏡 |
| 用途 | |
実体顕微鏡、実体鏡、手術用顕微鏡、または解剖用顕微鏡は、試料を低倍率で観察するために設計された光学顕微鏡の一種で、通常は物体の表面を透過する光ではなく、表面からの反射光を使用します。この装置は、2つの対物レンズと接眼レンズを備えた2つの独立した光路を使用し、左右の目にわずかに異なる視野角を提供します。この配置により、複雑な表面形状を持つ固体試料の詳細な観察のための3次元視覚化が可能になります。[ 1 ]実体顕微鏡の典型的な倍率範囲と用途は、マクロ写真と重なります。
実体顕微鏡は、固体標本の表面を観察するだけでなく、解剖、顕微手術、時計製造、回路基板の製造・検査、フラクトグラフィーや法医学工学における破面の検査といった精密作業にも広く用いられています。そのため、製造業においては、製造、検査、品質管理に広く利用されています。実体顕微鏡は昆虫学において不可欠なツールです。
歴史
1671年にオルレアン伯爵のケルバン・ドルレアンによって2つの独立した光路を持つ双眼顕微鏡が設計・製作されていたが[ 1 ] [ 2 ] : 87 、 最初の実用的な実体顕微鏡は1892年にアメリカの動物学者ホレイショ・サルトンストール・グリノーによって設計され、1896年にドイツのイエナでツァイス社によって製造され、市販された。[ 3 ] [ 4 ] : 90 グリノーの発明は、凹凸や質感を適切に表示するためにイグナツィオ・ポロによって設計されたプリズム配置に基づいていた。[ 2 ] : 87
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グリノーは、有名な彫刻家ホレイショ・グリノー・シニアの息子として、マサチューセッツ州ボストンの上流社会で育った。生計を立てなければならないというプレッシャーがなかった彼は科学者の道を志し、フランスへ移住した。ブレトン海岸のコンカルノーにある海洋観測所で、元国立自然史博物館長ジョルジュ・プーシェが率いていたが、彼は、当時の新しい科学的理想、すなわち実験の影響を受けた。動物学者、解剖学者、形態学者にとって、死んだ標本や準備された標本の解剖が主な関心事であったが、グリノーがコンカルノーに滞在していた間に、生きた生物や発生中の生物で実験することへの関心が復活した。この方法により、科学者は、石化した二次元の標本の集合としてではなく、胚発生の過程を研究することができた。発生中の海洋無脊椎動物の胚の立体感と相対的な大きさを正しく捉える画像を得るためには、新たな顕微鏡が必要でした。それ以前にも、例えばケルバン・ドルレアンやピーテル・ハルティングなどによって実体顕微鏡の開発が試みられていましたが、いずれも光学的に高度なものではありませんでした。さらに、1880年代まで、これほど解像度の低い顕微鏡を必要とする科学者はいませんでした。
グリノーは行動を起こし、コンカルノーの同僚であるローラン・シャブリが生きた胚を回転させ、操作するための複雑な機構の構築に取り組んでいたことに影響を受け、独自の装置を考案した。チャールズ・ホイートストンが奥行き知覚の原因として両眼性を発見した当時、グリノーは立体視現象を念頭に置いて装置を設計した。[ 3 ]
光学設計
グリノー設計では、単一の対象物に焦点を合わせた2つの独立した対物レンズを使用します。[ 2 ] : 89 [ 5 ] : 38 [ 6 ] : 19 現代の実体顕微鏡のほとんどは、単一の共通の主対物レンズを備えた双眼設計を使用しています。[ 6 ] : 18, 20 顕微鏡本体内で各眼の光路は平行であるため、個別または連続的なステップで倍率を変更することができます。[ 7 ] : 5–6
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実体顕微鏡は、二重接眼レンズと双眼望遠鏡を備えた複合顕微鏡と混同してはならない。このような顕微鏡は、 1860年頃にフランシス・ハーバート・ウェンハムの設計によって初めて普及したが、 [ 8 ] : 197 、 対物レンズの後でプリズムを使用して拡大された像が分割され、両目で同じ像を見ることができる。[ 1 ] [ 2 ] : 94 双眼望遠鏡は、1910年代にジェンツシュとジーデントップフによってダハプリズムを使用して改良された。 [ 5 ] : 47 これらの設計では、2つの接眼レンズにより、より快適な観察が可能になる。[ 8 ] : 196 [ 4 ] : 87 ただし、これらの顕微鏡の像は、単一の単眼接眼レンズで得られる像と変わりない。[ 2 ] : 98
