微分干渉顕微鏡とは
微分干渉顕微鏡 (英: Differential interference contrast microscope) とは、主に無色透明な物質を観察する際に使用される光学顕微鏡の1種です。
1954年ごろにジョルジュ・ノマルスキーがノマルスキープリズムと呼ばれるプリズムを開発して、それを応用した微分干渉観察法が今日まで装置に応用されています。観察に使用する光は、偏光顕微鏡 (英: polarization microscope または polarizing microscope) などで用いられている偏光です。
観察には直交する2つの偏光を物質に当てることで起こる光の干渉と光路差のズレから、コントラストの明暗を付けることで物質の形状を目で確認できます。
微分干渉顕微鏡の使用用途
微分干渉顕微鏡は、無色透明な物質や細胞などの生体物質の観察に利用されます。以前は通常の光学顕微鏡では透明物質の観察が難しいため、物質に色を付けてから観察していました。
しかし、観察まで手間が掛かり、かつ染色により物質を壊す場合もありました。その一方で、微分干渉顕微鏡を用いると光路差のズレを利用し、明暗のコントラストを付けて物質を立体的に見られます。生きた状態でも細胞などの内部構造を観察可能です。
微分干渉顕微鏡の原理
光源から出た自然光 (全方位に振動方向を持つ光) は、ポラライザーに入り直線偏光となります。直線偏光が最初のウォラストンプリズムに入ると、振動方向が直交する2つの偏光に分離して観察対象である物質を透過可能です。
物質を透過した2つの偏光は異なる位相の光となり、2つ目のウォラストンプリズムに入ると光が合成されます。そして、アナライザーに入ると再度同じ振動方向を持つ偏光になり、これが光の干渉です。
干渉し合った2つの偏光は位相が異なるため、光路差にズレが生じています。したがって、コントラストの明暗がくっきりとして透明物質でも立体的に観察できます。
微分干渉顕微鏡の構造
微分干渉顕微鏡の光路構成には、明視野顕微鏡 (英: bright field microscope) に偏光板2枚とノマルスキープリズム2個が加えられています。そのため、光路から偏光板とノマルスキープリズムを抜くと明視野顕微鏡として利用可能です。ノマルスキープリズムだけを抜くと偏光顕微鏡として使用できます。
微分干渉顕微鏡では光源が物質を透過して人の目に届くまでに、次のような工程をたどります。光源から始まり、ポラライザー (偏光子) 、ウォラストンプリズム、観察物質が乗ったステージ、対物レンズ、ウォラストンプリズム、アナライザー (検光子) 、接眼レンズを通過して人の目で観察可能です。
これらの中で偏光子やプリズムを使用すると、偏光の取り出し、光の干渉、光路差のズレを起こします。
微分干渉顕微鏡の選び方
微分干渉顕微鏡は、非染色の生物試料を観察する際にメリットが大きいです。具体例として、水中の単細胞生物、組織培養された細胞、ダニや線虫などの多細胞動物の非染色標本などが挙げられます。通常の明視野顕微鏡と比べて、高い解像度と明瞭な観察像が特徴です。
周囲の物質とあまり屈折率が違わない透明な試料には、微分干渉観察は適していません。多く色素を含む濃い色の試料や組織切片などの厚い試料の観察にも不向きです。ほとんどの非生物試料は偏光性を有するため、微分干渉観察には向きません。
微分干渉像は最適条件下でとても高い像質が得られるので、アーティファクトを生みにくいです。ただし、常に微分干渉像はノマルスキープリズムの方向を考慮して解釈する必要があります。特にプリズムの向きに平行な構造は見えないため注意する必要がありますが、試料を回転させて観察すれば容易に克服できます。