金相显微镜的构造与使用 金相显微镜的种类
、型号很多，按功能可 分为：教学型、生产型 、科研型。按结构型式 分为：台式、立式、卧 式。此外还有紫外、红 外、高温、低温、偏光 、相衬、干涉等各种特 殊用途的金相显微镜。 任何一种金相显微 镜均主要由光学系统、 照明系统、机械系统、 4×型金相显微镜的机械结构 附件装置(包括摄影或其 1—载物台 2—镜臂 3—物镜转换器4—微动座 5—粗动调焦手轮 6—微动调焦手轮 7—照明装 它装置)组成。
物镜和目镜
(３)物镜的数值孔径 数值孔径是反映物镜的集光能力。集光能力与进入物镜之光 线锥所张开的角度——孔径角有重要关系。根据理论的推算和试 验证明：显微镜对于试样上细微部分的鉴别能力，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ要决定于孔 径角的大小。孔径角越大从试样上反射进入物镜的光线就越多， 鉴别能力就高，呈象鲜明。在物镜上可以看到标有0.30或0.65或 0.95等数值，这就是“数值孔径”的数值。数值孔径通常以符号 “N.A”或“A”表示。 N·A=n·sinφ 式中：n——物镜与观察物之间的介质折射率； φ——物镜孔径 角的半角，φ亦可称角孔径。 n和φ越大，N· A值也越大。增大物镜孔径角，使N.A值增大 有几种办法。
显微镜的有效放大倍数
当λ选平均波长为0.00055mm时，e为0.15mm时，最小放大 倍数为：
当λ选平均波长为0.00055mm时，e为0.30mm时，最大放大 倍数为： M最小和M最大之间的范围称为“有效放大倍数”。
在选择物镜和目镜配合时，如果放大倍数不足500N.A，则 表示选用不当，即孔径为N.A的物镜所能区分的细节，因目镜 选用较低而不能被人眼识别；反之如超过1000N.A，叫做“虚 伪放大”，在这种情况下，并不能看到在有效放大倍数内所不 能分辨的细节。
质量控制和产品检验以及失效分析等。
金相显微镜的成象原理
人眼对客观物体细节的鉴别能力是很低的，一般是在0.15~ 0.30mm 间。因此，观察物体的显微形貌，必需藉助显微镜。 显微镜放大的光学系统由两级组成。第一级是物镜，细节 AB通过物镜得到放大的倒立实角A1B1。A1B1的细节虽已为被 区分开，但其尺度仍很小，仍不能为人眼所鉴别，因此，还需 第二次放大。第二级放大是通过目镜来完成。当经第一级放大 的倒立实象处于目镜的主焦点以内时，人眼可通过目镜观察到 二次放大的A3B3的正立虚象。观察物体的细节经物镜放大后的 实象落到目镜主焦点以内后，人眼观察可看到经两次放大后的 虚象。 A3B3 虚象就是经物镜和目镜两次放大后的组合物象。
(４)物镜的标记 国内外显微镜物镜常用标记
物镜类型 国内用标记
物镜和目镜
国外用标记 Achromatic Apochromatic Planachromatic Planapochromatic Pol Phaco Oil或Oel、Hl。Ol
消色差物镜 复消色差 半复消色差 平场消色差 平场复消色差 偏光 相衬 长焦距 油浸系
金相显微镜的构造与使用
XJZ-1型金相显微镜的光学原理
