ストロボを使った顕微鏡撮影について

いつもご覧いただいている方はお気づきかも知れませんが、このブログに掲載している顕微鏡写真の多くは光源にストロボを使っています。海外サイトで見る原生動物やワムシの写真ではストロボ使用は珍しくはないようで、最近ではそのための装置を作って販売されている方もあるようですが、日本のサイトではあまり見かけません。使用上いろいろ問題もあって定常光源にとって代われるものではありませんが、動きの速い動物プランクトンの撮影などには大変有用な面があると思うので、私が現在用いている方法をここで紹介します。

これは今使っているニコンオプチフォトにストロボ装置をセットした状態です。４年ほど前にこの顕微鏡を入手した時に作ったもので、その後多少の変更を加えています。
中央の黒い箱の中に集光レンズ、コンデンサの下に見える箱の中には45°に傾けたガラス板を入れてビームスプリッターとしています。ただの透明ガラスなので主光源からの光にはほとんど影響はなく、またストロボ光は非常に強いので通常の撮影で光量が不足することはまずありません。微妙な高さ調節が必要なのでストロボは小型のラボジャッキに載せています。顕微鏡の操作には非常に邪魔になりそうな配置ですが、慣れるしかありません。また常に定常光とストロボ光がミックスされているので、ストロボ撮影の場合でもシャッタースピードが遅かったり定常光が強すぎると画像に影響してしまいます。

集光レンズを収める箱は3mm厚の発泡塩ビ板で作りました。中のレンズは以前ジャンク品で入手した古いスライド映写機から取ったものです。テストをしながらレンズの位置を変えられるように差し込み溝をいくつか作っています。低倍率の場合に照明ムラが出ることもあるので、必要に応じてここに拡散板も入れます。

このストロボ（キャノンの550EX）は前面パネルの後ろで放電管の入ったケースを前後にスライドさせ、照射角を変える仕組みになっています。顕微鏡光源としては出来るだけ均一な発光面が欲しいのですが、照射角を変えながらパネル面を撮影してみるととても均一どころではありません。もちろん、拡散板を間隔を開けて何重にも重ねるとかなり均一な発光面が得られますが、どんどん光量が落ちていきます。いろいろテストを繰り返した結果、照射角を最も広角側に設定し（放電管が前面パネルの直下）、その前にアクリル製の棒状ルーペ（シリンドリカルレンズです）を置く方法に落ち着きました。

ストロボの発光状態を前面から撮ったテスト画像です。左は照射角を最大（24mmレンズに対応）にした状態で、実際はもっと広い範囲が写っているはずなのですが、中央の4X1.5cmほどの部分以外は真っ暗です。右はその上にシリンドリカルレンズを載せたもので、撮影倍率は同じです。

ストロボ光をコンデンサに導くためのビームスプリッターで、左が最初に作った通常照明用です。オプチフォトは微分干渉装置を使う際ステージを3cmばかり下げなければならないので、右はそのために高さを低く作ったものです。これは上下の２個パーツに分けて、上部が左右にスライドできるように作りました。どちらも枠は発泡塩ビ、ガラス板は約0.7mm厚で、6X7判用のスライドマウントに入っていたものをカットして使っています。また微分干渉では高倍率の際ガラスだけでは光量が不足気味になるので、ダイソーで買ってきたスマホ用のハーフミラーシートを貼り付けています。これで光量が2EVばかり稼げましたが、その分主光源からの光量が落ちるので動画撮影などの際には光路から外さなければなりません。またビームスプリッターで反射させると偏光が生じて、微分干渉ではその方向も考えなければなりません。１枚目の画像の配置ではポラライザーの偏光軸と45°くらいで交わるので多少光量がカットされるのですが、装置全体を45°回転させると顕微鏡の操作に差し支えるのでこのまま使っています。

ストロボ撮影で厄介なのは、照明された状態を肉眼で見ることができないことです。確認するにはテスト撮影をして画像を見るしかありません。上はそのテストをしているところで、微分干渉装置を付けた時のコンデンサ開口絞りの位置に置いたスクリーンに光源像を投影しています。

上の方法で真上から撮った光源像です。左がオプチフォト付属のハロゲンランプ、真ん中がCOBタイプのLED、右がストロボで、黒い円の直径は27mm、撮影倍率はすべて同じです。ストロボではまだ照度ムラが残っているので、現在ではシリンドリカルレンズの下に拡散板を加えています。

実際の撮影で定常光とストロボ光を比較してみると、通常の明視野や微分干渉などではあまり差が感じられないのですが、高倍率の偏斜照明ではかなり違いが出ることもあります。

次はいつものMWSさんのプレパラートを対物100/1.25の油浸、旧型の（千代田？）アッベコンデンサ1.25、偏斜照明で撮影したものです。１枚目が定常光（LED）、２枚目がストロボで、色収差が強いのでグリーンチャンネルだけ取り出しています。

陰影の付き方にかなり違いがありますが、まずは実用範囲内だと思います。もっと解像限界に近いような撮影では問題があるかもしれませんが、そんな目的にあえてストロボを使うこともないでしょう。
その他、この方法では視野絞りが使えないという問題もあります。理想的には光源にごく近い位置でストロボ光を導入するのが良いのでしょう。昭和44年発行の「顕微鏡写真」に（竹村嘉生編）各顕微鏡メーカーの装置の図が載っています。ニコンとツアイスでは主光源の位置にストロボ放電管を置き、タングステン球はその後ろに置いて集光レンズによりフィラメントの像を放電管の中心に投影するという方式、ライツではそれぞれの光源にコレクターレンズを配したものを光軸を直交させる位置に置き、反射鏡で光路を切り替える仕組みのようです。どちらもケーラー照明が可能になりますが、素人工作で実現するのは難しいかもしれません。

逆にあまり細かなことを気にしないならば、集光レンズなど抜きにして、コンデンサの下に置いた拡散板にガラス板で反射させたストロボ光を照射するだけでも十分な画像が得られます。レンズの下で跳ね回るミジンコでも高速で運動するゾウリムシの繊毛でもブレることなく確実に写し止められるので、関心のある方は試してみる価値はあるでしょう。