金相顯微鏡是将光(guāng)學顯微鏡技術、光(guāng)電轉換技術、計算(suàn)機圖像處理(lǐ)技術完美(měi)地結合在一起而開發研制成的(de)高(gāo)科技産品，可(kě)以在計算(suàn)機上很方便地觀察金相圖像，從而對(duì)金相圖譜進行分(fēn)析，評級等以及對(duì)圖片進行輸出、打印。 衆所周知，合金的(de)成分(fēn)、熱(rè)處理(lǐ)工藝、冷(lěng)熱(rè)加工工藝直接影(yǐng)響金屬材料的(de)内部組織、結構的(de)變化(huà)，從而使機件的(de)機械性能發生變化(huà)。因此用(yòng)金相顯微鏡來(lái)觀察檢驗分(fēn)析金屬内部的(de)組織結構是工業生産中的(de)一種重要手段 。
　　金相顯微鏡主要由光(guāng)學系統、照(zhào)明(míng)系統、機械系統、附件裝置(包括攝影(yǐng)或其它如顯微硬度等裝置)組成。根據金屬樣品表面上不同組織組成物(wù)的(de)光(guāng)反射特征，用(yòng)顯微鏡在可(kě)見光(guāng)範圍内對(duì)這(zhè)些組織組成物(wù)進行光(guāng)學研究并定性和(hé)定量描述。它可(kě)顯示500～0.2m尺度内的(de)金屬組織特征。早在1841年，俄國人(rén)(п．п．Ансов) 就在放大(dà)鏡下(xià)研究了(le)大(dà)馬士革鋼劍上的(de)花紋。至1863年,英國人(rén)(H.C.Sorby)把岩相學的(de)方法，包括試樣的(de)制備、抛光(guāng)和(hé)腐刻等技術移植到鋼鐵研究，發展了(le)金相技術，後來(lái)還(hái)拍(pāi)出一批低放大(dà)倍數的(de)和(hé)其他(tā)組織的(de)金相照(zhào)片。索比和(hé)他(tā)的(de)同代人(rén)德國人(rén)(A.Martens)及法國人(rén)(F. Osmond)的(de)科學實踐，爲現代光(guāng)學金相顯微術奠定了(le)基礎。至20世紀初，光(guāng)學金相顯微術日臻完善，并普遍推廣使用(yòng)于金屬和(hé)合金的(de)微觀分(fēn)析，迄今仍然是金屬學領域中的(de)一項基本技術。
　　金相顯微鏡 是用(yòng)可(kě)見光(guāng)作爲照(zhào)明(míng)源的(de)一種顯微鏡。分(fēn)立式和(hé)卧式,見圖1[光(guāng)學顯微鏡 a 立式顯微鏡 b 卧式顯微鏡]。它們都包括光(guāng)學放大(dà)、照(zhào)明(míng)和(hé)機械三個(gè)系統。
　　放大(dà)系統 是影(yǐng)響顯微鏡用(yòng)途和(hé)質量的(de)關鍵。主要由物(wù)鏡和(hé)目鏡組成。其光(guāng)路見圖2 [金相顯微鏡光(guāng)路圖]。顯微鏡的(de)放大(dà)率爲：M顯=L/f物(wù)×250/f目=M顯×M目 式中[m1] M顯——表示顯微鏡放大(dà)率；[m2] M物(wù)、[m3]M目 和(hé)[f2]f物(wù)、[f1]f目 分(fēn)别表示物(wù)鏡和(hé)目鏡的(de)放大(dà)率和(hé)焦距；L爲光(guāng)學鏡筒長(cháng)度；250爲明(míng)視距離。長(cháng)度單位皆爲mm。
　　分(fēn)辨率和(hé)象差 透鏡的(de)分(fēn)辨率和(hé)象差缺陷的(de)校正程度是衡量顯微鏡質量的(de)重要标志。在金相技術中分(fēn)辨率指的(de)是物(wù)鏡對(duì)目的(de)物(wù)的(de)最小分(fēn)辨距離。由于光(guāng)的(de)衍射現象，物(wù)鏡的(de)最小分(fēn)辨距離是有限的(de)。德國人(rén)阿貝(Abb)對(duì)最小分(fēn)辨距離()提出了(le)以下(xià)公式d=λ/2nsinφ式中[kg2][kg2]爲光(guāng)源波長(cháng)； n爲樣品和(hé)物(wù)鏡間介質的(de)折射系數（空氣;=1；松節油：=1.5）；φ爲物(wù)鏡的(de)孔徑角之半。
