聊聊金相顯微鏡最具代表性的四種目鏡
前文回顧:是什么影響了顯微鏡的成像效果?
注:本文涉及的XJ-16、XJG-04、XJL-02型金相顯微鏡均已停產(chǎn),以最新產(chǎn)品VM2200M、VM4000M、VM2800M型金相顯微鏡為準(zhǔn)。了解更多請訪問:http://nrrfnfr.cn/products/microscope/mm/
目鏡的主要作用是將經(jīng)過物鏡放大的實象再次放大。顯微觀察時,離目鏡明視距離處(或無窮遠(yuǎn)處)形成一個清晰的虛象;顯微攝影時,在底片上投射得一實象。某些目鏡(如補(bǔ)償目鏡)除了放大作用外,還能把物鏡成象過程中產(chǎn)生的垂軸色差進(jìn)一步校正。
目鏡的種類繁多,不下四、五十種,這里只介紹對金相顯微鏡來說較有代表性的四種目鏡。
(1)惠更斯目鏡
惠更斯目鏡是在單片放大鏡(稱為接目鏡)的基礎(chǔ)上加一片場鏡組成的,其目的是使來自物鏡的光線不過分?jǐn)U散。場鏡和接目鏡均為同種光學(xué)玻璃材料制成的平凸透鏡,凸面都迎著光線。場鏡的象方焦距f'(場)
、接目鏡的象方焦距f'(接目)
和它們光心之間的距離d滿足消垂軸色差的條件[見公式(2—12)],即
XJ-16型金相顯微鏡的三個目鏡全是惠更斯型的目鏡,見圖2—24。
惠更斯目鏡的成象原理是這樣的,試樣經(jīng)物鏡成一初象A1B1
在很靠近整個目鏡的物方焦點F(目)
的內(nèi)側(cè)處,因F(目)
在場鏡后面,所以實際光線是再經(jīng)場鏡成象A2B2
在很靠近接目鏡物方焦點F(接目)
內(nèi)側(cè)處,最后再經(jīng)接目鏡成一放大虛象A3B3
在明視距離處,于是人眼就在接目鏡后面看到這個虛像。
惠更斯目鏡中裝有視場光欄,以限制物鏡和場鏡所成象域的大小。該光欄位于接日鏡物方焦點F(接目)
處,亦即經(jīng)場鏡所成象的位置上。如果將顯微刻度尺或十字叉絲玻璃板放在此光欄上,即能從目鏡中觀察到這些刻度并映襯在物象上。
XJ-16型金相顯微鏡10倍分劃目鏡,就是把在10毫米
范圍內(nèi)分劃值(格值)為0.1毫米
的玻璃分劃板,裝在放大倍數(shù)為10倍的惠更斯目鏡的光欄上。從目鏡中所讀出的數(shù)據(jù),只是物體經(jīng)物鏡和場鏡所成象的大小(未經(jīng)接目鏡放大),被測物體的真正大小應(yīng)用物鏡的垂軸放大率及目鏡中場鏡的垂軸放大率的乘積除。表2—2為XJ-16型金相顯微鏡用10倍分
劃目鏡觀察時,每一小格相應(yīng)被測物體的真正大小。
需要指出的是,用惠更斯日鏡改作分劃目鏡時,分劃板的放大象是沒有校正象差的,因為對分劃板的成象實際上只有接目鏡起作用,而單一透鏡是不能滿足消垂軸色差條件的。
表2-2 10倍分化目鏡與物鏡配合使用時被觀察物體真正大小對應(yīng)表
惠更斯目鏡智能觀差虛物,人們稱這類不能單獨當(dāng)放大鏡用的目鏡為負(fù)型目鏡。但惠更斯目鏡的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,視場角達(dá)30°~40°,小金相顯微鏡常常采用這種目鏡。XJ-16型金相顯微鏡的三個惠更斯目鏡的主要參數(shù)見表2-3。
表2-3 XJ-16型金相顯微鏡惠更斯目鏡的主要參數(shù)
(2)補(bǔ)償目鏡
垂軸色差大于1%小于2.5%
