JP3806828B2 - 対物レンズと試料との位置関係を逆にして拡大像を得る方法とその応用 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レンズを用いた光学器械に関するもので、微小なものを拡大して見る一つの方法とその応用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズを使って、試料を拡大して見る場合は図１の（ｂ）に示す様に、光の進行方向から言って、試料（１），レンズ（２）、目（３）の順序であり、ルーペしかり、顕微鏡しかりである。本発明は図１の（ａ）の様にレンズ（２）試料（１）目（３）の順序で試料を拡大するのである。
今後、従来の拡大方法を正視顕微鏡的方法と呼び、本発明の方法を逆視顕微鏡的方法と呼ぶことにする。以下、本発明に似たものについて述べてみる。
フライング・スポット顕微鏡と呼ばれる方式の場合は接眼レンズから対物レンズに向けて小さな光のスポットを送り、対物レンズでさらにスポットを小さくして、試料を照射して、通過した光の強弱を電気信号に変換してＣＲＴ上にその試料の拡大像を表示する、勿論、スポットはスキャンさせる事は当然である。この場合も光の進行方向からすれば、本発明と同じくレンズの後に試料が来て、その後に観察する機器が来る。
しかし、本発明のように、拡大像をレンズ上に見ることはなく、また、倒立像と言うこともなく、単に試料を一種の投影機のフイルムとみなしたもので、根本的に本発明とは異なる。
又、光顕暗視野法における、試料とコンデンサーレンズの関係が本発明の試料とレンズの関係と同じであるが、本発明では試料にレンズを通過した光を直接に当てて観察するのに対し、光顕暗視野法に於いてはある角度で試料に当てて、それによって生じるエバネツセント光を対物レンズで拡大し観察するわけでコンデンサーレンズのほかに、本命の拡大用のレンズがあるが、本発明に於いては一個で兼用していて、根本的に異なっている。
この様に観察する試料がレンズの後にきて、しかも、拡大率がそのレンズの倍率に関係して、しかも、像が倒立する様な像の拡大法は今までなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は最近の環境ホルモンによる精子の数の減少や奇形を医者に調べてもらわなくても自分で調べることが出来る、低価格でしかも高倍率の顕微鏡
を作ろうとすることにあつた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、レーウエン・フック型の顕微鏡を制作した、レンズ径が０．５ｍｍの球形で、約５００倍で精子の存在は確認できることが解ったが、一個の精子の奇形を識別できるまでにはいたらなかった。倍率を二倍に上げても識別する迄にはいたらないため、従来の方法でない像の拡大方法を探すことにした、その結果が本発明の方法となった訳であるが、精子の奇形を見るまでには至らなかった。 レーウエン・フック型の顕微鏡は図２のようなもので、今から約３００年前にオランダ人のレーウエン・フックによって制作され、しんちゅう板（１３、１４）に小さな穴を開け微小なレンズ（１２）を挟みこんで、さらに、試料取り付け針（１１）を微調整できるようにして、手に持って目をレンズ（１２）に近ずけて観察するものであり、断面の略図が図３である。そして本発明の概念を説明するために、レンズと試料と目の関係を抽象化したのが図１であり、レーウエン・フック型でも図１（ｂ）の様に、光の進行方向の順序からは試料（１）レンズ（２）そして観察者の目（３）の関係で試料を拡大して見る事になる。一方、一度述べたが本発明の方法では図１の（ａ）に示すように、レンズ（２）、試料（１）観察者の目（３）の順序になって試料の拡大像を得るようになる。
【０００５】
