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巻記念企画

金属材料実験の手引き
1． 組 織 観 察
11

光学顕微鏡を用いた組織観察
山

本

剛

久



 はじめに
金属組織学という学問分野があるように，金属系材料では組織に関する知見を得ることは極めて重要です．その観察手段の一つとして最も身近な方法は光学顕微鏡でしょう．この項目では，金属系材料(セラミック材料などでも構いません
が)に関する卒業論文研究を始めるような初学者を対象として，光学顕微鏡を用いた組織観察方法の初歩の初歩を解説していきます．光学顕微鏡には様々な機種が用意されています．本稿では所属する研究室で触れることが多いと思われる
一般的な反射型(落射型)の正立型光学顕微鏡(金属顕微鏡，
工業用顕微鏡と言われることもあります)を対象とします．
小難しい話はひとまず抜きにしてという読者の方は，

の操作方法(観察の流れ)のところから読まれても構いません．

図1( a )多結晶体の結晶粒組織模式図，( b )粒界エッチング処理を行う前後の表面断面模式図．
組織を観察するためにはコントラストが現れるように試料を前処理する必要があります．例えば，結晶粒径を見るためには，その境界となる結晶粒界にコントラストを与える必要があります．一般的な方法としては，鏡面研磨処理を行った試料表面を腐食して，(b)に示すように結晶粒界を僅かに凹ませる前処理(エッチング処理)を施します．凹んだ箇所では，光が散乱する確率が増加するので，対物レンズへ取り込まれる反射光の強度が減少し，結晶粒内よりも暗く見えるので，結晶粒界が線状に見えるようになります．(明視野観察の場合)

 組織を観察するということに対応します．光学顕微鏡では，コントラストは何で決まる
光学顕微鏡に関わらず組織を観察するときには，目的とすのでしょうか反射型の光学顕微鏡であれば試料表面からのる組織が大よそどんなものであり，そのスケールはどれくら

反射光強度の差，透過型であれば，透過光強度の差に依存しいなのかについて少しは予想できていないと肝心な組織を見ます．ですから，組織を見るためには光の強度に差が生じる

逃すかもしれません．対象が 1 nm 程度なのに，光学顕微鏡

ようにすればいいということになります．傷が暗く見えるので見ようとしてもそれは無理ですよね．光学顕微鏡の分解能

は反射の際に散乱されるためです(後述する暗視野観察の場

は 0.2 mm 程度です．さて，組織が見えるということを考え

合には，逆に明るく見えます)．ただ漫然と光学顕微鏡で眺てみましょう．組織が見えるようにするためには，観察視野めているだけでは，上手く組織を観察することはできませ

中の場所で明るさの違いが無くてはなりません．キズが全くん．試料の適切な前処理が必須です．図を参照してみてくないように単結晶金属を完璧に研磨して，それを光学顕微鏡

ださい．また，試料の前処理については
を参照してくだで見たとします．ただ明るいだけで全く何も見えません．こさい．

の研磨した表面に傷をつけてみます．すると，その傷が見えます．これは，傷が暗く見えているから，線状の像として傷 光学顕微鏡の構造の概略が見えているのです．この明るさの差のことをコントラストと言います．差が大きい場合には，コントラストが高い(強図は落射型光学顕微鏡の外観，図は光路の模式図を示い)と表現します．コントラストが高い像ほどきれいに見えしています．図 2 の機種では，照明光を上方から試料上にる傾向にあります．このコントラストいう言葉と対で使われ照射するので落射型と呼ばれています(対物レンズは下向きるブライトネスは，そのコントラスト全体の強度の高い低いに取り付けられています)．試料から反射してきた光で組織名古屋大学大学院工学研究科教授(〒4648603 名古屋市千種区不老町)
Keywords: optical microscope, microstructure, photomicrograph, stereomicroscope, metallographic structure, aberration, resolution(光学顕微鏡，組織，組織写真，実体顕微鏡，金属組織，収差，分解能)2020年12月17日受理[doi:10.2320/materia.60.102]



実 学 講 座を観察するので反射型とも呼ばれます．特に何も気にしないするように対物レンズとしては100倍程度，総倍率で1000倍

読者であれば，試料をステージにおいて，適当な倍率で観察程度が実用的な倍率の限界です．図 2 に示した光学顕微鏡

して終わりとなっているかもしれません．ステージ移動と対では，明視野・暗視野の切り替え，アナライザー・ポラライ

物レンズの選択とピント合わせだけですね．これでも組織をザーと呼ばれる偏光フィルター，明るさなどを調整するフィ

見ることはできますが，ここで，図 2 をよく見て頂くと，

ルター類，上部には撮影用のカメラなどが各種装備されていそれ以外にも色々なギミックが用意されています(用いています．以降，重要なポイントに絞って少し踏み込んで説明しる機種にもよります)．これらを使うとよりきれいな像を観ていきましょう．

