表11不同物镜的标准焦深 物镜 目镜 深(m 目视 10×,025NA 10× 0.0080 0.0335 43×,065NA 10× 0.0010 00023 97×,1.80N.A 10 0.0002 0.0005 (④工作距有与视场范围 物镜的丁作距离是指显微镫准确聚体后，试样表面与物镜的前瑞之间的距离。物镜的放 大率越高， 工作距离越短。表12给出了不同物镜的大致工作距离，供参考。从表中可以看 出，高放大率的物镜的工作距离相当短， 因此 观察焦时要格外细心 表1-2不同物镜的工作更离 物锆 类刊 工作距离(mm) 10×,0.25N.A 消色差物镜 77 21×,0.50N.A 消色差物镜 6 20×.0.65N.A 复消色差物镜 0.5 65x,0.85NA 消色差物镜 0.3 47×,0.95NA 复消色差物镜 0.18 97×,1.25NA 消色差物镜 0.11 00×.140NA 钉消出差潮培 006 视场范围是指显微镜中所观察到的试样表面区域的大小。视场范围与物镜的放大幸成反 比。普通物镜初次放大实象的直 般为18mm, 放大率为0 40× 100×的物镜，其视场 的直径分别为1.8mm、0.45mm、0.18mm。平视场物镜初次放大实象直径可达28mm,视场 范围便大大增加 ⑤)物镜的蒸本典型 根据对各种象差的校正程度的不同，一般将物镜分为消色差物镜、复消色差物镜和平视 场 大类 1)消色差物镜 消色差物镜对球差的校正限于黄绿光范围内，对色差只校正红、绿光。因此消色差物镜 仍有残余的色差，象域弯曲仍然存在。使用消色差物镜时采用黄绿光照明或加黄绿色滤色片 可以少兔差 消色差物镜结构比较简单，成本低，视场中部象差基本上得到校正，在显微镜中最为常 用。 2)复消色差物镜 复消色差物镜是质量很高的物镜，对色差可校正红、绿、紫三个波区（实际等于整个可 见光范围)：球差校正可达绿紫光范围，但对象域弯曲没有根本的改善。这种物镜对光源没 有任何限制，一般数值孔径较大，成象质量较高，适于高倍观察 视场物镜 以上两种物镜都是根据对球差和色差的校正程度来分类的。而平视场物镜是以视场平 面校正的广度为标准的。平视场物镜可使象域弯曲得到很好的校正。平视场物镜又可分为 平场消色差物镜和平场复消色差物镜，对球差和色差的校正分别与消色差物镜和复消色差 物镜相同。这种物镜的特点是显著地扩大了象域的平整范用，使整个视场都比较清渐，话于 观 ,更有利于照相。图1-9示出消色差物镜(a)和平场消色差物镜b)的面图。从图中可 以看出，后者镜片比前者多得多，因此生产成本要高得多。 6
６ 表 1-1 不同物镜的标准焦深 物 镜 目 镜 焦 深 (mm) 照 相 目 视 10×，0.25 N.A. 10× 0.0080 0.0335 43×，0.65 N.A. 10× 0.0010 0.0023 97×，1.80 N.A. 10× 0.0002 0.0005 (4) 工作距离与视场范围 物镜的工作距离是指显微镜准确聚焦后，试样表面与物镜的前端之间的距离。物镜的放 大率越高，工作距离越短。表 1-2 给出了不同物镜的大致工作距离，供参考。从表中可以看 出，高放大率的物镜的工作距离相当短，因此，观察调焦时需要格外细心。 表 1-2 不同物镜的工作距离 物 镜 类 型 工作距离 (mm) 10×，0.25N.A. 消色差物镜 7.7 21×，0.50N.A. 消色差物镜 1.6 20×，0.65N.A. 