Mikroszkópia gyakorlat

A mikroszkóp szerkezete
Mikroszkópia gyakorlat
Villamosipari anyagismeret laboratórium
1
2010
A manapság használt optikai mikroszkópok felhasználási területe és felépítése rendkívül
szerteágazó, de az alapegységeik hasonlóságot mutatnak: lássuk egy biológiai mikroszkóp
felépítését (1. ábra). A gyakorlaton anyagvizsgáló mikroszkópokat fogunk használni. Míg a
biológiai mikroszkóp átvilágítja a metszetkészítéssel kapott mintát, az anyagvizsgáló
mikroszkóp a tömör mintákat nem tudja átvilágítani, így felülről világítja meg és onnan is
szemléli.
1 szemlencsék
1. ábra. Biológiai mikroszkóp felépítése [4]
2 binokuláris (két
szemes betekintésű)
fej
3 revolveres
tárgylencseváltó
4 szűrőtartó
5 váz
6 tárgyasztal
7 kondenzor
magasságállító
8 kondenzor
9 apertúra rekesz
szabályzó
10 kondenzor
központosító
11
tárgyasztalmozgató
(x-y irányú)
13 világítás
rekeszállító
14 és 15 durva és
finom
élességállító
16 lámpaház

Meg kell jegyezni, hogy az 1. ábra mikroszkópjának binokuláris feje a két szemlencsével nem
térbeli képet ad, hanem a szemlélő, hogy a hosszú mikroszkópos munka ne legyen fárasztó, ne
kelljen fél szemét behunyva dolgozni ugyanazt a képet nézi mindkét szemével. Mivel mi
emberek nem vagyunk egyformák, ezért szükség van a pupillatávolság beállítására a
binokuláris (két szemes betekintésű) fejen, amit itt sínes rendszerrel oldottak meg.
Az anyagvizsgáló mikroszkópok felépítése:
Fémek, és más nem átlátszó minták felületének vizsgálata csak visszavert fényben történik. A
megvilágítás és a megfigyelés ugyanazon irányból történik, tükrök juttatják a fényt az anyag
felületére. Egy fémmikroszkóp elvi elrendezése a 2. Ábrán látható világos és sötét látóterű
megvilágítás esetén: Az objektívon keresztüli megvilágítás azért szükséges, mert a tárgylencse
már kis nagyítások esetén is olyan közel van a tárgyhoz, hogy külső lámpával nem tudjuk
egyenletesen megvilágítani.
2. ábra. Világos (bal oldali kép) és sötét látóterű (jobb oldali kép) megvilágítás elve [3]
A világos látóterű megvilágításnál a mintát egy felülről átlátszó tükrön keresztül nézzük,
ugyanez a tükör vetíti a tárgyra a balról jövő fényt. A sötét látóterű megvilágításnál szintén
tükrök vetítik le a balról jövő fényt, amit aztán egy polírozott kúpfelület vetít körkörösen a
tárgyra. Ezáltal az anyag felületén lévő mélyedések jobban láthatóak. Így működik a mérésben
szereplő kamerával ellátott Zeiss anyagvizsgáló mikroszkóp is (4. Ábra).
Most nézzük a mikroszkóp egyes részeinek feladatát:
1. Tárgylencse = objektív: feladata, hogy a tárgyról nagyított képet készítsen. Optikai hibákra
korrigált többlencsés rendszer, mely alapvetően meghatározza a mikroszkóp nagyítási
tartományát, és azt, hogy milyen kis részleteket lehet a mikroszkóppal felbontani. A
tárgylencse képét a szemlencse tovább nagyítja. A tárgylencse valós (ernyőn felfogható) képet
ad.
2. Szemlencse =okulár: feladata az objektív által készített kép további nagyítása. Lehet
mérőskálát, vagy szálkeresztet beleépíteni mérésekhez. A szemlencse virtuális (látszólagos)
képet ad, amit a szemünkkel nézünk. A tárgylencse és a szemlencse is egy lencserendszer, de
az egyszerűség kedvéért a továbbiakban egyes számban lencseként írjuk le.
3. A tubus: a szemlencse és a tárgylencse közötti cső, mely további nagyító vagy fénytörő
optikai elemeket is tartalmazhat. A kényelmes munkához lehet dönthető, binokuláris fejnél a
szemtávolság állíthatósága is fontos. Az azonos tubushosszú mikroszkópok lencséi lehetnek
felcserélhetőek.
4. Tárgyasztal a mintamozgató szerkezettel: biztosítja a minta rögzítését és a mozgatását.
Legjobb az X-Y koordinátarendszer mentén mozgató fogaskerék-fogasléc kapcsolat.
2

