Products Home位相差用対物レンズ
- Positive Phase Contrast Objectives
- Dark Low Low and Apodized Dark Low Options Available
- Plan Fluorite and Achromat Designs
- Condenser Phase Mask Included
N20X-PH
20X Dark Low Low
N10X-PH
10X Dark Low Low
N10X-PHE
10X Apodized Dark Low
Brightfield (Left) and Phase Contrast (Right) Images of Mouse Kidney Cells
Ph1 Condenser Phase Annulus
(Included)
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| Objective Lens Selection Guide |
|---|
| Objectives |
| Super Apochromatic Microscope Objectives Microscopy Objectives, Dry Microscopy Objectives, Oil Immersion Physiology Objectives, Water Dipping or Immersion Phase Contrast Objectives Long Working Distance Objectives Reflective Microscopy Objectives UV Microscopy Objectives VIS and NIR Focusing Objectives |
| Scan Lenses and Tube Lenses |
| Scan Lenses F-Theta Scan Lenses Infinity-Corrected Tube Lens |
Did You Know?
システムの倍率は、顕微鏡対物レンズ、チューブレンズ、接眼レンズなど、複数の光学素子の組み合わせによって決まります。詳細は「倍率＆視野」タブをご参照ください。
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Figure 1.1 明視野照明を使って撮像したマウスの腎臓細胞の画像
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Figure 1.2 上記と同じ試料を位相差用対物レンズを使って撮像した画像
当社では位相差顕微鏡用に設計されたNikon製ドライ対物レンズを取り揃えております。この対物レンズを使う際は、対物レンズの後側焦点位置に、コーティング付き位相リングを搭載した位相板を置きます。このリングは、リングを通過する光に+1/4波長の位相シフトをもたらします。リングを通過しない光(主に試料の形状によって散乱した光)は、通常-1/4波長の位相シフトを受けます。これによって、背景と散乱光の間に180°の位相差(典型値)がもたらされます。試料によって散乱した光と背景の照明光の間の、強め合う干渉と弱め合う干渉は、明視野照明のみのときよりも高い画像コントラストを得ることができます。
最適な位相差コントラストを得るには、これらの位相差用対物レンズは付属のPh1リングスリットと組み合わせて使用しなければなりません。リングスリットの直径は対物レンズの位相リングの直径とペアになります。リングスリットは、コンデンサCSC1002のように、対応するスロットを有するNikon製コンデンサに取り付ける必要があります。詳細は「位相差観察法」タブをご覧ください。
対物レンズはM25 x 0.75ネジ付きで、同焦点距離は60 mmです。多光子顕微鏡用など、同焦点距離が長い対物レンズを一緒に使用する場合、当社では同焦点距離を60 mmから75 mmに伸ばすことができる同焦点距離エクステンダPL15M25をご用意しております。当社ではM25 x 0.75ネジをM32 x 0.75ネジに変換する真鍮製ネジアダプタM32M25Sをご用意しています。
この対物レンズは、当社の無限遠補正チューブレンズTTL200シリーズなど、焦点距離が200 mmのチューブレンズ向けに設計されています。
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Figure 2.1 位相差顕微鏡の光路。コンデンサのリングスリット(annulus)では、試料に対して円錐状に集光する中空の光(水色)のみが透過します。この光によって試料面で散乱光(オレンジ色)が発生しますが、その位相は-¼λ(典型値)ほど遅れます。主な背景光となる非散乱光は、位相板の位相リングを通るときに位相が+¼λだけシフトし、また強度も50%減衰します(濃い青色)。このように位相がシフトすることで、干渉効果により像面における背景光と散乱光は強め合ったり弱め合ったりします。
