実体顕微鏡

実体顕微鏡（Stereo microscope）は、観察対象物を切断したり薄く加工したりすることなく、自然な状態のまま観察することができる顕微鏡です。主に数倍から数十倍程度の比較的低い倍率で使用されます。

多くの実体顕微鏡は、両目で像を観察できるよう双眼設計となっており、これにより立体感のある像を得ることができます。特に、観察しながら解剖や組み立てなどの精密な作業を行う際には、両目で奥行きや形状を正確に把握できる立体視が非常に有効です。このようなタイプは双眼実体顕微鏡とも呼ばれ、脳神経外科などの手術用顕微鏡もこれに類します。

幅広い用途

実体顕微鏡は、その特性から非常に多様な分野で活用されています。生物学においては、昆虫などの生態観察や発生研究に用いられます。医療分野では、脳神経外科や眼科（細隙灯顕微鏡として）での手術や検査、法医学における解剖など、繊細な作業が求められる場面で不可欠です。また、歯科技工や、光学顕微鏡・電子顕微鏡用の超薄切片を作成するウルトラミクロトームの操作にも利用されます。

工業分野でも広く活用されており、製造ラインでの組み立てや検査、品質管理、回路基板の製造・検査、時計製造、破壊検査における破断面の観察といった精密作業に用いられます。その他、考古学的な遺物の調査や美術品の修復作業など、文化財に関わる分野でも重要な役割を担っています。

照明と光学系

実体顕微鏡での観察は、対象物の表面に光を当てる「落射照明」を利用し、その反射光を捉える方法が一般的です。これにより、光を透過しない不透明な試料でも観察が可能になります。光を透過する試料の場合は、下から光を当てる「透過照明」も利用でき、両方の照明方式を備えたモデルも存在します。反射光と透過光を組み合わせて暗視野観察を行うことも可能です。

さらに、望遠鏡タイプの顕微鏡では、対物レンズと同軸で光を当てる「同軸照明」があり、穴の内部などの凹部を観察するのに適しています。対物レンズの周囲に取り付ける「リングライト」は、影ができにくい均一な照明を提供します。その他、特殊な用途として、UV光源や遠隔操作可能な冷光ランプ、発熱が少ない光ファイバー光源などが用いられます。特に光ファイバーは、複数の光源で斜めから照らすことで、表面の微細な特徴を強調するのに役立ちます。近年では、エネルギー効率が高く多様な発光色を持つLED光源も普及し、生体試料の蛍光観察なども可能になっています。

倍率の変更方法

倍率を変更する方法には、主に「固定倍率式」と「ズーム式（パンクラチック式）」があります。

固定倍率式は、対物レンズや内蔵された光学系の組み合わせで決まった倍率セットの中から選択します。一方、ズーム式は、一定範囲内で倍率を連続的に滑らかに変更できる方式です。いずれのタイプも、接眼レンズを交換することで倍率をさらに変更することが可能です。

ガリレオ光学系と呼ばれる方式では、光路内のレンズ配置を物理的に反転させることで、固定倍率ながら複数の異なる倍率を切り替えることができ、比較的安価に多様な倍率での観察を実現しています。

設計原理：グリーノウ型とアッベ型

実体顕微鏡の光学設計には、主に二つの原理があります。

一つは、19世紀末にホレーシオ・サルトンストール・グリーノウによって考案された「グリーノウ型」です。このタイプでは、左右それぞれの目に独立した光学系が用意されており、それぞれの光軸が約14度傾けられています。この角度により、両目の視差が生じ、立体的な像が得られます。構造が比較的シンプルでコストを抑えやすく、良好な画質が得られるのが特徴です。

もう一つは、20世紀中頃にカール・ツァイス・イエナによって実用化された「アッベ型」または「望遠鏡型」です。このタイプでは、左右の光路で共通の大きな主対物レンズを使用します。ステレオ効果は、主レンズの後方で光路を分割し、それぞれの開口部から異なる光線束を取り出すことで得られます。結像が倒立しない望遠鏡システムが組み込まれており、倍率に関わらず作動距離（対物レンズ先端から試料までの距離）が一定であることや、同軸照明などの追加装置を取り付けやすい点が利点です。しかし、光軸から離れた光線を利用するため、グリーノウ型に比べて像質がわずかに劣る場合があり、特に低倍率で平面が歪んで見える「ドーム効果」が生じやすいという欠点がありましたが、近年のモデルでは高性能なレンズにより改善されています。

通常の光学顕微鏡との違い

透過型の通常の光学顕微鏡は、試料を薄くして光を透過させ、コンデンサーで光を集光して観察するのに対し、実体顕微鏡は試料をそのまま、主に反射光で観察します。これにより、厚みのある試料や不透明な試料も観察できます。また、実体顕微鏡は一般的な光学顕微鏡よりも低い倍率で使用されることが多く、それに伴ってワーキングディスタンス（作業距離）や被写界深度（ピントが合う奥行きの範囲）が広くなる傾向があります。これにより、大きな試料を扱いやすく、立体的な試料の全体像を捉えやすくなります。

デジタル化

近年では、ビデオカメラを内蔵した実体顕微鏡も登場しており、拡大された像をモニター画面に表示できます。これにより、複数人で同時に観察したり、長時間の観察における目の負担を軽減したりすることが可能です。高性能なモデルでは、左右それぞれの光路の像をカメラで捉え、3D表示用の画像を作成する機能を持つものもあります。

実体顕微鏡は、その多様な用途と柔軟な観察方法により、科学研究から産業、医療、ホビーに至るまで、幅広い分野で欠かせないツールとなっています。

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