矿物高分辨率图像的偏光观察
石油行业的工厂建设、建筑等行业的素材研究、大学研究机构等多种领域，均需要对包括矿石和岩石等在内的矿物实施放大观察。多数情况下，使用目视或放大镜的宏观实态观察很难完成成分辨识等操作，所以采用偏光显微镜进行观察。
下面我们将为您说明偏光显微镜的基础和矿物的代表性观察项目，并介绍使用支持偏光观察的4K数码显微系统的矿物偏光观察案例。
- 矿物各种用途的观察方法
- 何谓偏光显微镜
- 何谓尼科尔棱镜（平行尼科尔棱镜、正交尼科尔棱镜）
- 矿物偏光观察中的项目
- 矿物偏光观察中4K数码显微系统的应用案例
- 以矿物为首实现各种观察和分析的4K数码显微系统
矿物各种用途的观察方法
如果要以数十倍左右的低倍率观察并辨识矿石或岩石之间的微小矿物的集合体、结晶形态、矿石或岩石的组织，则使用倍率比放大10倍左右的放大镜更高、具有立体视角的“立体显微镜”。
而如果要调查矿石和岩石中的矿物种类和组织等，需要制作标本（薄片）的样品，并使用“偏光显微镜”进行观察。一般来说，会放大50倍或以上观察并辨识矿物及其组织。
何谓偏光显微镜
偏光显微镜是指光学显微镜的一种，使用仅透过在一定方向上振动的光线的“偏光”，并利用因物质而异的光线振动方向进行观察。它使用搭载了之后会说明的尼科尔棱镜（偏光片、偏光镜）的镜头和照明等。
偏光显微镜用名为“偏光尼科尔棱镜（起偏振镜、偏振器）”的偏光片把照射的光线变成偏光，并且通过位于物镜和目镜之间的另一块偏光片“分析尼科尔棱镜（分析器、检偏器）”检测穿过样品光线的偏光状态。这样可转换样品的明暗和颜色对比度，并将目标物的光学特性可视化。
利用这个原理，根据偏光条件下矿物的光学性质，可辨识岩石等包含的微小矿物，或选择性地捕捉并观察岩石组织进行观察。此外，在观察矿石或岩石时，为了使照明光线发生透射，将目标物切成0.03 mm左右的厚度，并把贴在玻璃滑片上的标本作为样品放置在载物台上。
因为偏光显微镜可放大并调查微小观察目标的光学特性，所以除了矿物之外，还广泛用于玻璃、树脂（薄膜等）、聚合物、纤维、高分子材料以及把这些作为原材料的医药品等的研究。
何谓尼科尔棱镜（平行尼科尔棱镜、正交尼科尔棱镜）
普通光线会在各个方向上振动。使这种光线穿过名为“尼科尔棱镜”的偏光镜（偏光片），可将其变成在特定方向上振动的光线（偏光）。将样品侧向尼科尔棱镜旋转，使其变化为偏光方向后，要捕捉光线的振动方向发生变化，因此可选择性地检测特定目标物及其特性。
使用尼科尔棱镜代表性的偏光观察方法有以下两种。
- A
- 光线
- B
- 尼科尔棱镜
- C
- 振动方向
平行尼科尔棱镜
指通过1个方向的尼科尔棱镜观察标本，也称为单尼科尔棱镜或开放尼科尔棱镜。如左图所示，仅在与尼科尔棱镜相同方向上振动的光线才可透过。
正交尼科尔棱镜
也称为直交尼科尔棱镜。指在偏光方向相互正交的两块尼科尔棱镜之间放入标本样品并进行观察。右如图所示，在对于两块尼科尔棱镜垂直和平行的方向上振动的光线无法透过。此外，当这两块尼科尔棱镜重叠时会变得漆黑，但是可根据它们之间放置的样品光线振动方向，透过正交尼科尔棱镜进行观察。
矿物偏光观察中的项目
下面将说明在观察矿物时如何使用偏光显微镜，以及代表性的观察项目。
矿物的形态
在用肉眼观察矿石或岩石时，只可看见柱状、片状等大致形态。而把矿石切成薄片制作标本样品，并使用偏光显微镜通过平行尼科尔棱镜进行观察，可放大截面上矿物的形态，并选择性地实施观察。
解理
用平行尼科尔棱镜对被称为解理纹的、多条相互平行或以一定角度相交的直线裂纹（纹理）进行偏光观察。
折射率
检查光线在穿过矿物时会发生多大程度折射的“折射率”。在使用偏光显微镜观察时，可通过平行尼科尔棱镜观察矿物的裂纹（纹理）或轮廓是否是清晰发黑来检查折射率。
多色性
多色性是指，对于可确认颜色的矿物，在平行尼科尔棱镜的偏光下旋转其样品时，颜色会发生变化。在多色性的颜色变化中，每次把样品侧进行360°旋转时，相同的颜色可看到2次。例如，一般在观察角闪石的偏光时，每旋转90°，就会交替出现淡褐色和深绿褐色，显示出其多色性。
