光學金相顯微鏡 返回列表頁

光學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(tǒng)
物鏡按照無限遠象距進行設(shè)計而不是象常規(guī)物鏡那樣按照有限象距進行設(shè)計，這種光學系統(tǒng)稱為無限遠色差和象差校正的光學系統(tǒng)或簡稱無限遠光學系統(tǒng).使用這種光學系統(tǒng)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(tǒng)的優(yōu)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(zhì)量不會受到損害，從而簡化了物鏡設(shè)計中色差和象差的校正.此外，在無限遠光學系統(tǒng)中，鏡筒長度系數(shù)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(zhuǎn)透鏡系統(tǒng)。德國、日本的公司生產(chǎn)的金相顯微鏡均已先后采用無限遠光學系統(tǒng)設(shè)計.
光學金相顯微鏡同焦面性設(shè)計
在新型顯微鏡中，更換物鏡及目鏡后不須重新調(diào)焦，一般只需略微調(diào)節(jié)微調(diào)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(yīng)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(shè)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(shù)的再認識
顯微鏡的有效放大倍數(shù)(M)與物鏡數(shù)值孔徑(NA)的關(guān)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(guān)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(dǎo)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(guān)，而且還與物象的反差有關(guān).此外，照明條件、放大倍數(shù)、物鏡質(zhì)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(shù)應(yīng)當是好條件下的4倍左右，即M≈2200NA;同時，使用4000×或更高放大倍數(shù)的顯微照片也是*合理的.
平場消色差物鏡
現(xiàn)今新型顯微鏡已經(jīng)普遍使用平場消色差物鏡，甚至還可以配置更高級的平場復(fù)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(guī)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(xiàn)今顯微鏡一般均備有高倍干物鏡.例如nikon公司生產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(yīng)提高了對顯微鏡載物臺加工精度和試樣制備質(zhì)量的要求.
長工作距離物鏡
有些顯微鏡生產(chǎn)廠商還推出一些工作距離較長的物鏡，這是為了適應(yīng)生產(chǎn)檢驗或特殊需要(例如高溫臺)而設(shè)計的.通常情況下，物鏡的放大倍數(shù)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(shè)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(shù)值孔徑即分辨率有所下降，不過成像質(zhì)量仍然不錯.
多功能緊湊設(shè)計
在人們的印象中，只有大型臥式顯微鏡才是功能齊全的高級設(shè)備.但是，現(xiàn)今生產(chǎn)的顯微鏡(包括高級研究型)基本上都采用緊湊的臺式設(shè)計并使用*平場消色差物鏡或平場復(fù)消色差物鏡以及廣視場目鏡.有的顯微鏡還配有電動控制的物鏡回轉(zhuǎn)頭，只需按下按鈕，所需的物鏡就會自動旋入光程，孔徑光闌和視場光闌的大小也能隨著物鏡的更換自動進行調(diào)整.照明方式則有明視場、暗視場、偏振光、微差干涉襯度(DIC)等四種較常用的照明方式，而且照明方式的變換也極為簡便.此外，觀察到的物象也是正置而不是反置，使物象的移動方向與載物臺的移動方向*，大大便利了操作.圖1所示的臺式顯微鏡具有低載物臺設(shè)計，載物臺的萬向節(jié)操縱手柄使載物臺能非常方便地沿x軸和y軸方向來回移動.當照明方式在明視場與暗視場之間變換時，孔徑光闌的調(diào)整由內(nèi)置的連動裝置自動完成.有40種以上放大倍數(shù)從1.5×到200×的物鏡可供選用，無限遠光學系統(tǒng)的每一個光學元件都單獨地進行了色差校正，從而保證獲得清晰的物象.各種測量標尺均放置在初次放大實象位置，因此，始終保持聚焦，不受試樣表面形貌的影響.2.5×連續(xù)變倍裝置(從0.8×到2.0×，物象始終保持清晰)可用于觀察和顯微照相，當旋鈕調(diào)到1.0×，1.25×，1.5×處時，還可以聽到喀噠停頓聲.圖2所示的顯微鏡是一種*研究型顯微鏡，1×~2×連續(xù)變倍裝置不僅可用于觀察，而且可用于所有的接口.圖3為Carlzeiss公司生產(chǎn)的Axiovert40MAT型倒置式金相顯微鏡，適用于繁忙的材料實驗室的質(zhì)量檢驗、材料分析、金屬加工工藝分析、材料研制等項工作，以及玻璃和塑料工業(yè)、研究機構(gòu)和學校教學使用.該顯微鏡堅固的載物臺可以放置比較重的大零件，并備有長工作距離物鏡. Carlzeiss公司生產(chǎn)的Axiovert200MAT型倒置式金相顯微鏡，這是一種專業(yè)型產(chǎn)品,顯微鏡鏡體可以在手工操作和電動機驅(qū)動兩類中挑選.如果選用后者，則物鏡的更換和調(diào)焦、載物臺移動等操作均可通過相應(yīng)的按鈕迅速完成.根據(jù)無限遠光學系統(tǒng)設(shè)計的物鏡可使物象具有優(yōu)異的反差;具有高數(shù)值孔徑的長工作距離物鏡，既便于操作，又能獲得高分辨率組織.該顯微鏡還利用新研制的"全干涉襯度"(TIC)光學方法測量顯微組織中的階狀高度，其精度可達20nm;還有將圓偏振光代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線偏振光用于DIC，即"圓DIC"(C-DIC)技術(shù)，使原來只能在一定取向才能看到的組織變?yōu)榭梢钥吹狡淙捕c取向無關(guān)并與載物臺的轉(zhuǎn)動位置無關(guān). 顯微照相和圖象分析走進了數(shù)字化時代 顯微鏡的內(nèi)置照相裝置或外置照相附件既可以使用35mm膠卷，也可以使用大尺寸膠片或一次成象感光器材，不過35mm膠卷更為經(jīng)濟和便捷，從而獲得更加廣泛的使用，數(shù)字成象系統(tǒng)也逐漸用于顯微照相，它可以很容易地將數(shù)字化的圖象儲存在計算機內(nèi)，也可以隨時將其打印成照片或通過電子郵件傳遞，免除了暗室操作. 有了圖象分析軟件，還可以將數(shù)字化圖象經(jīng)過圖象處理后，按照國家標準進行定量分析，如晶粒度測定、鍍層或涂層厚度測定、孔隙度測定等.隨著計算機技術(shù)的進步和軟件的完善，圖象分析也會越來越方便、迅速、精確.利用圖象處理軟件，還可以將多個相鄰視場的數(shù)字化圖象拼接成一整幅視場寬廣的清晰圖象，而且?guī)缀蹩床怀鼋涌p的痕跡，對于一個高水平的操作系統(tǒng)，這一操作可以在數(shù)秒鐘內(nèi)完成. 但是，隨著數(shù)字化圖象應(yīng)用的迅速普及，也帶來一個令人憂慮的問題，這就是顯微組織照片的"作假"問題.利用圖象處理軟件對金相組織進行"修理"、甚至"移花接木"已經(jīng)不是一件難事，但是這樣做卻*違背了"金相組織應(yīng)當能如實反映試樣真實組織"的重要原則，弄不好還可能造成嚴重的事故，這一憂慮應(yīng)當不是"聳人聽聞".