●油浸対物レンズと水浸対物レンズ

〇油浸対物レンズ

標本と対物レンズの間をオイルで満たしてある対物レンズを油浸対物レンズと言います。顕微鏡に使用されているオイルの屈折率は、通常カバーガラスとほぼ同じ１．５２程度ですが、水やグリセリンと比較して最も高く、より大きな開口数を得ることができます。

大きな開口数は解像力を高めるだけでなく、蛍光画像の明るさにも寄与するため蛍光観察時においても有利に働きますが、一般的にオイルは水やグリセリンに対して自家蛍光が大きいため、厳しい条件下では注意が必要です。（最近では低自家蛍光オイルが開発され、以前に比べ大幅に改善されています。）

しかし、これらの特長も使用する条件によっては、十分に発揮されない場合があります。まず、図２をご覧ください。この状態が設計時に想定されている観察状態で、このようにカバーガラスと観察したい試料が接している時には、球面収差がほぼ完全に補正されており、上記のような“浸液の屈折率が高い ＝ 分解能が小さい”という理論通りの結果を得ることができます。また、たとえ試料がカバーガラスから離れていたとしても、一般の顕微鏡固定標本のように、ガラスと極めて近い屈折率のバルサムや合成樹脂の中に封入されている状態では問題ありません。

【図２ 標本がカバーガラスに接している時：油浸対物レンズ】

これに対し、生体試料*では水に近い屈折率の媒質中に観察対象がある場合が多く、そのような状態での標本〜対物レンズ第１面付近の様子をモデル化したものが図３です。このときには、カバーガラスと観察したい試料との間に水が存在するため、NAが１.４である油浸対物レンズも実質NAは１.３３まで減少し、その境界での屈折により、大きな球面収差が発生してしまいます。これは水の厚みが１０μm程度であっても、コントラストの低下など、像質劣化の原因となります。
【*生体試料の屈折率】細胞の屈折率≒1.35　培養液の屈折率≒1.33

【図３ 標本がカバーガラスから離れている時：油浸対物レンズ】

〇水浸対物レンズ

前記のような生組織切片や培養液中の細胞、厚みのあるスライス試料の内部などを観察するには水浸対物レンズが適しています。

水浸対物レンズは、標本と対物レンズの間を水で満たしたもので、その標本〜対物レンズ第１面付近の光線の様子は図４のようになります。このように油浸対物レンズと違い、カバーガラスと標本との間に水が存在しても、それが原因で球面収差が発生することはありません。また、細胞や培養液も水の屈折率に近いため、組織切片の内部などを観察する場合においても球面収差の発生は僅かです。逆に、水浸対物レンズではカバーガラスと水の屈折率差が大きくなるため、カバーガラスの厚み誤差の影響を受けやすくなります。そのため、開口数の大きな対物レンズのほとんどには、補正環が備えられており、カバーガラスの厚み誤差だけでなく、前述の試料と水の屈折率差による僅かな球面収差をも補正することが可能です。（詳しくは「カバーガラスと補正環」を参照してください。）

【図４ 標本がカバーガラスから離れている時：水浸対物レンズ】

したがって、水浸対物レンズでは、およそ200μmの深さまでほとんど性能を落とすことなく使用することができ、特にコンフォーカル顕微鏡との組み合わせでその威力を十分に発揮します。

▲TOPへ戻る