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图1.1成像光学原理实验一金相显微镜的原理、结构和使用一、实验目的1.了解金相显微镜的结构原理，熟悉各种零件的性能和功用。2.掌握分辨率的概念及其影响因素。3.学会正确操作金相显微镜。二、实验原理利用金相显微镜观察金相试样的组织或缺陷的方法称为金相显微分析。它是研究金属材料微观结构最基本的一种实验技术，在金属材料研究领域中占有很重要的地位。在现代金相显微分析中，使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜。这里仅对常用的光学金相显微镜作一般介绍。（一）显微镜的基本原理、构造及使用1.显微镜的基本原理最简单的显微镜可以仅由两个透镜组成。图1-1为相显微镜成像的光学原理示意图。图中AB为被观察的物体，对着被观察物体的透镜O1叫物镜；对着人眼的透镜O2叫目镜。物镜使物体AB形成放大的倒立实像A'B'，目镜再将A'B'放大成仍然倒立的虚像A"B"。其位置正好在人眼的明视距离（约250mm）处。在显微镜中所观察的就是这个虚像A"B"。(1)显微镜的放大倍数放大倍数由下式确定：M=M物×Malignl¿目¿¿=Lf物⋅Df目¿式中：M—显微镜总放大倍数；M物—物镜的放大倍数；M目—目镜的放大倍数；f物—物镜的焦距；f目—目镜的焦距；L—显微镜的光学镜筒长度；D—明视距离（250mm）。由上式可知：f物、f目越短或L越长，则显微镜的放大倍数越大。(2)物镜的鉴别率物镜的鉴别率是指物镜能清晰分辨试样两点间最小距离的能力。物镜鉴别率的数学公式为：d=λ2A式中：d—物镜的鉴别率；λ—入射光源的波长；A—物镜的数值孔径，它表示物镜的聚光能力。由公式可知，波长λ越短，数值孔径A越大，则鉴别能力就越高（d越小），在显微镜中就能看到更细微的部分。数值孔径A可由下列公式求出：A=ηsinφ式中：η—物镜与物体之间介质的折射率；φ—物镜孔径角的一半，即通过物镜边缘的光线与物镜轴线所成的角度。η越大或物镜孔径角越大，则数值孔径越大，由于φ总是小于90，所以在空气介质（η=1）中使用时，数值孔径A一定小于1，这类物镜称干系物镜。当物镜上面滴有松柏油介质（η=1.52）时，A值最高可达1.4，这就是显微镜在高倍观察时用的油浸系物镜，每个物镜都有一个设计额定的A值，刻在物镜体上。(3)显微镜的有效放大倍数由M=M目·M物知，显微镜的同一放大倍数可由不同倍数的物镜和目镜来组合。如45倍的物镜乘以10倍的目镜或者15倍的物镜乘以30倍的目镜都是450倍。对于同一放大倍数，如何合理选用物镜和目镜呢？应先选物镜，一般原则是使显微镜的放大倍数在该物镜数值孔径的500~1000倍，即M=500A~1000A这个范围称为显微镜的有效放大倍数范围,若M<500A,则未能充分发挥物镜的鉴别率,若M>1000A,则形成“虚伪放大”，组织的细微部分将分辨不清。待物镜选定后，再根据所需的放大倍数选用目镜。(4)景深：即垂直鉴别率，反映了显微镜对于高低不同的物体能清晰成像的能力。式中：M—放大倍数；R—半孔径角；λ—波长；n—介质折射率。由式可知n、R越大，景深越小；物距增加，景深增加。在进行断口分析时，为获得清晰的断口凹凸图像，景深不能太小。(5)透镜的几何缺陷单色光通过透镜后，由于透镜表面呈球形，光线不能交于一点，则使放大后的象模糊不清，此现象称球面象差。多色光通过透镜后，由于折射率不同，使光线不能交于一点也会造成模糊图像，此现象称色象差。减小球面象差的办法：可通过制造物镜时采用不同透镜组合进行校正；调整孔径光栏，适当控制入射光束等办法降低球面象差。减小色象差办法：可通过物镜进行校正或采用滤色片获得单色光的办法降低色象差。2.显微镜的构造图1-2为不同型式的金相显微镜的基本构造及光学行程。图1-2金相显微镜的基本构造及光学行程金相显微镜分为台式、立时及卧式三种类型，各种类型又有许多不同的型号。虽然显微镜的型号很多，但基本构造大致相同，现以国产4x型金相显微镜为例说明其结构和成像原理。图1-3X型型金相显微镜的光学系统1－灯泡；2－聚光透镜组；3－聚光镜；4－半反射镜；5－辅助透镜；6－物镜组；7－试样；8－反光镜；9－孔径光阑；10－视场光阑；11－辅助透镜；12、13－棱镜；14－物镜图1-4国产4XB倒立式金相显微镜图1-3是上海光学仪器厂生...