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Microscope Specifications - Ocular lens

顕微鏡の構成と仕様 その2 ~観察系(接眼レンズ・撮影レンズ)~ 


1-2.接眼レンズ(Eyepiece)

接眼レンズは、対物レンズが結んだ中間像を見やすい大きさに拡大(有効倍率)し、見やすい視野で観察するためのレンズである。
図1 接眼レンズ
図1 接眼レンズ

■仕様


倍率(M:Magnification)

接眼レンズの倍率。接眼レンズの焦点距離で明視距離(250mm)を割った値となる。10×接眼レンズの焦点距離は、250÷10=25、 25mmである。10×が標準的に使われる倍率である。


視野数(FN:Field Number)

接眼レンズで見ることができる中間像の直径。単位はミリメートル。


アイポイント(Eyepoint)

観察の際に眼の瞳を置く最適な位置で、焦点位置の近傍となる。接眼レンズの射出瞳の位置と同じである(顕微鏡の能力 その2 ~コントラスト・画質を決める要素~ 2-4.瞳 参照)。


焦点板(Graticule)

外径、厚さが接眼レンズごとに決まっているため、適合しているものを組合わせる。外径が合っていても規定値より薄い焦点板を組込むと、きちんと固定されない。


■種類

表1 接眼レンズの特徴

種類

概要
外焦点接眼レンズ 前側焦点がレンズの外側にある。視野数を決める絞りがレンズの外側にあるため、焦点板の着脱が容易にできる。
内焦点接眼レンズ 前側焦点がレンズの内側にある。視野数を決める絞りがレンズの内側にあり、視野数を決める絞りの直径は、視野数より小さい。
ヘリコイド付き接眼レンズ 視度調整機構の付いている接眼レンズ。焦点板がはじめから内蔵されている接眼レンズは、このタイプになっている。焦点板を後から取り付ける場合でも、ヘリコイド付き接眼レンズを使うほうが観察がしやすい。

用語解説

【ヘリコイドとは】

ラセン機構のことで、回転させることで前後に移動する。ネジは1本のラセンになっており、1回転でネジ山ひとつ分前後する。
接眼レンズのヘリコイドは複数のラセンでできており、1回転でネジ山複数分前後する。カメラレンズのピント合せ機構(鏡筒の前後移動)にも採用されている。


■使用上の留意点

視度調整

長時間にわたって観察を続けていると、眼の筋肉が疲労してピントが合わせづらくなり、像がひとつに見えなかったり、観察が疲れることがある。このようなときは、正しく視度調整されているかを確認する。
視度調整は、観察者の目のフォーカス状態に合わせて接眼レンズと中間像との距離を調整する仕組みである。目のフォーカス状態とは、緊張しないでものを見ているとき、目がどのくらいの距離にある物体にピントを合わせているかということで、左右で幾分差がある。このため、両眼で楽に観察するには不可欠な調整である。また、朝夕や疲労の度合いによっても左右の視度が変わるため、長時間の観察では、時折、視度調整を直すのがよい。

  • 片側ヘリコイドの視度調整
    1.10×対物レンズにし、ヘリコイドが付いていない側(多くは右側)の接眼レンズで観察して粗微動ハンドルでピントを合わせる。
    2.ヘリコイドが付いている側(多くは左側)の接眼レンズで観察して、ヘリコイドを回してピントを合わせる。
     
  • 両側ヘリコイドの視度調整
    1.10×対物レンズにし、粗微動ハンドルでピントを合わせる。
    2.40×対物レンズに切換え、微動ハンドルでピントを合わせる。
    3.10×対物レンズに切換え、両側のヘリコイドを回して両眼の視野のピントを合わせる。
    4.40×対物レンズに切換え、微動ハンドルでピントを合わせる。
    5.3.~4.の操作を繰り返す。


コラム:ディオプトリとは?

顕微鏡のピントは観察者の眼(視度)によってピント位置が異なり、網膜に像を結ぶ状態がピント位置となる。この視度を表す単位をディオプトリといい、「D」で表される。
ディオプトリは、眼に平行な光が入ってきたときに網膜に像を結ぶ状態を「0D(ゼロディオプトリ)」とし、∞の物体を見たときに眼のピントが自然に合う距離となる。また、眼と物体までの距離が1mのときは「-1D」と表し、眼のピントが合う距離が1mとなる(下表参照)。
接眼レンズにはディオプトリの数値が付いており、視度調整で何ディオプトリに調整されているかがわかるようになっている。通常+2~-8の範囲で視度調整ができる。

図3 専用コンデンサ側の矩形スリットモジュレータ
図2 接眼レンズの表記


表2 ディオプトリの表示と距離

ディオプトリ

眼から物体の距離

0D
-1D 1m
-2D 50cm
 
-4D 25cm


眼幅調整

両眼視で観察できるよう、両眼の瞳の幅と左右接眼レンズの光軸の幅とを合わせる調整をする。

参考:顕微鏡ことはじめ 意外と知らない、ピントとズーム 1.接眼レンズと眼の幅を合わせる

図3 専用コンデンサ側の矩形スリットモジュレータ
図3 眼幅調整


アイシェード

接眼レンズのアイシェードを使うと、横からの光を遮り、観察しやすくなる。メガネ装着時は使えない。

図4 アイシェード
図4 アイシェード


コラム:接眼ミクロメータによる計測法

試料サイズの計測には、接眼ミクロメータを使用する。接眼ミクロメータの目盛を試料面の縮尺に換算し、試料内の目的物の長さを計測することができる。次の2つの方法がある。