この、拡大像がどうして得られるのか、理論的な説明は現在は出来ないが、実際に製作してみると、上下・左右が反転した拡大像をレンズ上に見ることが出来る。しかも、同じレンズなのに（ａ）の方法即ち本発明の方法では（ｂ）の方法より約４倍大きく見える、作動距離も大きくとれるし、透明体の凹凸がリアルな感じでみえる。しかし、制約条件もある、それは試料を透かして見る関係上、試料全体が不透明であってはだめな事、少なくても、試料の一部分からレンズを見る事が出来なければならない。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の応用として簡易顕微鏡からその実施の形態について図面を参照して説明する。
図４（ａ）のシート（４１）は厚さ０．７５ｍｍのポリプロピレンシートを直径４０ｍｍの円形にカットして、その中心に０．４ｍｍの穴を開け、そこに０．５ｍｍのガラスの球形レンズ（２）を圧入して、表面より０．１ｍｍ出るようにしたものである。 これが本簡易顕微鏡の本体であり、倍率は明視距離２５０ｍｍとして、レンズの焦点距離、約０．５ｍｍで割って角倍率で５００倍になり、この倍率で精子の運動などは観察できる。 図４の（ｂ）は現在市販されている、複式顕微鏡のプレパラートに相当する試料受け部分で厚さ０．７５ｍｍのポリプロピレンシートを本体と同じ直径４０ｍｍの円形にカットして、中心に４ｍｍの丸い穴を開けて、その片側に透明な厚さ０．０５ｍｍのフィルム（５）を装着（粘着テープで貼りつける）したものである。
使用方法は（ａ）と（ｂ）のものを（ｃ）の断面になるように、外形をそろえて重ね合わせてレンズ（２）を覗けば良い。観察するポイントを移動するときは親指と人差し指とでシート（４１）と（４３）を挟んですり合わせるようにして、ずらせれば良い。観測する時は照明は太陽光直接よりも室内の窓からの光か、蛍光灯のほうがよいし、光源の角度を少し、ずらすようにすると、暗視野照明法のようになって、コントラストがついて、はっきり見える。
このレンズ側からの観測は従来の方法であるが、透明フイルム（５）側に目を近ずけて覗くとフイルムにつけてある試料が拡大して見える、図３の様なレーウエン・フック型の試料取り付け針（１１）がないために目をレンズ（２）に近ずけられるから、このことが可能になつた訳である。又、複式顕微鏡の様なものでは試料側からは覗くこともできないが、本簡易顕微鏡では簡単に本発明の逆視顕微鏡的方法と正視顕微鏡的な方法の二つで観察ができる。
尚、逆視及び正視のどちらの場合でも、試料を透明フイルム（５）の左でも右でも、即ち、中でも外でも、どちらにでも着けて良い。
【０００７】
図５は図４（ｂ）のシート（４３）の外径を（ａ）のシート（４１）より小さくして、さらに、透明フイルム（５）を貼りつける両面粘着テープ（４６）を透明フイルム（５）より大きくして、シート（４３）を図４の顕微鏡本体のシート（４１）に直接に貼りつけたものであり、完全に使い捨てを意識したものである。 この場合、シート（４１、４３）は紙で充分である。又、（４６）の粘着剤で（４１、４３）が半固定されているので、観察の時のポイントの移動は前記の方法と同じく指でシートをずらせば良い、少々、力を要するがミクロン単位の移動でも、それが拡大されるので充分である、又、動かさなくても、微小な物は全体が観察できる。この形式の場合は正視顕微鏡的な方法か逆視顕微鏡的な方法かによつて、レンズ（２）と透明フイルム（５）とのギャップが違うので、あらかじめ作る前にどちらにするか決めておく必要がある。
【０００８】
