Mikroskop Optik

Mikroskop Optik  

Mikroskop mempelajari pembesaran bayangan objek yang terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang. Mikroskop memenuhi tugasnya dengan memanfaatkan radiasi (Gambar 1) yang dipancarkan, diserap, ditransmisikan, atau dipantulkan oleh sampel yang akan diamati. Sifat radiasi menentukan jenis mikroskop seperti mikroskop optik, mikroskop elektron, mikroskop sinar-x, atau mikroskop akustik dll. Bagian yang terlihat dari spektrum elektromagnetik adalah jenis radiasi yang digunakan oleh mikroskop optik. Mikroskop optik adalah pemeriksaan mikroskopis bahan melalui mikroskop optik.

Gbr 1 Gelombang elektromagnetik

Kacamata pembesar kasar digunakan pada zaman kuno, tetapi evolusi mikroskop modern dimulai pada abad ke-17. Meskipun mikroskop majemuk pertama dibuat oleh Hans dan Zacharias Janssen pada tahun 1595, Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) berhasil membuat lensa yang sangat bagus untuk mencapai perbesaran yang menakjubkan sekitar 300x dalam mikroskop mereka yang sangat sederhana. Karena saran dari ilmuwan Robert Hook sekitar tahun 1670, pembuat instrumen Christopher Cock di London membangun mikroskop senyawa yang sangat sukses. Dengan instrumen ini, Hook dapat mengamati sel. Mikroskop Hook dapat dianggap sebagai bapak instrumen modern.

Mikroskop optik, sering disebut sebagai 'mikroskop cahaya', adalah jenis mikroskop yang menggunakan cahaya tampak (Gambar 1) dan sistem lensa untuk memperbesar gambar sampel kecil. Mikroskop optik adalah mikroskop tertua dan paling sederhana. Ini adalah instrumen yang sangat penting untuk mempelajari struktur mikro, terlepas dari evolusi instrumen metalografi elektron yang canggih. 'Scanning electron microscope' (SEM) dan 'transmission electron microscope' (TEM) yang canggih juga merupakan instrumen yang sangat berharga. Namun mereka harus digunakan bersama dengan mikroskop optik, bukan sebagai pengganti.

Semua pemeriksaan struktur mikro dimulai dengan penggunaan mikroskop optik, mulai dari perbesaran rendah, seperti 100x, diikuti dengan perbesaran yang semakin tinggi untuk menilai karakteristik dasar struktur mikro secara efisien. Sebagian besar struktur mikro dapat diamati dengan mikroskop optik dan diidentifikasi berdasarkan karakteristiknya. Identifikasi konstituen yang dipertanyakan atau tidak diketahui dapat dibantu dengan mengamati kekerasannya relatif terhadap matriks, dengan warna alaminya, dengan responsnya terhadap cahaya terpolarisasi, dan dengan responsnya terhadap etsa selektif. Pengamatan ini dibandingkan dengan rincian yang diketahui tentang metalurgi fisik dari bahan yang diperiksa. Jika masih ada keraguan atau jika strukturnya terlalu halus untuk diamati, teknik yang lebih canggih harus diterapkan.

Mikroskop optik dapat digunakan untuk memeriksa sampel metalografi yang dipoles atau digores. Konstituen tertentu lebih mudah diamati sebagai dipoles, karena mereka tidak dikaburkan oleh detail etsa. Inklusi, nitrida, karbida tertentu, dan fase antar logam dapat dengan mudah diamati tanpa etsa. Kecuali untuk inklusi, fase lain dapat lebih mudah diperiksa jika beberapa relief diperkenalkan selama pemolesan akhir. Sampel harus disiapkan secara memadai untuk memastikan pengamatan dan interpretasi yang benar dari struktur mikro tanpa komplikasi dari artefak. Sampel yang menanggapi cahaya terpolarisasi, seperti bahan dengan struktur kristal non-kubik, biasanya diperiksa tanpa etsa. Namun, dalam sebagian besar kasus, etsa harus dilakukan untuk mengamati struktur mikro. Sebuah etsa tujuan umum biasanya digunakan pertama untuk mengungkapkan struktur butir dan fase yang ada, diikuti oleh etsa selektif yang menyerang atau mewarnai fase tertentu yang diinginkan. Etsa selektif banyak digunakan untuk metalografi kuantitatif, terutama jika dilakukan dengan menggunakan perangkat otomatis. Dalam kedua kasus, etsa harus dilakukan dengan hati-hati untuk mengungkapkan struktur mikro dengan jelas.

Mikroskop menggunakan lensa objektif dengan panjang fokus yang sangat pendek untuk membentuk bayangan yang sangat diperbesar. Gambar ini kemudian dilihat dengan lensa okuler pendek yang digunakan sebagai kaca pembesar sederhana. Konsep pencitraan dasar dan struktur mikroskop optik ditunjukkan pada Gambar 2. Sistem optik mikroskop terutama mencakup lensa objektif dan lensa okuler. Tujuan lensa objektif adalah untuk memperbesar objek sehingga dapat diamati dengan jelas oleh pengguna. Selama pengamatan, sampel ditempatkan di dekat bidang fokus lensa objektif di ruang objek, dan bayangan nyata sampel yang diperbesar pertama kali dibuat pada bidang perantara. Bidang tengah terletak pada bidang fokus lensa okuler, dengan demikian lensa okuler bekerja sebagai kaca pembesar untuk semakin memperbesar bayangan yang diproyeksikan pada bidang bayangan tengah. Akhirnya, gambar yang diperbesar, maya, terbalik disediakan untuk pengamat.

Gbr 2 Prinsip optik pencitraan mikroskop

Kemampuan mikroskop optik untuk menghasilkan gambar yang dapat dipisahkan dari berbagai titik pada suatu objek terbatas. Daya pisah lensa adalah ukuran kuantitatif dari kemampuan ini. Titik yang lebih dekat dari batas resolusi tidak dapat dibedakan sebagai titik yang terpisah. Ernst Abbe pada tahun 1873 pertama-tama menetapkan nilai jarak minimal d antara dua titik yang berdekatan yang memungkinkan mereka dianggap dipisahkan oleh persamaan 'd =l/2n sin A', di mana 'l' adalah panjang gelombang cahaya, 'A' adalah setengah dari bukaan sudut lensa, dan 'n'  adalah indeks bias medium antara objek dan lensa.

