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金相显微镜的一些基础知识概述
  • 发布日期:2011-06-07      浏览次数:2052
    • 一.金相显微镜的构造
      金相显微镜的种类和型式很多,zui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zui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zui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zui高放大倍数可达100倍,目镜的zui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zui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,只有校正的物镜才能达到趋于平坦的象域。

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