复消色差物镜 0.5 65×，0.85N.A. 消色差物镜 0.3 47×，0.95N.A． 复消色差物镜 0.18 97×，1.25N.A. 消色差物镜 0.11 90×，1.40N.A. 复消色差物镜 0.06 视场范围是指显微镜中所观察到的试样表面区域的大小。视场范围与物镜的放大率成反 比。普通物镜初次放大实象的直径一般为 18mm，放大率为 l0×、40×、100×的物镜，其视场 的直径分别为 1.8mm、0.45mm、0.18mm。平视场物镜初次放大实象直径可达 28mm，视场 范围便大大增加。 (5) 物镜的基本类型 根据对各种象差的校正程度的不同，一般将物镜分为消色差物镜、复消色差物镜和平视 场物镜三大类。 1) 消色差物镜 消色差物镜对球差的校正限于黄绿光范围内，对色差只校正红、绿光。因此消色差物镜 仍有残余的色差，象域弯曲仍然存在。使用消色差物镜时采用黄绿光照明或加黄绿色滤色片 可以减少象差。 消色差物镜结构比较简单，成本低，视场中部象差基本上得到校正，在显微镜中最为常 用。 2) 复消色差物镜 复消色差物镜是质量很高的物镜，对色差可校正红、绿、紫三个波区(实际等于整个可 见光范围)；球差校正可达绿紫光范围，但对象域弯曲没有根本的改善。这种物镜对光源没 有任何限制，一般数值孔径较大，成象质量较高，适于高倍观察。 3) 平视场物镜 以上两种物镜都是根据对球差和色差的校正程度来分类的。而平视场物镜是以视场平 面校正的广度为标准的。平视场物镜可使象域弯曲得到很好的校正。平视场物镜又可分为 平场消色差物镜和平场复消色差物镜，对球差和色差的校正分别与消色差物镜和复消色差 物镜相同。这种物镜的特点是显著地扩大了象域的平整范围，使整个视场都比较清晰，适于 观察，更有利于照相。图 1-9 示出消色差物镜(a)和平场消色差物镜(b)的剖面图。从图中可 以看出，后者镜片比前者多得多，因此生产成本要高得多
nwn”一器 0003 图1,9消色差物镜和平场消色差物镜的剖面图 图1-10惠更斯目镜的剖面图 (五)目镜 目镜的作用是将物镜放大的实象再放大，观察时在明视距离处成一放大的虚象，照相时 底片上得到一实象。有的目镜还可以校正物镜未能完全校正的象差。 (1)度莫断Hnyg ens目镜 图1-10示出惠更斯目镜剖面图。惠更斯目镜是由两片未经过色差校正的凸透镜组成 靠近眼睛的一片称为目透镜 起放大作 用：另一 片称为场透镜 的作用使映象亮度均 在两块透镜之间的目透镜焦平面放一光栏，把显微刻度尺放在此光栏上，就能从目镜中观察 到迭加在物象上的刻度。 惠更斯目镜既可用于观察，又可用于照相。当物镜所成的象在目透镜焦点之内时成放 大虚象，可进行显微观察：当物镜所成的象在目透镜焦点之外时成放大的实象，可进行显微 摄影。惠更斯目镜因焦点在两片透镜之间，故不能单独作为放大镜使用。这 不能单独作 大镜用的目镜叫做负型目镜。惠更斯目镜没有校正象差，只适合与低、中倍消色差物镜配合 使用，它的放大倍数一般不超过15倍。惠更斯目镜结构简单，价格便宜，最为常用。 (2)雪新登(Ramsden)日镜 雷斯登目镜的焦点位于场诱镜之外，可以看作单一的凸诱镜，并能单独作为放大镜使 ()补唐目皱 补偿目镜是一种特制的可校正垂轴象差的目镜，分负型和正型两种，配合N.A.>0.65 的消色差物镜、所有的复消色差物镜及平场消色差物镜使用，可以消除后者校正不足的垂轴 色差，使得边沿也能得到清楚的映象，可用于高倍观察。补偿目镜端面标有K字和放大倍 ()广视场日峡 广视场目镜又称为平场目镜或广角目镜。它配合平视场物镜使用，可以扩大初次放大 实象的有用面积。图1-11示出一种广视场目镜的剖面图