Saat ini, pemisahan linier terkecil dari dua titik objek yang dapat diselesaikan dengan tujuan ditetapkan oleh kriteria Rayleigh yang diberikan oleh persamaan 'd =1,22(l/2NA)' di mana 'l' adalah panjang gelombang cahaya, dan 'NA' adalah aperture numerik dari objektif. Baik kriteria Abbe dan kriteria Rayleigh sangat mirip, karena bukaan numerik yang terkait dengan media pencitraan dengan NA =n sin A. Nilai maksimum sinA adalah 1 (A =90 derajat), maka bukaan numerik maksimal teoritis dari suatu objektif di udara (n =1) adalah NA =1. Karena NA tinggi merupakan persyaratan penting untuk resolusi tinggi, optik imersi telah dikembangkan. Sampel dapat dicitrakan pada jarak yang sangat dekat dari objektif melalui media imersi yang memiliki indeks bias berbeda, seperti air (n =1,33), gliserin (n =1,47), atau minyak (n =1,52).

Untuk mikroskop yang dirancang dengan baik, resolusi spasial terutama ditentukan oleh lensa objektif. Meskipun lensa okuler juga dapat memperbesar gambar, lensa ini tidak dapat meningkatkan daya pisah mikroskop. Resolusi spasial mikroskop optik diberikan oleh persamaan Rayleigh Ro =0. 62 l/n sin A, di mana 'Ro' adalah jarak minimum yang dapat diselesaikan, 'l' adalah panjang gelombang cahaya, 'n' adalah indeks bias medium antara lensa dan objek, dan 'A' adalah satu -setengah bukaan sudut lensa, dan n sinA adalah bukaan numerik lensa objektif.

Berdasarkan persamaan di atas, dan mempertimbangkan keterbatasan praktis yaitu (i) penggunaan cahaya tampak dengan panjang gelombang antara 390 nm (nano meter) dan 760 nm, (ii) aperture yang dapat dijangkau secara maksimal dengan setengah sudut 70 derajat hingga 75 derajat, dan (iii) persyaratan penggunaan metode perendaman dengan air atau minyak untuk meningkatkan indeks bias, resolusi mikroskop optik konvensional tidak boleh melebihi 200 nm.

Mikroskop optik dan jalur gelombang optik yang disederhanakan dari mikroskop ditunjukkan pada Gambar 3. Mikroskop optik modern mampu memperbesar objek hingga 1.500 kali dengan batas 200 nm dalam resolusi spasial. Mikroskop optik dapat dibagi menjadi berbagai jenis menggunakan berbagai kriteria. Misalnya, berdasarkan metode pencahayaan, ada jenis mikroskop transmisi dan refleksi. Dalam mikroskop transmisi, cahaya melewati benda transparan. Dalam mikroskop refleksi, sumber cahaya yang dipasang di bagian atas lensa mikroskopis menerangi objek yang tidak transparan, dan cahaya yang dipantulkan dikumpulkan oleh lensa. Mikroskop juga dapat dibedakan berdasarkan metode pengamatan, antara lain mikroskop medan terang, mikroskop medan gelap, mikroskop beda fase, mikroskop cahaya terpolarisasi, mikroskop interferensi, dan mikroskop fluoresen.

Setiap mikroskop dapat menggunakan pendekatan transmisi atau refleksi. Mikroskop medan terang adalah mikroskop yang paling populer dan banyak digunakan dari semua mikroskop. Dengan menggunakan mikroskop jenis ini, rasio transmisi (atau penyerapan) dan rasio refleksi dari beberapa objek yang diamati bervariasi sesuai dengan perubahan lingkungan kerja. Amplitudo benda-benda ini bervariasi dengan perubahan intensitas pencahayaan. Objek transparan yang tidak berwarna hanya terlihat ketika fase cahaya yang disinari berubah. Karena mikroskop medan terang tidak dapat mengubah fase cahaya, sampel transparan yang tidak berwarna tidak terlihat saat menggunakan mikroskop jenis ini.

Gbr 3 Mikroskop optik dan prinsipnya

Komponen mikroskop

Mikroskop optik sangat bervariasi dalam biaya dan kemampuan. Cahaya yang dipantulkan digunakan untuk mempelajari logam. Mikroskop cahaya yang ditransmisikan digunakan untuk mempelajari mineral dan polimer, yang juga dapat diperiksa menggunakan cahaya yang dipantulkan. Mikroskop optik juga diklasifikasikan sebagai 'tegak' atau 'terbalik'. Istilah-istilah ini mengacu pada orientasi bidang polesan sampel selama pengamatan. Karena setiap konfigurasi memiliki kelebihan dan kekurangan tertentu, pemilihan didasarkan pada preferensi pribadi. Mikroskop optik paling sederhana adalah jenis bangku (biasanya tegak). Kemampuan fotografi dapat ditambahkan ke beberapa mikroskop tergantung pada kekakuan dudukan.

Berbagai jenis mikroskop yang cocok untuk pengamatan dan mikroskop foto tersedia. Ini bisa berupa unit yang agak sederhana atau mikroskop penelitian skala penuh dengan berbagai mode iluminasi, sumber cahaya, lampiran kekerasan mikro, tahap panas, dan sebagainya. Komponen dasar mikroskop optik diberikan di bawah ini dan ditunjukkan pada Gambar 3.

Iluminasi  sistem – Tersedia berbagai sumber cahaya untuk mikroskop optik. Lampu filamen tungsten tegangan rendah yang digunakan terutama dengan mikroskop bangku memiliki intensitas yang memadai untuk pengamatan, tetapi tidak untuk fotografi. Mengubah arus ke bohlam mengontrol intensitas cahaya. Sistem iluminasi busur karbon, yang dulu umum digunakan pada mikroskop telah digantikan oleh sumber cahaya busur atau filamen. Sumber cahaya busur xenon lazim karena intensitasnya yang tinggi dan karakteristik warna siang hari. Intensitas cahaya, bagaimanapun, dapat disesuaikan hanya dengan menggunakan filter densitas netral. Lampu filamen tungsten-halogen juga banyak digunakan karena intensitasnya yang tinggi dan temperatur warnanya yang tinggi. Intensitas cahaya dapat dikontrol dengan memvariasikan arus atau dengan menggunakan filter densitas netral. Sumber cahaya lain, seperti lampu busur zirkonium, busur natrium, yodium kuarsa, atau uap merkuri, kurang umum.

Kondensor – Lensa yang dapat disesuaikan bebas dari penyimpangan bola dan koma ditempatkan di depan sumber cahaya untuk memfokuskan cahaya pada titik yang diinginkan di jalur optik. Diafragma bidang ditempatkan di depan lensa ini untuk meminimalkan silau internal dan pantulan di dalam mikroskop. Diafragma bidang dihentikan sampai ke tepi bidang pandang. Diafragma iris kedua yang dapat disetel, diafragma bukaan, ditempatkan di jalur cahaya sebelum iluminator vertikal.