5. Élességállító rendszer: a minta és a mikroszkópfej közötti távolságot állítja úgy, hogy a
tárgy fókuszba kerüljön. Nagy nagyításoknál külön durva és élességállító szerkezet van, kis
nagyításnál, pl. sztereomikroszkópnál elég egy, mert nagyobb a mélységélesség.
6. Váz és állvány: az elektromos és mechanikus részeknek megfelelő védelmet, ill. rezgésmentességet
biztosít. Fontos, hogy nagy tömegű, stabil legyen, mert a nagy nagyítás használata
a mikroszkópot ért rezgéseket is felerősíti. Legtöbbször öntött fémből készül.
7. Fényforrás: lámpaházban elhelyezett halogén izzó vagy xenonnal töltött kisülőlámpa, mely
széles spektrumú fehér fényt szolgáltat a megfigyeléshez és fényképezéshez a látható sugárzási
tartományban 380-780 nanométer között. Minél jobban közelít a fényforrás színhőmérséklete a
napéhoz (kb. 5600 Kelvin), annál természetesebben látjuk a színeket a mikroszkópon keresztül.
Ideálisan egyöntetű megvilágítást a Köhler-féle megvilágítási rendszer biztosít.
8. Kondenzor és kollektor lencsék: feladatuk a fényforrásból jövő fény összegyűjtése és
párhuzamosítása. A tárgy közelében lévő kondenzor lencserendszer egyetlen feladata, hogy az
összes fényt a tárgylencse látómezejébe fókuszálja.
9. Fényképező rendszer, mely lehet illesztő lencsével csatlakoztatott digitális fényképezőgép,
videokamera; CMOS vagy CCD szenzoros rendszer, melyek a képet monitoron folyamatosan
megjelenítik és fotót is készít. A digitális fényképek fontosak a vizsgálati eredmények
dokumentálására, beilleszthetők a jegyzőkönyvbe.
3. ábra. A mérésen szereplő Zeiss
anyagvizsgáló mikroszkóp [3]
4. ábra. Le Chatelier rendszerű, vagyis
fordított elrendezésű fémmikroszkóp. Előnye,
hogy nagyobb tárgyat rá lehet tenni, mint a
szomszédos képen szereplő mikroszkópra. [3]
3

Leképezési hibák
Az optikai rendszereknél fontos a leképezési hibák minimalizálása, ez sokszor egymásnak
ellentmondó feltételek közötti optimalizálást jelent.
A szferikus aberráció (gömbi eltérés, 5. ábra) oka, hogy a lencse szélein áthaladó sugarak
nagyobb eltérítést szenvednek, mint az optikai tengellyel kis szöget bezáró fénysugarak. Ebből
az következik, hogy a párhuzamosan érkező fénysugarak nem egy pontban (F) metszik
egymást. Az ideális optikai rendszerek esetén paraxiális (az optikai tengellyel párhuzamos,
ahhoz közeli sugármenettel számolnak) A szférikus aberráció ellen a lencse lerekeszelésével,
néha aszférikus (nem gömbfelületű) lencsék alkalmazásával védekeznek.
5. ábra. Szferikus aberráció [3]
6. ábra. Kromatikus aberráció
Kromatikus aberráció (színfüggő eltérés, 6. ábra) oka, a diszperzió, azaz a lencse
törésmutatójának értéke függ a fény színétől (hullámhosszától), aminek következtében a kék
színű fény erősebben, a vörös gyengébben törik meg, a lencse prizmaként viselkedve
kismértékben bontja a fehér fényt. A kromatikus aberráció ellen akromát, apokromát
lencserendszerek tervezésével védekeznek, melyeknél az eltérő törésmutatójú és görbületű
lencsék megválasztásával minimalizálják a jelenséget. Néha ED (Extra Low Dispersion), azaz
alacsony színszórású lencsét alkalmaznak.
A geometriai torzítási hibák során az optikai rendszer egy egyenest görbén képez le,
jellegzetes képviselői a 7.-9. ábrán láthatóak, ezeket legegyszerűbb egy négyzetrács
leképezésén szemléltetni.
7. ábra. Hordós torzítás
szemléltetése [3]
8. ábra. Hordós torzítás
fényképezésnél
4
9. ábra. Párnás torzítás
[3]