作動距離
このタイプの顕微鏡では、長い作動距離と被写界深度が重要な特性です。[ 7 ]：1 両方の特性は解像度と反比例関係にあります。解像度が高いほど（つまり、隣接する2つの点を別々に区別できる距離が長いほど）、被写界深度と作動距離は小さくなります。
低倍率での長い作動距離は、特に後述する光ファイバー照明を用いた場合、破面などの大きな固体物体の観察に有用です。このような試料は、関心点を特定するために容易に操作することも可能です。最適な作動距離は約150～400mm（5.9～15.7インチ）です。[ 7 ] : 3
倍率
一部の実体顕微鏡は、最大100倍の有効倍率を実現できます。これは、通常の複合顕微鏡の10倍対物レンズと10倍接眼レンズの組み合わせに相当します。ただし、これは、最大500～1000倍の複合顕微鏡の最大有効解像度の約10分の1です。[ 5 ]：35 実体顕微鏡の全倍率の実用的な上限は約60倍です。[ 7 ]：3 グリノー設計では、上限は2つの対物レンズ間の物理的な分離を維持する必要があることに起因します。[ 2 ]：10
- ツァイス; 新しい対物レンズを取り付けることで調整可能な固定倍率。
- 回転ドラムによって制御される個別の倍率を備えたグリノー型顕微鏡
- AO スペンサー サイクロプティック; 回転ドラム内のガリレオ光学系を使用した離散的な拡大ステップ
- ツァイス ディスカバリーV8。大きな青いノブで制御される連続可変倍率。
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実体顕微鏡の倍率は、固定倍率と、離散的または連続的な範囲で可変倍率のいずれかになります。固定倍率の場合、主倍率は、一定の倍率を持つ 一対の対物レンズによって実現されます。
離散的な倍率変更は、ガリレオが考案した「ガリレオ光学系」と呼ばれるシステムによって実現できます。このシステムでは、固定焦点凸レンズの配置によって一定の倍率が得られますが、重要な違いは、同じ光学部品を同じ間隔で物理的に反転させると、倍率は固定ではあるものの異なる倍率が得られることです。これにより、1組のレンズで2つの異なる倍率を実現できます。2組のレンズで1つのドラムに4つの倍率を提供できます。3組のレンズで6つの倍率を提供し、それでも1つのドラムに収まります。[ 4 ]：95 実際の実験から、これらのガリレオ光学系は、はるかに高価なズームシステムと同等の有用性があり、アナログスケールを読み取ることなく、使用中の倍率を設定値として把握できるという利点があります。（遠隔地では、システムの堅牢性も重要な利点です。）
もう1つはズームまたはパンクラティック倍率で、設定された範囲内で倍率を連続的に変化させることができます。ズームシステムは、補助対物レンズを使用することで、設定された倍率だけ倍率を上げることができます。また、固定式とズーム式のどちらのシステムでも、接眼レンズを交換することで倍率を変えることができます。[ 1 ]
照明
古典的な複合光学顕微鏡は透過（透視）照明を使用します。この照明では、光が検査対象の物体を透過します。[ 9 ] : 26 つまり、標本は透明または半透明であることが多いです。[ 10 ] : 21–22 対照的に、実体顕微鏡ではほとんどの場合、反射照明または入射照明、つまり物体の表面からの反射光が使用されます。[ 9 ] : 30 物体からの反射光を使用すると、透視照明では厚すぎるか不透明な標本の検査が可能になります。[ 10 ] : 39 一部の実体顕微鏡は透過光照明も可能で、通常は物体の下にある透明なステージの下にバルブまたはミラーを配置しますが、複合顕微鏡とは異なり、ほとんどのシステムで透過照明がコンデンサーを通して焦点を合わせられません。[ 11 ]特別に装備された照明装置を備えた実体顕微鏡は、反射光または透過光を使用する暗視野顕微鏡に使用できます。[ 12 ]
小さな標本は、特に高倍率では強い照明を必要とし、これは通常光ファイバー光源によって提供されます。光ファイバーは、所定の入力電力に対して高い光出力を提供するハロゲンランプを利用します。ランプは顕微鏡の近くに容易に設置できるほど小型ですが、電球からの高温を和らげるために冷却が必要になることがよくあります。光ファイバーの柄により、オペレーターは標本に適切な照明条件を自由に選択できます。柄は、任意の位置に移動および操作しやすいシースに収められています。通常、照明端が標本の近くにある場合、柄は邪魔にならないため、顕微鏡の画像を妨げることはほとんどありません。破面の検査では、破面検査中に表面の特徴を際立たせるために斜照明が必要になることが多く、光ファイバーライトはこの目的に最適です。同じ標本に複数のこのようなライト柄を使用すれば、照明をさらに高めることができます。
