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金相显微镜改进方式

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金相显微镜的改进主要有以下几点:
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。德国、日本的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.
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,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,为了获得高分辨率,低有效放大倍数应当是佳条件下的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.
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.
高倍干物镜
为了便于观察高倍显微组织,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,已获得更为广泛的使用。
广视场目镜
广视场目镜的结构特点是场光阑显著增大,一般为22mm~26.5mm(老式目镜的场光阑直径只有16mm),充分利用了平场物镜扩大了的象场面积.
此外,有的显微镜还配置有高眼点目镜,使眼睛有缺陷(如散光)的人可以戴着眼镜进行观察,物象的质量可以免受眼睛缺陷的影响.由于平场消色差物镜和广视场目镜的推广使用,使显微组织观察的视域扩大了许多,这也相应提高了对显微镜载物台加工精度和试样制备质量的要求.
长工作距离物镜
有些显微镜生产厂商还推出一些工作距离较长的物镜,这是为了适应生产检验或特殊需要(例如高温台)而设计的.通常情况下,物镜的放大倍数越高,工作距离(即物象聚焦时,物镜接物透镜与试样之间的距离)越短,为了避免物镜因工作中不慎触及试样或受热而损坏,于是就设计了这种特殊物镜.例如nikonEPIPHOT300型金相显微镜的物镜系列中就有50×和100×两个工作距离分别为8.7mm和2.0mm的长工作距离物镜,其NA值分别为0.55和0.8;又如olympusGX系列显微镜也可配50×和100×工作距离分别为10.6mm和3.4mm的长工作距离物镜,其NA值分别为0.55和0.8,而50×和100×普通物镜的工作距离则分别只有0.54mm和0.3mm,但是其NA值则分别为0.8和0.95.可以看出,长工作距离物镜的数值孔径即分辨率有所下降,不过成像质量仍然不错.
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