図６は磁石を利用した場合の説明図である。（ａ）は図４（ａ）に対応した顕微鏡本体を、（ｂ）は図４（ｂ）に対応した試料受けを図示したものである。図６の（ｂ）の（４９）はゴム板状磁石で（２４、２５）は穴（４）と同じ直径４ｍｍの穴である。又、図６（ａ）の（２２、２３）は厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ４３０ステンレス板（２１）に付けた直径が１ｍｍほどのバーリングで高さ約１ｍｍ程度のものである。このステンレス板（２１）はシート（１）に粘着剤で貼りつけてある。そして、この（ａ）と（ｂ）は（ｃ）に示す様にゴム板状磁石（４９）の吸い付く側とステンレス板（２１）とを穴（２４、２５）にバーリング（２２、２３）をそれぞれ対応させて入れて合わせる。
こうすれば、（ｃ）は図４の（ｃ）と同じになる。この磁石を利用した場合はレンズと試料との距離をあらかじめ計算して制作しておくことによって、磁石の吸引力によって一定に保たれるので焦点合わせが楽になる利点がある。
又、バーリングと穴とは観察ポイントを移動させた時、試料を入れる穴（４）以上にＸ、Ｙ方向が移動するのを防ぎ、レンズ（２）に傷がつかない様にするためのもので、特に磁石を使用しているので砂鉄などの微小な粉が付きやすいからである。
【０００９】
図７は紙などを掲示板に貼るときに使う、ヨーク付きのリング型の磁石を用いた、実施例である。図に示すように、真ん中に穴の開いた鉄製の丸いヨーク（３１）の中に図４（ａ）に示した顕微鏡本体のシート（４１）をヨークの中に入るように小さくして貼りつける。次に試料受けの方はリング型の磁石（３２）に透明フイルム（５）を図のように貼りつけて、反対側にヨーク（３１）より大きな径の厚さ１ｍｍ程度の鉄板の中心に５ｍｍ程の径の穴を開けた物を貼りつける（３３）、これで本簡易顕微鏡が出来上がる。この場合も前述と同じく焦点合わせが楽になる。又、移動範囲はヨーク内径と磁石の外径との差だけになり、レンズに傷を付けないようになる。
【００１０】
図８は磁石を使用しないで、焦点が一定になるようにした実施例である。
（ａ）はポリプロピレンの厚さ０．７５ｍｍのシート（５１）をテレホンカード状にして、切れ目（５２、５３）を二箇所設けて、中心にレンズ（２）をいれる、これを顕微鏡の本体とする。
（ｂ）は（ａ）と同じ材質のシート（５４）をクロス型にして、真ん中に穴（４）を開け透明フイルム（５）を貼りつけたものである、これを試料受けとする。
（ｃ）は（ａ）の物に（ｂ）の物を切れ目（５２、５３）を開いて、はめ込んだ物であり、これが完成品である。
この（ｃ）の物は切れ目（５２、５３）の力で（ｂ）の試料受けをレンズ（２）の方へ押しつける様になるために指で押えなくても焦点が一定になるため、観察する時に楽になるし、磁石を使わないので、レンズに傷を付けることがなくなるし、安く作る事ができるといった利点がある。
【００１１】
図９は図４における、シート（４１）をテレホンカード状にして、中に、倍率の異なるレンズ二個を取り付けたところをしめしている。
そして裏側に透明フイルム（５）を貼りつけたところを図示したもので、断面は図１０の（ａ）の様になる。又、レンズの径が大きくなって、焦点距離が長くなった場合は（ｂ）の様にレンズの付近をフイルム（５）と離すために、へこませる。又、（ｃ）の様に焦点距離を合わすために、シート（１）をへこますかわりに、セパレータ（６３）を付けても良いし（ｄ）の様に透明な樹脂（６５）でレンズ（２）をモールドしてもかまわないし、熱可塑性樹脂でしかも透明度の高いシート状のものを熱をかけながらレンズに圧接しても良い。このような場合屈折率の変化のため、倍率に変化が生じるが、さほどでないので、顕微鏡として充分に使用が可能である。又、製作の関係上レンズをあらかじめ透明体で両面を挟んでおくこともある。
【００１２】
図１１は顕微鏡を屋外で使用する場合、太陽光を使う時、観察しやすくするため、絞りを付けてコントラストを良くした実施例の説明図である。これらの中で説明するシートはポリプロピレンの厚さが０．７５ｍｍの物である。そして、（ａ）は２０×４０ｍｍの長方形であり、（ｃ）も同じである。（ａ）の（８１）と（ｃ）の（８３）は同じ４ｍｍΦの穴である。又、（ａ）の穴（８４）は５ｍｍΦの穴で、（ｃ）の（８５）は凸部の高さが約０．４ｍｍで外径５ｍｍのエンボスで、これらが組合わさる時に（８４）に（８５）の凸部が入って位置を固定するためのものである（ｂ）は図の様に左側に５ｍｍΦの穴（８２）を中心に半径１０ｍｍの円を描いた外形、即ちダルマ型をしている。