位相差顕微鏡の原理
明視野の透過型照明で透明な試料をイメージングする場合、試料と背景のコントラストは光の吸収のみで得られるため、明度差は大変小さくなります。位相差顕微鏡は像面で位相差を光の強度変化に変換するため、像のコントラストが大きくなります。
ポジティブコントラストの顕微鏡の場合、対物レンズ内の高屈折率の位相板として、リングの透過率を50%低減すると同時に位相を+¼λシフトさせるために、金属コーティングとエッチング加工の施されたリングを使用します。コンデンサのリングスリットが適切な場合は、位相リングを通り抜ける主な光は背景光となる非散乱光であり、そのリング以外の部分を通る光は試料によって散乱された光となります。細胞構造などの試料との相互作用によって生じる典型的な光の位相シフトは-¼λです。従って非散乱光と散乱光の実質的な位相差は180°(典型値)になり、像面において光は干渉して強め合ったり弱め合ったりします。また背景光を50%減衰させることで背景光と散乱光の強度差は小さくなり、コントラストも向上します。明視野画像と比較して位相差画像のコントラストは大きく、背景光の強度も小さくなります。こちらの対物レンズはポジティブコントラスト用のため、明るい背景の中に像が暗く見えます。
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Figure 2.2 明視野観察で透明の試料をイメージングする場合、画像のコントラストは試料による光の吸収のみで生じます。位相差観察の場合、試料内の散乱で生じた位相差を、位相板と干渉効果を利用して光の強度変化に変換し、背景と試料間のコントラストを向上させます。
| Chromatic Aberration Correction per ISO Standard 19012-2 | ||
|---|---|---|
| Objective Class | Common Abbreviations | Axial Focal Shift Tolerancesa |
| Achromat | ACH, ACHRO, ACHROMAT | |δC' - δF'| ≤ 2 x δob |
| Semiapochromat (or Fluorite) | SEMIAPO, FL, FLU | |δC' - δF'| ≤ 2 x δob |δF' - δe| ≤ 2.5 x δob |δC' - δe| ≤ 2.5 x δob |
| Apochromat | APO | |δC' - δF'| ≤ 2 x δob |δF' - δe| ≤ δob |δC' - δe| ≤ δob |
| Super Apochromat | SAPO | See Footnote b |
| Improved Visible Apochromat | VIS+ | See Footnotes b and c |
顕微鏡用対物レンズの各部名称
各部名称をクリックすると詳細をご覧いただけます。
上の顕微鏡用対物レンズは1例です。アスタリスク(*)で示されている機構はすべての対物レンズに備わっているわけではありません。必要性や用途に応じて、追加されたり、位置が変更されたり、あるいは削除されたりしています。
対物レンズのチュートリアル
このチュートリアルでは対物レンズの様々な機構や表示、およびそれらが示す対物レンズの性能について説明します。
対物レンズの種類と収差補正
対物レンズは一般にその種類によって分類されています。対物レンズの種類によって、対物レンズがどのようにイメージング収差を補正するかが簡単に分かります。 対物レンズの種類によって示される収差補正には、像面湾曲と色収差の2つがあります。
像面湾曲(またはペッツヴァルの湾曲)は、対物レンズの焦点面が球面状に湾曲している状態を表します。この収差があるレンズでは、像面の中心に焦点を合わせると四隅が焦点から外れてしまうため、ワイドフィールド観察やレーザ走査などが困難になります。種類が「Plan」から始まる対物レンズの場合は、その焦点面が平面になるように補正されています。
また結像に際して色収差が生じる場合があり、そのときには1点から放射された光は波長により分散して1点に焦点を結びません。対物レンズによっては、性能と設計の複雑性の間でバランスをとるために、有限数のターゲット波長においてそれらの収差を補正するものがあります。
5種類の一般的な対物レンズを右表に示します。このうち3種類のみがISO 19012-2: Microscopes -- Designation of Microscope Objectives -- Chromatic Correctionで定義されています。より良い性能を表すために、当社ではISO規格には無い2つの種類を追加しています。