Tükröződés A sima fényes lencsefelületekre érkező fénysugarak egy része a lencsefelületekről
visszaverődik. Minél több szabad lencsefelület van egy lencserendszerben, annál több a
tükröződés. A tükröződés csökkentésére a mikroszkóp összes szabad lencsefelületét (a belsőket
is), valamint a prizmákat többrétegű tükröződésmentesítő bevonattal látják el (mivel egy adott
vastagságú réteg csak egy adott hullámhosszra tükröződés-mentesít). A bevonatokat
vákuumgőzöléses eljárással viszik fel a felületekre.
A többi leképezési hiba leírása megtalálható az [1] szakirodalomban.
A mikroszkóp objektívek (tárgylencsék)
-A legolcsóbbak az akromát objektívek, melyek a piros és kék szín szerint kromatikusan
korrigáltak. Ez azt jelenti, hogy e két színt közös fókuszpontba képzik le.
-A plánakromát objektívak a 2 színre való korrigáltság mellett síkra is korrigáltak: a minta
egész síkját élesen képezik le.
-Az apokromát objektívek kromatikusan 4 színre korrigáltak, szferikusan pedig 2 színre, főleg
fényképezés esetén jelent előnyt erősebb korrekciójuk, áruk kb. kétszerese az akromátoknak.
10. ábra. Objektívek jelzései [5]
A 10. ábrán az objektívek lehetséges feliratai láthatók: az objektív nagyítása (10x, 20x stb.), a
numerikus apertúra, a végtelen korrekció, a minta fedő üveg vastagsága, ez az érték
anyagvizsgáló mikroszkópoknál nulla, mivel nem világítják át a tárgyat; a korrekció szintje.
Nagy nagyítású tárgylencséknél Oil vagy HI (homogeneous immersion) jelzés olaj immerzió
alkalmazása esetén, így érhető el nagyobb numerikus apertúra (14.ábra).
Mikroszkóp okulárok: főleg az utóbbi időben terjedtek el a WF típusú szemlencsék, melyek
kialakításuknál fogva szemüvegesek számára is lehetővé teszik a szemüveggel együtt történő
betekintést, angolul az ilyen okulárokat wide angle / wide field vagy high eye point
okulároknak nevezik. Az okulárok is optikailag korrigáltak, a nagyítás, mely általában 5...20szoros
fel van tüntetve rajtuk.
5