７ 图 1-9 消色差物镜和平场消色差物镜的剖面图 图 1-10 惠更斯目镜的剖面图 (五)目镜 目镜的作用是将物镜放大的实象再放大，观察时在明视距离处成一放大的虚象，照相时 底片上得到一实象。有的目镜还可以校正物镜未能完全校正的象差。 (1) 惠更斯(Hnygoens)目镜 图 1-10 示出惠更斯目镜剖面图。惠更斯目镜是由两片未经过色差校正的凸透镜组成： 靠近眼睛的一片称为目透镜，起放大作用；另一片称为场透镜，它的作用使映象亮度均匀。 在两块透镜之间的目透镜焦平面放一光栏，把显微刻度尺放在此光栏上，就能从目镜中观察 到迭加在物象上的刻度。 惠更斯目镜既可用于观察，又可用于照相。当物镜所成的象在目透镜焦点之内时成放 大虚象，可进行显微观察；当物镜所成的象在目透镜焦点之外时成放大的实象，可进行显微 摄影。惠更斯目镜因焦点在两片透镜之间，故不能单独作为放大镜使用。这种不能单独作放 大镜用的目镜叫做负型目镜。惠更斯目镜没有校正象差，只适合与低、中倍消色差物镜配合 使用，它的放大倍数一般不超过 15 倍。惠更斯目镜结构简单，价格便宜，最为常用。 (2) 雷斯登(Ramsden)目镜 雷斯登目镜的焦点位于场透镜之外，可以看作单一的凸透镜，并能单独作为放大镜使 用。这种可以单独当作放大镜使用的目镜称为正型目镜。雷斯登目镜对象域弯曲和畸变有 较好的校正。在同样放大倍数下，视场比负型目镜小。 (3) 补偿目镜 补偿目镜是一种特制的可校正垂轴象差的目镜，分负型和正型两种，配合 N.A.＞0.65 的消色差物镜、所有的复消色差物镜及平场消色差物镜使用，可以消除后者校正不足的垂轴 色差，使得边沿也能得到清楚的映象，可用于高倍观察。补偿目镜端面标有 K 字和放大倍 数。 (4) 广视场目镜 广视场目镜又称为平场目镜或广角目镜。它配合平视场物镜使用，可以扩大初次放大 实象的有用面积。图 1-11 示出一种广视场目镜的剖面图
图1！一种广视场目镜的面图 (六)金相显微镜的照明系统 (1)光源 金相显微镜的光源通常采用钨丝白炽灯、卤素灯、碳弧灯及氙灯等。 1)钨丝白炽灯 一般中小型显微镜上都配有低压钨丝灯，工作电压一般为6~8V,用一小调压器调节 功率为15 100W。这种灯适合于金相组织的观察。 2)卤素灯（卤钨灯） 目前金相显微镜中供观察用的低压白炽钨丝灯已逐渐为卤素灯所取代。这是因为普通 灯泡中的钨丝白炽发光时，表面钨会蒸发扩散而聚集在灯泡上，使灯泡发黑，降低照明亮度， 司时打丝也会逐渐细以至渐掉。如果在打泡中加入少量的铺，通过所调“确钨循环”，就 以有效地避免上述缺陷。它的原理是：碘分子)在高温灯丝附近分解为碘原于 ,碘原子 与灯泡壁上的钨在250一1200℃的范围内可化合生成易挥发的碘化钨(W),碘化钨一扩散到 高温(>1400℃)的钨丝上又会发生分解，沉淀到灯丝上。显然，如此循环可以避免灯泡发黑， 延长灯泡的使用寿命。卤钨灯的灯泡必须用耐高温的石英玻璃制造。 3)碳弧灯 碳弧灯是利用两支暴露在空气中而相互靠近的碳棒，通电后产生强烈的电弧发出亮度 很高的光。 一般采用交流电源供电，但由此将产生电弧闪烁跳动，光源不稳定，特别不利 照相，这是它的主要缺点。 4)氙灯 氙灯是在石英玻璃管内装上钨电极并充上高压氙气，利用放电发光。