察できたり，思いもしなかった情報が得られたりします．図 試料への照明光

2 と 3 でその構造を見ていきましょう．光源から発せられた

光は，コンデンサー系のレンズ(照射系のレンズ)で整えら
れ，ハーフミラーで光路が曲げられます．その後，対物レン




 ぜひ知っておきたいケーラー照明ズを通過し，試料上へと照射されます．試料の上面で反射しきれいな組織写真を撮影するためには，光を均一に試料上た光は，接眼レンズに向かって鏡筒の中を進んでいきます．

へと照射しなければいけません．光源にはハロゲンランプ

途中で接眼レンズ方向とカメラ方向の切り替えミラーを経(W フィラメント)が用いられています．細い W ワイヤーのて，接眼レンズの方へ向かいます．接眼レンズに入る手前

両端に電圧を印加して加熱することで白熱電球の様に明るくで，両眼に分かれる光路となります．両眼で見ていますが，光らせています．必ずしも，そのフィラメント全体が同じ明一つの光路で試料へ進んでいることに注意ください(後述す

るさとなるわけではありません(後述しますが明るさが違う

る図 11 の実体顕微鏡と比較してみてください)．観察倍率ということは W フィラメントの温度が場所によって違っては，対物レンズと接眼レンズの倍率を掛け合わせた値となりいるということを意味しています)．このムラがある光を何ます．カメラでの撮影時には，カメラの撮影倍率が接眼レンとか均一に試料上へと持っていく必要があります．ケーラー

ズと必ずしも同じ倍率ではないので注意してください．後述

照明法は，均一に光を試料へ照射することができる優れた照明法です(後述するように他にも有意義な特徴があります)．
凸レンズの基本的な機能について図を見て思い出しましょう．凸レンズには二つの焦点位置が存在し，物体側を前焦点，像側を後焦点と呼びます．物体の点 Q から発せられ光軸に平行に進んだ光はレンズで屈折されて後焦点位置で光軸と交わり直進していきます．一方，物体からレンズの中心を通過した光はそのまま直進していきます．この二つが交差したところが，物体から光が発せられた点 Q のレンズによるとなります．いわゆるピントがあった位置という
投影点 Q ′
ことになります．物体において光軸上の点 P から発せられた光は，像の対応する位置である光軸上の点 P ′へと集光さ

図 2 光学顕微鏡の外観(落射照明と透過照明仕様)．
仕様は機種によりますので，一度は自身が使用している光学顕微鏡で確認してください．

図 3 光学顕微鏡の光路模式図．
赤太線は照射光，青太破線は反射光，青実線は接眼レンズへの光路をそれぞれ示しています．図 2 と比較してみてください．詳細な構造は用いている機種によって異なります．図中の照明光と反射光は横に平行にずれているように記載していますが，実際は同一の光路で入射し反射しています(明視野観察の場合)．

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れます．この関係を覚えておきましょう．では，図を見て

図 4 凸レンズの作用．
物体上の点 Q から光軸に平行にレンズに入射した光はレンズの後焦点を通り直進し，レンズの中心に入射した光はそのまま
が点 Q の投影位置となります．
直進し，両者が交差する点 Q′に投影されています． a はレンズから物体まで
点 P は，点 P ′の距離， b はレンズから像までの距離， f はレンズの焦点距離
1

1

1

b

を表しています． a ＋ b ＝ f の関係となり，また，倍率は a とな
ります．


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

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 視野絞りと開口絞り顕微鏡をのぞいて実際に見ている領域を実視野と言います．この実視野以外のところに光が当たっていると，ノイズとなって像の質が低下します．不必要なところに無駄に光をあてる必要はありません．この大きさを調整するのが視野絞りです．実際に大きく絞ってみましょう．接眼レンズから覗いていると絞りの影が視野内に現れてくるのが分かります．
観察している領域(実視野)の大きさに合うよう絞りの径を調整しましょう(実視野の外周よりもほんの少し外側です)．ち
図 5 ケーラー照明の模式図．
左側レンズ L1 の像面位置に，右側レンズ L2 の前焦点位置が位置しています． W フィラメントの光軸上の点 P から発せられた赤線で示す光は，レンズ L1 で光軸上へ投影されます．その位置はレンズ L2 の前焦点位置にあるので， L2 によって平行に試料へ投影されます．同様に， W フィラメント上の各点から発せられた光は，平行光となって，広がって試料上へ投影されます．例えば， W フィラメントの点 Q から発せられた光を確認してください．図中に示した視野絞り，開口絞りの位置関係も確認してみましょう．視野絞りを狭くする(絞る)と試料上に照射される領域が小さくなります．開口絞りを絞ると，その位置に投影されている W フィラメントの像の範囲が制限されることが分かります．図は照射光に関する模式図を示しています．実際には，レンズ L2 と試料の間に対物レンズが位置しています．開口絞りの径(絞りの度合い)は，開き角を変化させます．