（ａ）の（８０）はピンホールである。以上の様な各パーツを（ｃ）の上に（ｂ）の物をのせ、さらに、（ａ）の物を重ねハトメの玉でカシメる。すると（ｄ）の様な断面になる、これを上から見ると、（ｅ）のようになる。
使い方は（ｅ）のハトメ部（８６）を中心にして各々のパーツを扇子を開く様に広げると図１２（ａ）の様に、そして、穴（４）から透明フイルム（５）に試料を着けて、液体の場合に試料がこぼれるのを防ぐためにはセロテープで穴（４）をふさげば良い。このようにしたら、各パーツを閉じて（ｅ）の様にして、レンズ（２）に眼を近ずけて、屋外で明るい方を見れば、光はピンホール（８０）で絞られて、コントラストが良くなり、はっきり試料の拡大像を見ることが出来る。この時、指で（ａ）の（８４）と（ｃ）のエンボス（８５）の部分を押す様にすると、レンズとピンホールの軸芯が合うと同時に、透明フイルム（５）がレンズの方におされるので、焦点が定まり良く見える様になるわけである。尚、Ｘ、Ｙ方向の移動は（Ｂ）の穴（８２）がハトメの玉の外形より１ｍｍ大きくなっているのでそのクリアランスの範囲だけ移動ができる。
又、図１２の（ｂ）の様に開いて試料をいれることもポリプロピレンのシートならできる。尚、逆視顕微鏡として見る場合でも絞りがあるとよく見える。
以上が本発明の方法が使える簡易顕微鏡の実施形態の説明であるが、レンズの事に関して説明しておく。
【００１３】
本発明で使用したレンズは直径が０．２５ｍｍから１．４ｍｍの球形である。だから、正視顕微鏡的には約１０００倍のものが作れる。又、球形レンズは球面収差や色収差が激しくて、使い物にならないなどと書いてあるのをみうけるが、これは完全な間違いである。
又、最近のＧＲＩＮレンズの技術が進んで、マイクロレンズの精度があがり、安く出来る様になると本発明のレンズとして使用できると思われる。
【００１４】
次に本発明に付随した実施の形態について説明する。
発明の課題の一つが精子を見ることであつたが、たんに、見るだけでなく、精子密度を知る事ができれば最近の環境ホルモンなどとの関係も個人的に理解出来るのではないだろうか。
そのために、本考案の試料受けの透明フイルムなどに、始めから面積の解ったマークを細い針先で描くか、針先の断面そのものをコイニングして置けば、その中に存在する精子数を数えれば、あとは計算で精子密度を求める事が出来る。
この場合のマークは円や四角といった単純なパターンであるが、肉眼では容易に見えない微小な絵なども圧電素子を利用して描くこともできるし、写真の縮小技術で絵や写真をフィルムに焼き付ける事もできる。これを一種の情報の圧縮と見て、これを、本発明の簡易顕微鏡と結びつけた実施例を以下にのべる。
図１３の（ａ）のシート（７１）は紙でレンズ用の穴を必要なだけ開けてレンズ（２）を取り付けた物で、図では４箇所である。（ｂ）のシート（７２）も（ａ）と同じ形と大きさにして、写真や絵や宣伝文句などを書いておく。さらに（ａ）のレンズに対応する箇所に穴（４）を開け、そこに、前記した肉眼では見えない絵や写真をフイルム（７５）にして貼る。貼る側はシート（７２）の裏か表かはレンズの焦点による。
（ｂ）の外観を風景写真やまじめな絵カードや宣伝文句にして、フイルム（７５）を、ある国の大統領でさえほんの少しだけ好きな、また、或る国の役人の理性さえ、負ける、ほのかに色づいた絵や写真にしたら、色ずき加減にもよるが、無料贈呈の宣伝媒体として役立つ可能性がある。尚、（ａ）の顕微鏡本体は一枚あれば良く、（ｂ）は一種のプレパラートであり何枚あっても良いし落としたりした場合でも（ａ）がなければ見ることが出来ないので秘密保持になる 又、（ａ）と（ｂ）とを張り合わせて一枚のカードとして（ａ）の方を写真や絵カードしても良い。この場合は図９の透明フイルム（５）が写真フイルムや絵を描いたフイルムになったものと考えられる。
