标题金相显微镜的一些基础知识概述

一．金相显微镜的构造
金相显微镜的种类和型式很多，最常见的有台式、立式和卧式三大类。金相显微镜的构造通常由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成，有的显微镜还附带有多种功能及摄影装置。目前，已把显微镜与计算机及相关的分析系统相连，能更方便、更快捷地进行金相分析研究工作。
1．光学系统：
其主要构件是物镜和目镜，它们主要起放大作用。并获得清晰的图象。物镜的优劣直接影响成象的质量。而目镜是将物镜放大的象再次放大。
2．照明系统：
主要包括光源和照明器以及其它主要附件
（1）光源的种类：
包括白炽灯（钨丝灯）、卤钨灯、碳弧灯、氙灯和水银灯等。常用的是白炽灯和氙灯，一般白炽灯适应于作为中、小型显微镜上的光源使用，电压为6—12伏，功率15—30瓦。而氙灯通过瞬间脉冲高压点燃，一般正常工作电压为18伏，功率为150瓦，适用于特殊功能的观察和摄影之用。一般大型金相显微镜常同时配有两种照明光源，以适应普通观察和特殊情况的观察与摄影之用。
（2）光源的照明方式：
主要有临界照明和科勒照明。散光照明和平行光照明适应于特殊情况使用。
1）临界照明：光源的象聚焦在样品表面上，虽然可得到很高的亮度，但对光源本身亮度的均匀性要求很高。目前很少使用。

2）科勒照明：特点是光源的一次象聚焦在孔径光栏上，视场光栏和光源一次象同时聚焦在样品表面上，提供了一个很均匀的照明场，目前广泛使用。
3）散光照明：特点是照明效率低，只适应投射型钨丝灯照明。
4）平行光：照明的效果较差，主要用于暗场照明，适应于各类光源。
（3）光路形式
按光路设计的形式，显微镜有直立式和倒立式两种，凡样品磨面向上，物镜向下的为直立式，而样品磨面向下，物镜向上的为倒立式。
（4）孔径光栏和视场光栏
孔径光栏位于光源附近，用于调节入射光束的粗细，以改变图象的质量。缩小孔径光栏可减少球差和轴外象差，加大衬度，使图象清晰，但会使物镜的分辨率降低。视场光栏位于另一个支架上，调节视场光栏的大小可改变视域的大小，视场光栏愈小，图象衬度愈佳，观察时调至与目镜视域同样大小。
（5）滤色片
用于吸收白光中不需要的部分，只让一定波长的光线通过，获得优良的图象。一般有黄色、绿色和蓝色等。
3．机械系统
主要包括载物台，镜筒、调节螺丝和底座。
（1）载物台：用于放置金相样品。
（2）镜筒：用于联结物镜、目镜等部件。
（3）调节螺丝：有粗调和细调螺丝，用于图象的聚焦调节。
（4）底座：起支承镜体的作用。
二．光学显微镜的放大成像原理及参数
１．金相显微镜的成像原理,
显微镜的成象放大部分主要由两组透镜组成。靠近观察物体的透镜叫物镜，而靠近眼睛的透镜叫目镜。通过物镜和目镜的两次放大，就能将物体放大到较高的倍数，见图1，显微镜的放大光学原理图。物体AB置于物镜前，离其焦点略远处，物体的反射光线穿过物镜折射后，得到了一个放大的实象A1B1，若此象处于目镜的焦距之内，通过目镜观察到的图象是目镜放大了的虚象A2B2。
２．显微镜的放大倍数
物镜的放大倍数M物=A1B1/AB≈L╱F1
目镜的放大倍数=A2B2/A1B1≈D╱F2
两式相乘：M物×M目=A1B1/AB×A2B2/A1B1=A2B2/AB
=L╱F1×D╱F2=L×250╱F1×F2=M总
式中：L—为光学镜筒长度（即物镜后焦点到目镜前焦点的距离）
F1—物镜的焦距。F2—目镜的焦距
D—明视距离（人眼的正常明视距离为250mm）
即显微镜总的放大倍数等于物镜放大倍数和目镜放大倍数的乘积。一般金相显微镜的放大倍数最高可达1600到2000倍。

由此可看出：因为L光学镜筒长度为定值，可见物镜的放大倍数越大，其焦距越短。在显微镜设计时，目镜的焦点位置与物镜放大所成的实象位置接近，并使目镜所成的最终倒立虚象在距眼睛250毫米处成象，这样使所成的图象看得很清楚。
显微镜的主要放大倍数一般通过物镜来保证，物镜的最高放大倍数可达100倍，目镜的最高放大倍数可达25倍。放大倍数分别标注在物镜和目镜各自的镜筒上。在用金相显微镜观察组织时，应根据组织的粗细情况，选择适当的放大倍数，以使组织细节部分能观察清楚为准，不要只追求过高的放大倍数，因为放大倍数与透镜的焦距有关，放大倍数越大，焦距越小，会带来许多缺陷。
3．透镜象差：
透镜象差就是透镜在成象过程中，由于本身几何光学条件的限制，图象会产生变形及模糊不清的现象。透镜象差有多种，其中对图象影响最大的是球面象差、色象差和象域弯曲三种。
显微镜成象系统的主要部件为物镜和目镜，它们都是由多片透镜按设计要求组合而成，而物镜的质量优劣对显微镜的成象质量有很大影响。虽然在显微镜的物镜、目镜及光路系统等设计制造过程中，已将象差减少到很小的范围，但依然存在。
（1）球面象差：
1）产生原因：球面象差是由于透镜的表面呈球曲形，来自一点的单色光线，通过透镜折射以后，中心和边缘的光线不能交于一点，靠近中心部分的光线折射角度小，在离透镜较远的位置聚焦，而靠近边缘处的光线偏折角度大，在离透镜较近的位置聚焦。所以形成了沿光轴分布的一系列的象，使图象模糊不清。这种象差称球面象差，见图2所示。

2）校正方法：
a采用多片透镜组成透镜组，即将凸透镜与凹透镜组合形成复合透镜，产生性质相反的球面象差来减少。
b通过加光栏的办法，缩小透镜的成象范围。因球面象差与光通过透镜的面积大小有关。
在金相显微镜中，球面象差可通过改变孔径光栏的大小来减小。孔径光栏越大，通过透镜边缘的光线越多，球面象差越严重。而缩小光栏，限制边缘光线的射入，可减少球面象差。但光栏太小，显微镜的分辨能力降低，也使图象模糊。因此，应将孔径光栏调节到合适的大小。
（2）色象差：
1）产生原因：色象差的产生是由于白光是由多种不同波长的单色光组成，当白光通过透镜时，波长愈短的光，其折射率愈大，其焦点愈近。而波长越长，折射率越小，其焦点愈远，这样一来使不同波长的光线，形成的象不能在同一点聚焦，使图象模糊所引起的象差，即色象差。见图3所示。
2）校正方法：可采用单色光源或加滤色片或使用复合透镜组来减少。

（3）象域弯曲：
1）产生原因：垂直于光轴的平面，通过透镜所形成的象，不是平面而是凹形的弯曲象面。称象域弯曲。见图4所示。
2）校正办法：象域弯曲的产生，是由于各种象差综合作用的结果。一般的物镜或多或少地存在着象域弯曲，只有校正极佳的物镜才能达到趋于平坦的象域。