　　從上式可(kě)知，分(fēn)辨率随著(zhe)和(hé)的(de)增加而提高(gāo)。由于可(kě)見光(guāng)的(de)波長(cháng)[kg2][kg2]在4000～7000之間。在[kg2][kg2]角接近于90的(de)最有利的(de)情況下(xià)，分(fēn)辨距離也(yě)不會比[kg2]0.2m[kg2]更高(gāo)。因此，小于[kg2]0.2m[kg2]的(de)顯微組織，必須借助于電子顯微鏡來(lái)觀察（見）,而尺度介于[kg2]0.2～500m[kg2]之間的(de)組織形貌、分(fēn)布、晶粒度的(de)變化(huà)，以及滑移帶的(de)厚度和(hé)間隔等，都可(kě)以用(yòng)光(guāng)學顯微鏡觀察。這(zhè)對(duì)于分(fēn)析合金性能、了(le)解冶金過程、進行冶金産品質量控制及零部件失效分(fēn)析等，都有重要作用(yòng)。
　　象差的(de)校正程度，也(yě)是影(yǐng)響成象質量的(de)重要因素。在低倍情況下(xià)，象差主要通(tōng)過物(wù)鏡進行校正，在高(gāo)倍情況下(xià)，則需要目鏡和(hé)物(wù)鏡配合校正。透鏡的(de)象差主要有七種，其中對(duì)單色光(guāng)的(de)五種是球面象差、彗星象差、象散性、象場(chǎng)彎曲和(hé)畸變。對(duì)複色光(guāng)有縱向色差和(hé)橫向色差兩種。早期的(de)顯微鏡主要著(zhe)眼于色差和(hé)部分(fēn)球面象差的(de)校正，根據校正的(de)程度而有消色差和(hé)複消色差物(wù)鏡。近期的(de)金相顯微鏡，對(duì)象場(chǎng)彎曲和(hé)畸變等象差，也(yě)給予了(le)足夠的(de)重視。物(wù)鏡和(hé)目鏡經過這(zhè)些象差校正後，不僅圖象清晰，并可(kě)在較大(dà)的(de)範圍内保持其平面性，這(zhè)對(duì)金相顯微照(zhào)相尤爲重要。因而現已廣泛采用(yòng)平場(chǎng)消色差物(wù)鏡、平場(chǎng)複消色差物(wù)鏡以及廣視場(chǎng)目鏡等。上述象差校正程度，都分(fēn)别以鏡頭類型的(de)形式标志在物(wù)鏡和(hé)目鏡上。
　　光(guāng)源 最早的(de)金相顯微鏡，采用(yòng)一般的(de)白熾燈泡照(zhào)明(míng)，以後爲了(le)提高(gāo)亮度及照(zhào)明(míng)效果，出現了(le)低壓鎢絲燈、碳弧燈、氙燈、鹵素燈、水(shuǐ)銀燈等。有些特殊性能的(de)顯微鏡需要單色光(guāng)源，鈉光(guāng)燈、铊燈能發出單色光(guāng)。
　　照(zhào)明(míng)方式 金相顯微鏡與生物(wù)顯微鏡不同，它不是用(yòng)透射光(guāng),而是采用(yòng)反射光(guāng)成像,因而必須有一套特殊的(de)附加照(zhào)明(míng)系統，也(yě)就是垂直照(zhào)明(míng)裝置。1872年蘭(V.vonLang)創造出這(zhè)種裝置,并制成了(le)第一台金相顯微鏡。原始的(de)金相顯微鏡隻有明(míng)場(chǎng)照(zhào)明(míng)，以後發展用(yòng)斜光(guāng)照(zhào)明(míng)以提高(gāo)某些組織的(de)襯度。
金相顯微鏡具有獨特的(de)特點：
·超大(dà)型載物(wù)台，樣品可(kě)以大(dà)範圍的(de)快(kuài)慢(màn)速移動，擴大(dà)檢測領域的(de)使用(yòng)範圍，适用(yòng)于電子、機械、化(huà)工、科研、院校等部門，以及金相技術檢驗、失效分(fēn)析等。

金相顯微鏡主要用(yòng)于鑒定和(hé)分(fēn)析金屬内部結構組織,它是金屬學研究金相的(de)重要儀器,是工業部門鑒定産品質量的(de)關鍵設備,該儀器配用(yòng)攝像裝置,可(kě)攝取金相圖譜,并對(duì)圖譜進行測量分(fēn)析,對(duì)圖象進行編輯、輸出、存儲、管理(lǐ)等功能. 　　
