入射光线 图1-2物镜孔径角 式中M一物镜与试样之间介质的折射率;φ一物镜孔径角的一半,即通过物镜边 缘的光线与物镜轴线所成夹角 n越大或φ越大,则A越大,物镜的鉴别率就越高。由于φ总是小于90°的, 所以在空气介质(n=1)中使用时,A一定小于1,这类物镜称干系物镜。若在物镜与 试样之间充满松柏油介质(n=1.52),则A值最高可达14,这就是显微镜在高倍观察 时用的油浸系物镜(简称油镜头)。每个物镜都有一个额定A值,与放大倍数一起标 到在物镜镜头上。 4)放大倍数、数值孔径、鉴别率之间的关系显微镜的同一放大倍数可由不同 倍数的物镜和目镜组合起来实现,但存在着如何合理选用物镜和目镜的问题。这是 因为,人眼在250mm处的鉴别率为0.15-030mm,要使物镜可分辨的最近两点的距 离能为人眼所分辨,则必须将d放大到0.15-0.30mm,即 d×M=0.15-0.30mm d 2A M=+(0.3~0.6)A 在常用光线的波长范围内,上式可进一步简化为: M≈500A-1000A 所以,显微镜的放大倍数M与物镜的数值孔径之间存在一定关系,其范围称 有效放大倍数范围。在选用物镜时,必须使显微镜的放大倍数在该物镜数值孔径的 500倍至1000倍之间。若M<500A,则未能充分发挥物镜的鉴别率。若M>1000A, 则由于物镜鉴别率不足而形成“虚伪放大”,细微部分仍分辨不清。 (5)透镜成像的质量单片透镜在成像过程中,由于几何条件的限制及其它 因素的影响,常使影像变得模糊不清或发生变形现象,这种缺陷称为像差。由于物 镜起主要放大作用,所以显微镜成像的质量主要取决于物镜,应首先对物镜像差进 行校正。普通透镜成像的主要缺陷有球面像差、色像差和像域弯曲三种。 ①球面像差。如图1-3所示,当来自A点的单色光(即某一特定波长的光线)通 过透镜后由于透镜表面呈球曲形,折射光线不能交于一点,从而使放大后的影像变 得模糊不清。 为降低球面像差,常采用由多片透镜组成的透镜组,即:将凸透镜和凹透镜 组合在一起(称为复合透镜)。由于这两种透镜的球面像差性质相反,因此可以相互抵 消。除此之外,在使用显微镜时,也可采取调节孔径光栏的方法,适当控制入射光 束粗细,让极细一束光通过透镜中心部位,这样可将球面像差降至最低限度
4 图 1-2 物镜孔径角 式中 M—物镜与试样之间介质的折射率;φ—物镜孔径角的一半，即通过物镜边 缘的光线与物镜轴线所成夹角。 n 越大或φ越大，则 A 越大，物镜的鉴别率就越高。由于φ总是小于 90°的， 所以在空气介质(n＝1)中使用时，A 一定小于 1，这类物镜称干系物镜。若在物镜与 试样之间充满松柏油介质(n=1.52)，则 A 值最高可达 1.4，这就是显微镜在高倍观察 时用的油浸系物镜(简称油镜头)。每个物镜都有一个额定 A 值，与放大倍数一起标 到在物镜镜头上。 (4) 放大倍数、数值孔径、鉴别率之间的关系 显微镜的同一放大倍数可由不同 倍数的物镜和目镜组合起来实现，但存在着如何合理选用物镜和目镜的问题。这是 因为，人眼在 250mm 处的鉴别率为 0.15—0.30mm，要使物镜可分辨的最近两点的距 离能为人眼所分辨，则必须将 d 放大到 0.15—0.30mm，即： d×M=0.15—0.30mm 则 在常用光线的波长范围内，上式可进一步简化为： M≈500A-1000A 所以，显微镜的放大倍数 M 与物镜的数值孔径之间存在一定关系，其范围称 有效放大倍数范围。在选用物镜时，必须使显微镜的放大倍数在该物镜数值孔径的 500 倍至 1000 倍之间。若 M＜500A，则未能充分发挥物镜的鉴别率。若 M＞1000A， 则由于物镜鉴别率不足而形成“虚伪放大”，细微部分仍分辨不清。 (5) 透镜成像的质量 单片透镜在成像过程中，由于几何条件的限制及其它 因素的影响，常使影像变得模糊不清或发生变形现象，这种缺陷称为像差。由于物 镜起主要放大作用，所以显微镜成像的质量主要取决于物镜，应首先对物镜像差进 行校正。普通透镜成像的主要缺陷有球面像差、色像差和像域弯曲三种。 ① 球面像差。如图 1-3 所示，当来自 A 点的单色光(即某一特定波长的光线)通 过透镜后由于透镜表面呈球曲形，折射光线不能交于一点，从而使放大后的影像变 得模糊不清。 为降低球面像差，常采用由多片透镜组成的透镜组，即：将凸透镜和凹透镜 组合在一起(称为复合透镜)。由于这两种透镜的球面像差性质相反，因此可以相互抵 消。除此之外，在使用显微镜时，也可采取调节孔径光栏的方法，适当控制入射光 束粗细，让极细一束光通过透镜中心部位，这样可将球面像差降至最低限度