Membuka atau menutup diafragma ini mengubah jumlah cahaya dan sudut kerucut cahaya yang masuk ke lensa objektif. Pengaturan optimal untuk aperture ini bervariasi dengan setiap lensa objektif dan merupakan kompromi antara kontras gambar, ketajaman, dan kedalaman bidang. Saat pembesaran meningkat, diafragma apertur dihentikan. Membuka apertur ini meningkatkan ketajaman gambar, tetapi mengurangi kontras. Menutup apertur meningkatkan kontras, tetapi merusak ketajaman gambar. Diafragma bukaan tidak boleh digunakan untuk mengurangi intensitas cahaya. Itu harus disesuaikan hanya untuk kontras dan ketajaman.

Filter cahaya – Ini digunakan untuk memodifikasi cahaya untuk kemudahan pengamatan, untuk mikroskop foto yang lebih baik, atau untuk mengubah kontras. Filter densitas netral digunakan untuk mengurangi intensitas cahaya secara seragam di seluruh spektrum yang terlihat. Filter densitas netral yang berbeda dari sekitar 85% hingga 0,01% transmisi tersedia. Mayoritas mikroskop optik memiliki pilihan setidaknya dua filter tersebut.

Filter selektif digunakan untuk menyeimbangkan suhu warna sumber cahaya dengan suhu film. Ini sering diperlukan untuk reproduksi gambar berwarna yang setia, tergantung pada sumber cahaya yang digunakan dan jenis film. Filter hijau atau kuning-hijau banyak digunakan dalam fotografi hitam-putih untuk mengurangi efek cacat lensa pada kualitas gambar. Sebagian besar tujuan, terutama achromats berbiaya lebih rendah, memerlukan penyaringan semacam itu untuk hasil yang baik.

Filter polarisasi digunakan untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi bidang (satu filter) atau cahaya terpolarisasi silang (dua filter diputar untuk menghasilkan pemadaman) untuk pemeriksaan bahan non-kubik (kristalografi). Bahan-bahan yang bersifat anisotropik optis, seperti berilium, zirkonium, alfa-titanium, dan uranium, dapat diperiksa dalam kondisi terpolarisasi silang tanpa etsa. Pelat warna sensitif juga dapat digunakan dengan cahaya terpolarisasi silang untuk meningkatkan pewarnaan.

Lensa objektif – Ini membentuk gambar utama dari mikro dan merupakan komponen yang paling penting dari mikroskop optik. Lensa objektif mengumpulkan cahaya sebanyak mungkin dari sampel dan menggabungkan cahaya ini untuk menghasilkan gambar. NA objektif adalah ukuran kemampuan mengumpulkan cahaya dari lensa. Kemampuan mengumpulkan cahaya meningkat dengan sudut 'A'. Pengaturan diafragma apertur mengubah NA kondensor dan karenanya NA sistem.

Lensa objektif (Gbr 4) biasanya dipasang pada turret bagian hidung yang dapat menerima empat hingga enam objektif. Beberapa mikroskop tidak menggunakan menara bagian hidung, dan hanya satu objektif pada satu waktu yang dapat ditempatkan pada iluminator vertikal menggunakan dudukan bayonet. Iluminator vertikal berisi reflektor atau prisma yang membelokkan cahaya ke bawah objektif ke permukaan sampel. Biasanya memegang aperture dan bidang diafragma dan filter juga. Iluminator vertikal biasanya hanya menyediakan satu atau dua jenis iluminasi, seperti iluminasi medan terang dan medan gelap atau iluminasi cahaya medan terang dan terpolarisasi. Namun, iluminator vertikal universal kini tersedia yang menyediakan semua jenis iluminasi dengan satu iluminator vertikal dan satu set tujuan.

Panjang tabung adalah panjang tabung tubuh dari garis mata lensa mata ke benang objektif. Panjang ini tidak standar dan dapat bervariasi. Sebagian besar objektif dirancang untuk digunakan dengan panjang tabung tertentu, biasanya 160 mm hingga 250 mm, dan biasanya tidak dapat dipertukarkan.

Objektif yang paling umum digunakan adalah akromat, yang dikoreksi secara sferis untuk satu warna (biasanya kuning-hijau) dan untuk aberasi kromatik longitudinal untuk dua warna (biasanya merah dan hijau). Oleh karena itu, akromat tidak cocok untuk mikroskop foto berwarna. Penggunaan filter kuning-hijau dan film ortokromatik memberikan hasil yang optimal. Namun, akromat memberikan jarak kerja yang relatif panjang, yaitu jarak dari lensa depan objektif ke permukaan sampel. Jarak kerja berkurang dengan meningkatnya perbesaran objektif. Mayoritas produsen membuat tujuan jarak jauh untuk aplikasi khusus, misalnya, dalam mikroskop tahap panas. Achromats bebas regangan, yang penting untuk pemeriksaan cahaya terpolarisasi. Karena mengandung lebih sedikit lensa daripada lensa dengan koreksi tinggi lainnya, kerugian pantulan internal diminimalkan.

Tujuan semi-apokromatik atau fluorit memberikan tingkat koreksi aberasi sferis dan kromatik yang lebih tinggi. Oleh karena itu, mereka menghasilkan gambar berkualitas lebih tinggi daripada achromats. Tujuan apokromatik memiliki tingkat koreksi tertinggi, menghasilkan hasil terbaik, dan lebih mahal. Objektif Plano memiliki koreksi ekstensif untuk bidang datar, yang mengurangi ketegangan mata, dan sering ditemukan pada mikroskop modern.

Dengan sistem lensa par-fokal, setiap objektif pada turret nosepiece hampir fokus saat turret diputar, mencegah lensa depan objektif membentur sampel saat lensa diganti. Banyak objektif juga dilengkapi pegas, yang membantu mencegah kerusakan pada lensa. Ini lebih merupakan masalah dengan tujuan perbesaran tinggi, karena jarak kerja bisa sangat kecil.

Objektif tertentu dirancang untuk digunakan dengan oli di antara sampel dan lensa depan objektif. Namun, lensa minyak imersi jarang digunakan, karena sampel dan lensa harus dibersihkan setelah digunakan. Namun, mereka memberikan resolusi yang lebih tinggi daripada yang dapat dicapai ketika udara berada di antara lensa dan sampel. Dalam kasus terakhir, NA maksimum yang mungkin adalah 0,95, sedangkan lensa minyak imersi menghasilkan 1,3 NA hingga 1,45 NA, tergantung pada lensa dan minyak yang digunakan. Pembesaran dari 25x hingga 160x tersedia. Penggunaan minyak juga mempertajam gambar, yang berharga saat memeriksa spesimen dengan reflektifitas rendah, seperti batu bara atau keramik.