なみに，絞り込んだ時に，絞りで作られる小さな穴の位置
が，視野の真ん中に正しく来るように調整されていることが必要です．この調整法は機種にもよりますが，絞りの位置を機械的に調整する(視野の中心に持っていく)ネジがあるはずです．一度確認してみてください．
次に，開口絞りをいじってみます．開口絞りは後述する開き角を変える役割を担っています．開き角は大きいほど分解能が高くなります．ところが，それ以外にも以下に述べるような効果も表れます．この絞りを絞り込むと像はどう変化するでしょうか絞り込むと，像のコントラストが高くなってきませんか広げてみましょう．今度はコントラストが低くなります．厳密には違うのですが，この絞りを使うと表面の傷を見にくくすることもできます．金属試料を観察する時にみましょう．図 5 は，ケーラー照明の原理を模式的に示しは，多くの場合，研磨を行っていますよね．この時にどうしています．機種にもよりますが，基本的には二つのレンズがても傷が残ってしまうことがあります．開口絞りを絞り込ん組み合わされた光学系で構成されます．レンズが配置していでいるとコントラストが高くなるとともに，実は被写界深度る位置に注目してください．一つ目の左側のレンズ L1 で Wも深く(大きく)なります．被写界深度は，試料の上下方向にフィラメントが投影される位置(像の位置)が，二つ目の右側

どれくらいの範囲でピントが合っているように見えるかに対のレンズ L2 の前焦点位置と一致するように配置されていま応する大きさです(次項で説明します)．被写界深度が深いとす． W フィラメントの光軸上の点 P から発せられた光は，試料表面の傷もよく見える(目立つ)ようになってしまうので

赤実線で示した光路を進んで，光軸上の一点に集光します．

す．厳密にいうと，開口絞りの径は用いている対物レンズでこの位置は上述したように二つ目のレンズ L2 の前焦点位置決まりますが，応用としてここに述べたような使い方もできですから，集光された光は二つ目のレンズ L2 で平行光となます．コントラストと分解能の兼ね合いをつけて，少し調整って試料へ照射していきます．W フィラメントの点 Q からする癖をつけてみましょう．

発せられた光は，緑線を進んで L2 の前焦点位置に描かれて前項でケーラー照明について説明しました．この照明法

いる矢印の先端に集光されます．同様にこの集光された光はは，試料に均一な光を照射すること，絞りを用いて視野の制レンズ L2 によって平行に試料へ照射されます．このように

限や照明光の明るさを個別に調整することができること，をW フィラメント上の光全ては試料上に平行に重なって照射実現できる素晴らしい方法なのです．

されることとなります(試料上への入射角度は異なります
が)．つまり，W フィラメント上で光にムラが存在しても，




 被写界深度と低倍観察時のピンボケの話

一点，一点からの光が広がってすべて重なるように試料上へ高い倍率で像を撮影するときには，振動やピンボケ(焦点照射されるので，そのムラが無くなるということになります．

はずれ)に自然と注意しますよね．このピンボケをちょっとケーラー照明の利点はこれだけではありません．図中には考えてみましょう．レンズの光線図を見ると，ピントの位置

二つの絞りが描かれています．図 2, 3 にも同様にこれら二は厳密に決まっているはずです(図 4)．ところが，我々の目

つ の 絞 り が 描 か れ て い ま す ． そ れ ぞ れ は 視 野 絞 り ( Field

で像を見た時にピントがわずかにずれていてもピントがずれstop)，開口絞り(Aperture stop)，と呼称されている絞りでていないように見える範囲が存在します(図)．これを被写す．組織を観察する時には，これらの絞りの調整が必要で界深度と言います(物面側での深度のことを被写界深度，像す．視野絞りは不必要な箇所からの光をカットするため，開面側を焦点深度と言います)．高倍の場合には試料上に照射

