​1 显微镜的发展

1590年，荷兰和意大利的眼镜师Hans Janssen造出类似显微镜的放大仪器；

1610年，伽利略和开普勒改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的显微光路结构；

1673~1677年，列文虎克制成单组元放大镜式的高倍显微镜；同期，英国罗伯特·胡克在显微镜中加入调焦机构、照明系统和工作台，称为现代显微镜的雏形；

19世纪70年代，德国人阿贝奠定了显微镜成像的古典理论基础；

1882年，英国Wenham制出聚光镜和传动装置的显微镜，被称为历史上最精美的显微镜；

1930年，卡尔·蔡司制出第一台实验室用显微镜。

2 金相显微镜的基本原理

2.1 凸透镜的成像规律

(1) 当物体位于透镜物方焦点以内时，则象方不能成像，而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚像，如图3(左)所示。

(2) 当物体位于透镜物方焦点上时，象方还是不能成像。

(3) 当物体位于透镜物方焦点以外，二倍焦距以内，则在象方二倍焦距以外形成放大的倒立实像，如图3(右)所示。

(4) 当物体位于透镜物方二倍焦距上时，则在象方二倍焦距上形成同样大小的倒立实像。

(5) 当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在象方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实像。

2.2 显微镜的成像原理

显微镜和放大镜起着同样的作用，就是把近处的微小物体成一放大的像，以供人眼观察，只是显微镜比放大镜可以具有更高的放大率而已。如图4所示，物体AB位于物镜前方，离开物镜的距离大于物镜的焦距，但是小于两倍物镜焦距。所以，它经物镜以后，必然形成一个倒立的放大的实像A'B'。A'B'靠近F2的位置上，再经目镜放大为虚像A"B"后供眼睛观察，如图4所示。目镜的作用与放大镜一样。所不同的只是眼睛通过目镜所看到的不是物体本身，而是物体被物镜放大了一次的像。

3 金相显微镜的结构

金相显微镜最常见的有台式结构、卧式结构和立式结构三大类，无论式那种类型，它们都由光学系统、光路系统和机械系统三部分构成，其中放大系统是显微镜的关键部分。以台式金相显微镜为例，结构示意图和光学系统示意图如图5所示。

3.1光学系统

显微镜的光学系统主要由物镜和目镜组成，由物体来的光线通过物镜和目镜进行放大成像。

(1) 物镜

物镜是显微镜最主要的光学部件，它的好坏直接影响显微镜放大后的影像质量。位于物镜最前端的是平面透镜，称为前透镜，起到放大作用；位于它之后的其他透镜都是校正透镜，用以校正前透镜引起的各种像差。色像差校正到红、绿两波区的称为消色差物镜；校正到红、绿、紫波区的称为复消色差物镜；对视场边缘的弯曲进行校正的称为平场消色差物镜。

(2) 目镜

目镜的主要作用是将物镜放大的实像再一次放大。目镜仅由为数不多的几片透镜组成，由于通过目镜的光束近于平行，像差不严重，而且孔径角也小，所以目镜的鉴别能力低，放大倍数不高。

3.2 光路系统

金属试样不透明，需要有照明装置，将光线投射在试样表面，借金属表面本身的反射能力，使部分光线被反射而进入物镜，从而形成倒立的实像，随后在目镜中形成一个虚像。一般金相显微镜的光路系统包括光源、滤色片、孔径光阑、视场光阑、照明系统几个部分。

(1) 光源

显微镜的光源一般采用低压钨丝灯泡，由降压变压器供给5V、6V、8V低电压。目前实验室常见的有自带式变压器和外置式变压器两种。

(2) 滤色片

一般显微镜都附带有黄、绿、蓝三种或者更多颜色的滤色片，主要是为了让光源发射出的白光变为单色光。不同类型的物镜使用不同的滤色片，滤色片可以改变相的衬度，便于组织鉴别。

(3) 孔径光阑

孔径光阑位于聚光透镜之后，用以调节光源射入的光束粗细。当孔径光阑缩小时，进入物镜的光束变细，光线不通过物镜透镜组的边缘，球面像差会大大降低，但是物镜的孔径角也会随着缩小，会使实际使用的数值孔径下降，最终分辨率降低；当孔径光阑扩大时，孔径角会增大，可以使光线充满物镜的后透镜，分辨率会提高，但是球面像差的增大会降低成像质量。因此孔径光阑对成像质量影响很大，使用时必须适当调节。

(4) 视场光阑

视场光阑位于孔径光阑之后，调节视场光阑可以改变显微镜视场的大小，而并不影响物镜的分辨率。适当调节视场光阑还可以减少镜筒内的反射和炫光，提高成像的衬度和质量，如果过小的话会使观察范围变窄。

(5) 照明系统

金相显微镜的照明系统中都配有垂直照明器，目的是调节照明光束垂直转向。为了保证光线均匀地照射在试样表面以及得到亮度均匀地影像，要求照明光束或成像放大光束与目镜、物镜主光轴同心，平面玻璃的倾斜角恰好为45°。

3.3 机械系统

金相显微镜的机械系统是由支撑装置、镜体部件以及附件等机构组成的，它将光学系统和照明系统连成一体，共同发挥作用。支撑装置包括底座、镜架、载物台、微动装置等；镜体部件包括物镜转换器、物镜和目镜；附件主要包括显微摄影装置、偏光、暗场装置等。