Gbr 4 Jenis lensa objektif dan lensa okuler

Kaca mata – Disebut juga lensa okuler. Lensa okuler (Gbr 4) memperbesar bayangan primer yang dihasilkan oleh lensa objektif. Mata kemudian dapat menggunakan kemampuan resolusi penuh dari tujuan. Mikroskop menghasilkan gambar virtual sampel pada titik penglihatan yang paling berbeda, biasanya 250 mm dari mata. Lensa mata memperbesar gambar ini, memungkinkan pencapaian perbesaran yang berguna. Lensa okuler standar memiliki bidang pandang berdiameter 24 mm sedangkan lensa okuler bidang lebar untuk objek-objek datar memiliki bidang pandang berdiameter 30 mm, yang meningkatkan area gambar utama yang dapat digunakan.

Lensa mata paling sederhana adalah lensa mata Huygenian yang desainnya ditemukan oleh C. Huygens. Ini terdiri dari dua lensa plano-cembung dengan permukaan cembungnya menghadap lensa objektif. Ini memuaskan untuk digunakan dengan tujuan achromat berdaya rendah dan sedang. Lensa okuler kompensasi digunakan dengan akromat NA tinggi dan objektif yang lebih terkoreksi. Karena beberapa koreksi lensa dilakukan menggunakan lensa okuler ini, lensa okuler harus disesuaikan dengan jenis objektif yang digunakan.

Clearance mata adalah jarak antara lensa mata okular dan mata. Untuk kebanyakan lensa mata, jarak mata adalah 10 mm atau kurang yang tidak memadai jika orang yang menggunakan mikroskop memakai kacamata. Masalah penglihatan sederhana, seperti rabun jauh, dapat diakomodasi menggunakan penyesuaian fokus halus. Masalah penglihatan seperti astigmatisme tidak dapat dikoreksi dengan mikroskop, dan kacamata harus dipakai. Eyepieces dengan titik mata tinggi tersedia untuk memberikan jarak pandang sekitar 20 mm yang diperlukan untuk kacamata.

Eyepieces biasanya dilengkapi dengan berbagai reticle atau graticules untuk mencari, mengukur, menghitung, atau membandingkan mikro. Lensa mata memperbesar gambar reticle atau graticule dan gambar utama. Kedua gambar harus berada dalam fokus secara bersamaan. Eyepieces khusus juga diproduksi untuk memungkinkan pengukuran yang lebih akurat daripada yang dapat dilakukan dengan skala graticule. Contohnya adalah okuler filar-mikrometer atau okuler sekrup-mikrometer. Perangkat tersebut dapat diotomatisasi untuk menghasilkan pembacaan digital langsung dari pengukuran, yang akurat hingga sekitar 1 mikrometer.

Lensa mata perbesaran 10x biasanya digunakan, namun untuk mendapatkan perbesaran standar, beberapa sistem memerlukan perbesaran lain, seperti 6,3x. Eyepieces berdaya lebih tinggi, seperti 1×, 15×, 20×, atau 25×, juga berguna dalam situasi tertentu. Perbesaran keseluruhan diperoleh dengan mengalikan perbesaran objektif, Mo, dengan perbesaran lensa okuler, Me (Gbr 2). Jika sistem zoom atau bellow juga digunakan, perbesaran harus diubah sesuai kebutuhan.

Panggung – Panggung mekanis disediakan untuk memfokuskan dan memindahkan sampel, yang ditempatkan di atas panggung dan diamankan menggunakan klip. Panggung mikroskop terbalik memiliki pelat panggung tengah yang dapat diganti dengan lubang ukuran berbeda. Permukaan yang dipoles ditempatkan pada lubang untuk dilihat. Namun, seluruh permukaan tidak dapat dilihat, dan pada perbesaran tinggi tidak mungkin memfokuskan objek di dekat tepi lubang karena jarak kerja yang terbatas. Dalam kasus mikroskop tegak, sampel ditempatkan pada slide di atas panggung. Karena permukaan yang dipoles harus tegak lurus terhadap berkas cahaya, tanah liat ditempatkan di antara dasar sampel dan slide. Sepotong jaringan lensa ditempatkan di atas permukaan yang dipoles, dan sampel ditekan ke dalam tanah liat menggunakan alat pemerataan. Namun, potongan jaringan dapat menempel pada permukaan sampel. Sebuah alternatif, terutama berguna dengan sampel terpasang, adalah dengan menggunakan cincin bukan jaringan untuk meratakan sampel. Bentuk cincin aluminium atau baja tahan karat dengan ukuran yang sama dengan dudukan dudukan (sedikit diratakan pada catok) pada dudukan, bukan pada sampel.

Mikroskop tegak memungkinkan melihat seluruh permukaan dengan tujuan apa pun, dan operator dapat melihat bagian sampel mana yang sedang dilihat. Ini adalah fitur yang berguna saat memeriksa area tertentu pada sampel berlapis, lasan, dan sampel lain di mana area tertentu akan diperiksa. Untuk sampel yang dipasang, pemegang panggung perataan otomatis untuk dudukan dapat menghilangkan perataan sampel pada tanah liat.

Panggung harus kaku untuk menghilangkan getaran. Pergerakan panggung, dikendalikan oleh mikrometer x dan y, harus halus dan presisi dan oleh karena itu biasanya digunakan roda gigi rak dan pinion. Banyak tahapan memiliki skala untuk mengukur jarak dalam arah x dan y. Kontrol pemfokusan sering berisi aturan untuk memperkirakan gerakan vertikal. Beberapa unit memiliki tahapan bermotor dan kontrol fokus.

Pelat panggung melingkar yang dapat diputar dapat memfasilitasi pemeriksaan cahaya terpolarisasi. Tahapan seperti itu, umum untuk studi mineralogi atau petrografi, lulus untuk memungkinkan pengukuran sudut rotasi. Panggung bujursangkar biasanya ditempatkan di atas panggung melingkar.

Berdiri – Mikroskop bangku memerlukan dudukan yang kaku, terutama jika foto-mikroskopi dilakukan pada unit. Berbagai potongan mikroskop dilekatkan pada dudukan saat dirakit. Dalam beberapa kasus, mikroskop bangku ditempatkan pada dudukan terpisah yang juga memegang sistem fotografi.