口絞りは投影される像の分解能とコントラストに関係します

される光の角度が大きくなるために，この被写界深度は小さ(厳密には明るさも)．

くなります．ですので，試料ステージを僅かにずらしても，ピントがボヤっとずれるのがすぐわかります．低倍の時には，照射角度が小さくなるために，この被写界深度が深くな

実 学 講 座

図7

対物レンズと試料の配置，および，明視野・暗視野観察の模式図．
ピントが合っているときの対物レンズから試料までの距離を作
動距離，レボルバーの下面から試料までの距離を同焦点距離といいます．暗視野観察は，対物レンズの外周から照明光を落射させて試料に対して斜めから照射します．傷などの凸凹や細い線状の物体などが見えやすくなります．

から試料上に収束する角度(開き角)です．分解能を高く(式( 1 )では左辺の d が小さい)するためには，ここでは l は一
図 6 被写界深度の例．
( a )絞りを開放(径を広げています)，(b ) 絞りを絞っている(径を小さくしています)
ここでは一眼カメラを用いてキーボードを斜め上方向から撮影した例で示しています．絞りは，開口絞りに相当します．絞り
込むと，ピントが合っている奥行きが増加しています．この状
態は，光学顕微鏡の試料観察での表面キズや凹凸がよく見えている状態に相当します．

定なので，屈折率を大きくするか，開き角を大きくします．
このことから， n sin u が分解能を表す指標の一つとなることが分かります．この n sin u は，開口数( Numerical aperture，NA)と呼ばれ，対物レンズの分解能を表す値の一つとして用いられています．NA 値が大きいほど分解能が高いレンズということになります．今ではあまり用いられていませんが，屈折率をより大きくするために，試料上面に油を垂らして対物レンズ面をその油に含浸させて観察する方法もありってしまいます．つまり，ステージを僅かに動かしてもピンました(含浸レンズと言います)．対物レンズの性能に影響す

トの変化が分かりにくいのです．ピントが合っていると思っる収差は他にもあります．後述の収差を参照ください．

て像を撮影しても，その写真を見るとボヤっとした像になっていたということが低倍撮影ではしばしば生じます．コツと

以下，対物レンズに関して知っておくべき項目を説明します．

しては開口絞りを広げて，ステージを動かしてピントを合わ

作動距離( Working distance: WD )図に示すようにせたのちに，その絞りを適正な位置まで少し絞り込むとピン対物レンズ先端からピントが合った時の試料面までの距離のトを合わせやすいかもしれません．

ことを指します．この距離が短いと式( 1 )で示すように開口数が大きくなりますから分解能が高いレンズということに 対物レンズなりますね(レンズ構成にも依存しますが)．高倍のレンズほど試料を近づけて観察した経験があるかと思います．100倍

図 4 で点 P から発せられた光がレンズで点 P ′に投影されの対物レンズで 1 mm 程度の作動距離でした．不慣れな場合る時には，レンズの外側を通過した光と光軸に近い位置を通にはレンズを試料にぶつけてしまうことがあり，非常に危険

過した光が集光してきます(点 P から発せられる光は図 4 にです．そこで，最近ではこの作動距離が長い長作動レンズがおいて赤線で描いた光だけではありません．レンズに入るこ

一般的に使われるようになってきました．作動距離が長くてとができる範囲内の光となります)．これらの光は，レンズもうまくレンズ群が工夫されて，高い分解能が確保されていに入射する角度によって進行する距離が異なりますから，集ます．倍率にもよりますが作動距離が 10 mm 以上の対物レ

光される点 P ′で位相が異なり，その結果，互いに干渉するンズも用意されています．レンズを選択する機会があるときこととなります．この干渉によって，点 P から発せられたには一度確認してみましょう．

光である点光源は，円環状に投影されます．投影される像が

レボルバーの回転と対物レンズ先端の位置対物レンズ

ボケることになります．このボケを与える要因のことを収差の長さと作動距離を合計した長さを同焦点距離と呼びます．

といい，ここで述べた収差のことを回折収差と言います．回

レボルバーに設置されている対物レンズの種類によってこの折収差は，分解能に大きく影響します．回折収差に起因する

同焦点距離は変化します．同焦点距離を予め確認しておかな

分解能 d は，

いと，観察しているときに無意識にレボルバーを回転させた

d＝0.612ln sin u(1)で表されます． l は波長， n はレンズの屈折率， u はレンズ

ま て り あ 第60巻 第 2 号(2021)
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ときに対物レンズを試料にぶつけてしまうことになるかもしれません．全ての対物レンズでピントを合わせてステージの高さ位置との関係を予め知っておくことが事故を防ぐために図 8 (a)明視野像と(b)暗視野像の例．
試料は不織布の紙を使っていますので，被写界深度から外れてぼやけている部分が見えます．暗視野像では細かい繊維が見やすくなっていることが分かります．