A mikroszkópi kép jellemzői
Nagyítás: a mikroszkópi kép és a tárgy méretének hányadosa.
Általában a tárgylencse és a szemlencse nagyításának szorzata, azonban még növelhetik a
tubusban a tárgylencse és a szemlencse között elhelyezkedő optikai elemek. Ha a kép
monitoron jön létre egyszerűen meghatározható a nagyítás: a monitoron lemért képhosszat el
kell osztani az ismert tárgyhosszal. A nagyítás nem minőségi jellemzője a képnek: egy gyenge
optikájú mikroszkópnak is lehet magas nagyítása. A fényszóródás (diffrakció) miatt az optikai
mikroszkópoknak van egy elérhető maximális nagyítási határa, mely ma digitális
mikroszkópoknál kb. 5000-szeres lehet.
A mélységélesség az optikai tengely irányában mért távolság tartomány amelyen belül éles
képet kapunk. Nagyon fontos, hogy egy adott munkához kiválasztott mikroszkópnak legalább
akkora mélységélessége legyen, hogy az összes egyszerre leképezendő alkatrész éles legyen. A
mélységélesség a nagyítás növelésével exponenciálisan csökken (11. ábra.)
11. ábra. A nagyítás növelése a mélységélesség csökkenését okozza (Keyence gyártm.
mikroszkóp)
A felbontóképesség a tárgyon mérhető legkisebb távolság (d) melyet az optika különböző
pontoknak képez le. Ez a kép minőségének egyik legfontosabb jellemzője. Mérőszáma lehet a d
távolság, de át lehet számítani vonal pár/mm-be is. Vannak tesztábrák egyre finomabb feketefehér
vonal párokkal, mellyel a felbontóképesség vizsgálható: melyik ábra az, ahol még éppen
külön látjuk a vonal párokat - ennek alapján egy táblázatból kikereshető a felbontóképesség. A
12. ábra egy USAF rendszerű felbontás vizsgáló ábrát mutat. Azt kell meghatározni melyik
csoport melyik elemét látjuk még külön. Persze ez a vizsgálat valamennyire szubjektív, az
Optikai Átviteli Függvény (OTF) mérés - melyhez bonyolult berendezés kell - ad objektívebb
értéket.
Vonal pár / mm-ben mért felbontóképesség
az USAF felbontás vizsgáló ábrán
csoportszám
Elem -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
1 0.250 0.500 1.00 2.00 4.00 8.00 16.00 32.0 64.0 128.0
2 0.280 0.561 1.12 2.24 4.49 8.98 17.95 36.0 71.8 144.0
3 0.315 0.630 1.26 2.52 5.04 10.10 20.16 40.3 80.6 161.0
4 0.353 0.707 1.41 2.83 5.66 11.30 22.62 45.3 90.5 181.0
5 0.397 0.793 1.59 3.17 6.35 12.70 25.39 50.8 102.0 203.0
6 0.445 0.891 1.78 3.56 7.13 14.30 28.50 57.0 114.0 228.0
12. ábra. USAF rendszerű felbontás vizsgáló ábra a felbontóképesség táblázattal
6

Persze nem mindegy, hogy egy adott felbontóképességet milyen kontrasztviszonyok mellett tud
a mikroszkóp. Ha a fekete vonal tényleg feketének, a fehér valóban fehérnek látszik, azt
mondjuk nagy a kép brillanciája.
A numerikus apertúra
A tárgylencse numerikus apertúrája közvetlenül meghatározza a felbontóképességet és az
elérhető hasznos nagyítást, ezért erre külön ki kell térnünk.
λ
A mikroszkóp felbontása: d =
2nsin
α
Ahol λ a megvilágító fény hullámhossza, ezért lehet ennek csökkentésével: pl kék színű
megvilágítással a felbontóképességet növelni.
n a tárgylencse és a minta közötti közeg törésmutatója.
α a tárgylencse által befogadott sugárnyaláb fél kúpszöge ld. 13. ábra.
A képletből az NA = n . sin α mennyiséget nevezzük numerikus apertúrának. Valójában ez a
tárgylencse és a fényt koncentráló kondenzor numerikus apertúrájának átlaga (de jól
összehangolt esetben a kettő megegyezik).
Ha levegő van a tárgylencse és a minta között: nagy a törésmutató különbség az üveg és a
levegő között, ezért az objektív csak kisebb szögtartományból tudja a fénysugarakat fogadni,
így kisebb a numerikus apertúra. Immerziós olaj alkalmazása esetén az előbbi törésmutató
különbség kisebb, ezért nagyobb a tárgylencse által befogadott sugárkúp (14. ábra.) és a
törésmutató, ami magasabb numerikus apertúrát jelent.
13. ábra. Nagy (Low) és kicsi (High) numerikus
apertúrájú tárgylencse. A kisebb numerikus
apertúránál kisebb a tárgylencse által befogadott
sugárnyaláb
7
14. ábra. Immerziós közeg hatása a numerikus
apertúra értékére [3].
A következő táblázatból kiderül, hogy a numerikus apertúra hogy határozza meg a mikroszkóp
felbontóképességét és a szükséges nagyítását. A felbontóképesség a fenti képletbe 550
nanométeres zöld fényt helyettesítve számolták. Van egy hasznos nagyítási határ, amely fölött
hiába növeljük a szemlencse nagyítását csak a pacákat nagyítjuk tovább, (mint a
videokamerákon a vásárlók becsapása érdekében felírt 300-szoros digitális zoom) Tehát amit a
tárgylencse nem bont fel, azt a mikroszkóp többi része sem fogja látni. A táblázatban az az
ökölszabály szerepel, miszerint a hasznos nagyítás a numerikus apertúra 500-szorosa és 1000szerese
között van.