解剖顕微鏡の照明における最近の開発には、ハロゲンよりもはるかにエネルギー効率が高く、光の色のスペクトルを生成できる高出力 LEDの使用が含まれており、生物学的サンプルの蛍光体分析に役立ちます(ハロゲンまたは水銀蒸気光源では不可能)。
デジタル表示
一部の実体顕微鏡にはビデオカメラが内蔵されており、拡大された画像を高解像度モニターに表示できます。大型ディスプレイは、従来の顕微鏡を長時間使用することで生じる目の疲労を軽減するのに役立ちます。
一部の機種では、内蔵コンピュータが2台のカメラ（接眼レンズごとに1台ずつ）からの画像を、赤青メガネをかけた状態で3Dアナグリフ画像に変換するか、透明なメガネをかけて色彩精度を向上させるクロスコンバージド画像に変換します。これらの画像は、メガネをかけたグループで視聴できます。より一般的には、接眼レンズの1つに取り付けられた1台のカメラからの2D画像が表示されます。
参照
参考文献
- ^ a b c d Nothnagle, Paul E.; Chambers, William; Davidson, Michael W. "Introduction to Stereomicroscopy" . MicroscopyU . Nikon . 2025年8月8日閲覧。
- ^ a b c d e fリンセン、EF（1952年）『ステレオ写真の実践』ロンドン：ザ・ファウンテン・プレス。
- ^ a bサイモン＝スティックリー、アンナ (2019). 「イメージと想像力。現代生物学の先端にある実体顕微鏡」 . NTM科学技術医学史ジャーナル. 27 (2): 109– 144. doi : 10.1007/ s00048-019-00211-0 . PMID 31062033. S2CID 146809758 .
- ^ a b cペイン、ブライアン・オリバー（1957年）『顕微鏡の設計と構築』（第2版）ヨーク：クック、トラウトン＆シムズ社
- ^ a b cベリング、ジョン（1930年）『顕微鏡の利用』マグロウヒル。
- ^ a bリチャードソン、ジェームズ・H. 『光学顕微鏡ハンドブック：ユーザーズガイド』パークリッジ、ニュージャージー州：ノイズ出版。ISBN 0-8155-1269-4。LCCN 90-27389。
- ^ a b c dラング、ウォルター H.;フランツ L. ムシェル (1981)。ツァイスの顕微鏡手術用顕微鏡。ホルスト・ルートヴィヒ・ウルシュタインによる序文。ベルリン: Springer-Verlag。ISBN 3-540-10784-3。
- ^ a bブラッドベリー、S. (1968). 『顕微鏡：過去と現在』ペルガモン・プレス.
- ^ a b 『顕微鏡写真術：顕微鏡写真入門（第13版）』イーストマン・コダック社、1935年。
- ^ a bベック、コンラッド (1921). 『顕微鏡：簡単なハンドブック』 第1巻（初版） ロンドン: R. & J. Beck, Ltd.
- ^ Nothnagle, Paul E.; Chambers, William; Fellers, Thomas J.; Davidson, Michael W. 「実体顕微鏡の照明：反射光（エピスコピック光）」MicroscopyU . Nikon.
- ^ Chambers, William; Fellers, Thomas J.; Davidson, Michael W. 「実体顕微鏡観察のための照明：暗視野照明」 . MicroscopyU . Nikon.
さらに読む
- ウィルソン, エリン E; チェンバース, ウィリアム; ペルク, ラデック; ノスナグル, ポール; デイビッドソン, マイケル W (2020). 「神経解剖学における実体顕微鏡検査」 . ペルク, ラデック; ウォルツ, ヴォルフガング; ドゥセッテ, J. ロナルド (編).神経組織学および画像技術. Neuromethods (153). ニューヨーク: シュプリンガー. pp. 245– 274. doi : 10.1007/978-1-0716-0428-1_9 . ISBN 978-1-0716-0426-7。
