『生物基礎』光学顕微鏡の使い方を写真付つきで解説

『この記事について』
この記事では、
光学顕微鏡(※:反射鏡付き)の使い方を、
初心者向けに、丁寧に解説しています。

目の前に顕微鏡がなくても、
顕微鏡どこを操作すると、どのように見え方が変わるのかを
写真付きで解説しています。

この記事で解説している
下図左の試料(オオカナダモの葉)を、
下図右の写真(総合倍率400倍)のように観察できるようになる
手順を示すことが、この記事の目的です。

オオカナダモの葉を顕微鏡で400倍に拡大した写真

※:右写真内の緑の粒は、葉緑体。

また、入試生物基礎で狙われやすいポイントは、
詳しく解説してあります。
目次

1:光学顕微鏡の各部位

1-1. 各部の名称と、注目すべき部位

光学顕微鏡の各部の名称は、以下の通りです。

光学顕微鏡の写真に、各部の名称が書かれている。

この中で、顕微鏡の使い方を
マスターする上で注目すべき部位は、

・接眼レンズ
・対物レンズ
・しぼり
・反射鏡(※)

の4つです。
※:反射鏡の代わりに
LEDライトのついた顕微鏡もあります。

この4つの部位の仕組みを
先におさえておくことで、

顕微鏡の使い方を、より早く
身につけることが出来るでしょう。

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1-2. 接眼レンズ、対物レンズ

光学顕微鏡は、
いわば虫眼鏡の強化版。

虫眼鏡は、1枚のレンズを介して
観察物を拡大するのに対し、

光学顕微鏡は、2枚のレンズを介して
観察物を拡大します。

その2枚のレンズの名称を、

接眼レンズ:”眼”に近い側にあるレンズ
対物レンズ:観察”物”に近い側にあるレンズ

といいます(下図)。

眼に近い接眼レンズと、観察物に近い対物レンズの写真。

観察物は、
対物レンズで拡大された後、さらに
接眼レンズでも拡大されるのです。

このため、光学顕微鏡の総合倍率は、
以下の式で示すことが出来ます。

光学顕微鏡の総合倍率
= 対物レンズの倍率 × 接眼レンズの倍率

多くの場合、
接眼レンズと対物レンズの倍率には
以下のものがあります。

・接眼レンズの倍率:10倍、15倍
・対物レンズの倍率:4倍、10倍、40倍

例えば、
接眼レンズが10倍、対物レンズが40倍という設定にすると、
総合倍率は400倍となります。

レンズが何倍であるかは、
各レンズに表記されいます。

また、対物レンズは高倍率のレンズほど、
長さが長くなります(下図)。

対物レンズが3個ついている写真。短いもの、長いもの、中間の長さものが見えている。

なお、接眼レンズをのぞいた時に見える
円形の範囲を、視野(しや)といいます(下図)。

丸く白い視野の写真

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1-3. 反射鏡としぼり

①反射鏡
反射鏡は、
レンズに光を集める装置です(下図)。

反射鏡の写真

試しに、反射鏡を手で覆って
接眼レンズをのぞいても

レンズ内に光がほとんど入らず
視野は真っ暗ですが(下図)、

暗い視野の写真。真っ黒に見える。
※:視野の周りに白線を描いてある。

反射鏡をうまく調整すると、
視野は明るく見えます下図)。

明るい視野の写真。明るい満月を見ているかのよう。

反射鏡には、

平面鏡:平らな鏡
凹面鏡(おうめんきょう):中央がへこんだ鏡

があり、

オセロの駒(黒と白)のように、
平面鏡をひっくり返すと凹面鏡になります。

凹面鏡には、平面鏡よりも
多くの光を集める性質があります。

②しぼり
しぼり は、
反射鏡によって集められた光がレンズに入る際、
レンズに入る光の量を調節する装置です(下図)。

しぼりの写真。観察物を乗せる台(ステージ)の下にある円盤に、大きさの違う5つの穴がついている。

しぼり には、

・しぼりを開く
・しぼりをしぼる

という2つの操作があります。

しぼりを開くほど
光の量が増えて視野が明るくなり、

しぼりをしぼるほど
光の量が減って視野が暗くなります(下図)。

しぼるほど視野が暗く、開くほど視野が明かるなることを、グラデーションで描いた図。

実際の見え方の違いを写真で
確認してみましょう。

・全開にした状態
オオカナダモの葉の400倍の写真。しぼり全開。明るいが、細胞の輪郭がぼやける。

・中間の状態