光源(1)经聚光镜前组(2)，滤色片(3)后在孔径光阑(4)处成象。聚光镜(5) 及(8)将孔径光阑成象在物镜(11)的后焦面附近，经物镜后，以近似平行光 经均匀照明物面(O)。视场光阑(6)被聚光镜(8)，半透反射镜(9)，辅助物镜 (12)，物镜(11)成象在物平面处。由物面衍射成象光线被物镜接收，经辅 助物镜(12)和(15)及转向棱镜(17)将物体成一放大实角在目镜(18)的闪焦面 O′处，以便于人眼通过目镜进行观察。 当棱镜(17)移出光路时，由的面衍射的成象光线经物镜(11)，辅助物镜 (12)和(15)后进入120摄影装置。由摄影目镜(20)及半反射镜(21)将物象转 成在O″′处，操作者可通过取景目镜(22)对所摄对象准焦和取景。快门开 启时，物象便成象在摄影胶片O″上。 在需要使用偏光的场合，将起偏器(7)推入光路，检偏器(16)插入光路并 转动方位，就可进行偏光检查。 如将锥形反光镜(19)推入光路，换下聚光镜(8)，此时经过视场光阑后的 平行光束被锥形反射镜及暗场反射镜(13)分成一环形光束，抛物面聚光镜 (10)使光束会聚照明物面O。照明光线不再进入物镜，只有衍射光线进入 物镜成象，因而可实现暗场照明 。
以上的象差对显微镜成象影响最大的是球面象差、 象域弯曲和多色象差。
(1) 球面象差 产生的原因是由于球面单片透镜的中心与边缘 厚薄不同，即使是单色光通过时也将产生不同的折 射，通过透镜后不焦集于一点，轴上象点被一个弥 散的光斑所代替，这就是球面象差。为了改善球面 象差，现在都采用复合透 镜，即在主透镜前加一发 散凹透镜。尽管如此，并 不能完全消除，因此在使 用显微镜是可以通过适当 调节孔径光阑的大小加以 球面象差 改善。
/ FS BF PC PF PG XC CJ Y或油
(４)物镜的标记
物镜和目镜
数学符号识别 如 40/0.65 表示放大40×，N.A=0.65; 160/0 表示机械镜筒长为160mm，不用盖玻片； 或 ∞/0 表示机械镜筒长为∞，不用盖玻片。
(５)物镜的鉴别能力 显微镜的鉴别能力主要决定于物镜。物镜的鉴别能力可分为 平面和垂直鉴别能力。 平面鉴别能力是指物镜对显微组织所能获得清晰可分映象的 能力。分辨率一般用能分辨两点间最小距离d的倒数(1/d)表示。 一般来讲从实用的角度分辨率只是一个比较数。而两点间最小距 离d对实用有重要意义。显微镜的平面鉴别能力可由下式求得 式中：λ——入射光源的波长； N.A——物镜的数值孔径。 从上式中可以看出，当λ为定值时N.A值越大，d值越小，说 明显微镜能分辨的最小间距值越小，物镜的鉴别能力越高。当λ 值越小，d值也会小。取白色光的平均波长0.00055mm；如前述 一般物镜孔径角不超过140°，用香柏油作介质和油浸物镜，上 式计算得d≈0.0002mm。这就是一般显微镜的极限分辨能力。
物镜和目镜
物镜和目镜
(1)物镜的类型 物镜的类型是根据透镜的象差、色差校正程度来分类 的。其分类和校正情况参见表1-1。 表1-1 物镜的几种类型
物镜种类 消色差物镜 平面消色差物镜 复消色差物镜 平面复消色差物镜 对象域中心的校正 对视场边缘 的校正 未校正 已校正 未校正 已校正
色 差
校正红、绿两波区 校正红、绿两波区 校正红、绿、紫波区 校正全波区
物镜和目镜
物镜和目镜
(５)物镜的鉴别能力 垂直鉴别能力又称为景深，是物镜对高低不平的物体清晰造 象的能力。这时的深度是指在平面获得清晰造象时，在聚焦平面 前、后之间高低不平的物体能较清晰成象时的距离。垂直鉴别能 力h可由下式求得：
