顕微鏡の解剖-サブステージ・コンデンサー

サブステージ・コンデンサーは顕微鏡光源からの光を集め、円錐形の光に集光し、視野全体にわたって試料を均一な強度で照らします。コンデンサーの光円錐は、対物レンズの前面に入射する光の強度と角度を最適に調整することが非常に重要です。

単純な2レンズアッベコンデンサーは図1に示されています。この図において、顕微鏡照明光源からの光はコンデンサーの底部にあるコンデンサー開口絞りを通過し、内部のレンズ素子で集光され、各方位から平行束で標本を通して光を投射する。光円錐の大きさと開口数は、絞りダイヤフラムの調整により決定される。

コンデンサーアパーチャーダイアフラム操作

サブステージのコンデンサー絞りが、対物レンズに入る照明をどのように制御しているかを探ります。特に、絞り可変の虹彩絞り（集光部またはその直下）を適切に使用することは、正しい照明、コントラスト、被写界深度を確保するために最も重要です。この虹彩絞りの開閉により、集光部から試料を通り対物レンズに入る光線の角度（つまり絞り）を制御することができます。コンデンサーの開口数を変更することで、どのように照明円錐に影響を与えるか、コンデンサー開口数に関するインタラクティブなJavaチュートリアルでご覧いただけます。コンデンサーの高さは、ラック＆ピニオンギアシステムによって制御され、標本に適切な照明を当てるためにコンデンサーの焦点を調整することが可能です。照明と焦点の円錐に対してコンデンサーを正しく配置することは、定量的な顕微鏡検査と最適な顕微鏡写真にとって非常に重要です。集光絞りの開度が大きすぎると、標本からの斜め光線の屈折によって発生する迷光がまぶしく、全体のコントラストを低下させる。一方、絞りを小さくしすぎると、照明円錐が不足して十分な解像度が得られず、標本からの屈折や回折により像が歪んでしまいます。

画像コントラストに対する集光効果

集光アパーチャーの大きさが標本画像のコントラストにどのような影響を与えるかをご覧ください。

コンデンサーは目的別（明視野、暗視野、位相差など）に分類され、また光学補正の度合いによって分類されます。光学的収差の補正に関しては、表1に示すように、4種類のコンデンサーが原則的に存在する。

コンデンサー収差補正

＜469＞-の4種類。–

コンデンサータイプ	収差補正
	球面	Chromatic
Abbe	—
Aplanatic	x	—
アクロマティック	—	x
アプラナティック—。 achromatic	x

Table 1

最もシンプルで補正の少ない（また最も安価な）コンデンサーは、最大で開口数 1.0 のアベコンデンサーである。3枚以上のレンズが内蔵されたハイエンドモデルでは、開口数1.4まで可能です。アッベコンデンサーは明るい光を通すことができる反面、色収差や球面収差の補正はされていません。図2に代表的なアッベコンデンサーを示す。

光学的補正がないため、アッベコンデンサーは主に適度な開口数と倍率の対物レンズによるルーチン観察に適している。アッベ集光器の最大の利点は、集光器が作り出すことのできる広い照明円錐と、長い作動距離の対物レンズで作業する能力です。

次に、球面収差（アプラナート）または色収差（アクロマート）のみを補正するアプラナートコンデンサーとアクロマートコンデンサーに分かれます。図3（アクロマティック）、図4（アプラナティック）に代表的なコンデンサーの例を示す。

図3のアクロマティックコンデンサーはレンズ枚数4枚、開口数0.95と無液滴で最高の開口数を実現しています。

サブステージ集光器の選択で重要なことは、対物レンズに十分な照明円錐を提供するために必要となる開口数性能である。コンデンサーの開口数は対物レンズの最高開口数と同じか、わずかに小さくする必要があります。したがって、最高倍率の対物レンズが開口数1.40の油浸対物レンズの場合、最高のシステム分解能を維持するためにサブステージ集光器も同等の開口数を持つ必要があります。この場合、コンデンサーのトップレンズと顕微鏡スライドの下面との間に浸漬オイルを塗布して、意図した開口数（1.40）と解像度を得る必要があります。

透過型顕微鏡の光路

コンデンサーとフィールドダイアフラムが、透過型顕微鏡の照明にどのような影響を与えるかについて説明します。図4に開口数1.40の典型的なアプラナートコンデンサーを示す。このコンデンサーは5枚のレンズで構成され、光を一平面上に集光することができます。レーザー光源や干渉フィルターを用いたタングステン・ハロゲン照明による緑色光で使用した場合、白黒写真で良好な結果が得られる。色収差、球面収差を良好に補正し、白色光による重要なカラー顕微鏡撮影に最適なコンデンサーです。図5に代表的なアプラナートアクロマチックコンデンサーを示します（開口数＝1.35）。このコンデンサーは内部レンズが8枚で2枚のダブレットと4枚のシングルレンズに固められているのが特徴で、