浸漬方法
詳細についてはそれぞれの対物レンズの画像をクリックしてご覧ください。
対物レンズは、イメージングのための光が透過する媒質によって分類することができます。ドライ対物レンズは空気中で使用しますが、液浸(DippingまたはImmersion)対物レンズは対物レンズと試料の間に液体を介在させて使用するように設計されています。
| 用語解説 | |
|---|---|
| 後方焦点距離と無限遠補正 | 後方焦点距離は、中間結像面の位置を定義します。最新の対物レンズではこの面が無限遠の位置に置かれ(無限遠補正と呼ばれる)、そのようなレンズには(∞)が記されています。無限遠補正対物レンズは、対物レンズと接眼レンズの間にチューブレンズを挿入して使用するように設計されています。顕微鏡システムの互換性向上に加えて、このような無限遠補正された空間が対物レンズとチューブレンズの間にあることで、ほかのモジュール(ビームスプリッタ、フィルタ、同焦点距離エクステンダなど)を光路内に配置することが可能になります。 なお、旧型の対物レンズや特殊なタイプの対物レンズは、有限の後方焦点距離で設計されている場合があります。当初、有限の後方焦点距離の対物レンズは、顕微鏡の接眼レンズに直接対応するように作られていました。 |
| 入射瞳径(EP) | 入射瞳径(EP)は有効口径とも呼ばれ、対物レンズを適切に機能させるために使用すべき適切なビーム径に対応します。 EP = 2 × NA × Effective Focal Length (入射瞳径 = 2 × 開口数(NA) × 有効焦点距離) |
| 視野数と視野 | 視野数は、物体空間の視野の直径(mm単位)に対物レンズの倍率を乗じた値です。 Field Number = Field of View Diameter × Magnification(視野数= 視野直径 × 倍率) |
| 倍率 | 対物レンズの倍率(M)はチューブレンズの焦点距離(L)を対物レンズの焦点距離(F)で割った値です。有効焦点距離はEFLと略記されることがあります。 M = L / EFL . システムの総合倍率は、対物レンズの倍率に接眼レンズまたはカメラチューブの倍率を乗じて得られます。顕微鏡用対物レンズ筐体に示されている倍率は、その対物レンズに対応する焦点距離のチューブレンズと組み合わせてお使いになる場合にのみ正しい値です。対物レンズには、倍率を示す色のリングが付いています。これは比較的どのメーカでも共通しています。詳細は上の「顕微鏡用対物レンズの各部名称」をご覧ください。 |
| 開口数(NA) | 開口数は、対物レンズの最大受光角を表す無次元量です。一般的には下の式で表されます。 NA = ni × sinθa ここでθaは対物レンズの最大受光角度の1/2(半角)、niは媒質の屈折率です。典型的な媒質は空気ですが、水や油などほかの物質の場合もあります。 |
| 作動距離 | 作動距離(WD)は対物レンズの設計に依存しており、対物レンズの前面から試料の上部(カバーガラスを使用しない場合)まで、またはカバーガラスの上部までの距離を表します。対物レンズに刻印されているカバーガラスの厚さの仕様値により、カバーガラスを使用すべきかどうかが分かります。 |
カバーガラス(カバースリップ)は含水試料の上にのせる薄いガラスで、イメージングするための平面を作ります。
最も一般的な標準のカバーガラス#1.5は、厚さが0.17 mmに設計されています。製造工程により実際の厚さにはばらつきがある場合があります。対物レンズによっては補正環が付いていますが、これは内部の光学素子の相対位置を調整して、カバーガラスの厚さの違いを補正するのに使用されます。なお、多くの対物レンズにはカバーガラスの厚さの違いを補正する機能は無く、その場合には補正環は付いていません。例えば、カバーガラス#1.5専用に設計されている対物レンズなどがございます。補正環は上の図のような上部にではなく、対物レンズの下部にある場合もあります。
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上のグラフは、632.8 nmの光を使用したときの、カバーガラスの厚さと球面収差の大きさの関係を示しています。厚さ0.17 mmの一般的なカバーガラスを使用する場合、NA 0.40までの対物レンズではカバーガラスによる球面収差が回折限界を超えることはありません。
カメラで画像を表示する場合、システム倍率は対物レンズの倍率とカメラチューブの倍率の積です。三眼鏡筒で画像を表示する時のシステム倍率は、対物レンズの倍率と接眼レンズの倍率の積です。
| Manufacturer | Tube Lens Focal Length |
|---|---|
| Leica | f = 200 mm |
| Mitutoyo | f = 200 mm |