其特点是光强高、 输出稳定、寿命较长。此外，氙灯光具有类似日光性质的连续光谱，可以用于彩色照相。氩 灯是金相显微观察的最新光源之一。 氙灯容易爆炸，因此使用氙灯要特别注意安全，安装或更换氙灯时要戴防护眼镜或面對 以及防护手套，使用时间至多不得超过规定时间的125%。使用新氙灯，应在起动前用酒精 把石英表面的油污擦干净。氙灯关闭后要待冷却后（一般约10mn以后）才能再次启动。尽量 成少启动次数可以显著延长氙打的使用寿命。 8
８ 图 1-11 一种广视场目镜的剖面图 (六) 金相显微镜的照明系统 (1) 光源 金相显微镜的光源通常采用钨丝白炽灯、卤素灯、碳弧灯及氙灯等。 1) 钨丝白炽灯 一般中小型显微镜上都配有低压钨丝灯，工作电压一般为 6～8V，用一小调压器调节， 功率为 15～l00W。这种灯适合于金相组织的观察。 2) 卤素灯(卤钨灯) 目前金相显微镜中供观察用的低压白炽钨丝灯巳逐渐为卤素灯所取代。这是因为普通 灯泡中的钨丝白炽发光时，表面钨会蒸发扩散而聚集在灯泡上，使灯泡发黑，降低照明亮度， 同时灯丝也会逐渐变细以至断掉。如果在灯泡中加入少量的碘，通过所谓“碘钨循环”，就可 以有效地避免上述缺陷。它的原理是：碘分子(I2)在高温灯丝附近分解为碘原于(I)，碘原子 与灯泡壁上的钨在 250～1200℃的范围内可化合生成易挥发的碘化钨(WI2)，碘化钨一扩散到 高温(＞1400℃)的钨丝上又会发生分解，沉淀到灯丝上。显然，如此循环可以避免灯泡发黑， 延长灯泡的使用寿命。卤钨灯的灯泡必须用耐高温的石英玻璃制造。 3) 碳弧灯 碳弧灯是利用两支暴露在空气中而相互靠近的碳棒，通电后产生强烈的电弧发出亮度 很高的光。一般采用交流电源供电，但由此将产生电弧闪烁跳动，光源不稳定，特别不利于 照相，这是它的主要缺点。 4) 氙灯 氙灯是在石英玻璃管内装上钨电极并充上高压氙气，利用放电发光。其特点是光强高、 输出稳定、寿命较长。此外，氙灯光具有类似日光性质的连续光谱，可以用于彩色照相。氙 灯是金相显微观察的最新光源之一。 氙灯容易爆炸，因此使用氙灯要特别注意安全，安装或更换氙灯时要戴防护眼镜或面罩 以及防护手套，使用时间至多不得超过规定时间的 125％。使用新氙灯，应在起动前用酒精 把石英表面的油污擦干净。氙灯关闭后要待冷却后(一般约 10min 以后)才能再次启动。尽量 减少启动次数可以显著延长氙灯的使用寿命
初次效大实象 =物使后焦园 物镜 我物台 图112科物照明原理图 2)魂明方法 显微镜的照明方法有临界照明和科勒照明两种 临界照明 上源的象通过聚光透镜首先聚焦在视场光栏上，然后与视场光栏的象一起 聚焦在试样表面。采用临界照明可以得到最高的亮度，但要求光源具有非常均匀的辐射表面， 否则在视场中将会看到光源的放大影象，这对于观察显微组织细节和显微照相都是很不利 的。 科照明光源的象通讨聚光透培首先聚作在利径光栏上，然后与和径光栏的象一志 聚焦在物镜的后焦面，如图112所示。 采用科勒照明可以使物镜的后焦面得到充分的明 因而可以最充分地发挥物镜的分辨率；它还可以使视场得到非常均匀的照明，对光源均匀性 的要求也不象在临界照明时那样严格。 目前，新型显微镜都己采用科勒照明，但是仍有一些老式显微镜采用临界照明。 金相显微镜的照明方式分为明场照明和暗场照明。 1)明场照明 明场照明是金相显微镜主要的照明方式。