以礦物的高解析度影像進行偏光觀察
在石油產業的廠房建設、建築產業等的素材研究及大學的研究機關等許多領域中，常需要放大觀察礦石和岩石的內含礦物。由於礦物通常很難憑目視或放大鏡的巨觀狀態來鑑定內含物，因此會使用偏光顯微鏡進行觀察。
在此介紹偏光顯微鏡的基礎知識及礦物的代表性觀察項目，並介紹能支援偏光觀察的4K數位顯微鏡對礦物進行偏光觀察的實際案例。
- 不同目的之礦物觀察方法
- 何謂偏光顯微鏡
- 何謂尼科爾稜鏡（平行尼科爾稜鏡、正交尼科爾稜鏡）
- 礦物偏光觀察的項目
- 4K數位顯微鏡在礦物偏光觀察中的應用案例
- 除了礦物，還能實現各種觀察、分析的4K數位顯微鏡
不同目的之礦物觀察方法
要以數十倍左右的低倍率來觀察與鑑定位於礦石及岩石間隙的微小礦物集合體及結晶形態，以及礦石或岩石組織時，會使用倍率高於能放大約10倍的放大鏡、可進行立體觀察的「立體顯微鏡」。
另一方面，要調查礦石及岩石中的礦物種類及組織時，則會製作標本（薄片）試料，使用「偏光顯微鏡」進行觀察。通常會放大至50倍以上來觀察與鑑定礦物及其組織。
何謂偏光顯微鏡
偏光顯微鏡是光學顯微鏡的一種。這種顯微鏡會利用往一定方向振動的光穿透的「偏光」，以及光的振動方向會隨物質而異的性質來實現觀察。其鏡頭及照明等搭載了後面會說明的尼科爾稜鏡（偏光板、偏光濾鏡）。
一般的偏光顯微鏡會透過「尼科爾稜鏡（起偏鏡、偏振鏡）」的偏光板將照射過來的光變化成偏光，再以位於物鏡、目鏡之間的另一個偏光板「分析尼科爾稜鏡（檢偏鏡、分析鏡）」來檢測穿透試料的光的偏光狀態。藉此即可將目標物的光學特性轉換成試料的明暗及色彩對比，將其可視化。
利用這樣的原理，即可透過礦物在偏光條件下的光學性質來鑑定岩石等內含的微小礦物，以及選擇性地捕捉與觀察岩石組織。此外觀察礦石及岩石時，為使照明光穿透，需要將目標物削成0.03 mm左右的厚度，再貼附於載玻片上做成標本，將其作為試料放置於載物台。
由於偏光顯微鏡可以放大調查微小觀察對象的光學特性，因此除了礦物以外，也被廣泛應用於玻璃、樹脂（薄膜等）、聚合物、纖維，以及高分子素材與用其製成的醫藥品等的研究上。
何謂尼科爾稜鏡（平行尼科爾稜鏡、正交尼科爾稜鏡）
一般的光會朝各種方向振動。讓這些光通過稱為「尼科爾稜鏡」的偏光濾鏡（偏光板）後，就能轉變成朝特定方向振動的光（偏光）。只要旋轉試料來改變其相對於尼科爾稜鏡所偏光的方向，能捕捉的光的振動方向就會改變，所以能選擇性地檢測特定目標物與其特性。
使用尼科爾稜鏡的代表性偏光觀察方法有以下兩種。
- A
- 光
- B
- 尼科爾稜鏡
- C
- 振動方向
平行尼科爾稜鏡
指使用一個方向的尼科爾稜鏡來觀察標本的行為，又稱單尼科爾稜鏡或開放尼科爾稜鏡。如左圖，只會讓朝尼科爾稜鏡相同方向振動的光穿透。
正交尼科爾稜鏡
又稱直交尼科爾稜鏡，指將標本試料放入兩個偏光方向正交的尼科爾稜鏡之間進行觀察的行為。如右圖，振動方向垂直以及平行於兩個尼科爾稜鏡的光無法穿透。此外若重疊這兩個尼科爾稜鏡，畫面將會變成一片黑暗，但隨著放置於它們之間的試料的光振動方向不同，有時仍可穿透正交尼科爾稜鏡來進行觀察。
礦物偏光觀察的項目
以下說明偏光顯微鏡在礦物觀察中的應用方式，以及其代表性觀察項目。
礦物的形態
以肉眼觀察礦石及岩石時，只能看見柱狀或板狀等大致的形態。另一方面，只要將礦石削成薄片，做成標本試料後再使用偏光顯微鏡以平行尼科爾稜鏡進行觀察，便能放大其截面的礦物形態，進行選擇性的觀察。
解理
使用平行尼科爾稜鏡以偏光觀察多條稱為解理線，相互平行或以一定角度相交的線性裂痕（線條）。
折射率
調查光穿透礦物時折射的程度，即「折射率」。使用偏光顯微鏡進行觀察時，可藉由能否於平行尼科爾稜鏡下看見礦物清晰的黑色裂痕（線條）或輪廓來查得折射率。
多色性
多色性指的是在平行尼科爾稜鏡的偏光下旋轉可看見色彩的礦物試料時，顏色會發生變化的現象。在多色性的色彩變化中，每將試料旋轉360°，就能看見兩次相同的顏色。舉例來說，偏光觀察普通角閃石時，每旋轉90°，它就會顯示交互出現淡褐色與深褐綠色的多色性。