NA = numerikus Felbontóképesség Felbontóképesség A szükséges nagyítás határai
apertúra μm
vonal pár / mm 500*NA 1000*NA
0,04 6,9 145 20 40
0,12 2,3 436 60 120
0,25 1,1 910 125 250
0,5 0,55 1820 250 500
0,65 0,42 2380 325 650
0,75 0,37 2730 375 750
0,95 0,29 3450 475 950
1,3 0,21 4750 650 1300
1,4 0,19 5090 700 1400
1. táblázat. A numerikus apertúra hatása a felbontóképességre és a hasznos nagyításra
Digitális mikroszkópok
15. ábra. 500-5000-szeres nagyítás között
állítható Keyence digitális mikroszkóp.
16. ábra. A mérésben szereplő fehér LED-es
megvilágítású digitális USB-mikroszkóp
40-szeres és 140-szeres nagyítással.
Digitális mikroszkóp, melybe már nem lehet belenézni: CCD vagy CMOS érzékelőre készít
képet, melyet számítógépes monitorra továbbít. A 19. ábrán szereplő oldalsó toldalék a fény
bevezetésére szolgál. A gyakorlaton is találkoznak hasonló felépítésű USB-mikroszkóppal (20.
ábra.).
A sztereomikroszkóp
Mivel az ember két szemmel térben lát, célszerű ezt a képességét a mikroszkópoknál is
kihasználni. A 3. dimenzió lehetőséget teremet arra, hogy az egész alkatrészt térben áttekintsük
a sztereomikroszkóppal. Gyártósoroknál, bejövő áru átvételkor előszeretettel alkalmazzák apró
alkatrészek ellenőrzésére.
8

Dioptriakorrekció
Élességállító
Dobváltós
nagyításállító
17. ábra. PZO sztereomikroszkóp
képe a két okulár távolsága állítható.
18. ábra. Dobváltós nagyításállítású sztereomikroszkóp
felépítése Ok-okulárok, Pr-képfordító
prizmarendszer, tengelye körül állítható a
pupillatávolság. [1].
A sztereomikroszkóp (17. és 18. ábra) két sugármenete kb. 14-17 fokot zár be, mely
megegyezik azzal a szöggel, melyet a két szem tengelye zár be a tisztánlátás távolságában (25
cm) való nézésnél. Az Objektíven belüli G-Galilei távcsöves rendszer (22. ábra) megnöveli a
nagyítást, fordítva alkalmazva viszont lecsökkenti, így ugyanazt az optikai elemet kétszer
használják A térbeli képnek az az ára, hogy kicsi a nagyítás: kb. 5-40-szeres nagyításig szokták
használni ezt a mikroszkópfajtát. Azért sem jó a nagy nagyítás, mert drasztikusan lecsökken a
mélységélesség.
A sztereomikroszkóp megvilágítása történhet külső fókuszált fényű halogénlámpával,
gyűrűsfénnyel (száloptikás, fénycsöves, LED-es : 19. ábra), a gyűrűsvakut makroobjektív köré
szerelve közelfényképezéshez használják, mert egyenletes, árnyékmentes megvilágítást tesz
lehetővé.
19. ábra. LED-es gyűrűsfényes
megvilágítás sztereomikroszkóphoz
20. ábra. Egy speciális célú sztereomikroszkóp:
az operációs mikroszkóp szemészeti,
mikro sebészeti beavatkozások-hoz.
9

