金相顯微鏡工作原理|結構|參數
金相顯微鏡是用入射照明來觀察金屬試樣表面金相組織的顯微鏡，是對熱處理后的材料作一般金相組織的研究工作的儀器。是集光學顯微鏡技術、光電轉換技術、計算機圖像處理技術于一身的光學儀器。
金相顯微鏡原理
金相顯微鏡的基本放大原理下圖所示。其放大作用主要由焦距很短的物鏡和焦距較長的目鏡來完成。為了減少象差，金相顯微鏡的目鏡和物鏡都是由透鏡組構成復雜的光學系統，其中物鏡的構造尤為復雜。
為了便于說明，圖中的物鏡和目鏡都簡化為單透鏡。物體AB位于物鏡的前焦點外但很靠近焦點的位置上，經過物鏡形成一個倒立放大的實象A'B'，這個象位于目鏡的物方焦距內但很靠近焦點的位置上，作為目鏡的物體。目鏡將物鏡放大的實象再放大成虛象A"B",位于觀察者的明視距離(距人眼250mm)處，供眼睛觀察，在視網膜上成Z終的實象。
利用幾何光學原理對金相顯微鏡的成象過程進行了分析。但是實際上金相顯微鏡所觀察的顯微組織，往往幾何尺寸很小，小至可與光波的波長相比較，根據光的電磁波理論，此時不能再近似地把光線看成是直線傳播，而要考慮衍射的影響。另一方面，金相顯微鏡中的光線總是部分相干的。因此，金相顯微鏡的成象過程是一個比較復雜的衍射相干過程。事實上，由于衍射等因素的影響，金相顯微鏡的分辨能力和放大能力都受到一定限制。目前金相顯微鏡可觀察的Z小尺寸一般是0.2μm左右，有效放大率Zda為1500~1600x。
金相顯微鏡工作原理
放大系統是影響顯微鏡用途和質量的關鍵。主要由物鏡和目鏡組成。
顯微鏡的放大率為：
M顯=L/f物×250/f目=M物×M目式中[m1]M顯——表示顯微鏡放大率;[m2]M物、[m3]M目和[f2]f物、[f1]f目分別表示物鏡和目鏡的放大率和焦距;L為光學鏡筒長度;250為明視距離。長度單位皆為mm。
分辨率和象差透鏡的分辨率和象差缺陷的校正程度是衡量顯微鏡質量的重要標志。在金相技術中分辨率指的是物鏡對目的物的zui小分辨距離。由于光的衍射現象，物鏡的zui小分辨距離是有限的。德國人阿貝(Abb)對zui小分辨距離d提出了以下公式
d=λ/2nsinφ式中λ為光源波長;n為樣品和物鏡間介質的折射系數(空氣;=1;松節油：=1.5);φ為物鏡的孔徑角之半。
從上式可知，分辨率隨著和的增加而提高。由于可見光的波長[kg2][kg2]在4000～7000之間。在[kg2][kg2]角接近于90的zui有利的情況下，分辨距離也不會比[kg2]0.2m[kg2]更高。因此，小于[kg2]0.2m[kg2]的顯微組織，必須借助于電子顯微鏡來觀察(見)，而尺度介于[kg2]0.2～500m[kg2]之間的組織形貌、分布、晶粒度的變化，以及滑移帶的厚度和間隔等，都可以用光學顯微鏡觀察。這對于分析合金性能、了解冶金過程、進行冶金產品質量控制及零部件失效分析等，都有重要作用。
象差的校正程度，也是影響成象質量的重要因素。在低倍情況下，象差主要通過物鏡進行校正，在高倍情況下，則需要目鏡和物鏡配合校正。透鏡的象差主要有七種，其中對單色光的五種是球面象差、彗星象差、象散性、象場彎曲和畸變。對復色光有縱向色差和橫向色差兩種。早期的顯微鏡主要著眼于色差和部分球面象差的校正，根據校正的程度而有消色差和復消色差物鏡。隨著不斷發展，金相顯微鏡對象場彎曲和畸變等象差，也給予了足夠的重視。物鏡和目鏡經過這些象差校正后，不僅圖象清晰，并可在較大的范圍內保持其平面性，這對金相顯微照相尤為重要。因而現已廣泛采用平場消色差物鏡、平場復消色差物鏡以及廣視場目鏡等。上述象差校正程度，都分別以鏡頭類型的形式標志在物鏡和目鏡上。
