光学顕微鏡とは？仕組み・構造・倍率・使い方をわかりやすく解説

光学顕微鏡の仕組み・構造・倍率・使い方を図解でやさしく解説。入門者向けに観察テクニックや倍率選び、撮影法まで丁寧に紹介。

光顕微鏡は、対物レンズに観察対象が非常に近いことを除けば、屈折望遠鏡と同じ仕組みで像を作ります。一般的な構成は、光源→凝集系（コンデンサー）→試料（通常は平らなガラス製のスライド）→対物レンズ→接眼レンズ（またはカメラ）です。観察したい小さな生物や組織などをスライドに置き、顕微鏡のステージ上でクリップや機械式ステージで固定します。ステージの上下移動や対物レンズの切替で、対象の異なる層にピントを合わせます。顕微鏡下では、対物レンズが被写体の拡大された実像を作り、接眼レンズがそれをさらに拡大した虚像を目で見ます。底部にあるミラーを使う古典的な機種もありますが、現在は内蔵光源（白熱灯・ハロゲン・LED）が主流で、デジタルカメラで像を直接取り込めるタイプも多くあります。

大学や高校でよく使われている光学顕微鏡では、対物レンズに4倍、10倍、40倍、100倍（油浸）などがあり、接眼レンズが通常10倍のため、合成倍率は例えば40倍×10倍＝400倍、100倍×10倍＝1000倍になります。基礎的な細胞観察は100～400倍程度で行われ、より高倍率では光学的な限界（解像度）に注意する必要があります。

基本構造と各部の役割

• 光源（鏡筒内灯）：安定した均一な光を供給します。LEDが省電力・発熱が少なく最近は一般的です。
• コンデンサー：光を集めて試料面に照射する装置。コールラー照明で整った明視野が得られます。
• ステージ：スライドを載せる平面。XY方向に動く機械式ステージが使いやすいです。
• 対物レンズ：最も重要な収差補正と拡大を行うレンズ群。金属製の回転式物台（ノーズピース）で切り替えます。100倍では油浸が必要な場合があります。
• 接眼レンズ：目に近い位置で像をさらに拡大します。双眼、単眼、チューブレスでカメラ接続する機種があります。
• 粗微動ハンドル／微動ハンドル：粗動で大まかなピント、微動で精密なピント合わせを行います。

倍率と解像度（見える限界）

顕微鏡の表示倍率は「対物レンズの倍率 × 接眼レンズの倍率」です。例えば10倍の接眼と40倍の対物で合計400倍になります。しかし重要なのは倍率だけでなく解像度（分解能）です。解像度は光の波長と対物レンズの数値開口（NA）で決まり、アッベの式（近似）では分解能 d ≈ 0.61λ/NA と表されます。可視光（緑〜黄）を用いる光学顕微鏡の実効的な分解能は約200 nm（0.2 µm）程度で、これより小さい構造は光学顕微鏡では識別できません。高倍率でもNAが不足すると「空虚倍率（empty magnification）」になり、像の解像は改善しません。

観察の手順とコツ

• 低倍率（例：対物4×や10×）で試料を探し、視野中央に持ってくる。
• 粗動でピントを合わせ、見つかったら微動で最適化する。
• 必要に応じて対物レンズを切替え、対物とスライド間の距離に注意（特に高倍率時はレンズをスライドに当てない）。
• コンデンサーと絞り（アイリス）を調整してコントラストと明るさを最適化する。通常はコールラー照明を設定すると均一でシャープな像が得られます。
• 高倍率（40×、100×）では光量を増やし、100×油浸では適切な油を用い、観察後は油を除去してレンズを清掃する。

サンプル準備の基本

• 湿式プレパラート（ウェットマウント）：生きた微生物の観察に適する。スライドに液滴を置きカバーガラスをかける。
• 固定・染色：組織や微細構造を観察する際は固定（ホルマリン等）→染色（ヘマトキシリン・エオシン、グラム染色など）でコントラストを付ける。
• カバーガラスの使用：対物レンズの設計は一定のカバーガラス厚を前提にしているため、適切な厚さ（通常0.17 mm）のカバーガラスを使う。

主な観察法（光学顕微鏡のモード）

• 明視野観察（Bright-field）：最も基本的。染色標本でよく使われる。
• 暗視野観察（Dark-field）：散乱光のみを観察し、透明な微小構造が見やすくなる。
• 位相差（Phase contrast）：生細胞など透明な試料のコントラストを付けるのに有効。
• 微分干渉（DIC）：位相差より立体的な像を得られる場合がある。
• 蛍光顕微鏡：特定の色素や蛍光プローブで標的分子を可視化する。別途フィルターや強力な光源が必要。

取扱い・メンテナンスのポイント

• 使用後は電源を切り、光源が冷えてから保管する。
• レンズは専用のレンズペーパーやクリーニング液でやさしく清掃する。アルコールで拭く際はコーティングに注意。
• 油浸レンズ使用後は直ちに油を落とす（レンズに残すとコーティングを傷める）。
• 顕微鏡は振動や衝撃を避け、ほこりの少ない場所に保管する。持ち運びは片手でアーム、もう片手で台座を持つ。

まとめ（使いこなしのコツ）

光学顕微鏡は構造が比較的単純で、正しい準備と操作により多くの観察が可能です。まずは低倍率で探し、中央に合わせてから段階的に倍率を上げること、コンデンサーや絞りでコントラストを調整することが基本です。また、倍率だけを追い求めるのではなく、解像度（光学的限界）を理解して観察を行うことが重要です。日常的なメンテナンスを行えば、観察機材は長く良好な状態で使えます。

コンポーネント

透過光で試料を観察するために設計された現代の光学顕微鏡は、光路を構成する基本的な部品が共通しており、ここでは光が通過する順番に並べています。また、ほとんどすべての顕微鏡は、同じ「構造」を持っています。

• 光学レンズ（接眼レンズ） (1)
• 対物ターレットまたはリボルバーまたは回転式ノーズピース（複数の対物レンズを保持するため） (2)
• 目的 (3)
• ステージを動かすフォーカスホイール（4-粗調整、5-微調整）
• フレーム (6)
• 光源、ライト、ミラー(7)
• 絞りと集光レンズ（8）
• ステージ（サンプルを入れるところ） (9)

これらのエントリーには、右の画像のように番号が付けられています。

現代の単眼透過型顕微鏡、部品番号付き


顕微鏡の対物レンズ（左：100倍）と接眼レンズ（右：10倍）。

質問と回答

Q:光学顕微鏡はどのように機能するのですか?

Q:光学顕微鏡のスライドは何に使うのですか?

Q:スライドはどのように顕微鏡のステージに固定されるのですか?

Q: 顕微鏡のステージを調整すると何ができるようになりますか?

Q: 顕微鏡の底にある鏡は、物体を観察する際にどのような役割を果たすのでしょうか?

Q: 顕微鏡の対物レンズの役割は何ですか?

Q:大学や高校でよく使われている光学顕微鏡の倍率はどのくらいですか?

文字で検索