オオカナダモの葉の400倍拡大写真。しぼりは中間的。細胞の輪郭がはっきり見え、明るさもほどほど。

・最もしぼった状態
オオカナダモの葉の400倍拡大写真。しぼりを完全にしぼる。真っ暗で、よく見えない。

このように、

しぼりを開くほど
視野は明るくなりますが、
観察物の見た目は
ぼやけやすくなり、

しぼりをしぼるほど、
観察物の輪郭はハッキリしてきますが
視野が暗くなります。

観察の目的に合わせて、
適度にしぼりを開く(しぼる)ようにします。

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2:光学顕微鏡の操作手順

この解説で用いる顕微鏡の設定と観察物

この操作手順の解説では、以下の設定をした
顕微鏡を用いています。

・接眼レンズ:10倍
・対物レンズ:4倍、10倍、40倍
・反射鏡つき

また、観察物(試料)として
オオカナダモという植物の葉を用います。
(下図:水槽内のオオカナダモ)

水槽内のオオカナダモの写真

最初の準備

直射日光の当たらない明るい場所で、
机の上などの平らな所に顕微鏡を
置きましょう。

置く向きは、自分から見て
下図のように見える方向で起きます。

観察するために、顕微鏡を置いた写真。手前にアーム、向こう側にステージが位置する。

次に、
以下の3つの設定を行います。

・最低倍率の対物レンズ(4倍)にしておく。
・しぼりを全開にしておく。
・反射鏡を平面鏡にしておく。

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手順1:視野を明るくする

直射日光以外の明るい光、
例えば電気スタンドの光などを反射鏡で
反射させて、視野を明るくする手順です(下図)。

ステージに光が当たるよう、机用の蛍光灯を顕微鏡近くに持ってきている写真。

注意:
目を傷める可能性が高いので、

直射日光の利用は厳禁です。

【手順】
接眼レンズをのぞきながら
反射鏡(平面鏡)の角度を変えて、
視野が最も明るくなるようにします。

下図左:視野が暗い(✖) 右:視野が明るい(〇)
反射鏡が調節できていない視野と、できている視野を比べた写真。調節できていないと暗く、できていると明るく真っ白に見える。

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手順2:観察物をのせる

【手順】
あらかじめ作成した、
観察物入りのプレパラート(※)を
ステージの上にのせます(下図)。
※:スライドガラスとカバーガラスで
観察物をはさんだもの。「プレパラートとは?」

ステージ上にプレパラートを乗せた写真。

肉眼で見て、プレパラート内の
観察物がステージ中央の穴の上に
来るように置き、クリップで止めます(下図)。
ステージ中央には穴があいている。そこの上に、観察物が来るようにプレパラートをセットした写真。

※:観察物が小さく、肉眼で見えない場合は、
カバーガラスの中央が、ステージ中央の穴の上に
来るようにします。

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手順3:ピントを合わせる(総合倍率40倍)

ピント合わせの際は、
調節ねじを操作します(下図)。

調節ねじを撮影した写真。

顕微鏡の種類によっては、
大小2つの調節ねじがついています。

大きい調節ねじで大まかにピントを合わせ
小さい調節ねじで微調整をすることが出来ます。

【手順】
ステージを横から見つつ
調節ねじを回して、

対物レンズの先端とプレパラートを
ギリギリまで近づけます(下図)。

対物レンズとプレパラートを近づけた様子を撮影した写真。

次に、接眼レンズをのぞきつつ
調節ねじをゆっくりと回し、

対物レンズとプレパラートを遠ざけながら
ピントあわせます。

下図は、ピントが合っていない状態(左)と
ピントが合っている状態(右)の写真です。

オオカナダモの葉の40倍の写真。左の写真はぼやけ、右の写真はハッキリしている。

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手順4:観察したい部位を視野の中央へ

詳しく観察したい部位を、
視野の中央に持ってくる手順です。

後に、より高倍率の対物レンズに
変える際に、この手順4を行っていることが
重要になってきます。

【手順】
視野の中で、

詳しく観察したい部位がある方向と”同じ方向へ”