的平場消色差物鏡、平場半復(fù)消色差物鏡、平場復(fù)消色差物鏡等,都用于垂軸色差校正不足的物鏡。這些物鏡需要與垂軸色差校正過火(所謂“色過正”特性)的目鏡配合使用,故稱這種目鏡為補(bǔ)償目鏡。
由于補(bǔ)償目鏡的象差校正較好,所以放大倍數(shù)可比惠更斯目鏡高。
圖2—25為一高倍率補(bǔ)償目鏡,其中場鏡是一個三膠合透鏡(中間是火石玻璃的凹透鏡,兩旁是冕玻璃的凸透鏡,接目鏡是一平凸透鏡。整個目鏡的物方焦點F(目)
在場鏡前面,可以單獨當(dāng)放大鏡用。人們稱這類可以單獨作放大鏡用的目鏡為正型目鏡。
補(bǔ)償目鏡是專為配合垂軸色差校正不足(大于1%
)的物鏡而特別設(shè)計的。不宜與普通消色差物鏡配合使用,因為這種目鏡有“色過正”特性。
國產(chǎn)XJG-04大型金相顯微鏡和XJL-02型立式金相顯微鏡的目鏡為廣角補(bǔ)償目鏡。它配有一個GB10X分劃目鏡。由于這種分劃目鏡的光欄在場鏡前面(正型目鏡),所以物體經(jīng)物鏡所成放大象就落在光欄孔的位置上。在光欄處裝有玻璃分劃刻尺,從分劃目鏡中可觀察到這些刻度映在物象上。由于物鏡所成的象并未經(jīng)過場鏡放大才映在分劃刻尺上,所以被測物體的真正大小,只需將分劃目鏡中所讀出的數(shù)據(jù)除以物鏡的放大倍數(shù)即可得出,不必再除以場鏡的放大倍數(shù)。這與XJ—l6型金相顯微鏡附件——l0倍分劃目鏡(負(fù)型)有所不同,使用時須注意。
(3)平場目鏡
平場目鏡是為配合平場物鏡一起使用的。這種目鏡對于象散和場曲校正得特別好。它與平場物鏡一起使用,可使視場的清晰范圍擴(kuò)大,視場平坦。圖2—26a)是平場目鏡的一種,結(jié)構(gòu)比較簡單,放大倍數(shù)為10倍。場鏡是一個乎凸透鏡,接目鏡為雙膠合透鏡。圖2—26b)是一種對稱型平場目鏡,放大倍數(shù)為16倍。場鏡和接目鏡都是完全一樣的雙膠合透鏡,只是裝配位置不同而已。這兩個平場目鏡的物方焦點F都在場鏡前面,離場鏡較遠(yuǎn),故可在視場光欄處安裝分劃刻度尺或十字叉絲。由于平場目鏡已不滿足惠更斯目鏡的消垂釉色差條件,故色差稍大些。
(4)攝影目鏡
霍曼(Homal)型攝影目鏡是這一類型的一個例子。這種目鏡的象方焦距f'目<0
(負(fù)型目鏡)。圖2—27是f'目=—70
毫米霍曼型目鏡作顯微照相或投影時的光路示意圖。
霍曼型目鏡的象差校正與補(bǔ)償目鏡大體相同,只宜與垂軸色差校正不足的物鏡配合使用,在規(guī)定放大倍數(shù)范圍內(nèi),可得足夠平坦的象面,所以霍曼型目鏡屬于平場、補(bǔ)償、廣角目鏡。
為了區(qū)別不同性能的目鏡,在目鏡外殼上都刻有代號,以資識別,詳見第四章“目鏡的識別”一節(jié)。
對普通目鏡(指惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、對稱型目鏡等),則不標(biāo)注代號。
平場補(bǔ)償目鏡主要是配合平場消色差物鏡、平場半復(fù)消色差色差物鏡、平場復(fù)消色差物鏡使用,在其相應(yīng)的視場內(nèi),垂軸色差為1.5—2%
。對放大率等于或大于12.5倍
的平場目鏡來說,若它的視場角在50°
以上時,可稱為廣角目鏡,對放大率等于或小于10倍
的平場目鏡來說;只要它的視場角在40°
以上時也稱為廣角目鏡。表2-4是我國顯微鏡目鏡系列的參數(shù)。
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