图1-3球面像差示意图 图1-4色像差示意图 ②色像差。如图1-4所示,当来自A点的白色光通过透镜后,由于组成白 色光的七种单色光的波长不同,其折射率也不同,使折射光线不能交于一点。紫光 折射最强,红光折射最弱,结果使成像模糊不清 为消除色像差,一方面可用消色差物镜和复消色差物镜进行校正。消色差物 镜常与普通目镜配合,用于低倍和中倍观察;复消色差物镜与补偿目镜配合,用于 高倍观察。另一方面可通过加滤色片得到单色光。常用的滤色片有蓝色、绿色和黄 色等。 ③象域弯曲垂直于光轴的平面,通过透镜所形成的像,不是平面而是凹形的 弯曲像面,这种现象叫像域弯曲,如图1-5所示。像域弯曲是由于各种像差综合作用 的结果。一般物镜或多或少地存在着像域弯曲,只有校正极佳的物镜才能达到趋近 平坦的象域。 3.金相显微镜的构造和使用 (1)金相显微镜的构造 金相显微镜的种类和型式很多,但最常见的型式有台式、立式和卧式三大类。 其构造通常均由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成,有的显微镜还附带 照像装置和暗场照明系统等。现以国产ⅫJB-1型金相显微镜为例进行说明 xJB-1型金相显微镜的光学系统如图1-5所示。由灯泡1发出一束光线,经聚 光透镜组2的会聚和反光镜8的反射,聚集在孔径光栏9上,然后经过聚光镜3,再 度将光线聚集在物镜的后焦面上,最后光线通过物镜,使试样表面得到充分均匀的 照明。从试祥反射回来的光线复经物镜组6、辅助透镜5、半反射镜4、辅助透镜1 以及棱镜12和棱镜13,形成一个倒立放大实像。该物像再经场透镜14和目镜15的 放大,即得到所观察试样表面的放大图像 照明系统在底座内装有一个低压(6v-8v,15w)灯泡作为光源,灯泡前安装有 聚光镜、反光镜和孔径光栏15。视场光栏14和另一聚光镜则安在支架上。通过以上 系列透镜及物镜本身的作用,试样表面获得了充分均匀的照明 显微镜调焦装置在显微镜体的两侧有粗动和微动调焦手轮,两者在同一部 位。转动粗调手轮6,可以通过内部齿轮带动支承载物台的弯臂作上下运动。在粗调 手轮的一侧有制动装置,用以固定调焦正确后载物台的位置。微调手轮5传动内部 齿轮,使其沿着滑轨缓慢移动。在右侧手轮上刻有分度格,每小格表示镜座上下微 动0002mm。与刻度盘同侧的齿轮箱上刻有两条白线,用以指示微动升降的极限位 置,微调时不可超出这一范围,否则会损坏机件, 载物台(样品台)用于放置金相试样。载物台和下面托盘之间有导架.移动结 构采用粘性油膜联结。用手推动,可引导载物台在水平面上作一定范围的移动,以 改变试样的观察部位
5 图 1-3 球面像差示意图 图 1-4 色像差示意图 ② 色像差。如图 1-4 所示，当来自 A 点的白色光通过透镜后，由于组成白 色光的七种单色光的波长不同，其折射率也不同，使折射光线不能交于一点。紫光 折射最强，红光折射最弱，结果使成像模糊不清。 为消除色像差，一方面可用消色差物镜和复消色差物镜进行校正。消色差物 镜常与普通目镜配合，用于低倍和中倍观察；复消色差物镜与补偿目镜配合，用于 高倍观察。另一方面可通过加滤色片得到单色光。常用的滤色片有蓝色、绿色和黄 色等。 ③ 象域弯曲 垂直于光轴的平面，通过透镜所形成的像，不是平面而是凹形的 弯曲像面，这种现象叫像域弯曲，如图 1-5 所示。像域弯曲是由于各种像差综合作用 的结果。一般物镜或多或少地存在着像域弯曲，只有校正极佳的物镜才能达到趋近 平坦的象域。 