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欣晟泰(图)|电子显微镜原理|乐山显微镜：

１．金相显微镜的成像原理，

金相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，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

3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，olympus显微镜，使图象模糊不清。这种象差称球面象差.

1金相显微镜主要用于鉴定和分析金属内部结构组织，它是金属学研究金相的重要仪器，是工业部门鉴定产品质量的关键设备，该仪器配用摄像装置，可摄取金相图谱，并对图谱进行测量分析，对图象进行编辑、输出、存储、管理等功能。

金相显微镜由于易于操作、视场较大、价格相对低廉，直到现在仍然是常规检验和研究工作中常使用的仪器。近年来金相显微镜的改进主要有以下几点：

2普遍采用无限远光学系统

物镜按照无限远象距进行设计而不是象常规物镜那样按照有限象距进行设计，这种光学系统称为无限远色差和象差校正的光学系统或简称无限远光学系统。使用这种光学系统时，当入射光从试样表面反射再次进入物镜后，并不收敛而是保持为平行光束，直到通过镜筒透镜后才收敛并形成中间象，即一次放大实象，然后才供目镜再次放大。无限远光学系统的优点是显微镜中的各种光学附件（如暗视场光束分离器、偏振光分离器、用于微差干涉衬度）的棱镜、检偏振镜，以及其它附加滤色镜等）都可以放置在物镜凸缘与镜简透镜之间平行光束的空间，由于成象光束没有受到上述光学附件的干扰，物象的质量不会受到损害，从而简化了物镜设计中色差和象差的校正。此外，在无限远光学系统中，镜筒长度系数保持为一，无论物镜与目镜之间的距离有多远，也不需要一个固定的中转透镜系统。目前，德国的CarlZeiss公司和Leica公司、日本的Nikon公司和Olympus公司生产的金相显微镜均已先后采用无限远光学系统设计

3同焦面性设计

在新型显微镜中，更换物镜及目镜后不须重新调焦，一般只需略微调节微调旋钮，就可以使物象准确聚焦。为此，物镜和目镜的光学机械尺寸应满足同焦面性的要求，即：①所有物镜的共轭距离（即从试样表面到物镜初次放大实象象面之间的距离）相等：②所有物镜初次放大实象到目镜镜筒口的距离不变；③所有目镜的焦面与物镜初次放大实象的象面重合。同焦面性并不是物镜或目镜的一个固有特性，而是在新型显微镜的设计中为了便于使用者的操作而采取的一种措施。

对显微镜有效放大倍数的再认识显微镜的有效放大倍数（M）与物镜数值孔径（NA）的关系可以表示为：550NA＜M＜1100NA>，长期以来，测量显微镜，显微镜使用者一直遵循这一关系式。但是，VanderVoort在其所著《金相学——原理与实践》一书中指出，上式是在用理想的眼睛观察具有理想反差物象的条件下推导出的，因此不要当做教条来遵循。实际上，分辨率不仅与物镜的分辨率有关，而且还与物象的反差有关。此外，照明条件、放大倍数、物镜质量，以及观察条件都会影响物象的反差，因而也会影响分辨率。他指出，为了获得上线分辨率，下线效放大倍数应当是完美条件下的4倍左右，即M≈2200NA；同时，使用4000×或更高放大倍数的显微照片也是完全合理的。

4平场消色差物镜

现今新型显微镜已经普遍使用平场消色差物镜，甚至还可以配置更好的平场复消色差物镜。老式物镜初次放大实象的直径只有18mm～20mm，而平场消色差物镜则规定高度校正的初次放大平面象的直径为28mm，即象场面积增大了一倍，并使象场弯曲得到了很好的校正。

5高倍干物镜

为了便于观察高倍显微组织，乐山显微镜，现今显微镜一般均备有高倍干物镜。例如Nikon公司生产的EPIPHOT300型金相显微镜（图1）配置有放大100×、150×、200×的CFPlanApoEPI型干物镜，其NA值均为0.95。尽管干物镜的分辨率明显低于油浸物镜（100×油浸物镜的NA值一般可达1.40），但由于简化了操作并使试样免于被油污染，电子显微镜原理，现今已获得更为广泛的使用。近年来，Olympus公司生产的GX系列显微镜甚至还配置有更高倍数（250×）的干物镜，尽管其NA值只有0.90，但是用它来进行观察或拍照，已经很容易使其放大倍数远超过传统上使用的数值（1100NA），这进一步证实了以上第1.3小节介绍的观点是正确的

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