必要です．
明視野観察(BF)と暗視野観察(DF)普段意識せずに使

図 9 接眼レンズ．
両眼のレンズの間隔は矢印 A のように動かすことで調整できます．また，視度は，矢印 B で調整できます．

用している観察方法は明視野法です．これは，試料表面に光を照射して反射してきた光をそのままレンズに取り込んで観察しています．つまり，反射面がレンズ方向に向いている個 接眼レンズ

所ほど明るく見えるということになります．これに対して，
暗視野観察では光を円環状に試料へ照射(試料に対して斜め図は接眼レンズを示しています．接眼レンズの倍率と用方向)して観察します．大雑把に述べると，表面から傾いていている対物レンズの倍率の積が観察倍率となります．実視いる個所からの反射光が，よりレンズ方向へと進みやすくな

野の大きさに関わる視野数(接眼レンズで見ることができる

りますから，明るく見えるようになるということになりま

範囲．この値が大きいほど見える範囲が広がります)や観察

す．表面のキズなどの凹凸を強調して観察することができま

時の目の位置(接眼レンズから観察位置までの距離アイポ

す．観察には，円環状に光を照射できる照明機構と，その光

イント)など接眼レンズにも様々な種類が用意されていまを外周部から試料上へ照射できる機能が付加されている対物

す．接眼レンズの横に表記されているので興味があれば一度レンズが必要となります．図 2 ではこの BF/DF 切り替えレ

確認してみるといいでしょう．ところで，接眼レンズの調整

バーが見えます．図に明視野，暗視野像の一例を示します

は観察時の目の疲労に関わります．図に示すように二つの接ので参照してください．

眼レンズの間隔を両眼の幅に合うよう調整し，視度も適切に

収差光が収束(レンズに入射する光束が制限)して干渉調整しましょう(
の操作方法(観察の流れ)の項を参することで生じる回折収差(前述)は，光学顕微鏡の分解能を照)．観察時にスケールや方眼などを視野中に表示できるレ

制限する一つの要因であることを述べました．これ以外の収クチルを設置することもできます．

差として，球面レンズが有しているザイデル収差(広義の球面収差)と光の波長の違いに起因する色収差などが像の分解 試料ステージ能に影響します．ザイデル収差は，狭義の球面収差，コマ収
差，非点収差，像面湾曲収差，歪曲収差の 5 種類に分類さ試料ステージはピントを合わせるときの上下移動，試料位れます．これらの収差は，凸レンズと凹レンズで正負の値を置を変更するための XY 移動，特殊なものでは回転させる持つので，多くの対物レンズでは凸レンズと凹レンズとが組機能を有しているものもあります．普段特に意識せずに使用

み合わされてこれらの収差が補正されています．現在では球しているかと思いますが，便利な機能もあります．ステージ

面収差は補正されており，さらに，プランタイプの対物レンの上下駆動ダイヤルのところに目盛が付されている機種であ

ズでは，それ以外の収差も補正されています．一方，色収差

れば，ステージの高さ位置を，そこから読み取ることができは屈折率が波長に依存していることが原因で現れます．太陽ます．この目盛を活用すると，試料上の凸凹の高さを大よそ

光をプリズムにあてると虹色に分かれて光が進行するのと同見積もることも可能です(図 2 を参照してください)．このじ要因です．白色光を用いるとピントの位置がその色によっ時には，できるだけ高倍の対物レンズを使い，開口絞りを開て変化するため，像がボケることとなります．対物レンズに放にした状態でピント位置を記録してください．

はこの色収差をできるだけ補正できるよう工夫されたものが用意されています．色収差をどの程度(どの波長)まで補正できるかによって，アクロマートタイプ(赤と青を補正)，アポ
クロマートタイプ(赤と青(アクロマート)と紫を補正)，フル
オリート(アクロマートとアポクロマートで補正する波長のさらに中間程度の波長まで補正)など各種用意されています．



 その他



 フィルターの役割
主に試料へ照射する光の強度や色温度を調整します．設置
されている箇所は光源の近くです(図 2 を参照してください)．ひとまず試料を観察したい場合には特に問題となりませんが，組織写真を正しく撮影するときには，照射する光の質に注意を払う必要があります．出力を変更すると光源であ

実 学 講 座る W フィラメントの温度が変わるため，照射光の波長分布(直交ニコル)と呼びます．試料が光学的等方体の場合には，が変わります(色温度と表現します)．この波長分布を自然光