此の図１３のものは正視顕微鏡的にでも逆視顕微鏡的にでも見ることが出来るが、製作に際しては倍率が異なるのであらかじめ、どちらにするかきめておかねばならない。尚、量産に際しては穴を開ける代わりに縮小した絵や写真の部分も同時に透明なシートに焼き付けても良い。
【００１５】
この実施例の物は産業上の価値が少ない様に思われるかもしれないが、そうではない。それは前記した情報の圧縮といった観点に立つと、本発明の簡易顕微鏡は圧縮した情報の再生機器であり、その方法は情報の新しい再生方法を提供しているからである。
【００１６】
図１３（ｂ）のシート（７２）を光デスクと考えて全体をフイルム（７５）と見なして、電子線、Ｘ線、レーザ光線でも、はたまた、可視光線でも良いが、縮小した像を記録しておく、ここでの像とは１、０の二位値のパターンをも意味している。従って材料に立体的な凹凸をつけても、光を通せば、明暗のパターンが生ずればそれを像とみなす、現在のコンピュターの記録媒体は像をダイレクトに記録はしていないが、本方法ではダイレクトに記録したものを再生出来る。記録に際しては大がかりな設備を要するだろうが、それの、複製は安価になる。再生においては本発明の逆視顕微鏡的方法を使えばコンパクトに納まる。以下に再生について図１４を参照して説明する。
図１４の（ａ）の光デスク（９４）の断面（イ）を拡大した図を（ｂ）にしめしてあるが、その断面をＶ字やＵ字形にして三次元的にして記録密度を上げる様にしてある。針の先のような点にしてデスクリートにしても、連続のスパイラル状にしてもかまわない。こうした、凹部に（９７）の様な記録する情報に対応した凹凸の印をつける。印の幅は２０ナノメートルにする。ここでの、印の意味は光が屈折や乱反射する、原子や分子レベルでの欠損や不規則性をさしている。Ｖ字の肩幅を１マイクロメートルにし、深さを０．５マイクロメートルにして２５段の三次元記録媒体とする。こうした、デスクを（ａ）に示すターンテーブル（９６）に入れ回転させてレンズ（２）とイメージスキャナ（９５）のあいだを通過させてレンズ（２）に適当な角度で光をあてると、情報を記録した像を（９５）が受け取る、又、印として蛍光物質を使うと、図１４の（ｃ）に示す様な正視顕微鏡的な方法、即ち、レンズ（２）の前に光デスク（９４）が来る様にしても２０ナノメートルの印をはつきりと識別できる。又、単なる映像ならＶ字の断面にしなくても良いが、Ｖ字にすれば、山肌に木を植える様に情報を記録できるので、記録密度が高くなる。 今後この記録方式は記録密度を極端に上げる可能性を秘めている。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は逆視顕微鏡的な方法によって微小な物を大きく拡大出来ることを見付けた事に、その発端があるが、これの、理論的な事が不明であるが、像の拡大率が大きい事、倒立像をていすること、透明体でも立体感のある像が見える事、作動距離が大きくとれる事、観察するポイントを見付け安い事。など、多くの利点がある。
又、簡易顕微鏡は、微小な球形レンズを使用するだけで、正視顕微鏡的な方法と逆視顕微鏡的な方法とで高倍率で試料を観察でき、とても安い価格で製造出来て、小型で持運びが楽で子供などの理科の学習に役立つと思われる。
光デスクに関しては三次元的に記録されている情報を顕微鏡的な検出で読み取り、記録密度を高める一つの方式と考えられる。又、山肌に木を植えるがごとく情報を記録するといつた考えは一考に値するのではないだろうか。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の概念図である。
