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QQ交談技術(shù)文章
金相顯微鏡改進(jìn)方式
點(diǎn)擊次數(shù)：2509 發(fā)布時(shí)間：2018-9-30
金相顯微鏡的改進(jìn)主要有以下幾點(diǎn)：
普遍采用無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)
物鏡按照無限遠(yuǎn)象距進(jìn)行設(shè)計(jì)而不是象常規(guī)物鏡那樣按照有限象距進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種光學(xué)系統(tǒng)稱為無限遠(yuǎn)色差和象差校正的光學(xué)系統(tǒng)或簡稱無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng).使用這種光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)入射光從試樣表面反射再次進(jìn)入物鏡后，并不收斂而是保持為平行光束，直到通過鏡筒透鏡后才收斂并形成中間象，即一次放大實(shí)象，然后才供目鏡再次放大.無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是顯微鏡中的各種光學(xué)附件（如暗視場光束分離器、偏振光分離器、用于微差干涉襯度）的棱鏡、檢偏振鏡，以及其它附加濾色鏡等）都可以放置在物鏡凸緣與鏡簡透鏡之間平行光束的空間，由于成象光束沒有受到上述光學(xué)附件的干擾，物象的質(zhì)量不會(huì)受到損害，從而簡化了物鏡設(shè)計(jì)中色差和象差的校正.此外，在無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)中，鏡筒長度系數(shù)保持為一，無論物鏡與目鏡之間的距離有多遠(yuǎn)，也不需要一個(gè)固定的中轉(zhuǎn)透鏡系統(tǒng)。德國、日本的公司生產(chǎn)的金相顯微鏡均已先后采用無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì).
同焦面性設(shè)計(jì)
在新型顯微鏡中，更換物鏡及目鏡后不須重新調(diào)焦，一般只需略微調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕，就可以使物象準(zhǔn)確聚焦.為此，物鏡和目鏡的光學(xué)機(jī)械尺寸應(yīng)滿足同焦面性的要求，即：①所有物鏡的共軛距離（即從試樣表面到物鏡初次放大實(shí)象象面之間的距離）相等：②所有物鏡初次放大實(shí)象到目鏡鏡筒口的距離不變；③所有目鏡的焦面與物鏡初次放大實(shí)象的象面重合.同焦面性并不是物鏡或目鏡的一個(gè)固有特性，而是在新型顯微鏡的設(shè)計(jì)中為了便于使用者的操作而采取的一種措施.
對(duì)顯微鏡有效放大倍數(shù)的再認(rèn)識(shí)
顯微鏡的有效放大倍數(shù)（M）與物鏡數(shù)值孔徑（NA）的關(guān)系可以表示為：550NA<M<1100NA>；，長期以來，顯微鏡使用者一直遵循這一關(guān)系式.但是，VanderVoort在其所著《金相學(xué)——原理與實(shí)踐》一書中指出，上式是在用理想的眼睛觀察具有理想反差物象的條件下推導(dǎo)出的，因此不要當(dāng)做教條來遵循.實(shí)際上，分辨率不僅與物鏡的分辨率有關(guān)，而且還與物象的反差有關(guān).此外，照明條件、放大倍數(shù)、物鏡質(zhì)量，以及觀察條件都會(huì)影響物象的反差,因而也會(huì)影響分辨率.他指出，為了獲得高分辨率，低有效放大倍數(shù)應(yīng)當(dāng)是佳條件下的4倍左右，即M≈2200NA；同時(shí)，使用4000×或更高放大倍數(shù)的顯微照片也是*合理的.
平場消色差物鏡
現(xiàn)今新型顯微鏡已經(jīng)普遍使用平場消色差物鏡，甚至還可以配置更的平場復(fù)消色差物鏡.老式物鏡初次放大實(shí)象的直徑只有18mm～20mm，而平場消色差物鏡則規(guī)定高度校正的初次放大平面象的直徑為28mm，即象場面積增大了一倍，并使象場彎曲得到了很好的校正.