3．金相显微镜的构造和使用 (1) 金相显微镜的构造 金相显微镜的种类和型式很多，但最常见的型式有台式、立式和卧式三大类。 其构造通常均由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成，有的显微镜还附带 照像装置和暗场照明系统等。现以国产 XJB-1 型金相显微镜为例进行说明。 XJB-1 型金相显微镜的光学系统如图 l-5 所示。由灯泡 1 发出一束光线，经聚 光透镜组 2 的会聚和反光镜 8 的反射，聚集在孔径光栏 9 上，然后经过聚光镜 3，再 度将光线聚集在物镜的后焦面上，最后光线通过物镜，使试样表面得到充分均匀的 照明。从试祥反射回来的光线复经物镜组 6、辅助透镜 5、半反射镜 4、辅助透镜 11 以及棱镜 12 和棱镜 13，形成一个倒立放大实像。该物像再经场透镜 14 和目镜 15 的 放大，即得到所观察试样表面的放大图像。 照明系统 在底座内装有一个低压(6v-8v，15w)灯泡作为光源，灯泡前安装有 聚光镜、反光镜和孔径光栏 15。视场光栏 14 和另一聚光镜则安在支架上。通过以上 一系列透镜及物镜本身的作用，试样表面获得了充分均匀的照明。 显微镜调焦装置 在显微镜体的两侧有粗动和微动调焦手轮，两者在同一部 位。转动粗调手轮 6，可以通过内部齿轮带动支承载物台的弯臂作上下运动。在粗调 手轮的一侧有制动装置，用以固定调焦正确后载物台的位置。微调手轮 5 传动内部 齿轮，使其沿着滑轨缓慢移动。在右侧手轮上刻有分度格，每小格表示镜座上下微 动 0.002mm。与刻度盘同侧的齿轮箱上刻有两条白线，用以指示微动升降的极限位 置，微调时不可超出这一范围，否则会损坏机件。 载物台(样品台) 用于放置金相试样。载物台和下面托盘之间有导架．移动结 构采用粘性油膜联结。用手推动，可引导载物台在水平面上作一定范围的移动，以 改变试样的观察部位
国 图1-5XJB-1型金相显微镜的光学系统 1-灯泡;2一聚光镜组,3一聚光镜组,4一半反射镜,5一辅助透镜,6一物镜组,7 试祥,8一反光镜;9一孔径光栏;10一视场光栏,11一输助透镜,12一棱镜,13一棱镜,14 场镜,15一目镜 XJB-1型金相显微镜的外形结构如图1-6所示。各部件的功能及使用简要介 绍如下: 图1-6XJB-1型金相显微镜外形结构图 1一载物台,2一物镜,3一转换器,4一传动箱,5一微动调焦手轮,6一粗动调焦手轮, 7一电源。8一偏心圆,9一样品,10一目镜;11一目镜管,12一固定螺钉,13一调节螺钉,14 视场光拦,15一孔径光拦 6
6 图 1-5 XJB-1 型金相显微镜的光学系统 1-灯泡；2 一聚光镜组，3 一聚光镜组，4 一半反射镜，5 一辅助透镜，6 一物镜组，7 一 试祥，8 一反光镜；9 一孔径光栏；10 一视场光栏，11 一输助透镜，12 一棱镜，13 一棱镜，14 一场镜，15 一目镜 XJB—l 型金相显微镜的外形结构如图 1-6 所示。各部件的功能及使用简要介 绍如下： 图 1-6 XJB—1 型金相显微镜外形结构图 1 一载物台，2 一物镜，3 一转换器，4 一传动箱，5 一微动调焦手轮，6 一粗动调焦手轮， 7 一电源。8 一偏心圆，9 一样品，10 一目镜；11 一目镜管，12 一固定螺钉，13—调节螺钉，14 一视场光拦，15 一孔径光拦
孔径光栏和视场光栏孔径光栏装在照明反射镜座上面,刻有0-5分刻线, 它们表示孔径大小的毫米数。调整孔径光栏能控制入射光束的粗细,以降低球面像 差。视场光栏装在物镜支架下面,可以调节视场范围,使目镜中所见视场照亮而无 阴影。在套圈上有两个调节螺钉,用来调整光栏中心 物镜转换器转换器呈球面形,上面有三个螺孔,可安装不同放大倍数的物 镜。旋动转换器可使物镜镜头进入光路,并定位在光轴上。 目镜筒目镜筒呈45度倾斜安装在附有棱镜的半球形座上。目镜可转向90 度呈水平状态以配合照相装置进行金相显微摄影。 图1-7所示为4XA型双目金相显微镇的结构图。