生物顕微鏡

基本構造

生物顕微鏡は、試料の下から光を当てて透過光を観察することで、細胞や組織などの微細な構造を拡大して観察する光学顕微鏡の一種です。主に以下のような構造から成り立っています。

対物レンズ

試料に最も近い位置に配置され、透過した光を集めて最初の像（実像）を形成します。
倍率や分解能に大きく関与し、生物顕微鏡の性能を決定づける重要な要素です。

接眼レンズ

対物レンズで得られた像をさらに拡大するレンズです。
接眼レンズを通して見ることで、目には虚像が見え、観察者はまるで仮想スクリーンに像が投影されたかのように認識します。

鏡筒（きょうとう）

接眼レンズと対物レンズの間をつなぎ、光の通り道（光路）となる部分です。
構造の最もシンプルなものは真っ直ぐな円筒状の鏡筒ですが、内部にプリズムなどの光を曲げる構造があり、観察しやすい角度に光を曲げるものもあります。鏡筒には以下の種類があります。

• 単眼鏡筒：接眼レンズが1本だけ装着可能なのもの
• 双眼鏡筒：接眼レンズは2本装着できます。両目で観察でき、疲労が軽減されます
• 三眼鏡筒：カメラなどの撮影機器を接続できる仕様

ステージ

試料（プレパラート）を固定して観察するための台です。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ステージ上面に１対の押さえバネ（クレンメル）があります。観察時はクレンメルでプレパラートを押さえ、標本の移動は直接プレパラートに触れて行います。
メカニカルステージはノブ操作によりプレパラートの精密な移動が可能です。電動式もあり、より精密な位置調整が可能です。

コンデンサと開口絞り

照明の光を集光して試料に均一に照射するレンズユニットで、ステージ直下に配置されています。
アッベコンデンサ（凸レンズ2枚構成）が一般的で、開口絞りを調整することで明るさ・コントラスト・分解能・被写界深度をコントロールできます。

照明装置

透過照明が使用されます。前述のコンデンサよりもさらに下方に配置されます。
光源には一般に白色LED、ハロゲン球などが用いられます。光源から放たれた光はコレクタレンズを経てコンデンサに送られます。従来の機種では反射鏡で自然光などを取り入れる方式も存在します。透過照明が使用されます。前述のコンデンサよりもさらに下方に配置されます。
光源には一般に白色LED、ハロゲン球などが用いられます。光源から放たれた光はコレクタレンズを経てコンデンサに送られます。従来の機種では反射鏡で自然光などを取り入れる方式も存在します。

焦点調整機構（フォーカス機構）

対物レンズと試料の距離を調整し、焦点を合わせるための装置です。
大きく動かす粗動ハンドルと、微調整を行う微動ハンドルがあり、高倍率での観察時にもピント合わせが正確に行えます。

原理

生物顕微鏡は以下の原理に基づいて微細構造を拡大して観察します。

光学的原理

光学顕微鏡である生物顕微鏡は、物体に対する光の屈折や屈折率の違いを利用して像を形成します。

拡大の原理

凸レンズを使って、物体を焦点よりも遠い位置に置くことで、倒立した実像がレンズの裏側に形成されます。

照明の原理

照明光はコンデンサによって集められ、試料を透過して対物レンズに届きます。一般的な明視野観察では、背景が明るく、試料が暗く浮かび上がるように見えるのが特徴です。

像の形成

生物顕微鏡では、対物レンズがまず標本を透過した光で実像（中間像）を作り出し、それを接眼レンズがさらに拡大して虚像として観察者に提示します。
この虚像は、観察者の目から約250mm先（明視距離）にある仮想のスクリーン上にあるかのように感じられます。

このように、生物顕微鏡は光の屈折と拡大レンズの組み合わせにより、肉眼では確認できない細胞や組織の構造を詳細に観察できる強力なツールです。

生物顕微鏡の観察例

生物学分野

【観察例1：植物細胞と細胞分裂の観察】

• 試料：タマネギの根端細胞（アリウム）
• 観察目的：細胞壁、核、液胞などの細胞小器官や、細胞分裂の各段階（前期～終期）の染色体の動きを観察。
• 補足：酢酸カーミン染色を用いることで、核と染色体が明瞭に視認可能。