Cacat lensa

Banyak cacat lensa akibat dari hukum pemantulan dan pembiasan. Indeks bias lensa bervariasi dengan panjang gelombang cahaya, dan panjang fokus lensa bervariasi dengan indeks bias. Oleh karena itu, panjang fokus berubah untuk warna cahaya yang berbeda. Gambar terpisah untuk setiap panjang gelombang yang ada difokuskan pada jarak yang berbeda dari lensa. Ini adalah aberasi kromatik longitudinal (Gbr. 5). Selain itu, perbesaran bervariasi dengan panjang fokus, mengubah ukuran gambar. Ini adalah aberasi kromatik lateral (Gambar 5). Perbedaan ini harus dihilangkan untuk menghasilkan foto berwarna. Karena akromat memiliki koreksi terbatas untuk masalah ini, akromat digunakan dengan penyaringan cahaya kuning-hijau untuk mendapatkan gambar yang tajam. Penyimpangan bola (Gbr 5) terjadi ketika cahaya dari objek titik pada sumbu optik dibiaskan lebih kuat di pusat atau di pinggiran lensa, menghasilkan serangkaian posisi fokus di mana bayangan titik muncul sebagai lingkaran dengan luas terbatas. . Ini dapat diminimalkan dengan menggunakan aperture yang membatasi penggunaan objektif ke bagian tengah. Desain lensa juga dapat memperbaiki sebagian dari masalah ini.

Karena permukaan gambar dengan fokus optimal melengkung, lensa okuler kompensasi dengan kelengkungan yang sama tetapi berlawanan digunakan untuk menghasilkan gambar datar. Masalah lain, seperti koma dan astigmatisme, dapat merusak kualitas gambar kecuali diperbaiki.

Gbr 5 Cacat lensa

Resolusi

Untuk melihat detail mikrostruktur, diperlukan sistem optik untuk menghasilkan resolusi atau daya pisah yang memadai, dan kontras gambar yang memadai. Jika resolusi dapat diterima tetapi kontrasnya kurang, detail tidak dapat diamati. Secara umum, kemampuan untuk menyelesaikan dua titik atau garis yang dipisahkan oleh jarak 'd' adalah fungsi dari panjang gelombang, 'l', dari cahaya datang dan bukaan numerik, NA, dari tujuan. Ini mengikuti persamaan 'd =k.l / NA', di mana k adalah 0,5 atau 0,61. Gambar 6 menunjukkan hubungan ini untuk k =0,61 dan empat panjang gelombang cahaya. Formula lain juga telah dilaporkan. Persamaan tersebut tidak termasuk faktor lain yang mempengaruhi resolusi, seperti derajat koreksi objektif dan ketajaman visual orang yang melihat melalui mikroskop. Ini didasarkan pada karya Abbe dalam kondisi yang tidak ada dalam metalografi, seperti titik bercahaya sendiri, kontras hitam-putih sempurna, pemeriksaan cahaya yang ditransmisikan, sumber cahaya titik yang ideal, dan tidak adanya cacat lensa.

Menggunakan persamaan di paragraf sebelumnya, batas resolusi untuk tujuan dengan NA 1,4 adalah sekitar 0,2 mikrometer. Untuk melihat garis atau titik yang berjarak 0,2 mikrometer, perbesaran yang diperlukan ditentukan dengan membagi daya pisah objek dengan daya pisah mata manusia, yang sulit ditentukan dalam kondisi pengamatan. Abbe menggunakan nilai 0,3 mm pada jarak 250 mm yang merupakan jarak dari mata untuk penglihatan yang optimal. Untuk cahaya dengan panjang gelombang rata-rata 0,55 mikrometer, perbesaran yang diperlukan adalah 1.100 kali NA objektif. Ini adalah asal dari aturan 1.000 NA untuk perbesaran yang berguna maksimum. Setiap pembesaran di atas 1.000 NA disebut 'kosong', atau tidak berguna.

Kepatuhan yang ketat terhadap aturan 1.000 NA harus dipertanyakan, mengingat kondisi di mana aturan itu telah dikembangkan, yang tentunya jauh berbeda dari yang ditemui dalam metalografi. Menurut analisis Abbe, untuk seseorang yang menggunakan mikroskop optik dengan penglihatan 20/20 optimal dan untuk kondisi kontras optimal dan panjang gelombang cahaya rata-rata 550 nm, perbesaran terendah yang memanfaatkan NA objektif sepenuhnya adalah 550 kali NA. . Ini menetapkan perbesaran minimum yang berguna untuk digunakan dengan tujuan tertentu. Telah disarankan bahwa batas atas perbesaran yang berguna untuk rata-rata orang yang menggunakan mikroskop optik adalah 2.200 NA, bukan 1.000 NA.

Gbr 6 Hubungan antara resolusi dan kedalaman bidang dengan aperture numerik

Kedalaman bidang

Kedalaman bidang adalah jarak sepanjang sumbu optik di mana detail gambar diamati dengan kejelasan yang dapat diterima. Faktor-faktor yang mempengaruhi resolusi juga mempengaruhi kedalaman bidang, tetapi dalam arah yang berlawanan. Oleh karena itu, kompromi harus dicapai antara dua parameter ini, yang menjadi lebih sulit seiring dengan meningkatnya perbesaran. Inilah salah satu alasan mengapa etsa ringan lebih disukai untuk pemeriksaan perbesaran tinggi.

Mode pemeriksaan

Untuk mencapai kemampuan resolusi dari tujuan yang dipilih, kontras gambar harus memadai. Kontras gambar tergantung pada preparasi sampel dan optik. Perbedaan reflektifitas cahaya dari permukaan sampel menghasilkan fitur amplitudo yang terlihat oleh mata setelah pembesaran. Perbedaan fase yang diciptakan oleh pantulan cahaya harus dibuat terlihat dengan menggunakan kontras fase atau lampiran kontras interferensi ke mikroskop.

Iluminasi bidang terang – Penerangan vertikal bidang terang, metode pengamatan yang paling banyak digunakan, menyumbang sebagian besar mikrograf yang diambil. Dalam operasi, cahaya melewati objektif dan menumbuk permukaan sampel secara tegak lurus. Fitur permukaan normal terhadap cahaya datang memantulkan cahaya kembali melalui objektif ke lensa okuler, di mana fitur permukaan tampak cerah. Permukaan yang miring terhadap berkas cahaya memantulkan lebih sedikit cahaya ke objektif dan tampak lebih gelap, bergantung pada sudutnya.

Iluminasi miring – Dengan beberapa mikroskop, dimungkinkan untuk mendesentralisasikan rakitan kondensor atau cermin sehingga cahaya yang melewati objektif mengenai permukaan sampel pada sudut yang tidak tegak lurus. Kekasaran pada permukaan sampel menimbulkan bayangan, menghasilkan tampilan tiga dimensi. Hal ini memungkinkan penentuan fitur yang lega atau tersembunyi. Namun, sangat sedikit kemiringan yang dapat terjadi, karena teknik ini menyebabkan pencahayaan menjadi tidak seragam dan mengurangi resolusi.