プレパラートを動かします(下図)。
視野の右上部分を、視野の中央に持ってくるには、プレパラートを右上に動かすことを描いた図

こうすることで、
詳しく観察したい部分を視野の中央に
移動させることが出来るのです(下図)。
プレパラートを動かした結果、観察したい部分が視野の中央に来た図。

ここは、入試生物基礎の
出題ポイントになるので、
理屈を少し説明しましょう。

光学顕微鏡の視野は、レンズの仕組み上、
上下左右が逆に見えています

もしも、観察物がプレパラート上で
「F」の形をしていたら、視野内では、
下図のように見えるのです。

アルファベットのエフの文字を、上下左右逆にした図。

このため、例えば、
観察したい部位が視野の右上にある場合、
プレパラートを動かすべき方向は、

左下ではなく、上下左右を逆の
右上となるのです。

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手順5:しぼりの調節

しぼりを操作して
観察物がよりクッキリ
見えるようにする手順です(下図)。

しぼりの図

※:写真の顕微鏡は穴の開いた円盤を
回して操作する しぼりですが、
レバーで操作する しぼりもあります。

【手順】
解説通りに操作していれば、
この時点では、しぼりは全開(穴が最大)に
なっているはずです。

接眼レンズをのぞきながら、
しぼりを、しぼったり、開いたりして
観察物が見えやすように調節しましょう。

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手順6:より高倍率の対物レンズに変える

①対物レンズを4倍→10倍へ(総合倍率100倍)
手順】
レボルバーを指で押さえて回し、
対物レンズを4倍から10倍へ変えます(下図)。

レボルバーの位置を示した図

手順5までが上手く出来ていれば、すでに、
ほぼピントがあっている状態になるので、

調節ねじをゆっくりと、少しだけ回して
ピントを合わせましょう。

(下図左:対物レンズを変えた直後の視野、
右:ピントを合わせた後の視野)

オオカナダモの葉の100倍拡大写真。左の写真はややぼけており、右側の写真はハッキリしている。

ピントが合ったら、
観察したい部位を視野の
中央に移動させます(※)。
※:この操作は、対物レンズを、より高倍率に変えた際に
重要な役割を果たします。

次に、
必要に応じて、しぼりを調節します。

②対物レンズを10倍→40倍へ(総合倍率400倍)
【手順】
高倍率の対物レンズになるほど、
視野が暗くなります。

そのため、まずは反射鏡を、
より光を集めやすい凹面鏡に変えて、
視野が最も明るくなるように調節しましょう。
(下図左:平面鏡のまま 右:凹面鏡に変えた場合)

平面鏡での視野は、やや暗く茶色みがかっており、凹面鏡での視野は明るく白っぽい。

次に、

レボルバーを指で押さえて回し、
対物レンズを10倍から40倍へ変えます。

手順①が上手く出来ていれば、すでに、
ほぼピントがあっている状態になるので、

調節ねじをゆっくりと、少しだけ回して
ピントを合わせましょう。

この時、調節ねじを動かしすぎると、
対物レンズとプレパラートがぶつかり、

対物レンズに傷がついたり、
プレパラートのガラスが割れたりする
ことがあるので注意しましょう。

(下図:ピントを合わせた後の視野)

オオカナダモの葉の400倍拡大写真。細胞がはっきり見え、緑色の葉緑体の粒が多数みられる。

※:写真内の緑の粒は葉緑体

観察したい部位を視野の中央に移動させ、
必要に応じて、しぼりを調節します。

顕微鏡操作の手順は、これで以上です。

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観察したい部位を視野の中央に移動させる理由

観察したい部位を
視野の中央に移動させることで、

その部位を最も鮮明に
見ることが出来ることはもちろん、

高倍率の対物レンズに変えた際に、
観察したい部位を見失わないようにする

ことが出来ます。

例えば、

10倍の対物レンズで観察していて、
視野の中の観察物(正方形の形)が下図のように
見えているとしましょう。

円形に描いた視野の中に、正方形の観察物が1つ描いていある。

そして、右上の角を、
より高倍率で観察したいとします(下図)。
正方形の観察物の右上の角が、詳しく観察したい部位であることを示した図。

対物レンズを10倍から40倍に変えると、
正方形の一辺は、10倍の対物レンズで
見ていた時の4倍に拡大されます(下図)。

観察したい部位が、視野の外に出てしまっていることを描いた図。

面積でいえば、4×4=16倍に
拡大されるのです。

しかし、視野の面積は変わりません。

よって、視野内に見える範囲は、
10倍の対物レンズで見えていた範囲の
たった16分の1になるのです。

ですから、詳しく観察したい部位を
あたかじめ視野の中央に移動させておかないと、
40倍の対物レンズに変えた際に、

観察したい部位が、視野の外に出てしまい、
見失ってしまう可能性が高くなるのです(下図)。

視野の中には、観察したい部位が無いことを描いた図。

視野の中央に移動させておくことで、
対物レンズの倍率を上げても、観察したい部位が
視野内に残るのです(下図)。
観察したい部位が視野の中央にあることを描いた図

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3:接眼レンズを付け替える際の注意点

接眼レンズを10倍から15倍に変えるなど、
接眼レンズを付け替える際の注意点として、

接眼レンズを外したら、
すぐに、目的の接眼レンズを取り付ける

ということが挙げられます。

接眼レンズを外している時に、空気中のホコリなどが
接眼レンズをはめ込む部位から、
顕微鏡内に入ってしまうことを防ぐためです。

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