Cerna^®顕微鏡の構築

Cerna顕微鏡プラットフォームの広い作業スペースとアリ溝式システムは、顕微鏡部品の接続や位置決めを容易に行うことができます。この柔軟性により光路設定済み顕微鏡はシンプルで安定したセットアップを実現しており、またその後のアップグレードや変更も簡単に行えます。下の動画では光路設定済み製品の概要とDIY Cerna顕微鏡の組立方法を例示しています。

DIY顕微鏡システムの組立方法

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図1: バーニヤ目盛の読み方の例。 赤い矢印はポインタと呼ばれています。 バーニヤ目盛の10が主目盛の1つと一致しているので、このバーニヤ目盛は75.60と読み取れます(どの単位での測定でも同じです)。

バーニヤ目盛の読み方

バーニヤ目盛は、一般に物差しの精密さを向上させるために使用される、均一に分割された目盛(当社の回転マウントの目盛など)です。 バーニヤ目盛は多くの精密測定機器に使用されていますが、中でも良く知られているのはノギスやマイクロメータです。 順バーニヤ目盛では、主目盛とバーニヤ目盛の2つの目盛を並べて使用します。 バーニヤ目盛の間隔は若干(主目盛よりも10%)狭くなっています このため、主目盛上のラインはすべてのバーニヤ目盛上のラインとは一致しません。 バーニヤ目盛の1つのラインだけが主目盛の1つのラインとぴったり一致しますが、これがバーニヤ目盛を読むポイントとなります。

図1～3では、バーニヤ目盛の仕組みについて3つの例をあげて説明しています。 各図において、左側が主目盛で右側の小さい方がバーニヤ目盛です。 これらを読むときには、主目盛で大まかな数値を読み取り、バーニヤ目盛で精密な数値を読み取ります。 こうすることで、標準的なルーラやマイクロメータがより精密なものになります。

バーニヤ目盛の0は「ポインタ」(図1～3で赤い矢印で表示)で、主目盛での読取値を示します。 図1でポインタは75.6のラインで主目盛と一致しています。 これ以外に主目盛と一致しているバーニヤ目盛は10だけであることに注目してください。 バーニヤ目盛の0が主目盛の75.6と一致しているので、図1から読み取れる値は75.60となります(どの単位での測定でも同じです)。

これがバーニヤ目盛の読み方の概要です。 バーニヤ目盛を用いることで簡単に測定機器の精度を向上させることができます。 図2では更に詳しくご説明します。 ここではポインタは主目盛と一致しておらず、75.6のわずか上ですが75.7よりも下にあります。この場合の大まかな読取値は75.6です。 主目盛と初めに一致するバーニヤ目盛は5で、青い矢印で示されています。 バーニヤ目盛は精密に読み取れる最小桁を示し、図2では5が主目盛と一致しているので、精密な測定値は75.65となります。

バーニヤ目盛は主目盛よりも10%小さくなっているので、主目盛を1/10移動させると次のバーニヤ目盛が一致します。 ここで、測定値がバーニヤ目盛の1/10の間にきてしまった場合はどうするのか、という疑問が生じます。 図3ではこれについて説明しています。 上述の通り、ポインタのラインは75.6と75.7の間にあるので、大まかな読取値は75.6となります。 よく見ると、バーニヤ目盛の7(水色の矢印で表示)は、主目盛とほぼ一致しているので、精密な測定値は75.67となります。 しかし、バーニヤ目盛の7は主目盛よりもわずかに上にあり、8(7のすぐ上)は主目盛よりもわずかに下にあります。 このことから、図3の目盛は75.673 ± 0.002と読み取れます。 このツールにおいて、読取誤差としての0.002はほぼ適切な値と言えます。

このように、バーニヤ目盛は標準的なスケール測定の精密さを向上させます。 慣れるまでに少々時間がかかりますが、練習すれば非常に簡単に目盛を読めるようになります。 順バーニヤ、逆バーニヤにかかわらず、すべてのバーニヤ目盛は同様の方法で読み取ることができます。