在明场照明中光源光线通过垂直照明器（图 1-13、1-14转90°角进入物镜，垂直地（或接近垂直地）射向样品表面。由样品反射回来的光 线再经过物镜到目镜。如果试样是一个抛光的镜面，反射光几乎全部进入物镜成象，在目镜 可看到明亮的 ,如果试样抛光后再经 腐 试样表面高低不平，则反射光将发生浸 射，很少进入物镜成象，在目镜中看到的是暗黑色的象 在明场观察时，通常采用两种垂直照明器。其作用都是使来自光源的光线转90°，不过 它们的光路不同，效果也不一样。一种是用平面玻璃做的垂直照明器，如图113所示。平 面玻离表面与光源光线成45角，将光线反射讲入物镜，由于投射在样品上的光线是垂直入 射，因而成象平坦、清晰。此外 ,平面玻璃反射可使光线充满物镜的后透镜，有利于充分发 挥物镜的鉴别能力，适用于中倍和高倍观察。但是，平面玻璃反射光线损失大，即使采用最 好的平面玻璃，最后到达目镜的光线也只有四分之一，损失了四分之三，故成象的亮度小， 衬度也差。另一种是用棱镜作垂直照明器，如图1-14所示。光线经棱镜全反射后略斜射于 9
９ 图 1-12 科勒照明原理图 (2) 照明方法 显微镜的照明方法有临界照明和科勒照明两种。 临界照明-----光源的象通过聚光透镜首先聚焦在视场光栏上，然后与视场光栏的象一起 聚焦在试样表面。采用临界照明可以得到最高的亮度，但要求光源具有非常均匀的辐射表面， 否则在视场中将会看到光源的放大影象，这对于观察显微组织细节和显微照相都是很不利 的。 科勒照明------光源的象通过聚光透镜首先聚焦在孔径光栏上，然后与孔径光栏的象一起 聚焦在物镜的后焦面，如图 1-12 所示。采用科勒照明可以使物镜的后焦面得到充分的照明， 因而可以最充分地发挥物镜的分辨率；它还可以使视场得到非常均匀的照明，对光源均匀性 的要求也不象在临界照明时那样严格。 目前，新型显微镜都已采用科勒照明，但是仍有一些老式显微镜采用临界照明。 (3) 照明方式与垂直照明器 金相显微镜的照明方式分为明场照明和暗场照明。 1) 明场照明 明场照明是金相显微镜主要的照明方式。在明场照明中光源光线通过垂直照明器(图 1-13、1-14)转 90°角进入物镜，垂直地(或接近垂直地)射向样品表面。由样品反射回来的光 线再经过物镜到目镜。如果试样是一个抛光的镜面，反射光几乎全部进入物镜成象，在目镜 中可看到明亮的一片。如果试样抛光后再经过腐蚀，试样表面高低不平，则反射光将发生漫 射，很少进入物镜成象，在目镜中看到的是暗黑色的象。 在明场观察时，通常采用两种垂直照明器。其作用都是使来自光源的光线转 90°，不过 它们的光路不同，效果也不一样。一种是用平面玻璃做的垂直照明器，如图 1-13 所示。平 面玻璃表面与光源光线成 45°角，将光线反射进入物镜，由于投射在样品上的光线是垂直入 射，因而成象平坦、清晰。此外，平面玻璃反射可使光线充满物镜的后透镜，有利于充分发 挥物镜的鉴别能力，适用于中倍和高倍观察。但是，平面玻璃反射光线损失大，即使采用最 好的平面玻璃，最后到达目镜的光线也只有四分之一，损失了四分之三，故成象的亮度小， 衬度也差。另一种是用棱镜作垂直照明器，如图 1-14 所示。光线经棱镜全反射后略斜射于