ポラライザーによって直線偏光がかけられた光が試料上で反に近い分布に調整するのが色温度調整フィルター(LBD フィ

射しても，その偏光方向は変化しません．従って，クロスニ

ルター)です．W フィラメントの波長分布を，色温度調整フ

コルの状態では反射光は，その方向と直角に設置されたアナィルターで調整できる範囲とするために， W フィラメント

ライザーを通過できなくなります．この試料中に光学的異方の電圧を規定値にします．多くの場合，規定値に合わせるた体のものが含まれている場合には，その箇所からの反射光にめのスイッチが装備されていますので，使っている光学顕微は偏光が生じているので，アナライザーを通過する成分が生

鏡の操作方法マニュアルを確認してみてください．また，こじ，明るく見えることとなります．図 2 は XY ステージとの状態で試料を観察すると，金属系試料では往々にして明るなっていますが，偏光フィル―ターと回転ステージを組み合すぎてハレーションを起こすことがあります．これを減光すわせる場合もあります．

るためのフィルターが減光フィルター( ND フィルター)です．もちろん，この目的以外にも減光することが必要あれば

 実体顕微鏡と光学顕微鏡の違い

随時使用してください．
 偏光フィルター(ポラライザーとアナライザー)

図は実体顕微鏡の外観です．実体顕微鏡はその名の通り
試料を立体的に観察することができます．これまで述べてき一定方向のみの偏光成分を透過(光を直線偏光させる)する

た光学顕微鏡との違いは，実体顕微鏡では両眼視差(それぞフィルターです．図を参照ください．照射系に設置されてれの目で観察する角度)が維持されていることです．図11にいるのがポラライザー(偏光子)，試料からの反射光が接眼レ示すように，接眼レンズからの光軸は両眼ともに用意されてンズへ向かう光路に設置されているのがアナライザー(検光いる(光軸が二つ)ことが光学顕微鏡との大きな違いです．二子)と呼称されます．互いの回転角度が調整できるようになつの光軸で物を見るのでどうしても分解能が制限されてしまっています．立方晶系の場合には，光学軸に対する偏光方向います．ただし，被写界深度も深く，両眼視差が維持されてに変化は生じません(光学的等方体)が，それ以外の結晶系でいるので，物体を立体的に捉えられる大きな利点を有していは，偏光方向が異なる 2 つの反射光に分かれます(光学的異ます．実体顕微鏡の倍率の変更は，レンズの移動を使ったズ

方体)．これを複屈折を起こすと表現します．偏光フィルタ

ーム投影で行っています．対物レンズを入れ替えて変更してーを用いると，この光学的等方体と異方体とを区別することいません．倍率を変更するとピントが僅かにずれる場合があができたり，光学的異方体の結晶軸方向などの情報を得ることができます．例えば，偏光フィルターを互いに直角となる
ように回転角度を調整します．この状態を，クロスニコル

図 10

偏光フィルター(ポラライザーとアナライザー)の作
用．(図は透過型光学顕微鏡で示しています)．
偏光フィルターは一定方向の偏向成分を通過させます．図は，右側のブロック矢印方向から照明光が入射しています．照明光
は，ポラライザーで直進偏向の光となります(図中の矢印)．試料が光学的等方体の場合には，ポラライザーで直線偏光となった照明光の偏光成分は，変化せずにそのまま試料を透過して進行します．光学的異方体の場合には，偏向成分が変化して図中の矢印方向が回転して進行します．例えば，ポラライザーとアナライザーの偏光方向を直角(直交ニコル)とすると，光学的等方体の場合の透過光は，アナライザーを通過できる偏光成分を有していないので，通過する光の強度は無くなります(暗くなります)．図は透過光で示していますが，反射タイプの光学顕微鏡では，試料から反射した光がアナライザーへ向かうこととなります(図 3 を参照)．いずれも考え方は同じです．

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図11 実体顕微鏡の例．
図中に示すように，実体顕微鏡の場合には視野角を維持した 2つの(両眼それぞれの)光軸を有していることが特徴です．視野角を維持したまま物体を観察できるので，物体を立体的に見ることができます．




図 12

ピント位置になるステージ高さ位置を大まかに知る方
法の例．( a )ピントが大きくずれている状態，( b )おおよそピントが合っている状態
ステージにコインなどを置きます．ステージを下げた状態から高さを上げていくと，コイン上の照射半径が小さくなって，再び大きくなるのが分かります．最も小さく見えるステージの高さ位置が，大よそピント位置に近い状態です． 10 倍以上の対物レンズの方が，この変化が分かりやすいと思います．一度，全ての対物レンズで確認しておくと，レボルバーを不意に回転させてしまった時に生じやすい事故を防げます．