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図2: バーニヤ目盛の例。 赤い矢印はポインタを示し、青い矢印は主目盛と一致するバーニヤ目盛上のラインを示しています。 この目盛は75.65と読み取れます。

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図3: バーニヤ目盛の例。 赤い矢印はポインタを示し、青い矢印は主目盛と一致するバーニヤ目盛上のラインを示しています。 これは75.67と読み取れますが、精密には75.673 ± 0.002となります。

顕微鏡の原理

ここではCerna^®顕微鏡の一般的な機能について説明しています。右にある顕微鏡の図の各部品をクリックいただくか、下記のリンクをクリックいただくとCerna顕微鏡を組み上げて試料を可視化する方法についてご覧いただけます。

• 用語
• 顕微鏡ボディ
• 照明
• 試料の観察/記録
• 試料/実験機器の取付け

用語

アーム:部品を顕微鏡の光路に合わせて保持

バヨネットマウント:内ネジのL字型スロットとそれに嵌合する外ネジのタブを用いた機械的なマウント方式　

ベローズ(蛇腹):アコーディオン状のゴム製側面を持つチューブ。顕微鏡ボディと対物レンズとの間の光路を遮光しながら伸縮させることが可能です。

ブレッドボード:光学系の自作用に、タップ穴が等間隔に配列された平坦なボード

アリ溝式:多数の顕微鏡部品に採用されている機械的な取付け方式。直線形状のアリ溝は、取り付ける部品を固定する前に一定の方向に沿って柔軟に位置決めができます。これに対し、円型アリ溝は部品を1箇所に固定します。詳細については「顕微鏡のアリ溝」タブまたはこちらをご覧ください。

落射照明:観察装置と同じ向きから試料を照らす照明。落射蛍光、反射型および共焦点顕微鏡は、落射照明で使用するイメージング手法の例です。

フィルターキューブ:フィルタやその他の光学素子を正確な位置で保持する顕微鏡用のキューブ。例えば、フィルターキューブは蛍光顕微鏡法および反射型顕微鏡法に不可欠です。

ケーラー照明:様々な光学素子を使用して試料面の視野内をデフォーカスしたり視野内における光の強度を平坦にしたりする手法。この手法にはコンデンサおよび光コリメータが必要です。

対物レンズ用ホルダ(レボルバ):顕微鏡の対物レンズを光路上に固定する際に使用するアーム

光路:光が顕微鏡を透過する際にとる経路

レール高:顕微鏡ボディのサポートレールの高さ

懐深さ(作業空間の奥行き):光軸から顕微鏡ボディのサポートレールまでの間の距離。懐深さのサイズは、作業高さとともに、顕微鏡を使用する際の作業空間の大きさを決定します

透過照明:観察装置に対して反対側の面から試料を照らす照明。明視野、微分干渉法(DIC)、Dodt勾配コントラスト、および暗視野顕微鏡法は、透過照明を利用したイメージング手法の例です。

作業高さ:顕微鏡ボディのサポートレール高にベース高を加えた高さ。作業高さのサイズは、懐深さとともに、顕微鏡を使用する際の作業空間の大きさを決定します。

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Cerna顕微鏡のボディ

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顕微鏡ボディの詳細

顕微鏡ボディ

顕微鏡ボディはあらゆるCerna顕微鏡の土台となります。 サポートレールに使用している95 mmレールは、厳しい角度公差が得られるよう加工されているため、光路のアライメントや光学テーブルへの垂直な設置が確実に行えます。サポートレールの高さは350～600 mmから選択できますが、この高さによって実験用・顕微鏡用部品を使用できる縦方向の空間の大きさが決まります。 光路からサポートレールまでの懐深さは196.5 mmあるため、広い実験用スペースが得られます。顕微鏡ボディに部品を取り付ける際はサポートレール上の直線的なアリ溝を使用しますが、部品によっては落射照明アーム上の円型アリ溝が使われます。 詳細については、「顕微鏡のアリ溝」タブまたはこちらをご覧ください。