A mikroszkópos mérés, a mérőmikroszkóp
Sokszor fordul elő, hogy a mikroszkópos képen mérni kell, lássuk milyen lehetőségeink vannak
rá:
- Ma nagyon gyakori a mikroszkópra szerelt kamera, mely képét a monitorra továbbítja
(a gyakorlaton is ilyet használunk), a számítógépre telepített képelemző szoftverrel egy
ismert etalonnal való kalibráció után tudunk hosszméreteket, szögeket mérni.
Az ismert etalon egy tárgymikrométer, mely nevével ellentétben 0,01 mm-es osztású:
22. ábra.
- Vannak speciális mérőmikroszkópok is (21. ábra.), melyeknél egy szálkereszt X és Y
koordinátáit lehet leolvasni, vagy egy gombnyomásra számítógépes Excel fájlba
bevinni.
Egyes mérőmikroszkópok 3 koordinátás érintésmentes mérést tesztnek lehetővé.
- Léteznek mérőokulárok, melyekkel kalibráció után hosszméreteket lehet mérni.
21. ábra. A Mikroelektronikai és
Technológiai Intézet mikrométer
felbontású mérő-mikroszkópja 50x100
mm munkaterülettel, alsó (kontúr) és
felső megvilágítással
22. ábra. Tárgymikrométer: üveglapba karcolt
0,01 mm távolságú osztások
Az átlagos szemcseátmérő meghatározása fémcsiszolatokon.
Különösen fontos a szemcsék méretének ismerete, ugyanis az anyagok tulajdonságai
szemcseméret-függők. A periodikus mechanikai igénybevételt a finomszemcsés anyagok
jobban bírják, mint a durvaszemcsések. Az átlagos szemcseméret (d) legegyszerűbben úgy
határozható meg, hogy egy L0 hosszúságú egyenes vonal által "metszett" szemcsék száma (N)
Lo
ismeretében képezzük az alábbi hányadost: d =
N
10

Mikroszkópi fém minták előkészítése
A vizsgálathoz a mintán nagyon sima, síkfelületet kell kialakítani, a mikroszkóp kis
mélységélessége miatt. Amennyiben túlságosan kicsi a minta, a könnyebb kezelhetõség
érdekében műgyantába ágyazzák Mikroszkópi fém mintákat először öt-hat-féle, egyre
finomabb csiszolópapírral csiszolják, majd polírozzák. A polírozott mintán általában a
repedések, üregek, zárványok, és az egymástól eltérő színű fázisok vizsgálhatóak. Ezután a
fázishatárok és a krisztallit határok láthatóvá tétele maratással történik
Félvezetők fénymikroszkópos vizsgálata
23. ábra. Az oxidréteg tetejéről és a Szilícium
egykristályról visszaverődő fénysugarak
interferálnak: kioltják, vagy erősítik egymást.
Levonatkészítés (replikakészítés)
24. ábra. Ezért a különböző vastagságú
oxidréteggel fedett területek különböző
színűnek látszanak
Ha a tárgyat valami miatt (túl nagy, nem elvihető) nem lehet a mikroszkóp alá helyezni, akkor
egy képlékeny műanyag fóliát nyomnak a felületre, s amikor megköt a mikroszkóp alá helyezik
ld. 25. és 26. ábra.
25. ábra. Celluloid levonat selyemről [2] 26. ábra. Kollódium levonat: Vickers
keménységmérés lenyomatok vörösrézen
A mikroszkóp tisztítása
A mikroszkóp optikai felületei az antireflex (tükröződéscsökkentő) réteg miatt rendkívül
kényesek. Az ujjlenyomatot, bármilyen más lerakódást minél hamarabb speciális eszközökkel
el kell távolítani. Mikroszálas optika törlőkendő és optikatisztító folyadék szükséges ehhez.
A hallgatók ezt nem végezhetik.
11