环带结构
环带结构是指在单个晶体成长的过程中，与最后成长的周边部分和最初成长的中心部分成分不同的结构。这种结构常见于火成岩中包含的斜长石和辉石等矿物。环带结构的偏光观察需要用到正交尼科尔棱镜。
干涉色
在使用正交尼科尔棱镜的偏光观察中，每次把样品侧旋转360°，都可重复4次明暗。其中最明亮的位置称为“对角位置”。在对角位置可观察到的矿物颜色是“干涉色”。
消光角
在使用正交尼科尔棱镜的偏光观察中，当旋转样品侧时，多个矿物结晶会变亮或变暗。其中在360°旋转中变暗4次的矿物，变得最暗（漆黑）的位置就是“消光位”。该消光位和视野的垂直方向所形成的角度就是“消光角”。
延性的正负
在将λ滤镜（灵敏色辉片、全波片）插入正交尼科尔棱镜间的状态下，在旋转样品侧后，结晶的裂纹（纹理）和薄边缘部呈黄色或蓝色。 在目标物呈蓝色的位置上停止旋转，当λ滤镜的Z´方向和矿物延长方向基本一致时，延性为“正”。而当与X´的方向一致时，延性为“负”。
双晶
双晶是指将矿物结晶内的晶格面作为边界，原子排列方向有规律地变化。对于双晶矿物，通过正交尼科尔棱镜在晶体内消光过的部分和未消光的部分可看作有明暗的直线条纹。可通过旋转样品侧来反转明暗情况。
出溶结构
出溶结构是指由于温度缓慢下降，固体矿物保持固体形式，分离（出溶）成两种以上矿物而形成的结构。出溶结构可通过正交尼科尔棱镜进行偏光观察。
矿物偏光观察中4K数码显微系统的应用案例
在矿物偏光观察中，必须清晰地捕捉各角度下所见内容的变化。但是，在矿物的观察中，设定透过照明条件等操作的难度高，需要熟练的技巧、经验以及大量时间，此外，各观察人员得出评价也会存在偏差，这些都是需要面对的课题。
基恩士的超高精细4K数码显微系统“VHX系列”采用高性能的光学系统和4K CMOS，以及特有的观察系统，用简单操作就可使用丰富的功能。
此外，它还支持用平行尼科尔棱镜和正交尼科尔棱镜进行观察，因此可在矿物偏光观察中，通过简单操作获取高分辨率的4K图像，提升矿物辨识和组织观察的效率和速度。
下面我们将为您介绍使用“VHX系列”的矿物偏光观察应用案例。
矿物偏光观察
4K数码显微系统“VHX系列”是一套基恩士特有的观察系统，以全电动方式执行包括对焦、旋转在内的载物台驱动等操作，帮助人员准确高效地进行偏光观察。
除了实现简单操作和高功能的观察系统之外，基恩士还推出能满足观察人员各种需求的镜头，并支持用平行尼科尔和正交尼科尔进行观察。
使用旋转式高性能镜头（VH-ZST），无需根据倍率更换镜头，支持20至2000倍的宽倍率。通过主体控制的混合光、使用各种光学适配器进行的多彩照明，为矿物辨识和组织观察提供理想环境。使用这些高性能的光学系统和照明，并用4K CMOS成像，便可通过全新的高精细4K图像对矿物进行观察。
以矿物为首实现各种观察和分析的4K数码显微系统
4K数码显微系统“VHX系列”不仅是可实现高精细4K画质的偏光显微镜，还作为立体显微镜、金相显微镜、工具显微镜发挥高性能和高功能，并涵盖明视场、暗视场、偏光、微分干涉等多种观察方法。可对各目标物的观察和分析使用自动控制，强力支持研究工作。
除了一键使照明条件设定更加高效化的“多方位多功能照明”功能之外，“VHX系列”还配备了通过新型4K图像实现高水平观察的功能，例如“深度合成”功能等，即使采用高倍率也可获取包括立体目标物在内的整个视野的全幅对焦图像。
此外，还可通过直观的操作执行次微米级的高精度二维和三维测量、3D图像获取、轮廓测量以及自动面积测量、计数。
而且，“VHX系列”可直接Excel，使用各种模板自动制作报告。仅用1台“VHX系列”设备，就可无缝、高效地完成观察和分析的一系列工作。
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