高倍干物鏡
為了便于觀察高倍顯微組織，現(xiàn)今顯微鏡一般均備有高倍干物鏡.例如nikon公司生產(chǎn)的EPIPHOT300型金相顯微鏡（圖1）配置有放大100×、150×、200×的CFPlanApoEPI型干物鏡，其NA值均為0.95.盡管干物鏡的分辨率明顯低于油浸物鏡（100×油浸物鏡的NA值一般可達(dá)1.40），但由于簡化了操作并使試樣免于被油污染，已獲得更為廣泛的使用。
廣視場目鏡
廣視場目鏡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是場光闌顯著增大，一般為22mm～26.5mm（老式目鏡的場光闌直徑只有16mm），充分利用了平場物鏡擴(kuò)大了的象場面積.
此外，有的顯微鏡還配置有高眼點(diǎn)目鏡，使眼睛有缺陷（如散光）的人可以戴著眼鏡進(jìn)行觀察，物象的質(zhì)量可以免受眼睛缺陷的影響.由于平場消色差物鏡和廣視場目鏡的推廣使用，使顯微組織觀察的視域擴(kuò)大了許多，這也相應(yīng)提高了對(duì)顯微鏡載物臺(tái)加工精度和試樣制備質(zhì)量的要求.
長工作距離物鏡
有些顯微鏡生產(chǎn)廠商還推出一些工作距離較長的物鏡，這是為了適應(yīng)生產(chǎn)檢驗(yàn)或特殊需要（例如高溫臺(tái)）而設(shè)計(jì)的.通常情況下，物鏡的放大倍數(shù)越高，工作距離（即物象聚焦時(shí)，物鏡接物透鏡與試樣之間的距離）越短，為了避免物鏡因工作中不慎觸及試樣或受熱而損壞，于是就設(shè)計(jì)了這種特殊物鏡.例如nikonEPIPHOT300型金相顯微鏡的物鏡系列中就有50×和100×兩個(gè)工作距離分別為8.7mm和2.0mm的長工作距離物鏡，其NA值分別為0.55和0.8；又如olympusGX系列顯微鏡也可配50×和100×工作距離分別為10.6mm和3.4mm的長工作距離物鏡,其NA值分別為0.55和0.8，而50×和100×普通物鏡的工作距離則分別只有0.54mm和0.3mm，但是其NA值則分別為0.8和0.95.可以看出，長工作距離物鏡的數(shù)值孔徑即分辨率有所下降，不過成像質(zhì)量仍然不錯(cuò).
普遍采用無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)
物鏡按照無限遠(yuǎn)象距進(jìn)行設(shè)計(jì)而不是象常規(guī)物鏡那樣按照有限象距進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種光學(xué)系統(tǒng)稱為無限遠(yuǎn)色差和象差校正的光學(xué)系統(tǒng)或簡稱無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng).使用這種光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)入射光從試樣表面反射再次進(jìn)入物鏡后，并不收斂而是保持為平行光束，直到通過鏡筒透鏡后才收斂并形成中間象，即一次放大實(shí)象，然后才供目鏡再次放大.無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是顯微鏡中的各種光學(xué)附件（如暗視場光束分離器、偏振光分離器、用于微差干涉襯度）的棱鏡、檢偏振鏡，以及其它附加濾色鏡等）都可以放置在物鏡凸緣與鏡簡透鏡之間平行光束的空間，由于成象光束沒有受到上述光學(xué)附件的干擾，物象的質(zhì)量不會(huì)受到損害，從而簡化了物鏡設(shè)計(jì)中色差和象差的校正.此外，在無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)中，鏡筒長度系數(shù)保持為一，無論物鏡與目鏡之間的距離有多遠(yuǎn)，也不需要一個(gè)固定的中轉(zhuǎn)透鏡系統(tǒng)。德國、日本的公司生產(chǎn)的金相顯微鏡均已先后采用無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì).
同焦面性設(shè)計(jì)
在新型顯微鏡中，更換物鏡及目鏡后不須重新調(diào)焦，一般只需略微調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕，就可以使物象準(zhǔn)確聚焦.為此，物鏡和目鏡的光學(xué)機(jī)械尺寸應(yīng)滿足同焦面性的要求，即：①所有物鏡的共軛距離（即從試樣表面到物鏡初次放大實(shí)象象面之間的距離）相等：②所有物鏡初次放大實(shí)象到目鏡鏡筒口的距離不變；③所有目鏡的焦面與物鏡初次放大實(shí)象的象面重合.同焦面性并不是物鏡或目鏡的一個(gè)固有特性，而是在新型顯微鏡的設(shè)計(jì)中為了便于使用者的操作而采取的一種措施.