ハウジングにはタイプ（アクロマティック、アプラナティック等）、開口数、絞りダイアフラムの調整度（サイズ）を示す目盛りが刻まれている。先に述べたように、開口数0.95以上のコンデンサーは、上側のレンズにオイルを一滴垂らして、スライド試料の下面に接触させると効果的である。これにより、コンデンサーから発せられた斜めの光線がスライドの下から反射されることなく、標本に導かれるようになります。

もう一つの重要な考慮点は顕微鏡スライドの厚みで、これはカバースリップの厚みが対物レンズにとって重要であるのと同様に、集光レンズにとっても重要である。ほとんどの市販メーカーは0.95～1.20mmの厚さのスライドを提供していますが、最も一般的なのは1.0mmに非常に近いものです。 1.20mmの厚さの顕微鏡用スライドは、作動距離が非常に短くなりがちなほとんどの高開口数コンデンサーで使用するには厚すぎます。通常の標本観察ではあまり問題になりませんが、精密な顕微鏡写真では致命的な結果になることがあります。

集光コーン

光学補正が集光コーンのサイズと形状にどのような影響を与えるかを研究してください。

対物レンズを10Xから20Xに変更した場合、コンデンサの絞りダイアフラムも調整して、新しい対物レンズの開口数に合った新しい光円錐を提供する必要があります。これは図2-6のコンデンサーのローレット・ノブを回すことによって行われます。このノブには小さな黄色の矢印またはインデックスマークがあり、コンデンサーハウジングの線形グラデーションと比較したときの開口部の相対的な大きさを示しています。多くのメーカーが、コンデンサーのおおよその開口数に対応するように、このグラデーションを同調させます。例えば、顕微鏡技師が開口数0.25の10X対物レンズを選択した場合、矢印はコンデンサーハウジングに刻まれたグラデーションの値0.18～0.20（対物レンズ開口数の約80％）の横に配置されることになる。

対物レンズの開口数に合わせてライトコーンを作る必要があるため、1つのコンデンサーで全範囲（2倍から100倍）の対物レンズを使用することは現実的でないことがよくある。 2倍から5倍の低出力対物レンズでは、照明円錐の直径は6～10mmになり、高出力対物レンズ（60倍から100倍）では直径0.2～0.4mm程度の高集光性の光円錐が必要とされます。固定焦点距離では、1つのコンデンサーでこの広い範囲の照明円錐を実現するのは困難です。

実際には、この問題はいくつかの方法で解決することができます。低出力対物レンズ（10倍以下）の場合、視野を光で満たすためにコンデンサーのトップレンズのネジを外す必要がある場合があります。図6に示すように、これを容易に行うために、上部レンズがフリップトップになっているコンデンサーもあります。現在では多くのメーカーが、低出力対物レンズを使用するときに完全にフリップするコンデンサーを製造しています。また、10倍未満の対物レンズで適正な照明を確保するために、光路に補助補正レンズを組み込んでいるメーカーもある。コンデンサーをトップレンズなしで使用する場合、絞り虹彩絞りは大きく開き、対物レンズの後方に見えるフィールド絞りを絞りとして使用します。フリップトップコンデンサーは、開口数0.65から1.35まで、さまざまな構成で製造されている。開口数0.95以下のコンデンサーはドライ対物レンズ用として使用されます。しかし、開口数0.95以上のフリップトップ型コンデンサーは油浸対物レンズ用で、重要な試料を観察する際には顕微鏡スライドの底面とコンデンサーのトップレンズの間にオイルを一滴垂らさなければなりません。表2にコンデンサーの構成と用途を示します。

サブステージ・コンデンサーの用途

N.A.

DIC Universal
Achromat/Aplanat

CONDENSER TYPE	BRIGHTFIELD	DARKFIELD	PHASE CONTRAST	DIC	POLARIZING
Achromat/ Aplanat N.1.3	・
Achromat Swing-out N.A.	Achromat N.A. 0.90	・		Low-Power N.A. 0.90
Lower N.20	・
Phase Contrast Abbe N.A. 1.25	⋅	⋅	⋅
Phase Contrast Achromat N.A.	⋅	⋅	⋅
⋅	⋅	・N.A. 0.85
ダークフィールド。ドライ N.0.80~0.95		⋅
Darkfield, oil N. A.による。 1.20~1.43		・
Stain-Free Achromat Swing-Out N.A. 0.90

Table 2

表2のデータから、サブステージ・コンデンサーは異なるアプリケーション間で非常に多くの互換性があることが明らかである。例えば、DICユニバーサルアクロマット/アプラナートコンデンサーは、DICの主用途以外に、明視野、暗視野、位相差に有効である。他のコンデンサーも同様の互換性を持っています。改造コンデンサーを必要とする個々の技術については、「特殊な顕微鏡技術」の項で様々な角度から取り上げていきます。

寄稿者紹介

Mortimer Abramowitz – Olympus America, Inc, Two Corporate Center Drive.Melville, New York, 11747.

Michael W. Davidson – National High Magnetic Field Laboratory, 1800 East Paul Dirac Dr, The Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.