マイクロスコープとは、非常に小さな対象や微細な構造を拡大して観察するための光学機器のことです。一般的に、マイクロスコープは目で見ることが難しい生物学、医学、材料科学、地質学、工学などさまざまな分野で微小な対象を観察するために使用されます。
マイクロスコープは、観察対象に光を当て、その透過光や反射光を対物レンズで拡大し、最終的に接眼レンズで焦点に合わせて観察します。
この仕組みは望遠鏡と同様で、観察対象の微細な構造や詳細を拡大するために用いられます。光学系によって透明な対象を観察できる透過光学系と、反射光を用いる反射光学系があり、それぞれの原理に基づいて微細な物体や試料の観察が可能です。
目視検査におけるマイクロスコープには、さまざまな種類があります。以下はその中で主なものを紹介します。
複合光学顕微鏡は一連のレンズを組み合わせて使用する顕微鏡で、その構造は対物レンズと接眼レンズの2つの主要なレンズシステムを含みます。対物レンズは試料の近くに配置され、最初の拡大を行います。その後、接眼レンズがこの拡大イメージをさらに拡大します。これらのレンズの組み合わせにより、一般的には1000倍以上の高倍率と詳細な解像度が達成されます。
外観検査において、複合光学顕微鏡は製品の微細な欠陥や異常を観察するのに特に適しています。製品の表面に微小な傷があったり、部品の形状や寸法が規格から微妙にずれていたりする場合、これらを明らかにするために高倍率と高解像度が必要となります。また、透明または半透明の材料、例えばガラスやプラスチック製品の内部構造を観察するのにも適しています。
ただし、不透明な試料や、試料全体を立体的に観察する必要がある場合には、他の顕微鏡タイプ（例えば立体顕微鏡）が適していることもあります。
位相差顕微鏡は、光学顕微鏡の一種で、透明な試料の観察に特に適しています。通常の光学顕微鏡では、透明な試料は光を吸収または反射しないため、観察が困難です。位相差顕微鏡は、この問題を解決するために開発されました。
位相差顕微鏡の構造は、通常の光学顕微鏡に位相差リングと位相差プレートを追加したものとなっています。位相差リングは、光源からの光を特定の形状に変換します。次に、試料がこの光を透過し、その過程で光の位相が変化します。その後、位相差プレートがこれらの位相の変化を視覚的に観察可能な明暗の変化に変換します。
外観検査において、位相差顕微鏡は主に透明な材料や薄いフィルム、生物組織などの観察に適しています。これらの試料は光をほとんど吸収または反射しないため、通常の光学顕微鏡では観察が困難です。しかし、位相差顕微鏡を使用すると、これらの試料の微細な構造や厚みの差を視覚的に観察することが可能となります。
蛍光顕微鏡は、特定の色素や蛍光物質に反応する光を用いて、試料の特定の部分を観察するための特殊な顕微鏡です。その構造は、通常の光学顕微鏡に蛍光光源と特定のフィルターを追加したものとなっています。
蛍光光源（通常はレーザーまたは特定の波長の光を発生するランプ）から発生した光が試料に当たり、試料中の蛍光物質が励起されて蛍光を発生します。この蛍光は特定の波長の光であり、それがフィルターによって選択的に通過され、観察されます。これにより、試料中の特定の成分や構造を視覚的に観察することが可能となります。
外観検査において、蛍光顕微鏡は特に特定の化学物質や生物学的構造の検出に適しています。例えば、製品中の特定の化学物質の存在を確認するために、その化学物質に結合する蛍光色素を使用することができます。また、生物学的製品（例えば、生物学的製薬製品）の品質検査において、特定の細胞や細胞内構造の観察にも使用されます。蛍光顕微鏡は、これらの特定の成分や構造を明確に観察し、その他の部分と区別することが可能となるため、非常に高い解像度と感度を提供します。
偏光顕微鏡は、光の振動方向を特定の方向に制限（偏光）することで、試料の光学的性質を調査するための特殊な顕微鏡です。その構造は、通常の光学顕微鏡に偏光装置と解析装置が追加されたものとなっています。
偏光装置は、光源からの光を特定の平面で振動する偏光光に変換します。この偏光光が試料を通過すると、試料の光学的性質によって光の振動状態が変化します。この変化した光は、その後解析装置（通常は偏光フィルター）を通過します。解析装置は特定の振動状態の光のみを通過させるため、試料が光の振動状態にどのような影響を与えたかを観察することが可能となります。
偏光顕微鏡は、結晶構造や繊維、薄膜などの光学異方性を持つ物質の観察に特に適しています。これらの物質は、光の振動状態に特定の方向依存性を示すため、偏光顕微鏡を使用することでその異方性を詳細に観察することができます。また、無色透明で通常の光学顕微鏡では観察が困難な試料も、偏光顕微鏡を用いることでその内部構造を観察することが可能となります。
走査型電子顕微鏡（SEM）は、試料の表面構造を高解像度で観察するための強力なツールで、電子ビームを使用して試料を走査します。その構造は、電子銃、走査コイル、検出器などから成り立っています。
電子銃から発生した電子ビームは、走査コイルによって試料表面上を精密に移動します。この電子ビームが試料と衝突すると、二次電子やバックスキャッター電子などのさまざまな種類の信号が発生。これらの信号は検出器によって検出され、デジタルイメージとして再構築されます。これにより、試料表面の微細な構造や形状を詳細に観察することが可能となります。
外観検査において、SEMは主に不透明な試料や表面の微細な構造を観察するのに適しています。これは、SEMが試料表面の高解像度イメージを提供し、試料の微細な構造や形状を詳細に観察することが可能であるためです。また、SEMはエネルギー分散型X線分析（EDS）などの技術と組み合わせることで、試料の化学組成情報も提供できます。これは、製品の品質検査や故障分析など、材料の性質を詳細に理解する必要がある多くの応用にとって有用です。
透過型電子顕微鏡（TEM）は、電子ビームを試料に透過させて内部構造を観察するための高解像度顕微鏡です。TEMの主要な構成要素には、電子銃、磁気レンズ、試料ホルダー、そして検出器が含まれます。
電子銃から発生した高エネルギーの電子ビームは、磁気レンズによって絞り込まれ、試料を透過します。試料を透過した後の電子ビームは、再び磁気レンズによって焦点を合わせられ、検出器で検出されます。試料を透過する際に電子ビームの強度や方向が試料の内部構造によって微妙に変化するため、これにより試料の内部構造を詳細に観察することが可能となります。
外観検査において、TEMは主に試料の内部構造や結晶構造を観察するのに適しています。これは、TEMが非常に高い解像度（一部のTEMでは原子レベルの解像度）を提供し、試料の内部構造を詳細に観察することが可能であるためです。また、電子回折やエネルギー分散型X線分析（EDS）などの技術と組み合わせることで、試料の結晶構造や化学組成情報も提供できます。これは、製品の品質検査や故障分析など、材料の性質を詳細に理解する必要がある多くの応用にとって有用です。
ただし、TEMを使用するためには試料を非常に薄く（通常は数十から数百ナノメートル）にする必要があります。これは、電子ビームが試料を透過できる程度に薄くしなければならないためです。このため、TEMの使用は試料の準備が困難な場合や、試料が電子ビームによるダメージに敏感な場合には制限されることがあります。
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