其基本结构与XJB-1型金 相显微镜相似,但配有双筒目镜管,可同时安装两个目镜.用双目观察,从而减轻 了眼睛疲乏。图1-8为4XCE型三目金相显微镜的结构图,可以在计算机显示器上很 方便地观察金相图像,从而对金相图谱进行分析、评级等对图片进行输出、打印 电脑型金相显微镜(4XCE)配置为:1、金相显微镜2、适配镜3、摄像器(CCD) 4、A/D(图像采集)5、计算机。 而数码相机型金相显微镜(4XCZ)1、金相显微镜2、适配镜3、数码相机 ( NIKON)。另外,其载物台的水平移动是靠纵向手轮和横向手轮来实现的,定位更 加准确 图1-74XA型金相显微镜 图1-84XCE金相显微镜 (2)金相显微镜的使用方法及注意事项 金相显微镜是一种精密光学仪器,在使用时要求细心和谨慎,严格按照使用规 程进行操作。 A.金相显微镜的使用规程 a)将显微镜的光源插头接在低压(6-8V)变压器上,接通电源。 b)根据放大倍数,选用所需的物镜和目镜,分别安装在物镜座上和目镜筒内 旋动物镜转换器,使物镜进入光路井定位(可感觉到定位器定位) c)将试样放在样品台中心,使观察面朝下并用弹簧片压住, d)转动粗调手轮先使镜筒上升,同时用眼观察,使物镜尽可能接近试祥表面(但 不得与之相碰),然后反向转动粗调手轮,使镜筒渐渐下降以调节焦距。当视 场亮度增强时,再改用微调手轮调节,直到物像最清晰为止 e)适当调节孔径光栏和视场光栏以获得最佳质量的物像 f)若使用油浸系物镜,可在物镜前透镜上滴一些松柏油,也可将松柏油直接滴 在试样上;油镜头用后,应立即用棉花沾取二甲苯溶液擦净后用擦镜纸擦干
7 孔径光栏和视场光栏 孔径光栏装在照明反射镜座上面，刻有 0--5 分刻线， 它们表示孔径大小的毫米数。调整孔径光栏能控制入射光束的粗细，以降低球面像 差。视场光栏装在物镜支架下面，可以调节视场范围，使目镜中所见视场照亮而无 阴影。在套圈上有两个调节螺钉，用来调整光栏中心。 物镜转换器 转换器呈球面形，上面有三个螺孔，可安装不同放大倍数的物 镜。旋动转换器可使物镜镜头进入光路，并定位在光轴上。 目镜筒 目镜筒呈 45 度倾斜安装在附有棱镜的半球形座上。目镜可转向 90 度呈水平状态以配合照相装置进行金相显微摄影。 图 1-7 所示为 4XA 型双目金相显微镇的结构图。其基本结构与 XJB—1 型金 相显微镜相似，但配有双筒目镜管，可同时安装两个目镜．用双目观察，从而减轻 了眼睛疲乏。图 1-8 为 4XCE 型三目金相显微镜的结构图，可以在计算机显示器上很 方便地观察金相图像，从而对金相图谱进行分析、评级等对图片进行输出、打印。 电脑型金相显微镜(4XCE)配置为: 1、金相显微镜 2、适配镜 3、摄像器(CCD) 4、A/D(图像采集) 5、计算机。 而数码相机型金相显微镜(4XCZ): 1、金相显微镜 2、适配镜 3、数码相机 （NIKON）。另外，其载物台的水平移动是靠纵向手轮和横向手轮来实现的，定位更 加准确。 图 1-7 4XA 型金相显微镜 图 1-8 4XCE 金相显微镜 (2) 金相显微镜的使用方法及注意事项 金相显微镜是一种精密光学仪器，在使用时要求细心和谨慎，严格按照使用规 程进行操作。 A. 金相显微镜的使用规程 a) 将显微镜的光源插头接在低压(6—8V)变压器上，接通电源。 b) 根据放大倍数，选用所需的物镜和目镜，分别安装在物镜座上和目镜筒内。 旋动物镜转换器，使物镜进入光路井定位(可感觉到定位器定位)。 c) 将试样放在样品台中心，使观察面朝下并用弹簧片压住。 d) 转动粗调手轮先使镜筒上升，同时用眼观察，使物镜尽可能接近试祥表面(但 不得与之相碰)，然后反向转动粗调手轮，使镜筒渐渐下降以调节焦距。当视 场亮度增强时，再改用微调手轮调节，直到物像最清晰为止。 e) 适当调节孔径光栏和视场光栏以获得最佳质量的物像。 f) 若使用油浸系物镜，可在物镜前透镜上滴一些松柏油，也可将松柏油直接滴 在试样上；油镜头用后，应立即用棉花沾取二甲苯溶液擦净后用擦镜纸擦干