【図２】 レーウエン・フック型の顕微鏡の説明図である。
【図３】 同上の断面略図である。
【図４】 本発明の方法が使える簡易顕微鏡の基本的な実施例である。
【図５】 簡易顕微鏡の実施例。
【図６】 簡易顕微鏡の実施例。
【図７】 簡易顕微鏡の実施例。
【図８】 簡易顕微鏡の実施例。
【図９】 簡易顕微鏡の実施例。
【図１０】 レンズと透明フイルムの関係の説明図である。
【図１１】 絞り付きの簡易顕微鏡の説明図。
【図１２】 同上の使用の説明図である。
【図１３】 特殊な簡易顕微鏡の説明図である。
【図１４】 三次元的に記録する光デスクの説明図である。
【符号の説明図】
１ 試料
２ レンズ
３ 目
４ 穴
５ 透明フイルム
１１ 試料取り付け針
１２ レンズ
１３、１４ しんちゅう板
１５ 微調整ネジ
２１ ステンレス板
２２、２３ バーリング
２４、２５ 穴
３１ ヨーク
３２ リング型磁石
３３ 鉄板
４１ シート
４３ シート
４６ 粘着テープ
４９ ゴム板状磁石
５１ シート
５２、５３ 切れ目
５４ シート
６１ シート
７１、７２ シート
７５ 写真フイルム
８０ ピンポール
８１、８２ 穴
８３、８４ 穴
８５ エンボス
８６ ハトメ
８７、８８ シート
８９ シート
９４ 光デスク
９５ イメージセンサー
９６ ターンテーブル
９７ 凹凸の印
９８ 保護マク

Claims (7)

1. ピンホール中あるいはその近傍にレンズを設け、前記レンズの眼側に観察する試料を置き、前記レンズの眼側と反対側から光を入射し、前記試料を透かしてレンズを覗くことにより試料の拡大像を観察する試料の拡大像を観察する方法。
2. レンズが取り付けられたレンズ保持シートと、観察する試料の試料受けとなる透明部を有する試料保持シートとを備え、前記レンズに前記観察する試料を直接接触させつつ前記レンズと前記透明部の間に前記観察する試料を挟んで、前記レンズ保持シートと前記試料保持シートを重ね合わせた簡易顕微鏡。
3. レンズが取り付けられたレンズ保持シートと、観察する試料の試料受けとなる透明部を有する試料保持シートとを備え、前記レンズに前記観察する試料を直接接触させつつ前記レンズと前記透明部の間に前記観察する試料を挟んで、前記レンズ保持シートと前記試料保持シートを重ね合わせた簡易顕微鏡を用いた試料観察方法において、前記各シートを指で挟んで、すり合わせする事で観察ポイントを移動するようにした簡易顕微鏡を用いた試料観察方法。
4. レンズが取り付けられたレンズ保持部材と、透明部を有する試料保持部材とを備え、前記レンズ保持部材は磁石又は磁石がつく部材を有し、前記試料保持部材は磁石がつく部材又は磁石を有し、前記磁石による磁力により前記レンズ保持部材と試料保持部材とをその間隔を一定にしつつ重ね合わせ、各部材の面と平行な２つの直交する方向をＸ、Ｙ方向としたとき、Ｘ、Ｙ方向の移動が自由に出来るようにした簡易顕微鏡。
5. レンズが取り付けられたレンズ保持シートと、透明部を有する試料保持シートとを備え、前記レンズ保持シートと前記試料保持シートのどちらか一方のシートに切れ目を設け、前記切れ目にもう一方のシートをはめ込むように各シートを重ね合わせ、各シートの面と平行な２つの直交する方向をＸ、Ｙ方向としたとき、Ｘ、Ｙ方向の移動が自由に出来るようにした簡易顕微鏡。
6. レンズが取り付けられたレンズ保持シートと、透明部を有する試料保持シートと、その他のシートを備え、前記各シートに各々穴を設け、前記穴を支点中心に各シートを互いに回転できるようにハトメ玉様部材で止めて重ね合わせた簡易顕微鏡。
7. 前記レンズは、直径が０．２５ｍｍ以上１．４ｍｍ以下の球形レンズからなる請求項２、４、５、６いずれか１項記載の簡易顕微鏡。

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