A mikroszkóp finommechanikája
A mikroszkóp egy finommechanikai-optikai rendszer, ezért jobban őrzi értékét, kevésbé avul el,
mint a sokszor hozzá csatlakozó elektronikai, számítástechnikai részek. Most nézzünk néhány
részegységet: min múlik, hogy egy mikroszkóp finommechanikája precízen működjön. A 27.
ábra a mikroszkóp élességállító vezeték, a 28. ábra pedig az élességállító rendszer működését
mutatja.
27. ábra. Golyós vezetékes magasságállítás:
az alacsony súrlódás
alapfeltétele a pontos
finombeállításnak. A kotyogást a 4.jelű
rugós feszítés hárítja el. [4]
28. ábra. Csigás élességállító rendszer: ha a T-jelű
gombot egyszer körbetekerjük az S-csiga 1-fognyit
fordít a B-fogaskeréken, melynek hatására a C-kisebb
osztású fogaskerék 1 kis fognyit emel a D-fogaslécen. A
konstrukció egy bonyolult finombeállító rendszert is
tartalmaz. [4]
Mikroszkópos fényképezés, mikroszkópos képelemző szoftverek
Általában a mikroszkóp gyártójától származó megoldások a legjobbak felvétel készítésére, de
ezek a legdrágábbak is, általában képelemző szoftverrel együtt szállítják őket. Videokamerát,
digitális kompakt, vagy tükörreflexes fényképezőgépet projekciós adapterrel lehet az okulár
helyére helyezni és fényképet készíteni. Ma már kapni úgynevezett digitális okulárokat,
melyeket egyszerűen az okulár helyére kell tenni. Fontos megvizsgálni:
- -a leképezett terület átmérőjét
- -a mélységélességet, mert a fotóadapter megváltoztathatja,
- -a kép felbontását.
A mikroszkópos képekre kötelező ráfotózni egy skálát, különben nem tudjuk mekkora a
lefényképezett rész. A fehéregyensúly beállítása is fontos, hogy helyes legyen a kép színvilága.
Ma már mindegyik mikroszkópos fényképezési megoldás CCD vagy CMOS érzékelőkkel
dolgozik. Ezek mátrixszerűen elhelyezett fényérzékeny félvezetők, melyek csak a fény
mennyiségét mérik, a színes képhez mozaikszerűen elrendezett színszűrő réteget kell rájuk
helyezni (29. ábra.).
A mikroszkópos képelemző szoftvereken távolságokat, szögeket lehet mérni, képeket lehet
rögzíteni. Néhány program több, különböző mélységélességű képből egy éles képet tud
összerakni (30. ábra) Más képjavító programokat is lehet használni kontrasztnövelésre,
12

világosságkorrekcióra, zajcsökkentésre, élesítésre: ezekkel egy mikroszkóppal fotózott kép
lényegesen javítható.
29. ábra. Bayer-féle színszűrő a
CCD érzékelő felett.
30. ábra. A képelemző szoftver kiemeli az egyes
képek éles területeit, ebből rakja össze a balra eső
éles képet
Nagy nagyítású mikroszkópok
Eddig fénymikroszkópokról volt szó, most egy elektronsugárral működő mikroszkópról lesz
szó, melynek a sugárzás kis hullámhossza miatt nagy a felbontóképessége, így a nagyítása is.
A nagy nagyítású mikroszkópok az előadásanyagban szerepelnek, így most csak egy olyan
mikroszkópról essen szó, mely a mérnöki gyakorlatban inkább előfordulhat: a szkenning
elektronmikroszkópról (SEM). Mint korábban láttuk, a felbontóképességnek döntően a fény
hullámhossza szab határt. Az elektron-nyaláb hullámhossza viszont a sebességével (=a gyorsító
feszültséggel) fordított arányban változik, így a felbontás a nanométeres tartományig javítható.
Az optikai mikroszkóppal szemben egyetlen hátránya, hogy nem színes, hanem szürkeskálás
képet ad (ami színes elektronmikroszkópos kép azt számítógéppel utólag színezték). Óriási
előnye a letapogatási elvből (31. ábra) eredő nagy mélységélesség (32. ábra.). A pásztázó
elektron-nyaláb a képalkotás mellett felhasználható az adott terület anyagösszetételének akár
pontról pontra történő meghatározására (EDS analízis).
31. ábra. Pásztázó elektronmikroszkóp
(SEM) elve: a tömbmintát pontonként
tapogatja le
32. ábra. Lézerrel bevágott 1,800 mm átmérőjű
cső SEM-képe: látszik a nagy mélységélesség
13