金相顯微鏡由于易于操作、視場(chǎng)較大(dà)、價格相對(duì)低廉,直到現在仍然是常規檢驗和(hé)研究工作中最常使用(yòng)的(de)儀器.近年來(lái)金相顯微鏡的(de)改進主要有以下(xià)幾點: 　　
普遍采用(yòng)無限遠(yuǎn)光(guāng)學系統 　　
物(wù)鏡按照(zhào)無限遠(yuǎn)象距進行設計而不是象常規物(wù)鏡那樣按照(zhào)有限象距進行設計,這(zhè)種光(guāng)學系統稱爲無限遠(yuǎn)色差和(hé)象差校正的(de)光(guāng)學系統或簡稱無限遠(yuǎn)光(guāng)學系統.使用(yòng)這(zhè)種光(guāng)學系統時(shí),當入射光(guāng)從試樣表面反射再次進入物(wù)鏡後,并不收斂而是保持爲平行光(guāng)束,直到通(tōng)過鏡筒透鏡後才收斂并形成中間象,即一次放大(dà)實象,然後才供目鏡再次放大(dà).無限遠(yuǎn)光(guāng)學系統的(de)優點是顯微鏡中的(de)各種光(guāng)學附件(如暗視場(chǎng)光(guāng)束分(fēn)離器、偏振光(guāng)分(fēn)離器、用(yòng)于微差幹涉襯度)的(de)棱鏡、檢偏振鏡,以及其它附加濾色鏡等)都可(kě)以放置在物(wù)鏡凸緣與鏡簡透鏡之間平行光(guāng)束的(de)空間,由于成象光(guāng)束沒有受到上述光(guāng)學附件的(de)幹擾,物(wù)象的(de)質量不會受到損害,從而簡化(huà)了(le)物(wù)鏡設計中色差和(hé)象差的(de)校正.此外,在無限遠(yuǎn)光(guāng)學系統中,鏡筒長(cháng)度系數保持爲一,無論物(wù)鏡與目鏡之間的(de)距離有多(duō)遠(yuǎn),也(yě)不需要一個(gè)固定的(de)中轉透鏡系統.目前,德國的(de)公司和(hé)公司、日本的(de)公司和(hé)olympus公司生産的(de)金相顯微鏡均已先後采用(yòng)無限遠(yuǎn)光(guāng)學系統設計. 　　

同焦面性設計 　　
在新型顯微鏡中,更換物(wù)鏡及目鏡後不須重新調焦,一般隻需略微調節微調旋鈕,就可(kě)以使物(wù)象準确聚焦.爲此,物(wù)鏡和(hé)目鏡的(de)光(guāng)學機械尺寸應滿足同焦面性的(de)要求,即:①所有物(wù)鏡的(de)共轭距離(即從試樣表面到物(wù)鏡初次放大(dà)實象象面之間的(de)距離)相等:②所有物(wù)鏡初次放大(dà)實象到目鏡鏡筒口的(de)距離不變;③所有目鏡的(de)焦面與物(wù)鏡初次放大(dà)實象的(de)象面重合.同焦面性并不是物(wù)鏡或目鏡的(de)一個(gè)固有特性,而是在新型顯微鏡的(de)設計中爲了(le)便于使用(yòng)者的(de)操作而采取的(de)一種措施. 　　
對(duì)顯微鏡有效放大(dà)倍數的(de)再認識 　　
顯微鏡的(de)有效放大(dà)倍數(M)與物(wù)鏡數值孔徑(NA)的(de)關系可(kě)以表示爲:550NA＜M＜1100NA>,長(cháng)期以來(lái),顯微鏡使用(yòng)者一直遵循這(zhè)一關系式.但是,VanderVoort在其所著《金相學——原理(lǐ)與實踐》一書(shū)中指出,上式是在用(yòng)理(lǐ)想的(de)眼睛觀察具有理(lǐ)想反差物(wù)象的(de)條件下(xià)推導出的(de),因此不要當做(zuò)教條來(lái)遵循.實際上,分(fēn)辨率不僅與物(wù)鏡的(de)分(fēn)辨率有關,而且還(hái)與物(wù)象的(de)反差有關.此外,照(zhào)明(míng)條件、放大(dà)倍數、物(wù)鏡質量,以及觀察條件都會影(yǐng)響物(wù)象的(de)反差,因而也(yě)會影(yǐng)響分(fēn)辨率.他(tā)指出,爲了(le)獲得(de)最高(gāo)分(fēn)辨率,最低有效放大(dà)倍數應當是最佳條件下(xià)的(de)4倍左右,即M≈2200NA;同時(shí),使用(yòng)4000×或更高(gāo)放大(dà)倍數的(de)顯微照(zhào)片也(yě)是完全合理(lǐ)的(de). 　　
