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QQ交談技術文章
金相顯微鏡改進方式
點擊次數：1966 發布時間：2018-9-30
金相顯微鏡的改進主要有以下幾點：
普遍采用無限遠光學系統
物鏡按照無限遠象距進行設計而不是象常規物鏡那樣按照有限象距進行設計，這種光學系統稱為無限遠色差和象差校正的光學系統或簡稱無限遠光學系統.使用這種光學系統時，當入射光從試樣表面反射再次進入物鏡后，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，即一次放大實象，然后才供目鏡再次放大.無限遠光學系統的優點是顯微鏡中的各種光學附件（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附件的干擾，物象的質量不會受到損害，從而簡化了物鏡設計中色差和象差的校正.此外，在無限遠光學系統中，鏡筒長度系數保持為一，無論物鏡與目鏡之間的距離有多遠，也不需要一個固定的中轉透鏡系統。德國、日本的公司生產的金相顯微鏡均已先后采用無限遠光學系統設計.
同焦面性設計
在新型顯微鏡中，更換物鏡及目鏡后不須重新調焦，一般只需略微調節微調旋鈕，就可以使物象準確聚焦.為此，物鏡和目鏡的光學機械尺寸應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象象面之間的距離）相等：②所有物鏡初次放大實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象的象面重合.同焦面性并不是物鏡或目鏡的一個固有特性，而是在新型顯微鏡的設計中為了便于使用者的操作而采取的一種措施.
對顯微鏡有效放大倍數的再認識
顯微鏡的有效放大倍數（M）與物鏡數值孔徑（NA）的關系可以表示為：550NA<M<1100NA>；，長期以來，顯微鏡使用者一直遵循這一關系式.但是，VanderVoort在其所著《金相學——原理與實踐》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出的，因此不要當做教條來遵循.實際上，分辨率不僅與物鏡的分辨率有關，而且還與物象的反差有關.此外，照明條件、放大倍數、物鏡質量，以及觀察條件都會影響物象的反差,因而也會影響分辨率.他指出，為了獲得高分辨率，低有效放大倍數應當是佳條件下的4倍左右，即M≈2200NA；同時，使用4000×或更高放大倍數的顯微照片也是*合理的.
平場消色差物鏡
現今新型顯微鏡已經普遍使用平場消色差物鏡，甚至還可以配置更的平場復消色差物鏡.老式物鏡初次放大實象的直徑只有18mm～20mm，而平場消色差物鏡則規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，現今顯微鏡一般均備有高倍干物鏡.例如nikon公司生產的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
廣視場目鏡的結構特點是場光闌顯著增大，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大了的象場面積.
此外，有的顯微鏡還配置有高眼點目鏡，使眼睛有缺陷（如散光）的人可以戴著眼鏡進行觀察，物象的質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大了許多，這也相應提高了對顯微鏡載物臺加工精度和試樣制備質量的要求.
長工作距離物鏡
有些顯微鏡生產廠商還推出一些工作距離較長的物鏡，這是為了適應生產檢驗或特殊需要（例如高溫臺）而設計的.通常情況下，物鏡的放大倍數越高，工作距離（即物象聚焦時，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，于是就設計了這種特殊物鏡.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值孔徑即分辨率有所下降，不過成像質量仍然不錯.
普遍采用無限遠光學系統
物鏡按照無限遠象距進行設計而不是象常規物鏡那樣按照有限象距進行設計，這種光學系統稱為無限遠色差和象差校正的光學系統或簡稱無限遠光學系統.使用這種光學系統時，當入射光從試樣表面反射再次進入物鏡后，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，即一次放大實象，然后才供目鏡再次放大.無限遠光學系統的優點是顯微鏡中的各種光學附件（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附件的干擾，物象的質量不會受到損害，從而簡化了物鏡設計中色差和象差的校正.此外，在無限遠光學系統中，鏡筒長度系數保持為一，無論物鏡與目鏡之間的距離有多遠，也不需要一個固定的中轉透鏡系統。德國、日本的公司生產的金相顯微鏡均已先后采用無限遠光學系統設計.
同焦面性設計
在新型顯微鏡中，更換物鏡及目鏡后不須重新調焦，一般只需略微調節微調旋鈕，就可以使物象準確聚焦.為此，物鏡和目鏡的光學機械尺寸應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象象面之間的距離）相等：②所有物鏡初次放大實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象的象面重合.同焦面性并不是物鏡或目鏡的一個固有特性，而是在新型顯微鏡的設計中為了便于使用者的操作而采取的一種措施.
對顯微鏡有效放大倍數的再認識
顯微鏡的有效放大倍數（M）與物鏡數值孔徑（NA）的關系可以表示為：550NA<M<1100NA>；，長期以來，顯微鏡使用者一直遵循這一關系式.但是，VanderVoort在其所著《金相學——原理與實踐》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出的，因此不要當做教條來遵循.實際上，分辨率不僅與物鏡的分辨率有關，而且還與物象的反差有關.此外，照明條件、放大倍數、物鏡質量，以及觀察條件都會影響物象的反差,因而也會影響分辨率.他指出，為了獲得高分辨率，低有效放大倍數應當是佳條件下的4倍左右，即M≈2200NA；同時，使用4000×或更高放大倍數的顯微照片也是*合理的.
平場消色差物鏡
現今新型顯微鏡已經普遍使用平場消色差物鏡，甚至還可以配置更的平場復消色差物鏡.老式物鏡初次放大實象的直徑只有18mm～20mm，而平場消色差物鏡則規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，現今顯微鏡一般均備有高倍干物鏡.例如nikon公司生產的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
廣視場目鏡的結構特點是場光闌顯著增大，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大了的象場面積.
此外，有的顯微鏡還配置有高眼點目鏡，使眼睛有缺陷（如散光）的人可以戴著眼鏡進行觀察，物象的質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大了許多，這也相應提高了對顯微鏡載物臺加工精度和試樣制備質量的要求.
長工作距離物鏡
有些顯微鏡生產廠商還推出一些工作距離較長的物鏡，這是為了適應生產檢驗或特殊需要（例如高溫臺）而設計的.通常情況下，物鏡的放大倍數越高，工作距離（即物象聚焦時，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，于是就設計了這種特殊物鏡.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值孔徑即分辨率有所下降，不過成像質量仍然不錯.