式中：n——介质折光率； λ——入射光源的波长； M——显微镜放大倍数； N.A——数值孔径。
球差
校正黄、绿两波区 校正黄、绿两波区 校正绿、紫两波区 校正绿、紫两波区
(２)物镜放大倍数 物镜的放大倍数，是指物镜在线长度上放大实物倍数的能 力指标。有两种方法，一种是直接在物镜上刻度出如8X、10X 、45X等；另一种则是在物镜上刻度出该物镜的焦距f，焦距越 短，放大倍数越高。前一种物镜放大倍数公式为 ，L是 光学镜筒长度，L值在设计时是很准确的，但在实际应用时， 因不好量度，常用机械镜筒长。机械镜筒长度是指从显微镜目 镜接口处到显微镜上物镜上物镜接口处之直线距离。每一物镜 上都用数字标明了机械镜筒长度，在使用中如选用另一台显微 镜的物镜时，其机械镜筒长度必须相同，这时倍数才有效。否 则，显微镜的放大倍数应予修正，应为： 式中： C——为修正系数。修正系数可用物镜测微尺和目 镜测微尺定度出来 。
１ 物镜的成象 根据几何光学可知，当被观察的物体处于该透镜的一倍焦 距与二倍焦距之间时，物体的反射光通过物镜经折射后在透镜 的另一侧可以得到一个放大的倒立实像。为了充分发挥物镜的 能力，一般设计时是让被观察物体处于很接近于焦点处，因此 计算其放大倍数时可以用物镜的焦距f。显微镜的成象质量、 鉴别能力、有效放大倍数主要决定于物镜 。
显微镜总的放大倍数
显微镜的有效放大倍数
显微镜是提供人们观察物体细节的一种仪器，在保证鉴别 能力的前题下，将物体放大一定的倍数使达到人眼所能分辨。 因此放大倍数与人眼鉴别能力是相关的。正常人眼的鉴别能力 在明视距离250mm远处为0.15~0.30mm间。设人眼鉴别能力为e ，则根据前述公式可导出：
置 8—底座 9—平台托架 10—碗头组 11—视场 光阑 12—孔径光阑
金相显微镜的构造与使用
(1) 光学系统 由灯泡发出的一束光线，经过透镜组、反光镜会聚于孔径 光阑，随后经过聚光镜，再将光线聚焦在物镜后焦面，最后 光线投射到试样上。从试样磨面反射回来的光线复经物镜、 辅助透镜、半反射镜及棱镜造成一个放大倒立的实像，由目 镜再次放大在明视距离处形成虚象。
物镜分辨能力
物镜和目镜
2目镜的成象 同样据几何光学成象规律可知，当被观察物体处于该透镜 的一倍焦距以内时，人眼通过透镜观察，可以在250mm远处看 到一个放大了的正立虚象(250mm在这里称为明视距离)。
物镜和目镜
目镜的成像 经过物镜放大的象(区分开的细节)往往尺度还很小，还不 能为人眼所分辨。目镜能起到再放大的作用，使在显微观察时 ，在明视距离处能看到一个清晰放大的虚象；而在显微摄影时 ，通过投射目镜能在承影屏上得到一个放大倒立的实象。某些 物镜(如补偿目镜)除放大作用之外，还能将物镜造象的残余象 差予以校正。由于入射光束接近平行，目镜的角孔径极小，故 目镜本身的鉴别能力甚低，它的主要功能是将物镜的初步映象 再次进行放大供人眼观察。 目镜按其构造型式，可分为负型(福根型)目镜、正型(雷斯 登型)目镜、补偿型目镜和放大型目镜几种。 目镜按其用途可分为测微目镜、示教目镜、双筒目镜、专 用于摄影的紫外线目镜等。
(2) 象域弯曲 直立物体通过透镜后得到弯曲的映象，称为象 域弯曲。其形成原因是由远轴细光束倾斜射入透镜 造成的。这种象差对金相显微摄影尤为不利，所以 在金相摄影时；应选用平面消色差和平面复消色差 物镜，因为它们对视场边缘进行了色差校正。