  • 接眼ミクロメータのみで計測する
    1.接眼ミクロメータを接眼レンズに取り付ける。または接眼ミクロメータ付きの接眼レンズを装着する。
    2.試料にピントを合わせ、目的物の長さを接眼ミクロメータの目盛数(N')で数える。

図5 対物ミクロメータの観察像 (接眼レンズにミクロメータを装着)
図5 対物ミクロメータの観察像
(接眼レンズにミクロメータを装着)

  • 接眼ミクロメータ、対物ミクロメータでより正確に計測する
    対物レンズ個々について倍率誤差を測定し、接眼ミクロメータでより正確な計測を行う方法である(目盛較正)。
    1.接眼ミクロメータを接眼レンズに取り付ける。または接眼ミクロメータ付きの接眼レンズを装着する。
    2.対物ミクロメータをステージに載せ、ピントを合わせ、目盛り線が視野の中央、左右を横切る方向にセットする。
    3.視野内で、両方のミクロメータ目盛り線を合わせ、目盛り線の一致するところを読む。それぞれの対物レンズについて記録する。接眼ミクロメータの1目盛は、試料面で下記に相当する。

    4.対物ミクロメータを外し、試料をセットする。目的物の長さが接眼ミクロメータN゜目盛数の場合は下記となる。
図6 対物ミクロメータ外観
図6 対物ミクロメータ外観
図7 接眼ミクロメータ外観
図7 接眼ミクロメータ外観

1-3.撮影レンズ(カメラアダプタ)

撮影レンズは、対物レンズによって得られた像をCCDカメラに結像するレンズである。以前は、写真撮影装置用のレンズにカメラとアダプタを組合わせていた ため、カメラ主体の撮影レンズがラインナップされていた。しかし、現在では、デジタルカメラの普及により、アダプタの中に撮影レンズが組込まれている。
三眼鏡筒などのカメラ光路に取り付けて使用する。

図8 アダプタの外観

■仕様


CCDのサイズと実視野

図8に示すように、CCDのサイズには数種類あり、いずれも35ミリフィルムと比較してかなり小さい寸法である。
撮影実視野の大きさは、撮像面寸法が小さいほど小さくなるため、例えば35ミリフィルム撮影と同じ実視野で撮影するには、撮像面寸法に応じて撮影倍率も小 さくする必要がある。しかし、撮影倍率が小さいと撮影実視野は大きくできるが、周辺光量不足が目立ちやすくなる(目視では目立たないが写真では目立つ)。

図9 CCD 相対比較図 (タテ×ヨコ寸法は、撮像面の寸法(mm単位)
図9 CCD 相対比較図
(タテ×ヨコ寸法は、撮像面の寸法(mm単位)


マウントの種類

表3 マウントの種類と用途

種類

概要

Cマウント

主にCCDカメラやCMOSカメラを取り付ける。

バヨネットマウント

接合部に爪が設けてあり、差し込んだあとひねって装着するタイプ。一部で使われている。

その他のマウント

Tマウント、Fマウントなどがあり、一眼レフカメラ用のマウントである。


アダプタ倍率

0.25×、0.35×、0.5×、0.63×、1×などCCDの撮像面の大きさに対応するよう縮小倍率のラインアップになっている。


■使用上の留意点


CCD(Charge Coupled Device)

CCDは、画像を光の強度に応じた画像信号に変換する働きをする。一枚のCCD上には、非常に小さな受光素子が縦横に整然と並んでおり、1つ1つの受光素子が光を受け、その強度を信号化する仕組みになっている。この1つ1つの受光素子を「画素」といい、いくつ存在するかが「画素数」となる。
 図10 CCD とイメージ図
図10 CCD とイメージ図


画素数

画素数には、総画素数と有効画素数(記録画素数ともいう)がある。総画素数とはCCDの画素の総数を指し、有効画素数とは、実際の画像を形成する画素の数を示し、画像の精細さを決める要素となっている。
有効画素数は、画素数が大きいほど高精細な画像を記録できる。一方、撮像面の寸法を一定として考えると、画素数が大きいほど1画素のサイズは小さいことになる。1つ1つの受光素子の面積が小さいために画像信号は弱くなる。
つまり、一般には画素数が大きいCCDほど感度は低い。

図11 CCD 撮像面
図11 CCD 撮像面


画素数の選択

画面表示や印刷の際は、画素数が大きい方が、より高画質な画像を期待できる。しかし、高画質であればデータ量も増え、メモリを消費したり処理に時間を要する。分解能と撮影実視野の関係を理解し、使用している対物レンズや撮影レンズなどの組合わせがどのような条件になっているかを考慮した上で、用途に応じた適切な画素数を選択することが大切である。

また、撮影画像を印刷する場合は、印刷サイズが記録画素数に適しているかどうかを確認することが必要である。通常、印刷サイズが大きいほど画像は粗くなる。一般に、銀塩写真の画質は300dpi(ドット/インチ)以上といわれているので、印刷サイズと記録画素数の関係が、この条件を満たすようにしておけば、銀塩写真に匹敵する高画質な印刷が可能となる。


カメラの同焦調整

接眼レンズでピントを合わせたとき、三眼鏡筒に付けているデジタルカメラにもピントが合うように調整することが必要である。調整が正しくないと、高倍対物レンズに交換したときに対物レンズ先端とプレパラートがぶつかることがある。

  1. 両眼の視度調整を正しく調整する。
  2. カメラアダプタの同焦調整ネジを回して、モニター画面を見ながらカメラ側のピントを合わせる。


撮影実視野の確認

撮影実視野(撮影される標本上のタテ、ヨコ寸法)は下式で決まる。


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