對(duì)顯微鏡有效放大倍數(shù)的再認(rèn)識(shí)
顯微鏡的有效放大倍數(shù)（M）與物鏡數(shù)值孔徑（NA）的關(guān)系可以表示為：550NA<M<1100NA>；，長期以來，顯微鏡使用者一直遵循這一關(guān)系式.但是，VanderVoort在其所著《金相學(xué)——原理與實(shí)踐》一書中指出，上式是在用理想的眼睛觀察具有理想反差物象的條件下推導(dǎo)出的，因此不要當(dāng)做教條來遵循.實(shí)際上，分辨率不僅與物鏡的分辨率有關(guān)，而且還與物象的反差有關(guān).此外，照明條件、放大倍數(shù)、物鏡質(zhì)量，以及觀察條件都會(huì)影響物象的反差,因而也會(huì)影響分辨率.他指出，為了獲得高分辨率，低有效放大倍數(shù)應(yīng)當(dāng)是佳條件下的4倍左右，即M≈2200NA；同時(shí)，使用4000×或更高放大倍數(shù)的顯微照片也是*合理的.
平場消色差物鏡
現(xiàn)今新型顯微鏡已經(jīng)普遍使用平場消色差物鏡，甚至還可以配置更的平場復(fù)消色差物鏡.老式物鏡初次放大實(shí)象的直徑只有18mm～20mm，而平場消色差物鏡則規(guī)定高度校正的初次放大平面象的直徑為28mm，即象場面積增大了一倍，并使象場彎曲得到了很好的校正.
高倍干物鏡
為了便于觀察高倍顯微組織，現(xiàn)今顯微鏡一般均備有高倍干物鏡.例如nikon公司生產(chǎn)的EPIPHOT300型金相顯微鏡（圖1）配置有放大100×、150×、200×的CFPlanApoEPI型干物鏡，其NA值均為0.95.盡管干物鏡的分辨率明顯低于油浸物鏡（100×油浸物鏡的NA值一般可達(dá)1.40），但由于簡化了操作并使試樣免于被油污染，已獲得更為廣泛的使用。
廣視場目鏡
廣視場目鏡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是場光闌顯著增大，一般為22mm～26.5mm（老式目鏡的場光闌直徑只有16mm），充分利用了平場物鏡擴(kuò)大了的象場面積.
此外，有的顯微鏡還配置有高眼點(diǎn)目鏡，使眼睛有缺陷（如散光）的人可以戴著眼鏡進(jìn)行觀察，物象的質(zhì)量可以免受眼睛缺陷的影響.由于平場消色差物鏡和廣視場目鏡的推廣使用，使顯微組織觀察的視域擴(kuò)大了許多，這也相應(yīng)提高了對(duì)顯微鏡載物臺(tái)加工精度和試樣制備質(zhì)量的要求.
長工作距離物鏡
有些顯微鏡生產(chǎn)廠商還推出一些工作距離較長的物鏡，這是為了適應(yīng)生產(chǎn)檢驗(yàn)或特殊需要（例如高溫臺(tái)）而設(shè)計(jì)的.通常情況下，物鏡的放大倍數(shù)越高，工作距離（即物象聚焦時(shí)，物鏡接物透鏡與試樣之間的距離）越短，為了避免物鏡因工作中不慎觸及試樣或受熱而損壞，于是就設(shè)計(jì)了這種特殊物鏡.例如nikonEPIPHOT300型金相顯微鏡的物鏡系列中就有50×和100×兩個(gè)工作距離分別為8.7mm和2.0mm的長工作距離物鏡，其NA值分別為0.55和0.8；又如olympusGX系列顯微鏡也可配50×和100×工作距離分別為10.6mm和3.4mm的長工作距離物鏡,其NA值分別為0.55和0.8，而50×和100×普通物鏡的工作距離則分別只有0.54mm和0.3mm，但是其NA值則分別為0.8和0.95.可以看出，長工作距離物鏡的數(shù)值孔徑即分辨率有所下降，不過成像質(zhì)量仍然不錯(cuò).