Microscope Bodies	Microscope Translator

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Cerna顕微鏡には、上から(黄色)または下から(オレンジ)照射するタイプの照明が使用可能です。どちらのタイプにも照明光源(緑)が付いています。

照明

Cerna顕微鏡では、試料を上から(落射照明、右図で黄色に色付けされた部品参照)または下から(透過照明、オレンジ色に色付けされた部品参照)の2方向から照射することができます。

落射照明は、観察装置と同じ側から試料を照らす照明です。したがって、照明光源(緑色に色付けされた部品参照)からの光と試料面からの光は部分的に光路を共有します。これは蛍光、共焦点および反射型顕微鏡に使用されます。落射照明モジュールは光を光路に沿って導き調節します。円型のD1Nアリ溝を使用して顕微鏡ボディの落射照明アームに取り付けます(詳細については「顕微鏡のアリ溝」タブまたはこちらをご覧ください)。複数の落射照明モジュールや、カスタマイズ用のタップ穴が等間隔で配列されたブレッドボードトップを取り付けることができます。

透過照明：観察装置に対して反対側の面から試料を照らす照明です。明視野、微分干渉法(DIC)、Dodt勾配コントラスト、斜光および暗視野顕微鏡法などのイメージング手法に使用されます。 透過照明モジュールは光を調節し(一部のモデル)、光路に沿って光を導きます。直線的なアリ溝を使用して顕微鏡ボディのサポートレールに取り付けます(詳細については「顕微鏡のアリ溝」タブまたはこちらをご覧ください)。イメージング手法によっては、ビーム特性を変更するために追加の光学素子が必要となりますが、このような光学素子は、レンズチューブやケージシステムを使用して光路に簡単に組み込むことができます。また、当社では、入射したコリメート光から最適なケーラー照明を生むために使用するコンデンサもご用意しています。コンデンサは取付けアームに装着し、サポートレールから一定の距離の光路上に固定します。このアームは、コンデンサを試料と透過照明モジュールにアライメントするための焦準モジュールに取り付けます。

Epi-Illumination Modules	Breadboards & Body Attachments	Brightfield	DIC	Dodt	Condensers	Condenser Mounting	Light Sources

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試料面からの光は対物レンズ(右図で青色に色付けされた部品)によって集められ、三眼鏡筒または光学ポート(ピンク色に色付けされた部品)を使用して観察されます。

試料の観察/記録

照明ができたら、顕微鏡を使用して試料を観察します。顕微鏡には試料面に光を集光し(右図で青色に色付けされた部品参照)、生成した画像を可視化する(ピンク色に色付けされた部品参照)機能が必要です。

顕微鏡の対物レンズは、光を集め、試料面からの光を拡大してイメージングを行います。Cerna顕微鏡の対物レンズは対物レンズ用レボルバ(ホルダ)にネジ止めされ、顕微鏡ボディのサポートレールから一定の距離の光路上に固定します。対物レンズ用レボルバ(ホルダ)は電動焦準モジュールに固定し、対物レンズの焦点を合わせたり、試料を取り扱う際に対物レンズの位置をずらしたりすることができます。対物レンズとの間を遮光できるように、顕微鏡にはベローズが付いています(図には記載なし)。

試料観察およびデータ取得用に様々なモジュールをご用意しています。三眼鏡筒には視点が3箇所あり、カメラを使用した場合と同様に試料を直接観察できます。ダブルカメラポートが2つの観察チャンネル内で光路を変更または分岐します。カメラチューブの選択により像の倍率を低く、もしくは高くさせることができます。データ取得用に、当社ではカメラおよび光電子増倍管チューブ(PMT)をご用意しています。PMTは共焦点顕微鏡の蛍光信号を検出する際に必要です。ブレッドボードトップを使えばカスタム設計の撮像セットアップを構築できます。モジュールは円型アリ溝を使用して顕微鏡ボディに取り付けます(詳細については「顕微鏡のアリ溝」タブまたはこちらをご覧ください)。