平場(chǎng)消色差物(wù)鏡 　　
現今新型顯微鏡已經普遍使用(yòng)平場(chǎng)消色差物(wù)鏡,甚至還(hái)可(kě)以配置更高(gāo)級的(de)平場(chǎng)複消色差物(wù)鏡.老式物(wù)鏡初次放大(dà)實象的(de)直徑隻有18mm～20mm,而平場(chǎng)消色差物(wù)鏡則規定高(gāo)度校正的(de)初次放大(dà)平面象的(de)直徑爲28mm,即象場(chǎng)面積增大(dà)了(le)一倍,并使象場(chǎng)彎曲得(de)到了(le)很好的(de)校正. 　　
高(gāo)倍幹物(wù)鏡 　　
爲了(le)便于觀察高(gāo)倍顯微組織,現今顯微鏡一般均備有高(gāo)倍幹物(wù)鏡.例如nikon公司生産的(de)EPIPHOT300型金相顯微鏡(圖1)配置有放大(dà)100×、150×、200×的(de)CFPlanApoEPI型幹物(wù)鏡,其NA值均爲0.95.盡管幹物(wù)鏡的(de)分(fēn)辨率明(míng)顯低于油浸物(wù)鏡(100×油浸物(wù)鏡的(de)NA值一般可(kě)達1.40),但由于簡化(huà)了(le)操作并使試樣免于被油污染,現今已獲得(de)更爲廣泛的(de)使用(yòng).近年來(lái),olympus公司生産的(de)GX系列顯微鏡甚至還(hái)配置有更高(gāo)倍數(250×)的(de)幹物(wù)鏡,盡管其NA值隻有0.90,但是用(yòng)它來(lái)進行觀察或拍(pāi)照(zhào),已經很容易使其放大(dà)倍數遠(yuǎn)超過傳統上使用(yòng)的(de)數值(1100NA),這(zhè)進一步證實了(le)以上第1.3小節介紹的(de)觀點是正确的(de).圖2爲olympus公司生産的(de)GX71型金相顯微鏡.圖1nikonEPIPHOT300型金相顯微鏡　　
廣視場(chǎng)目鏡 　　
廣視場(chǎng)目鏡的(de)結構特點是場(chǎng)光(guāng)闌顯著增大(dà),一般爲22mm～26.5mm(老式目鏡的(de)場(chǎng)光(guāng)闌直徑隻有16mm),充分(fēn)利用(yòng)了(le)平場(chǎng)物(wù)鏡擴大(dà)了(le)的(de)象場(chǎng)面積. 　　
此外,有的(de)顯微鏡還(hái)配置有高(gāo)眼點目鏡,使眼睛有缺陷(如散光(guāng))的(de)人(rén)可(kě)以戴著(zhe)眼鏡進行觀察,物(wù)象的(de)質量可(kě)以免受眼睛缺陷的(de)影(yǐng)響.由于平場(chǎng)消色差物(wù)鏡和(hé)廣視場(chǎng)目鏡的(de)推廣使用(yòng),使顯微組織觀察的(de)視域擴大(dà)了(le)許多(duō),這(zhè)也(yě)相應提高(gāo)了(le)對(duì)顯微鏡載物(wù)台加工精度和(hé)試樣制備質量的(de)要求. 　　
長(cháng)工作距離物(wù)鏡 　　
有些顯微鏡生産廠商還(hái)推出一些工作距離較長(cháng)的(de)物(wù)鏡,這(zhè)是爲了(le)适應生産檢驗或特殊需要(例如高(gāo)溫台)而設計的(de).通(tōng)常情況下(xià),物(wù)鏡的(de)放大(dà)倍數越高(gāo),工作距離(即物(wù)象聚焦時(shí),物(wù)鏡接物(wù)透鏡與試樣之間的(de)距離)越短,爲了(le)避免物(wù)鏡因工作中不慎觸及試樣或受熱(rè)而損壞,于是就設計了(le)這(zhè)種特殊物(wù)鏡.例如nikonEPIPHOT300型金相顯微鏡的(de)物(wù)鏡系列中就有50×和(hé)100×兩個(gè)工作距離分(fēn)别爲8.7mm和(hé)2.0mm的(de)長(cháng)工作距離物(wù)鏡,其NA值分(fēn)别爲0.55和(hé)0.8;又如olympusGX系列顯微鏡也(yě)可(kě)配50×和(hé)100×工作距離分(fēn)别爲10.6mm和(hé)3.4mm的(de)長(cháng)工作距離物(wù)鏡,其NA值分(fēn)别爲0.55和(hé)0.8,而50×和(hé)100×普通(tōng)物(wù)鏡的(de)工作距離則分(fēn)别隻有0.54mm和(hé)0.3mm,但是其NA值則分(fēn)别爲0.8和(hé)0.95.可(kě)以看出,長(cháng)工作距離物(wù)鏡的(de)數值孔徑即分(fēn)辨率有所下(xià)降,不過成像質量仍然不錯.