样品表面，可造成一定的立体感，有利于观察表面浮凸。此外，这种垂直照明能使光线全部 反射到物镜后透镜上，光线损失极少，成象亮度大，有较好的衬度。其缺点是光源光线经棱 镜全反射后经 镜后透镜的 半照射在样品表面上，而反射回来的光线经过透镜的另 半进 入目镜，也就是说物镜实际使用的孔径角减小了一半，即数值孔径减小，从而大大降低了物 镜的分辨率，因此只适用于低倍观察，一般不超过100倍。现代新型的显微镜已经不再用这 种全反射棱镜作垂直照明器。 镜 {平面玻璃 X 图1-3用平面玻璃作垂直照明器的光路图 图1-14用棱镜作垂直照明器的光路图 2)暗场照明 在鉴别非金属夹杂物等特殊用途中，往往要采用 暗场照明。暗场照明与明场照明不同（如图115所示， 其光源光线经聚光透镜后形成一束平行光线，通过暗 物 面反封镜 场环形光栏时，平行光线的中心部分被挡住，形成 束管状光束：然后经过平面玻璃反射，再经过暗场曲 面反射镜的反射，管状光束以很大的倾角投射在样品 上。这里要注意，管状光束是从物镜四周通讨的，物 镜未通过光线从而未起聚光作用。如果样品表面平 均匀，则投射光线以很大的倾角反射出去。光线不过 入物镜，在目镜中看到的是一片暗黑色。如果样品表 环形 面存在高低不平之处，则反射光线就有部分进入物镜 而形成明亮的象。这与明场照明下观察的结果正好相 反。 图1-15暗场照明的光路图 (④)光栏 金相显微镜照明系统中有两个光栏，即孔径光栏和视场光栏。 1)孔径光栏 孔径光“用来控制入射光束的粗细，其位置堂近光源。一般显微镜的孔径光栏县可以连 续调节的，当孔径光栏缩小时，进入物镜的光束变细，光线不通过物镜透镜组的边缘.球面 象差大大降低。 但是光束变细，使物镜的孔径角缩小，会使实际使用的数值孔径下降， 分辨 率降低。当孔径光栏扩大时，入射光束变粗，物镜的孔径角增大，可以使光线充满物镜的 10
１０ 样品表面，可造成一定的立体感，有利于观察表面浮凸。此外，这种垂直照明能使光线全部 反射到物镜后透镜上，光线损失极少，成象亮度大，有较好的衬度。其缺点是光源光线经棱 镜全反射后经物镜后透镜的一半照射在样品表面上，而反射回来的光线经过透镜的另一半进 入目镜，也就是说物镜实际使用的孔径角减小了一半，即数值孔径减小，从而大大降低了物 镜的分辨率，因此只适用于低倍观察，一般不超过 100 倍。现代新型的显微镜已经不再用这 种全反射棱镜作垂直照明器。 图 1-13 用平面玻璃作垂直照明器的光路图 图 1-14 用棱镜作垂直照明器的光路图 2) 暗场照明 在鉴别非金属夹杂物等特殊用途中，往往要采用 暗场照明。暗场照明与明场照明不同(如图 1-15 所示)， 其光源光线经聚光透镜后形成一束平行光线，通过暗 场环形光栏时，平行光线的中心部分被挡住，形成一 束管状光束；然后经过平面玻璃反射，再经过暗场曲 面反射镜的反射，管状光束以很大的倾角投射在样品 上。这里要注意，管状光束是从物镜四周通过的，物 镜未通过光线从而未起聚光作用。如果样品表面平滑 均匀，则投射光线以很大的倾角反射出去。光线不进 入物镜，在目镜中看到的是一片暗黑色。如果样品表 面存在高低不平之处，则反射光线就有部分进入物镜 而形成明亮的象。这与明场照明下观察的结果正好相 反。 图 1-15 暗场照明的光路图 (4) 光栏 金相显微镜照明系统中有两个光栏，即孔径光栏和视场光栏。 1) 孔径光栏 孔径光栏用来控制入射光束的粗细，其位置靠近光源。一般显微镜的孔径光栏是可以连 续调节的，当孔径光栏缩小时，进入物镜的光束变细，光线不通过物镜透镜组的边缘．球面 象差大大降低。但是光束变细，使物镜的孔径角缩小，会使实际使用的数值孔径下降，分辨 率降低。当孔径光栏扩大时，入射光束变粗，物镜的孔径角增大，可以使光线充满物镜的后