りますので，その都度ピントを合わせる必要があることを覚
えておきましょう．

 観察の流れ

図 13

試料上面(撮影面)をステージ面に対して平行にする方法の一例．
スライドガラスなどの上に粘土を少量置き，その上に試料を置きます．そして，図中 A のノブを下方へ静かに押していきます．試料に触れる治具の面が汚れていないかに十分注意することが必要です．汚染防止のために，例えば，試料上面に濾紙な
どのきれいな紙を一枚入れ込んで，押し込んでいきます(下図参照)．観察面を確実にステージ表面に対して平行に設置することは非常に重要です．

この項では組織写真を撮影するまでの流れを説明していきます．試料の前処理については，で説明される組織観察

確認してください．次に，それぞれのピントの位置を調整しのための試料調整を参照してください．

ます(図 9 の矢印 B )．矢印 B を回すと(接眼レンズを回す

光学顕微鏡の調整まず初めに接眼レンズ・カメラ切りと)，その回転に合わせて接眼レンズが手前や奥に僅かに移替えレバーを接眼レンズ方向へ移動し，各絞りの開放，各種動するのが分かるかと思います．まず，片方の目だけを使っフィルター位置の確認などをしてください．ポラライザーとて，コインにピントが合うようステージの高さを調整しま

アナライザーが装着されている場合には，回転角度が平行にす．その後，ステージの高さはそのままにして，もう片方のなっていることを確認してください．直角位置にセットされ目だけを使って，接眼レンズを回転させて調整し，コインにていると，反射光が見えない場合があります．次に，ステー

ピントが合うように確認してください．接眼レンズ内にスケジを下げて，一時的に利用できる適当な物，例えば，コインールなどが設置されている場合には，少し方法が変わりまなどを置きます．レボルバーを回転させて低倍の対物レンズ

す．まず，そのスケールがどちらの接眼レンズ内に設置されをセットします．照明のスイッチを入れて，適当な明るさにているかを，それぞれの目で確認します．接眼レンズの位置調整します．するとコイン上に照明光が見えます(図参が大きくずれているときには，見えないこともありますの

照)．ステージを横から見ながら対物レンズ近くまでステー

で，注意してください．スケールが設置されている方の接眼

ジをゆっくりと上げてみてください．この時，コイン上の照レンズを回転させて，そのスケールがはっきりと確認できる

明光の半径は，ステージの上下動とともに変化するのが見えように調整します．その後，ステージを微調整してコインにます．ステージを上方へ移動させると，半径が小さくなり，

ピントを合わせます．この後は，上述した方法で，もう一方

再び増加する様子が分かります．最も小さくなったときのスの接眼レンズの位置を調整します．

テージ高さ位置が，用いている対物レンズのピント位置近傍

試料の観察ピント合わせは，ステージを下げる方向でです．この時のステージの高さ位置と対物レンズ先端からコ行う癖をつけましょう．図 12 を参照し，用いている対物レ

インまでの距離を大よそ記憶しておきましょう．また，装着

ンズでのピント近傍位置を確認して，さらにそれよりも，やされている全ての対物レンズで同様に確認しておきましょや上方へステージ位置を上げておきます．常に下げる方向でう．レボルバーを回転させて対物レンズを切り替えるときのステージを動かすようにしておけば，試料を対物レンズにぶ事故を防げます．

つける心配がなくなります．試料上面はステージ面と平行に

接眼レンズの調整接眼レンズの幅を両眼の幅に合わせなるよう注意します．この時に，図に示すような治具を使ます(図 9 の矢印 A の調整で両眼の幅に合わせます)．最初って，予め試料上面がステージに対して平行となるように調は戸惑いますが，両眼で見えるように慣れてください．調整

整しておくことが必要です．平行でない場合には，視野全体できたと思ったら，片目ずつそれぞれ視野が見えているかをでピントが合わない像となってしまいます(像中の一か所を

実 学 講 座

強調したい時に，故意にこのような像を撮影する時もありま おわりにすが)．試料上面に大きな凸凹があるような場合には，予め，レボルバーを回転させたときに試料との間隔がどうなるかを確認しておくと事故を防げます．低倍から観察を開始す

光学顕微鏡を使用する上で知っておくと便利な基本的な事るのがいいでしょう．試料を広範囲で確認しておくことは必項について説明しました．今では簡単にインターネットを使

要です．筆者の場合には，大抵，実体顕微鏡を使用してまずって情報を手に入れることができます．この説明でさらに知試料の状態を見ておきます．低倍での観察で大まかに確認しりたいことがあれば積極的に調べてみましょう．組織写真がた後は，適切な倍率で知りたい情報を観察していきましょ

