金属顕微鏡の撮像原理
1. 明視野、暗視野
明視野は、顕微鏡でサンプルを観察する最も基本的な観察方法で、顕微鏡の視野内に明るい背景を表示します。基本原理は、光源が垂直またはほぼ垂直で、対物レンズを通してサンプル表面を照らすと、サンプル表面を通して対物レンズに反射され、画像を形成するというものです。
暗視野照明法と明視野照明法の違いは、顕微鏡の視野領域に暗い背景が現れることです。明視野照明法は垂直または垂直入射ですが、暗視野照明法は対物レンズの外側で周囲の斜照明を介して照明します。サンプルは照射光を散乱または反射し、サンプルによって散乱または反射された光が対物レンズに入り、サンプルを結像します。暗視野観察では、明視野では観察が難しい無色の小さな結晶や淡色の小さな繊維をはっきりと観察できます。
2. 偏光、干渉
光は電磁波であり、電磁波は横波です。横波のみが偏光を持ちます。これは、電気ベクトルが伝播方向に対して一定の方法で振動する光として定義されます。
光の偏光現象は、実験装置の助けを借りて検出できます。2 つの同一の偏光子 A と B を用意し、自然光を最初の偏光子 A に通します。このとき、自然光も偏光になりますが、人間の目では区別できないため、2 つ目の偏光子 B が必要になります。偏光子 A を固定し、偏光子 B を A と同じ水平面に置きます。偏光子 B を回転させます。B が回転するにつれて、透過光の強度が周期的に変化することがわかります。90 度回転するごとに、光強度は最大から最大へと徐々に増加します。最も暗くなるまで弱まり、その後 90 度回転すると、光強度は最も暗いところから最も明るいところへと徐々に増加します。そのため、偏光子 A は偏光子、偏光子 B は検光子と呼ばれます。
干渉とは、相互作用ゾーンで2列のコヒーレント波（光）が重ね合わされることによって、光の強度が強まったり弱まったりする現象です。光干渉は、主に二重スリット干渉と薄膜干渉に分けられます。二重スリット干渉とは、2つの独立した光源から発せられる光がコヒーレント光ではないことを意味します。二重スリット干渉装置は、1本の光線を二重スリットに通して2本のコヒーレント光にし、光スクリーン上で通信して安定した干渉縞を形成します。二重スリット干渉実験では、光スクリーン上の特定の点と二重スリットとの距離差が半波長の偶数倍の場合、その点に明るい縞が現れます。光スクリーン上の特定の点と二重スリットとの距離差が半波長の奇数倍の場合、この点に現れる暗い縞はヤングの二重スリット干渉です。薄膜干渉は、光線がフィルムの2つの表面で反射された後、2本の反射光が形成される現象です。 この現象を薄膜干渉といいます。薄膜干渉では、表面と裏面からの反射光の光路差は膜の厚さによって決まるため、薄膜干渉では膜の厚さが等しいところには同じ明縞（暗縞）が現れるはずです。光波の波長は極めて短いため、薄膜が干渉する場合、干渉縞が観測できる程度に誘電体膜が薄くなければなりません。
3. 微分干渉コントラストDIC
金属組織顕微鏡DICは偏光の原理を利用しています。透過型DIC顕微鏡には、主に偏光子、DICプリズムI、DICプリズムII、検光子の4つの特殊な光学部品があります。偏光子は集光システムの直前に設置され、光を直線偏光します。集光器にはDICプリズムが設置されています。このプリズムは、光線を異なる偏光方向を持つ2つの光線（xとy）に分解し、2つの光線が小さな角度を形成します。集光器は、2つの光線を顕微鏡の光軸と平行に揃えます。最初は、2つの光線は同じ位相を持っています。試料の隣接領域を通過した後、試料の厚さと屈折率が異なるため、2つの光線の間に光路差が生じます。対物レンズの後焦点面にDICプリズムIIが設置されており、2つの光波を1つに結合します。このとき、2つの光線の偏光面（xとy）はまだ存在します。 最後に、ビームは最初の偏光装置であるアナライザーを通過します。ビームが接眼レンズで DIC 画像を形成する前に、アナライザーは偏光子に対して直角に向けられます。アナライザーは、2 つの垂直な光波を同じ偏光面を持つ 2 つのビームに結合し、干渉させます。x 波と y 波の光路差によって、透過する光の量が決まります。光路差が 0 の場合、光はアナライザーを通過しません。光路差が波長の半分に等しい場合、通過する光は最大値に達します。そのため、灰色の背景では、標本構造の明暗が異なります。画像のコントラストを最適にするために、DIC プリズム II の縦方向微調整を調整することで、光路差を変更できます。光路差によって画像の明るさが変わります。DIC プリズム II を調整すると、標本の微細構造に正または負の投影画像を表示できます。通常、片側は明るく、もう片側は暗く、標本の人工的な立体感を生み出します。