Dalam iluminasi medan gelap – Dalam iluminasi medan gelap, cahaya yang dipantulkan dari fitur berorientasi miring dikumpulkan, dan sinar yang dipantulkan dari fitur normal ke sinar datang diblokir. Oleh karena itu, kontras pada dasarnya terbalik dari iluminasi medan terang; yaitu, fitur yang cerah dalam iluminasi medan terang tampak gelap, dan fitur yang biasanya gelap tampak cerah. Ini menghasilkan kontras gambar yang sangat kuat, dengan fitur miring tampak bercahaya. Dalam kondisi seperti itu, seringkali mungkin untuk melihat fitur yang tidak terlihat menggunakan pencahayaan bidang terang. Metode ini sangat berguna untuk mempelajari struktur butir. Namun, intensitas cahaya rendah membuat foto-mikroskopi lebih sulit, masalah berkurang dengan penggunaan perangkat kontrol eksposur otomatis.

Cahaya terpolarisasi – Cahaya terpolarisasi, seperti yang digunakan dalam metalografi, biasanya terbatas pada pengamatan logam anisotropik optik tertentu, seperti berilium, alfa-titanium, zirkonium, dan uranium, yang sulit untuk digores tetapi merespons cahaya terpolarisasi dengan baik jika dipoles dengan benar. Before development of the electron micro-probe analyzer (EMPA) and energy dispersive spectroscopy (EDS), polarized light examination was an integral part of the method for identifying inclusions. Since the development of these instruments, polarized light has been used less frequently for this purpose, since identification with the EMPA or EDS techniques is more definitive. Most metallurgical microscopes now use synthetic Polaroid filters. The ‘polarizer’ is placed in the light path before the objective, and the ‘analyzer’ is placed in the light path after the objective, normally just below the eyepiece.

Light consists of transverse waves vibrating in all directions at right angles to the direction of propagation. These vibrations occur symmetrically around the direction of propagation and are unpolarized. When light passes through a polarizing filter, the vibrations occur in only one plane in the direction of propagation, and the light is termed plane polarized. This plane changes as the filter is rotated. When the analyzer filter is placed in the light path, plane polarized light passes through it if the plane of vibration of the light is parallel to the plane of vibration of the analyzer. If the plane of vibration of the analyzer is perpendicular to that of the light the light does not pass through, and extinction results. When plane-polarized light is reflected from the surface of an isotropic metal (any metal with a cubic crystallographic structure, such as iron), then passes through the analyzer in the crossed position (plane of vibration perpendicular to that of the plane-polarized light), the image is extinguished, or dark. However, in practice, since the metallurgical microscope does not produce perfectly plane-polarized light, complete extinction does not occur. This is not a serious problem, since polarized light is used only in a qualitative manner in metallography. Strain-free objectives, normally achromats, are to be used. Fluorite or apochromatic objectives are unsuitable. A strong white-light source is needed to produce accurate colour effects.

If an optically anisotropic, polished metal is placed under the light beam with the polarizer and analyzer crossed, the microstructure is revealed. The quality of sample preparation is very important, and the surface is to be perpendicular to the light path. Rotation of the sample under the beam changes light intensity and colour. Since it is difficult to set the polarizer and analyzer in the crossed position accurately when an anisotropic sample is in place unless the crossed positions are marked on the polarizer and the analyzer, it is best to find this position first using an isotropic sample.

When plane-polarized light strikes an anisotropic metal surface, reflection occurs as two plane-polarized components at right angles to each other. The directions vary with crystal structure. The strength of these two perpendicular reflections can change, and a phase difference exists between them. These differences vary with each metal and depend on the crystal orientation. No reflection is obtained when the basal plane of hexagonal or tetragonal crystals is perpendicular to the light beam. Maximum reflectance occurs when the principal symmetry axis of the crystal is perpendicular to the light beam. The resultant image is predominantly influenced by these orientation effects with phase differences are of little significance.

When the analyzer is crossed with respect to the polarizer, rotation of plane-polarized light from the anisotropic surface allows the light to pass through the analyzer, producing an image in which each grain has a different light intensity and colour, depending on its crystal orientation relative to the light beam. As the stage is rotated, each grain changes four times in intensity from light to dark during a 360 degree rotation. If the phase difference is appreciable, the light is elliptically polarized, the difference in intensity in each grain with rotation is less, and extinction is not observed. Colour images are obtained when the reflected plane-polarized light varies with wavelength. When little colour is present, a sensitive tint plate inserted between the polarizer and the objective enhance colouration.

Isotropic metals can be examined using crossed-polarized light if the surface can be rendered optically active by etching, staining, or anodizing. Procedures have been developed for several metals, however, all etched surfaces do not respond to polarized light. Normally, the etch s to produce etch pits or facets in each grain to cause double reflection at these features. Grains with different crystal orientations produce differently oriented pits or facets, yielding different degrees of elliptical polarization and hence varying light intensity. Anodizing produces a thick oxide film on the sample surface and irregularities in the film lead to double reflection.

Although the polarization response of anodized samples has been attributed to optical anisotropy of the film, experimentation has shown that the effect is due to film surface irregularities. Tint etchants produce surface films which result in interference colours which can be enhanced using polarized light. In general, best results are achieved when the analyzer is shifted slightly from the crossed position. In addition to its use in examining inclusions, anisotropic metals (antimony, beryllium, bismuth, cadmium, cobalt, magnesium, scandium, tellurium, tin, titanium, uranium, zinc, and zirconium, for example), and etched / anodized/ tint-etched cubic metals, polarized light is useful for examination of coated or deformed metals. Phase identification can also be aided in some cases. The internal structure of graphite nodules in cast iron is vividly revealed using polarized light. Martensitic structures are frequently better revealed using polarized light, which illustrate lath martensite in a high-strength iron-base alloy.

Phase contrast illumination – It permits examination of subtle phase variations in microstructures with little or no amplitude contrast from differences in the optical path at the surface (reflected light) or from differences in the optical path through the sample (transmitted light). Differences of height as small as 0.005 micrometers can be detected. Application of phase-contrast illumination in metallography has been limited. The technique needs a separate set of objectives and a special vertical illuminator.

Interference-contrast illumination – Differential interference-contrast illumination produces images with emphasized topographic detail similar to those observed using oblique illumination. Detail which is invisible or faintly visible using bright-field illumination can be revealed vividly with interference-contrast illumination. Examples of the topographic detail which can be revealed using differential interference-contrast illumination are the relative hardness of the constituents or the nature of the etching process, that is, which areas or constituents are attacked by the etchant. In some cases, other aspects of the structure can be revealed which are invisible or faintly visible in bright-field illumination.

Interference techniques – Several interference techniques are used to measure height differences on samples. Interference fringes on a perfectly flat surface appear as straight, parallel lines of equal width and spacing. Height variations cause these fringes to appear curved or jagged, depending on the unit used. The interference microscope divides the light from a single point source into two or more waves which are superimposed after traveling different paths. This produces interference. Two-beam and multiple-beam instruments are the two basic types of interferometers used. The measurements are based on the wavelength of the light used. Two-beam interferometers can measure height differences as small as ‘l’/20; multiple-beam interferometers, as small as ‘l’/200.

