金相显微镜透镜成象的几何光学原理

上篇回顾：正置金相显微镜的光学光路原理

1．几何光学的实定律全反射现象

在光学研究的初期，把光的传播看成是一种带有能量的几何射线的传播，这种几何射线人们叫做光线。根据实验确立了下列四条关于光线传播的实验定律：

(1)光的直线传播定律

在各向同性的均匀介质中，光沿直线传播；

(2)光的独立传播定律

两束光在传播过程中相遇后，各自继续传播，好像它们没有相遇过一样；

(3)反射定律

入射线、反射线和入射点处的法线在同一平面内；入射线和反射线在法线的两侧；入射角和反射角的绝对值Θ相等，见图2-2

图2-2光的反射和折射

即

i=i''(2-3)

式中i、i''分别表示入射角、反射角。

Θ按规定：入射角、反射角、折射角均规定为代数量。符号规则是从光线转向法线，顺时针转向者为正；逆时针转向者为负。在图中所示各角度均标出其正值。

入射线、折射线和入射点处的法线在同一平面内；入射线和折射线在法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦之比等于折射光线所在介质折射率与入射光线所在介质折射率之比，见图2—2。即

或

式中

i ---入射角；
i' ---折射光线与界面法线的夹角，简称折射角；
n、n' ---分别为介质1和介质2的折射率。

从公式(2—2)或公式(2—3)中不难看出；当光线从折射率n比较小的介质(通常称为光疏介质，例如空气)进入折射率 n’比较大的介质(通常称为光密介质，例如玻璃)时，折射光线靠近法线；反之，当光线从光密介质进入光疏介质时，折射光线将偏离法线。

由此可知：当光线由折射率n大的介质向折射率n’小的介质入射时，随着入射角的增大折射角增得更大。此时反射光增强，折射光减弱。当入射角增大到某一角度i'e(称为临界角)时，折射光从两种介质的分界面掠过，即i'e＝90°。也就是说，只有在入射角i小于临界角ie时才有折射光和反射光。当入射角大于临界角ie时，只有反射光而没有折射光，见图2—3。没有折射只有反射的现象叫全反射现象。

从折射定律式(2—3)可见，临界角ie是由下式决定的：

借助光在棱镜中的全反射（或镜面反射）来改变光的进行方向，在金相显微镜中应用得相当普遍。图2-1中9、9两个棱镜就是一个例子。

图2-1
 

金相显微镜是用来观察不透明物体的，由于光线不能透过不透明物体所以必须采用一套复杂的照明系统使光线从正面或侧面把物体表面照亮，然后依靠物体表面的反射能力，使部分光线反射入光学系统，经放大成象，为眼睛所观察。由此可见，金相显微镜是利用反射光观察不透明物体的。

200倍放大的图，这样图上面的1CM实际等于1CM除以200，,50微米，对不对？下面这个是400倍放大，那个标尺对么？

金相显微镜与生物显微镜的区别：金相显微镜观察的试样不透明，只能借助试样磨面的反射光来观察，需要特殊光源。生物显微镜观察的试样是透明的切片，采用自然光源。

金相，“金”指的是金属或者是合金材料，“相”应该就是指外观。所以金相的意思应该就是说金属或者是合金材料的外观形态。但并不是我们肉眼所看到的样子，应该是通过显微镜所看到的微观状态。

如被检仪器的格值是用随机0.01mm测微尺标定的，我们可用标准测微尺检定示值误差。我们将标准测微尺置于仪器工作台上，调整测微尺标尺轴线与仪器目镜分划板标尺轴线平行，并读出目镜分划板i条刻线里包含测微尺n条刻线数。仪器测得的长度L测= iC,其所对应的标准测微尺长度为L标=n×0.01mm,则金相显微镜的示值误差为： δ=( L标− L测)/L标×100%

进行金相检验时，为了获得清晰的物像，必须调好物镜与金相试样之间的距离，这就是调焦；用来实现调焦的机械装置，就称为调焦机构。 调焦机构包括粗动调焦和微动调焦两部分。粗动调焦机构是在显微操作时作快速调焦用的。而微动调焦机构，是作进一步精确调焦用的。对于景深小的高倍物镜，微动调焦机构是必不可少的。同时，只有粗调和微调机构的互相配合和运用，方可以得到满意的调焦效果。

观察之前，先转动粗动调焦手轮，使载物台上升，物镜逐渐接近式样。然后，左眼注视目镜内，同时右眼不要闭合(要养成睁开双眼用显微镜进行观察的习惯，以便在观察的同时能用右眼看着绘图)，并转动粗动调焦手轮，使载物台慢慢下降，不久即可看到玻片中材料的放大物像。转换不同倍率的物镜观察试片时，要握着物镜转塔的侧缘来转动，不可握着物镜来回转物镜转塔，以免光轴产生偏差。

金相显微镜是专门用于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微镜。这些不透明物体无法在普通的透射光显微镜中观察，故金相和普通显微镜的主要差别在于前者以反射光照明，而后者以透射光照明。在金相显微镜中照明光束从物镜方向射到被观察物体表面，被物面反射后再返回物镜成像。

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金相显微镜与生物显微镜的区别：金相显微镜观察的试样不透明，只能借助试样磨面的反射光来观察，需要特殊光源。生物显微镜观察的试样是透明的切片，采用自然光源。

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金相，“金”指的是金属或者是合金材料，“相”应该就是指外观。所以金相的意思应该就是说金属或者是合金材料的外观形态。但并不是我们肉眼所看到的样子，应该是通过显微镜所看到的微观状态。