| Nikon | f = 200 mm |
| Olympus | f = 180 mm |
| Thorlabs | f = 200 mm |
| Zeiss | f = 165 mm |
倍率と試料領域の計算方法
倍率
システムの倍率はシステム内の各光学素子の倍率の積で求めます。倍率のある光学素子には右図の通り、対物レンズ、カメラチューブ、そして三眼鏡筒の接眼レンズが含まれます。なお、各製品仕様に記載されている倍率は通常、すべて同じメーカの光学素子を使用した時のみ有効であることにご留意ください。同じメーカの光学素子を使用していない場合、システムの倍率は下記の通り、まず対物レンズの有効倍率を求めたあと算出する必要があります。
下記の例をお手持ちの顕微鏡に応用する場合には、上のMagnification and FOV Calculator(赤いボタンをクリック)をダウンロードしてご使用ください。こちらの計算用エクセルファイルはマクロを使用したスプレッドシートになっています。計算を行う際はマクロを有効にする必要があります。マクロを有効にするには、ファイルを開いて、上部にある黄色いメッセージバー上の「編集を有効にする」ボタンをクリックしてください。
例1:カメラの倍率
試料をカメラでイメージングする場合、イメージは対物レンズとカメラチューブによって拡大されます。倍率が20倍のNikon製対物レンズと倍率が0.75倍のNikon製カメラチューブを使用している場合、カメラの倍率は20倍 × 0.75倍 = 15倍となります。
例2:三眼鏡筒の倍率
三眼鏡筒を通して試料をイメージングする場合、イメージは対物レンズの倍率と三眼鏡筒内の接眼レンズによって拡大されます。倍率が20倍のNikon製対物レンズと接眼レンズの倍率が10倍のNikon製三眼鏡筒を使用している場合、接眼レンズでの倍率は20倍 × 10倍 = 200倍となります。なお、右図のように接眼レンズでの像はカメラチューブを通りません。
メーカが異なる対物レンズと顕微鏡を使用する場合
倍率は根源的な値ではなく、特定のチューブレンズの焦点距離を推定して計算し、導き出す値です。右の表のように各顕微鏡メーカはチューブレンズに様々な焦点距離を設定しています。そのため異なるメーカの光学素子を組み合わせる場合、システムの倍率を算出するには対物レンズの有効倍率を計算する必要があります。
対物レンズの有効倍率は式1で求められます。
 | (Eq. 1) |
ここでDesign Magnificationは対物レンズに印字されている倍率、fTube Lens in Microscopeは使用する顕微鏡内のチューブレンズの焦点距離、fDesign Tube Lens of ObjectiveはDesign Magnificationを算出するために対物レンズのメーカが使用したチューブレンズの焦点距離です。焦点距離は右表に記載されています。
Leica、Mitutoyo、Nikonならびに当社ではチューブレンズの焦点距離は同じです。これらのメーカの光学素子を組み合わせた場合、倍率の変換は必要ありません。対物レンズの有効倍率が算出されたら、上記のようにシステムの倍率が計算できます。
例3:三眼鏡筒の倍率(異なるメーカを使用)
三眼鏡筒を通して試料をイメージングする場合、イメージは対物レンズの倍率と三眼鏡筒内の接眼レンズによって拡大されます。この例では倍率が20倍のOlympus製対物レンズと接眼レンズの倍率が10倍のNikon製三眼鏡筒を使用します。
式1と右の表によりNikon製顕微鏡内のOlympus製対物レンズの有効倍率を下記の通り計算しました。
 |
Olympus製対物レンズの有効倍率は22.2倍で、三眼鏡筒の接眼レンズの倍率は10倍なので、接眼レンズでの倍率は、22.2倍 × 10倍 = 222倍となります。
カメラでイメージングする試料領域
試料をカメラでイメージングする場合、試料領域の寸法はカメラセンサの寸法とシステム倍率を使用して下の式2で求められます。
 | (Eq. 2) |
カメラセンサの寸法はメーカが提供しています。またシステム倍率は対物レンズの倍率とカメラチューブの倍率の積です(例1をご参照ください)。必要に応じ、対物レンズの倍率を例3のように調整します。
倍率が高くなればなるほど分解能も向上しますが、視野は狭くなります。倍率と視野の関係性については右の図でご覧いただけます。
例4:試料領域
当社のサイエンティフィックカメラ1501M-USB(旧製品)内のカメラセンサの寸法は8.98 mm × 6.71 mmです。このカメラを例1のNikon製対物レンズと三眼鏡筒に使用した場合、システム倍率は15倍となります。イメージングの領域は下記の通りになります。
 |
試料領域例