【観察例2：動物細胞の基本構造】

• 試料：ヒト頬粘膜細胞
• 観察目的：細胞膜、細胞質、核の形態と配置を確認することで、真核細胞の構造理解を深める。

医学分野（解剖学・病理学）

【観察例3：正常組織と異常組織の比較】

• 試料：肝臓、腎臓、小腸、肺などの臓器組織切片
• 観察目的：正常な細胞の配列や構造を把握するとともに、疾患モデル（脂肪肝、腫瘍組織など）との比較観察により、病理的変化の基礎理解を行う。
• 技法：H&E（ヘマトキシリン・エオシン）染色による組織構造の可視化。

【観察例4：血液塗抹標本の観察】

• 試料：ヒト血液（希釈済み・固定済み）
• 観察目的：赤血球、白血球、血小板の形態観察や白血球の分類。
• 活用例：白血病や感染症の初期診断モデルに。

農学分野

【観察例5：植物の組織構造の比較】

• 試料：茎、葉、根の横断切片（トウモロコシ、ホウセンカなど）
• 観察目的：表皮、維管束、気孔、柔組織など植物の組織構成を観察し、光合成や水分輸送との関連性を学ぶ。
• 教育効果：作物生理や育種学の基礎理解に有効。

環境科学・微生物学分野

【観察例6：水中微生物の観察】

• 試料：池・川・水槽の水、稲田土壌の抽出液
• 観察目的：繊毛虫、アメーバ、ミドリムシ、珪藻など水中微生物の運動性・形態の記録と分類。
• 技法：無染色、暗視野・位相差顕微鏡を併用することでより自然な挙動を観察可能。

【観察例7：食品由来の乳酸菌や酵母】

• 試料：ヨーグルト、味噌、酵母培養液
• 観察目的：発酵食品中の有用微生物の確認と形態把握。
• 実習例：微生物学実験や食品衛生管理の初級教育に活用。

産業分野での観察例

医薬品開発における組織評価

• 試料例：動物実験で得られた臓器切片
• 目的：新薬の毒性や効果を評価するため、組織の損傷や異常の有無を顕微鏡で確認。
• 活用例：病理学的解析として、製薬企業の非臨床試験部門で実施。

食品品質管理

• 試料例：加工肉、発酵食品、穀類断面
• 目的：微生物汚染の有無、組織構造の均一性を確認する。
• 実例：ハムやソーセージ内の脂肪・筋繊維の分布や、ヨーグルト内乳酸菌の観察。

化粧品開発における皮膚細胞の評価

• 試料例：ヒト皮膚由来細胞、皮膚切片
• 目的：化粧品成分が細胞や組織に与える影響を確認するための形態評価。
• 関連分野：細胞毒性評価や皮膚吸収性の研究。

まとめ

生物顕微鏡は、教育・研究の現場から製品開発や品質管理まで、幅広い分野で利用される汎用性の高い光学機器です。観察対象は細胞・組織・微生物・食品素材など多岐にわたり、それぞれの試料に応じた前処理と染色法が必要となります。

瞳孔間距離の調整

両眼視して左右の視野がひとつに見えるように眼幅を調整します。
ジーデントップ型は瞳孔間距離を変えても機械的鏡筒距離が変わりません。
イエンチェ型は瞳孔間距離を変えると機械的鏡筒距離が変わるため、像の倍率が変化します。これを補正するための補正環が左右両方の双眼部に備えられています。

視度の補正

ジーデントップ型では、まず視度補正を０に合わせておきます。左側に視度補正環が付いている双眼鏡筒の場合、まず右目で顕微鏡を覗いて焦点ハンドルを操作しながら焦点調整を行います。次に左目で覗き、視度補正環を操作して焦点を合わせます。これにより左右に視力差があっても、両眼に焦点の合った像が得られます。
イエンチェ型では、先に行った瞳孔間距離の調整に基づき、視度補正環の目盛りを瞳孔間距離の値に設定します。一方の接眼レンズを覗いて焦点ハンドルを操作して焦点を調整し、その後他方の接眼レンズを覗いて視度補正環を操作して焦点を合わせます。