Előtag Jele
Szorzó
2. táblázat. Prefixumok (egyezményes
szorzótényezők) a legtöbb mérésnél
használjuk őket.
Ellenőrző kérdések:
33. ábra. Mi mekkora a természetben: hogy tudjuk
mihez viszonyítani a mért adatok nagyságrendjét.
1. Melyek a mikroszkóp fő funkcionális elemei, mik ezek feladatai?
2. Anyagvizsgáló mikroszkóp tárgy megvilágítási lehetőségei.
3. Sztereomikroszkóp felépítése.
4. Lencsehibák.
5. Tárgylencse jelzései, értelmezése, típusai.
6. Mi a numerikus apertúra, milyen képalkotási paramétereket határoz meg?
7. Mi az össznagyítás, a felbontóképesség, a mélységélesség?
8. Mi a nagyítás és a mélységélesség kapcsolata?
9. Hogy készítjük elő a mintákat a mikroszkópos vizsgálatokhoz?
10. Hogy lehet meghatározni az átlagos szemcseméretet?
11. Mit tud a szkenning elektronmikroszkópról?
Felhasznált irodalom:
hatvánnyal számnévvel
giga- G 10 9 milliárd
mega- M 10 6 millió
kilo- k 10 3 ezer
– – 10 0 egy
milli- m 10 ‒3 ezred
mikro- µ 10 ‒6 milliomod
nano- n 10 ‒9 milliárdod
piko- p 10 ‒12 billiomod
A Magyarországon nyomtatásban megjelent legjobb mikroszkópos szakkönyvek a következők:
[1]. Bernolák-Szabó-Szilas: A mikroszkóp (zsebkönyv). 1979, Műszaki Könyvkiadó,
Budapest
[2]. Lovas Béla: Mikroszkóp-mikrokozmosz. 1995. Gondolat Kiadó, Budapest
[3]. A korábbi laboratóriumi útmutató: Dr. Csiszár Sándor: Mikroszkóp Villamosipari
anyagismeret (Laboratóriumi gyakorlat)
[4]. Determann – Lepusch: Das Mikroskop und seine Anwendung Ernst Leitz Wetzlar
GmbH
[5]. www.zeiss.de/micro
[6]. http://micro.magnet.fsu.edu/
14

Mikroszkópia gyakorlat
15
Mérést végezte:
…………………………………… ………
(név, neptun kód, laborcsoport
Gyakorlatvezető: Mérés ideje: Érdemjegy:
A mikroszkópok optikai lencséit és a fémcsiszolatokat felületét tilos kézzel megérinteni!
A mikroszkópok részeinek funkciói, ami egyben a használati utasítás a jegyzet 3. oldalán
található.
1. Írja le a gyakorlatvezető által kijelölt mikroszkóp részeit részletes magyarázattal, a
magyarázatot otthon is elkészítheti. A kijelölt anyagvizsgáló mikroszkóp:
[ ] Zeiss egyenes állású anyagvizsgáló mikroszkóp [ ] Zeiss Epytip fordított állású mikroszkóp
2. Határozza meg egy adott tárgylencsével a mikroszkóp nagyítását indoklással:
3. Mérje meg a mikroszkóp látómezejét egy adott tárgylencse használata esetén:
mérőeszköz:
látómező átmérője:
4. Írja fel a kijelölt tárgylencse adatait (a lencse felületét tilos megérinteni!):
Magyarázat
Gyártó -
Leképezési korrekció
Nagyítás
Numerikus apertúra
Fedőüveg vastagsága
Végtelen korrekció
Lát-e a lencsén antireflexiós réteget,
ha igen milyen színű
5. A numerikus apertúra alapján a segédletből keresse ki / számolja ki a következő adatokat

• Felbontóképességet:
• A hasznos nagyítás tartománya:
6. Milyen viszonyban van a 2. pontban meghatározott és az 5. pontban kikeresett nagyítás?
Magyarázza meg a kapott eredményt.
7. feladat 3 db mikroszkópi fémcsiszolat minta azonosítása a mellékelt fotósorozattal alapján
(magyar elnevezés, tulajdonságok leírása)
8. Egy, kiválasztott mintán átlagos szemcseátmérő meghatározása (részletesen írja le a
lépéseket!)
A képernyő vízszintes mérete:
A képernyő vízszintes mérete mentén hány szemcse van:
Az átlagos szemcseátmérő kiszámítása (ld. Mérési segédlet):
9. Képelemző programmal a gyakorlatvezető által megadott méretek lemérése, képjavítás.
Furatátmérő mérése 2 NYÁK lemezen:
Feliratok, kivágás, kontrasztnövelés a képjavító szoftverrel.
10. Megfigyelések sztereo és fémmikroszkóppal: írja le milyen mintákat vizsgált:
11. Írja le véleményét a mérésekről!
16