下のマウス腎臓の画像はすべて同じ対物レンズとカメラを使用して取得しました。ただし、カメラチューブのみ違う製品を使用しています。左から右の画像にいくにつれカメラチューブの倍率が下がっていますが、視野が広くなる分、細部も小さくなり見にくくなることが分かります。
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ズーム| Magnification | 10X | 20X |
|---|---|---|
| Item # | N10X-PH | N20X-PH |
| Manufacturer Part # | MRH10101 | MRH10201 |
| Numerical Aperture (NA) | 0.30 | 0.50 |
| Working Distance (WD) | 16 mm | 2.1 mm |
| Parfocal Length | 60 mm | |
| Compatible Tube Lens Focal Length | 200 mm | |
| Coverslip Correction | 0.17 mm | |
| Aberration Correction | Plan Fluorite | |
| Phase Ring | Ph1a | |
| Phase Type | Dark Low Low (Positive Phase) | |
| Threading | M25 x 0.75 | |
| Thread Depth | 6.8 mm | 5.0 mm |
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Figure G1.1 ポジティブ位相板の図。メインのリングでは+¼λの位相シフトに加えて透過率を50%下げます。
- 位相タイプ:Dark Low Low
- 無限遠補正のプランフルオール設計
- 明視野照明を使用した位相差観察に便利
- コンデンサ用Ph1リングスリットが付属
こちらの位相差用顕微鏡は、明視野や落射蛍光照明など複数の照明手法の位相差観察に適しています。下記のアポダイズド対物レンズよりも開口数が大きく、透過率が高い代わりにコントラスト比は低くなっています。さらにこちらのプランフルオール(プランフルオリート)対物レンズは4つの波長で収差補正を行い、また像面湾曲を補正しています。対応するNikon製コンデンサと組み合わせて使用するためのPh1リングスリットが1個付属します。
*価格について - こちらの製品は新設研究室サポートプログラムをはじめとするすべてのお値引きの対象外となります。予めご了承ください。
ズーム| Magnification | 10X |
|---|---|
| Item # | N10X-PHE |
| Manufacturer Part # | MRP40102 |
| Numerical Aperture (NA) | 0.25 |
| Working Distance (WD) | 6.2 mm |
| Parfocal Length | 60 mm |
| Compatible Tube Lens Focal Length | 200 mm |
| Coverslip Correction | 1.2 mm |
| Aberration Correction | Achromat |
| Phase Ring | Ph1a |
| Phase Type | Apodized Dark Low (Positive Phase) |
| Threading | M25 x 0.75 |
| Thread Depth | 4.6 mm |
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Figure G2.1 アポダイゼーション位相板(Dark Low)の図。メインのリングでは+¼λの位相シフトに加えて透過率を50%下げます。補助的なリングの部分では透過率を25%下げます。
- アポダイゼーション位相板(Dark Low)
- 無限遠補正のアクロマート設計
- 一般的な位相差観察用
- コンデンサ用Ph1リングスリットが付属
こちらの位相差用対物レンズは、中央の位相リングの両側に補助的な減光リングが付いているのが特長です。 中心の位相リングに加えて、この補助的なリングが強度フィルタとして作用し、大きな粒子や試料内構造によってしばしば現れるハローを低減します。こちらの対物レンズは、上記の対物レンズと比較して試料内の屈折率差が大きいほどコントラストが大きくなり、細胞のイメージングや撮像などの一般的な用途に適しています。さらにこちらのアクロマート対物レンズは2つの波長で収差補正を行います。対応するNikon製コンデンサと組み合わせて使用するためのPh1リングスリットが1個付属します。
*価格について - こちらの製品は新設研究室サポートプログラムをはじめとするすべてのお値引きの対象外となります。予めご了承ください。
位相差用対物レンズ