Objectives & Accessories	Objective Mounting

Sample Viewing	Cameras	PMTs	Breadboards & Body Attachments

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右図の高剛性スタンド(紫色)はご提供可能な試料取付けオプションの1例です。

試料/実験機器の取付け

様々な試料や機器の取付けオプションによって、顕微鏡システムの広い作業スペースを有効利用することができます。大きな試料および補助装置は取付けプラットフォームを使用して設置することができます。このプラットフォームは顕微鏡ボディの辺縁に置くことができ、タップ穴が等間隔で配列されたブレッドボードに対応しています。小さな試料は高剛性スタンド(右図の紫色に色付けされた部品)に取り付けることができます。高剛性スタンドには多様な試料調製法やデータ取得手法に対応したホルダが付属しており、たとえばスライドやウェルプレート、ペトリ皿などに対応できます。一般的な試料マウント方法の場合は、手動XYステージを使用して試料スライドを顕微鏡ボディに直接取り付けることもできます。高剛性スタンドは電動ステージ(別売り)を用いて駆動できます。また可動型取付けプラットフォームには電動または手動移動用の機構が内蔵されています。顕微鏡で複数の実験を同時に行いたい場合は、高剛性スタンドを取付けプラットフォームの上部に取り付けて、複数の装置を個別にかつ同期させて動作させることができます。

Translating Platforms	Rigid Stands	Translation Stages for Rigid Stands	Motorized XY Stages	Manual XY Stage

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試料観察用に三眼鏡筒、ダブルカメラポートならびにカメラチューブをご用意しています。試料面からの光はカメラ、光電子増倍管(PMT)またはブレッドボードトップを用いたカスタム仕様のセットアップによって集光されます。Cerna顕微鏡を用いた試料観察についての詳細はこちらをクリックしてください。

Product Families & Web Presentations
Sample Viewing	Breadboards & Body Attachments	Cameras	PMTs

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顕微鏡用対物レンズは、対物レンズ用レボルバ(ホルダ)によって顕微鏡の光路内に固定されます。Cerna顕微鏡を用いた試料観察についての詳細はこちらをクリックしてください

Product Families & Web Presentations
Objectives	Objective Thread Adapters	Parfocal Length Extender	Piezo Objective Scanner	Objective Mounting

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大型または小型の実験用取付けオプションを使用して、顕微鏡の広い作業スペースを有効利用することができます。Cerna顕微鏡を用いた試料取付けについての詳細はこちらをクリックしてください。

Product Families & Web Presentations
Translating Platforms	Rigid Stands	Translation Stages for Rigid Stands	Motorized XY Stages	Manual XY Stage

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落射照明用の様々な光源をご用意しています。Cerna顕微鏡プラットフォーム内での機能をご確認いただくには、各製品の説明ページをご覧ください。

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Trans-Illumination Kits	Solis™ High-Power LEDs	Mounted LEDs	X-Cite® Lamps	Other Light Sources

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落射照明：観察装置と同じ向きから試料を照らす照明。蛍光、共焦点および反射型顕微鏡などのイメージング手法で使用されます。落射照明をCerna顕微鏡に用いる際の詳細については こちらをクリックしてください。

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Epi-Illumination	Body Attachments	Light Sources

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透過照明：観察装置に対して反対側の面から試料を照らす照明です。明視野、微分干渉法(DIC)、Dodt勾配コントラスト、斜光および暗視野顕微鏡法などのイメージング手法に使用されます。透過照明をCerna顕微鏡に用いる際の詳細についてはこちらをクリックしてください。

Product Families & Web Presentations
Brightfield	DIC	Dodt	Condensers	Condenser Mounting	Illumination Kits	Other Light Sources

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顕微鏡ボディはあらゆるCerna顕微鏡の土台となります。ボディから対物レンズまでの距離は196.5 mmで、広い実験用スペースが確保できます。Cerna顕微鏡についての詳細はこちらをクリックしてください。

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Microscope Bodies	Microscope Translator