The Linnik-type interferometer is a two-beam reflecting microscope which uses non-polarized light. A beam-splitting prism produces two light beams from a monochromatic light source. One beam travels through the test piece objective to the test piece surface and is reflected back through the objective to the eyepiece. The other beam travels through the reference objective, strikes an optically flat reference mirror, and returns to the beam splitter, then to the eyepiece. If the path difference between the two beams is not equal or not a multiple of ‘l’/2, interference occurs and contour lines are formed which indicate locations of equal elevation. The height difference between adjacent fringes is ‘l’/2.

The Tolansky multiple-beam interferometer produces interference between many light beams by placing a reference mirror which is partially transmitting and partially reflecting very near the sample surface but slightly out of parallel. The reference mirror has a known reflectivity selected to approximate that of the surface. Light passes through the reference mirror and strikes the sample surface, is reflected by the sample surface, and interferes with the rays reflected between the reference mirror and the sample. The fringes produced by the multiple-beam interferometer are sharper than those from the two-beam interferometer, which accounts for the greater accuracy. The distance between the fringes is also ’l’/2. Elevations produce displacements of the fringes from parallel alignment. The displacement is compared to the distance between the fringes to obtain height measurements.

Light-section microscopy – The light-section microscope, also used to measure surface topography, complements interference techniques. Roughness differences from 1 micrometer to 400 micrometers can be measured, which is useful in examining machined surfaces and for measurement of surface layers or films. In operation, a slit is placed near the field iris in the illumination system and is imaged by an objective as a light line on the surface to be measured. Oblique illumination is used with a dark background. The light band is observed using a second objective which is identical to the first. The objectives are 45 degrees to the sample surface and 90 degrees to each other. A reticle in the eyepiece is used for measurements, or they are made on photographs. Vertical resolution is not as good as with interferometers, but lateral resolution is better.

Auxiliary techniques

Several special devices can be used with the optical microscope to get additional information. These techniques are described below.

Micro-hardness testing – Micro-indentation hardness data can be obtained by adding indenter attachments to the microscope. Single-purpose units also are made by many manufacturers of hardness test equipment. Loads are normally made from 1 g (gram) to 1,000 g, although some manufacturers have units for low loads (0.05 g to 200 g). Knoop or Vickers indenters can be used.

Hot-stage microscopy – Hot-stage microscope cells are available from several manufacturers. Single-purpose units can also be used. Cold-cell attachments have also been produced, but have rather limited use in metallography. The hot-stage microscope has been used to study phase transformations on heating or cooling or at constant temperature. Examination of reactions in the hot-stage microscope cell needs use of long-working-distance objectives, since the sample is held within the cell. Moreover, since the cell window is quartz, the objectives is to be quartz-corrected, especially those with magnifications of 20× or more.

Techniques other than chemical etching are to be used to view phase changes. Grain boundaries are to be thermally etched if the sample is held at a constant temperature in the vacuum. Grain-boundary grooving is easily observed using bright field illumination. Phase transformations are visible by the relief produced at the surface. Hence, shear reactions, such as those produced by martensite or bainite formation, are most easily observed. Other phase transformations are more difficult or impossible to observe. Transformations can be photographed in situ, for which motion picture cameras are normally used.

Special stages – These are available in a variety of configurations. Auto leveling stages for mounted samples are a typical example. Universal tilting stages have also been made for rapid manipulation of rough, irregular samples. Special stages have also been designed for handling small objects. A number of stages have been made for performing in situ experiments. Basic studies of solidification have been performed by in situ observation of the freezing of low-melting-point organic materials, such as camphene, which solidify like metals. Observation of the recrystallization of low-melting-point metals and alloys has been similarly observed. Special stages have been used to observe the progress of electrolytic polishing and etching. Cells have also been used for in situ examination of corrosion processes. Stages have been designed to observe a variety of processes involving static or dynamic stress, and devices have also been designed to permit physical extraction of inclusions.

Hot-cell microscopy – Metallographic preparation of radioactive materials needs remote-control preparation using specially designed hot cells. Special microscopes have been designed for use with the hot cell.

Field microscopy – When the microstructure of a component or large object which cannot be cut and moved to the laboratory is to be examined, portable laboratory equipment, made by several manufacturers, can be used to polish a section in situ. A portable microscope can be sometimes used to examine and photograph the microstructure. If this cannot be done, replicas can be made and examined using an optical microscope or an electron microscope.

Comparison microscopes – The need occasionally arises to compare two microstructures. Normally, this is carried out by placing micrographs from each sample side-by-side, but it can also be performed using special microscopes. A bridge comparator is used to combine images from two bench microscopes for simultaneous viewing.

Television monitors – Projection microscopes can be used for group viewing, but it is more common to display the microstructure on a black-and-white or colour monitor. A number of high-resolution closed-circuit systems are available.

Clean-room microscopy – The study of small particles is influenced by dust contamination during viewing. Hence, such work is to be performed in a clean box, clean bench, or clean room which is specially made to provide a dust free environment.

Image analyzers – The increased use of quantitative metallography, particularly for characterization of inclusions, has promoted development of automated image analysis systems based on television principles. Phases or constituents of interest are detected primarily by differences in light reflectivity which produce gray-level differences on the monitor. Majority of the stereological measurements can be made using these systems. Considerable automation has been achieved using automated stages and powerful minicomputers. Although these devices can be quite expensive, they have stimulated interest in stereology and its application to structure-property correlations.

Features are detected on as-polished or etched samples, depending on the nature of the feature of interest. If etching is needed, selective techniques are normally used. Field and feature-specific measurements are utilized. Field measurements measure all the detected features simultaneously, as in volume fraction measurements. In feature-specific measurements, each separate particle is measured sequentially. This procedure is normally used for shape and size measurements.

Some structures do not lend themselves to accurate measurements using such systems. For example, quantification of fracture surface detail cannot be performed using an automatic image analyzer, since the device cannot separate fracture features by gray level. Many transmission electron micrograph structures also cannot be analyzed using these devices. For such structures, semi-automatic tracing devices can be used with the operator performing detection with a light pen or stylus. These lower-cost systems can be used for nearly any stereological measurement. Because of the greater time needed for detection, they are less suitable for measurement problems which need sampling of many fields.

Photo-microscopy

Prior to the development of photographic attachments, microstructures were to be sketched. Although the need for such documentation is no more there, sketching remains useful as a teaching method. Photo-microscopy is important in metallography, since the photo-micrograph can faithfully reproduce the detail observed for others to view. With the equipment presently available, high-quality micrographs are easily produced. However, this needs careful attention to sample preparation, etching, and use of the microscope. Reproduction of false microstructures is all too common and has caused inaccurate interpretations, rejection of good materials, and faulty conclusions in failure analyses.