帶狀構造
帶狀構造指的是單一結晶在生長過程中，最後生長的外圍部的成分與最初生長的中心部不同的結構。這樣的結構常見於分類於火成岩的斜長石及輝石等礦物。帶狀構造的偏光觀察會使用正交尼科爾稜鏡進行。
干涉色
以正交尼科爾稜鏡進行偏光觀察時，每將試料旋轉360°，視野就會反覆變亮、變暗各4次。其中最為明亮的位置稱為「對角位」。在對角位觀察到的礦物顏色即為「干涉色」。
消光角
以正交尼科爾稜鏡進行偏光觀察時，只要旋轉試料，視野中的多個礦物結晶看起來就會忽亮忽暗。觀察會在360°旋轉中變暗4次的礦物時，視野變得最暗（黑暗）的位置稱為「消光位」。消光位與視野垂直方向所夾的角度即為「消光角」。
延性的正、負
如果在將λ濾波器（靈敏色板、1波長板）插入正交尼科爾稜鏡之間的狀態下旋轉試料，結晶的裂痕（線條）及較薄的周圍部分看起來會呈黃色或藍色。 在目標物呈藍色的位置停止旋轉後，若λ濾波器的Z´方向與礦物的延伸方向幾乎一致，則伸長為「正」；另一方面，若與X´方向一致，則伸長為「負」。
雙晶
雙晶指的是原子排列的方向以礦物結晶中的某個晶格面為界線，開始規則變化的現象。在正交尼科爾稜鏡下，產生雙晶的礦物結晶中消光與未消光的部分會呈現出明暗的直線線條。其明暗會隨著試料的旋轉互換。
離溶組織
離溶組織指的是固體礦物由於溫度緩慢降低，而在固體狀態下直接分離（離溶）成2種以上的礦物後形成的組織。離溶組織能以正交尼科爾稜鏡進行偏光觀察。
4K數位顯微鏡在礦物偏光觀察中的應用案例
在進行礦物的偏光觀察時，必須清晰地捕捉不同角度呈現的變化。但是觀察礦物時很難找出透射照明的條件等，不只需要熟練的能力、經驗，以及許多的時間，評估也可能隨觀察者的不同而有偏差，存在諸多課題。
KEYENCE的超高精細4K數位顯微鏡「VHX系列」採用高性能的光學系統、4K CMOS，以及能透過簡單操作運用豐富功能的獨創觀察系統。
此外還支援平行尼科爾稜鏡及正交尼科爾稜鏡的觀察，進行礦物的偏光觀察時也可以透過簡單的操作取得高解析度的4K影像，能有效率且迅速地執行礦物鑑定及組織觀察。
在此介紹使用「VHX系列」的礦物偏光觀察案例。
礦物的偏光觀察
4K數位顯微鏡「VHX系列」的獨創觀察系統能以全電動方式進行對焦，以及包含旋轉在內的載物台驅動等，可正確又有效率地進行偏光觀察。
除了實現簡單操作與高功能的觀察系統以外，還有能因應各種觀察者需求的鏡頭，可支援平行尼科爾稜鏡及正交尼科爾稜鏡的觀察。
只要使用擺頭式變焦鏡頭（VH-ZST）即可做到20至2000倍的大幅倍率支援，也無須因為倍率而更換鏡頭。透過本機控制的混合光及各種光學適配器的多樣化照明，還能實現進行礦物鑑定及組織觀察的最佳環境。只要使用這些高性能的光學系統及照明，再透過4K CMOS成像，便能以前所未有的高精細4K影像來觀察礦物。
除了礦物，還能實現各種觀察、分析的4K數位顯微鏡
4K數位顯微鏡「VHX系列」不只能當作實現高精細4K畫質的偏光顯微鏡使用，作為立體顯微鏡、金相顯微鏡及工具顯微鏡也能發揮高度的性能與功能，提供明視野、暗視野、偏光、微分干涉等豐富的觀察方法。可將自動控制運用於各種目標物的觀察與分析，強力支援研究業務。
「VHX系列」具備了充實的功能，除了只憑1個按鈕就能提升效率找出照明條件的「多重照明」功能以外，還有在高倍率下仍可取得立體目標物的視野全區全對焦影像的「深度合成」功能等，能實現以往不可能的4K影像高階觀察。
也能透過直覺的操作來執行次微米級的高精度2D、3D量測、取得3D影像及輪廓量測，以及自動面積量測、計數等高階分析。
此外「VHX系列」可直接安裝Excel，使用任意範本來自動編製報告。僅需1台「VHX系列」，即可無縫且有效率地完成觀察與分析的一連串作業。
有關「VHX系列」的詳細說明，請下載型錄，或洽詢KEYENCE。