格段にきれいになりますよ．光学機器メーカーの Web サイ

う．この時に，ステージ高さをそのままにして，不意にレボ

トには非常に参考になる解説がふんだんに掲載されていまルバーを回転させてしまうこともありますが，要注意です．

す．ぜひ，ご覧ください．

レボルバーに設置されている対物レンズの同焦点距離(作動文

距離＋対物レンズの長さ)が同じであればいいのですが，そ献うではない場合には事故のもとです．注意しましょう．また，対物レンズを直接掴んで回転させたり，レンズ部分に触示できる機種もあります)がある場合には，適正な範囲内に

 光学顕微鏡に関する情報や解説を読みたいとき光学顕微鏡メ◯ーカーの Web ページコンテンツに解説が掲載されています．非常に参考になります．
株 Web コン テンツ 内の 顕微 鏡を 学ぶ ， https: //( 1 ) オリ ンパ ス
www.olympusims.com/ja/microscope/terms/(令和 2 年度の時点での情報)株 ニコンソリューションズ Web コンテンツ内の顕微鏡の基礎(2) 
知 識 ， https: // www.nsl.nikon.com / jpn / learn know / microscopeabc (令和 2 年度の時点での情報)( 3 ) Leica Microsystems Web コンテンツ内の顕微鏡基礎知識，
https: // xlab.leica microsystems.com / blog / tag / microscope 
basics (令和 2 年度の時点での情報)
 下記は生物系試料に関する内容ですが，参考になります．
◯( 4 ) 稲沢譲治，津田 均，小島清嗣顕微鏡フル活用術イラスト
レイテッド―基礎から応用まで(細胞工学別冊―目で見る実験
ノートシリーズ)，学研メディカル秀潤社，( 2000 ) , ISBN 
10 : 4879622249( 5 ) 野島 博顕微鏡の使い方ノート―はじめての観察からイメージングの応用まで(無敵のバイオテクニカルシリーズ)，羊土社，(2011), ISBN13 : 9784897069302( 6 ) 伊東丈夫光学顕微鏡写真撮影法―基礎と効果的な観察・記録法の実際，学際企画，(1999), ISBN
13 : 9784906514311
 光学に関するさらに詳しい内容を知りたいとき◯( 7 ) 顕微鏡のすべて，井上 勤 監修，地人書館，(1997), ISBN
13 : 9784805205655( 8 ) 新井敏弘，平井正光光工学入門，講談社サイエンティフィ
ック，(1999), ISBN 9784
061532397( 9 ) 光学のすすめ―見て・触って・考える，「光学のすすめ」編集
委 員 会 編 ， オ プ ト ロ ニ ク ス 社 ， ( 2006 ) , ISBN 13 : 978 
4900474642
 光学について本格的に学びたいとき◯(10) 左貝潤一光学の基礎，コロナ社，(1997), ISBN13 : 9784339006803

収まっているかを確認してください．レベルモニターの強度★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

れることは厳禁です．
画質の調整絞りやフィルターを動かしてみて目的とする組織がきっちりと観察できるように調整してみましょう．
視野絞りは実視野の範囲まで絞り込み，開口絞りは開き角を変えながら像のコントラストなどが適切になるように調整してみてください．
ピント位置の微調整開口絞りを開放にしてピントを合わせます．そのあとに，少しだけ絞るようにすると大きなピント外れを防ぐことができます．
撮影照明光の色温度を規定値にするスイッチを押します．この時に明るすぎる場合には減光フィルターを挿入します．カラー写真であれば色温度を調整するフィルターも挿入
しましょう．あとは，カメラのモニターを見ながら視野を決めて，ピントを再度微調整して撮影すれば終了です．撮影時にカメラで記録される倍率は，観察時に用いた倍率(対物レンズと接眼レンズの倍率の積)と，多くの場合，異なっているので注意してください．撮影像上での倍率を確認するようにしてください．確認は，ステージ上にスケールなどを設置
して，一度撮影してみるのが確実な方法です．なお，組織写
真を整えるときには，倍率表記ではなく，スケールでの表記を心がけてください．なお，使用しているカメラにレベルモ
ニター(強度の分布．カラーの場合には赤，青，緑ごとに表

1989年 東京大学大学院工学系研究科修士課程修了
1997年 博士(工学)取得
2011年 6 月 現職
専門分野セラミック材料学◎セラミック材料の焼結・組織・機能制御や，結晶粒界・界面の原子構造・電子状態制御・解析に関する研究に従事．

範囲内で広く分布していて，最大値が飽和していないことが必要です．調整は，減光フィルターを用いるか，白黒写真の場合には照明光の明るさを変えてしまっても構いません．
終了時フィルターなどをもとに戻すことも必要です★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

が，一番大事なことは，ステージを大きく下げて，低倍の対物レンズにしておくことです．事故を防げますよ．

ま て り あ 第60巻 第 2 号(2021)
Materia Japan山本剛久