Historically, darkroom photographic procedures have been most prevalent. Since the introduction of instant photographic processes such as Polaroid, however, many photo-micrographs have been made using these materials, taking advantage of their speed and efficiency. However, image reproduction is sacrificed, and the process is to be repeated for each extra copy. Use of an automatic exposure device is necessary with instant process film to minimize waste. Traditional darkroom photographic methods need more effort, but yield better micrographs. Considerable automation in wet darkroom processes is possible, but frequent use of photo-microscopy is needed to justify the cost of such equipment.

Obtaining good micrographs needs adequate image contrast and resolution, uniform focus over the entire field, uniform lighting, and adequate depth of field. The light source is to be properly aligned, and the system is to be free of vibration. The yellow-green filter is to be employed to correct lens defects. The optics is to be clean, and the field and aperture diaphragms are to be adjusted correctly. The microscope is focused in a variety of ways, depending on the model. Several film formats can be used, such as plates, sheet film of different size, or 35-mm roll film. The magnification at the film plane is to be known. This is a simple procedure if the only variables are the objective and eyepiece magnification, but is more difficult when using a zoom system or bellows. A stage micrometer can be utilized to determine the true magnification.

A range of black-and-white and colour films is available for darkroom or instant techniques. The manufacturers of these films document film characteristics. Black-and-white films are normally used due to their lower cost. They show better contrast control, are easier to process, and are normally quicker to use than colour films. Colour film has some important uses for which its cost is justified. In traditional black-and-white photography, a negative image is produced first and is used to produce a positive image of the microstructure on suitable paper. The micrograph lasts for many years without any apparent change. Selection of the negative film is based on the format available, colour sensitivity, contrast, resolving power, speed, graininess, and exposure and development latitudes.

Some black-and-white films are not sensitive to the entire visible spectrum. Orthochromatic films are sensitive to all colours except orange and red. Panchromatic films are sensitive to all colours, although they emphasize blue and de-emphasize yellow. A yellow filter can be used to reduce this colour bias.

Orthochromatic films can be developed under dark red light, but panchromatic films need total darkness. Orthochromatic films are very good for photo-microscopy, particularly when a yellow-green filter is inserted to correct lens defects.

Film speed is a critical variable only when illumination is low, as in polarized light, interference-contrast, or dark-field illumination. Orthochromatic film has a medium contrast which is adequate for most structures. Contrast can be enhanced with a high-contrast film. The resolving power of a film defines its ability to record fine details in the image. Hence, a high-resolving-power film is desirable. Graininess depends on the size of the silver grains in the emulsion, the developer used, and the development time and temperature. High-speed films are grainier than low-speed films, making them less suitable for enlarging. Contact printing is preferred. It needs a large film size, but saves enlargement time. It produces better images and eliminates re-determining the magnification of the print. A fine-grain film provides the best resolution.

When a negative is exposed, there is an allowable range of exposures which produces a useful, printable negative. Wide exposure latitude is quite valuable. Each film includes information on its characteristic relationship between exposure time and density. The exposure selected is to be on the linear portion of the density-time curve. A good, dense negative allows suppression of some of the fine image defects during printing. An underexposed negative greatly restricts printing and normally results in a poor print. Development of negatives is rather simple and involves use of a developing solution, a stop bath, a fixing solution, as well as washing and drying.

The correct exposure is most easily determined using a built-in exposure meter. If this is not available, a test exposure series can be made. This is accomplished by pulling out the film slide completely and exposing the entire film for a time judged to be considerably shorter than that needed. The slide is then inserted so that it covers around 10 mm to 20 mm of the film, and the exposure is repeated. This is repeated incrementally until the slide is fully inserted, covering the film. After development, the correct time can be assessed based on the density of the negative in each band.

Alternatively, the step exposure can be performed using an instant film of the same speed, saving the darkroom time. Majority of the black-and-white films are contact printed. The negative is placed emulsion side up on the contact printer, and a suitable paper is placed emulsion side down over the negative. The printer is closed, and light is passed through the film onto the paper. The print is developed, stopped, fixed, washed, and dried. Print contrast is controlled by the type of paper and development time. Print contrast types vary from extra-soft (flat) to extra-contrast (grades 1 to 5). Number 3 paper is used most frequently. Number 4 paper is used to increase contrast, and No. 2 paper to reduce contrast.

Instant process films eliminate the darkroom work, thus hastening the process. Polaroid prints use the diffusion-transfer reversal process. Development begins when the film is removed from the camera after the exposure. The action of pulling the film out of the camera crushes a pod containing the viscous, caustic developer and spreads it over the film. Black-and-white films develop rapidly while the colour prints need slightly more time. Some of the Polaroid films have very high speeds, an advantage in dim lighting. Some prints are to be coated with a neutralizing stabilizer / protective varnish to prevent staining and fading. Also available are instant films which produce a negative and a positive print. This negative is to be cleared, but a darkroom is not required. Polaroid films used in microscopy are all panchromatic. They are available as roll film, film packs, or sheets. Exposure times are to be more accurately controlled to get good prints than with traditional wet-process films.

Macro-photography

Examination and photography are frequently needed for such objects as macro-etched disks and broken parts. Examination can be performed visually or with the aid of a simple hand lens or stereo-microscope. Macro-photography can be performed using majority of the cameras, perhaps aided by the use of close-up lens attachments, a bellows, or a macro-lens. Many stereomicroscopes can be equipped with cameras for photography while some takes stereo-pairs. A few manufacturers offer camera stands for macro-photography. Some metallographs also have low-magnification objectives which can perform certain types of macro-photography.

Macro-photography utilizes magnifications from less than 1× to 50×. Most laboratories, especially those engaged in failure analyses, have various cameras, light sources, and stereo-viewers to cover the wide range of objects photographed. Correct lighting is necessary to emphasize details and provide even illumination without glare or reflection. Adjustment of lighting needs some experimentation and experience. Available lighting includes flood lamps, rings, coaxial, or fiber optics. A light box is useful for eliminating shadows, but considerable creativity is needed to achieve good results.

Depth of field and resolution are important variables. Many of the objects to be photographed are three-dimensional, which needs a certain depth of field and proper lighting to reveal shape and texture. Depth of field varies with the aperture diaphragm lens setting, the magnification, and the focal length of the lens. Stopping down the aperture improves depth of field, but decreases image brightness and clarity. Depth of field also increases as magnification decreases and focal length increases. For magnifications below 5×, focal lengths of 100 mm or more are preferred. Shorter-focal-length lenses are used for higher magnifications.