光源早的金相顯微鏡，采用一般的白熾燈泡照明，以后為了提高亮度及照明效果，出現了低壓鎢絲燈、碳弧燈、氙燈、鹵素燈、水銀燈等。有些特殊性能的顯微鏡需要單色光源，鈉光燈、鉈燈能發出單色光。
照明方式金相顯微鏡與生物顯微鏡不同，它不是用透射光，而是采用反射光成像，因而必須有一套特殊的附加照明系統，也就是垂直照明裝置。1872年蘭(V.vonLang)創造出這種裝置，并制成了*臺金相顯微鏡。原始的金相顯微鏡只有明場照明，以后發展用斜光照明以提高某些組織的襯度。
金相顯微鏡構造
金相顯微鏡通常由光學系統、照明系統和機械系統三大部分組成，有的顯微鏡還附有攝影裝置。
載物臺：
金相顯微鏡載物臺用來放置金相試樣，載物臺和下面托盤之間有導軌，用手推動可使載物臺在水平面上作一定范圍的十字定向移動，以改變試樣的觀察部位。
孔徑光闌和視場光闌：
孔徑光闌裝在照明反射鏡座上面，調整孔徑光闌能夠控制入射光束的粗細，以保證物像達到清晰的程度。視場光闌設在物鏡支架下面，其作用是控制視場范圍，使目鏡中視場明亮而無陰影。在刻有直紋的套圈上還有兩個調節螺釘，用來調整光闌中心。
物鏡轉換器：
轉換器呈球面形，上有三個螺釘，可以安裝不同放大倍數的物鏡，旋轉轉換器可以使各個物鏡鏡頭進入光路，與不同的目鏡搭配使用，可以獲得各種放大倍數。
目鏡筒：
目鏡筒呈45度傾斜安裝在附有棱鏡的半球形座上，還可以將目鏡轉向90度呈水平狀以配合照相裝置進行金相攝影。
金相顯微鏡是一種精密的光學儀器，使用時要求細心謹慎。在使用金相顯微鏡工作之前首先要熟悉其構造特征以及各個主要部件的相互位置和作用，然后按照金相顯微鏡的使用規程進行操作。
金相顯微鏡的參數
數值孔徑：
數值孔徑是金相顯微鏡的物鏡和聚光鏡的主要技術參數，數值孔徑簡寫NA，是判斷兩者(尤其對物鏡而言)性能高低的重要標志。其數值的大小，分別標刻在物鏡和聚光鏡的外殼上。
數值孔徑是物鏡前透鏡與被檢物體之間介質的折射率(n)和孔徑角(u)半數的正弦之乘積。用公式表示如下：NA=nsinu/2。
分辨率：
金相顯微鏡的分辨率是指能被顯微鏡清晰區分的兩個物點的Z小間距，又稱鑒別率。其計算公式是σ=λ/NA，式中σ為Z小分辨距離;λ為光線的波長;NA為物鏡的數值孔徑?？梢娢镧R的分辨率是由物鏡的NA值與照明光源的波長兩個因素決定。NA值越大，照明光線波長越短，則σ值越小，分辨率就越高。
放大率和有效放大率：
由于經過物鏡和目鏡的兩次放大，所以金相顯微鏡總的放大率Γ應該是物鏡放大率β和目鏡放大率Γ1的乘積：Γ=βΓ1，顯然，和放大鏡相比，金相顯微鏡可以具有高得多的放大率，并且通過調換不同放大率的物鏡和目鏡，能夠方便地改變顯微鏡的放大率。
焦深：
焦深為焦點深度的簡稱，即在使用金相顯微鏡時，當焦點對準某一物體時，不僅位于該點平面上的各點都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度內，也能看得清楚，這個清楚部分的厚度就是焦深。這點在視頻顯微鏡中尤為重要。
視場直徑：
觀察金相顯微鏡時，所看到的明亮的圓形范圍叫視場，它的大小是由目鏡里的視場光闌決定的。視場直徑也稱視場寬度，是指在顯微鏡下看到的圓形視場內所能容納被檢物體的實際范圍。視場直徑愈大，愈便于觀察。
覆蓋差：
金相顯微鏡的光學系統也包括蓋玻片在內。由于蓋玻片的厚度不標準，光線從蓋玻片進入空氣產生折射后的光路發生了改變，從而產生了相差，這就是覆蓋差。覆蓋差的產生影響了金相顯微鏡的成響質量。
工作距離：
工作距離也叫物距，即指物鏡前透鏡的表面到被檢物體之間的距離。鏡檢時，被檢物體應處在物鏡的一倍至二倍焦距之間。因此，它與焦距是兩個概念，平時習慣所說的調焦，實際上是金相顯微鏡的調節工作距離。
