Mikroskopi Optik: Prinsip dan Aplikasi

Mikroskopi mempelajari pembesaran citra objek yang terlalu kecil untuk terlihat dengan benar oleh mata tidak bersenjata. Mikroskopi memenuhi tugasnya dengan memanfaatkan radiasi (Gambar 1) yang dipancarkan, diserap, ditransmisikan, atau dipantulkan oleh sampel yang akan diamati. Sifat radiasi menentukan jenis mikroskopi seperti mikroskopi optik, mikroskopi elektron, mikroskopi x-ray, atau mikroskopi akustik, dll. Bagian terlihat dari spektrum elektromagnetik adalah jenis radiasi yang digunakan oleh mikroskopi optik. Mikroskopi optik adalah pemeriksaan mikroskopik materi melalui mikroskop optik.

Gambar 1 Gelombang elektromagnetik

Kaca pembesar kasar digunakan pada zaman kuno, tetapi evolusi mikroskop modern dimulai pada abad ke-17. Meskipun mikroskop kompad pertama kali dibangun oleh Hans dan Zacharias Janssen pada 1595, Antoni van Leeuwenhoek (1632–1723) berhasil membuat lensa yang begitu baik untuk mencapai pembesaran yang luar biasa sekitar 300x dalam mikroskop yang sangat sederhana miliknya. Karena saran dari ilmuwan Robert Hook sekitar 1670, pembuat instrumen Christopher Cock di London membangun mikroskop kompad yang sangat berhasil. Dengan instrumen ini, Hook mampu mengamati sel. Mikroskop Hook dapat dianggap sebagai ayah instrumen modern.

Mikroskop optik, yang sering disebut sebagai ‘mikroskop cahaya’, adalah jenis mikroskop yang menggunakan cahaya terlihat (Gambar 1) dan sistem lensa untuk memperbesar citra sampel kecil. Mikroskop optik adalah mikroskop yang tertua dan paling sederhana. Ini adalah instrumen yang sangat penting untuk studi mikrostruktur, meskipun evolusi instrumen metalografi elektron yang canggih. Instrumen yang canggih ‘mikroskop elektron pemindai’ (SEM) dan ‘mikroskop elektron transmisi’ (TEM) juga sangat berharga. Namun, mereka harus digunakan bersamaan dengan mikroskop optik, bukan sebagai pengganti.

Semua pemeriksaan mikrostruktur dimulai dengan penggunaan mikroskop optik, mulai dari pembesaran rendah, seperti 100×, diikuti oleh pembesaran yang semakin tinggi untuk menilai karakteristik dasar mikrostruktur secara efisien. Mayoritas mikrostruktur dapat diamati dengan mikroskop optik dan diidentifikasi berdasarkan karakteristiknya. Identifikasi konstituen yang diragukan atau tidak dikenal dapat dibantu dengan mengamati kekerasan mereka relatif terhadap matriks, dengan warna alami mereka, dengan respons mereka terhadap cahaya terpolar, dan dengan respons mereka terhadap penselekat selektif. Observasi ini dibandingkan dengan detail yang diketahui tentang metalurgi fisik materi yang sedang diperiksa. Jika keraguan masih ada atau jika struktur terlalu halus untuk diamati, teknik yang lebih canggih harus diimplementasikan.

Mikroskop optik dapat digunakan untuk memeriksa sampel metalografi yang sudah dipoles atau diseleksi. Beberapa konstituen lebih mudah diamati dalam kondisi asli (as-polished), karena mereka tidak terhalangi oleh detail seleksi. Inklusi, nitrida, sejumlah karbida, dan fasa intermetalik dapat dengan mudah diamati tanpa seleksi. Kecuali inklusi, fasa lain dapat lebih mudah diperiksa jika beberapa reliief diperkenalkan selama pengolesan akhir. Sampel harus disiapkan dengan baik untuk memastikan pengamatan dan interpretasi mikrostruktur yang benar tanpa komplikasi dari artefak. Sampel yang merespons cahaya terpolar, seperti materi dengan struktur kristal non-kubik, biasanya diperiksa tanpa seleksi. Namun, dalam mayoritas kasus, seleksi harus dilakukan untuk mengamati mikrostruktur. Penselekat umum biasanya digunakan pertama kali untuk mengungkapkan struktur butir dan fasa yang ada, diikuti oleh penselekat selektif yang menyerang atau mewarnai fasa tertentu yang diminati. Penselekat selektif banyak digunakan untuk metalografi kuantitatif, terutama jika dilakukan menggunakan perangkat otomatis. Dalam kedua kasus, seleksi harus dilakukan dengan hati-hati untuk mengungkapkan mikrostruktur dengan jelas.

Mikroskop menggunakan lensa objek dengan panjang fokussangat pendek untuk membentuk citra yang sangat diperbesar. Citra ini kemudian dilihat dengan okuler dengan panjang fokus pendek yang digunakan sebagai pembesar sederhana. Konsep pengcitraan dasar dan struktur mikroskopi optik ditunjukkan dalam Gambar 2. Sistem optik mikroskop terutama mencakup lensa objek dan okuler. Tujuan lensa objek adalah memperbesar objek sehingga dapat diamati dengan jelas oleh pengguna. Selama pengamatan, sampel ditempatkan di dekat bidang fokus lensa objek di ruang objek, dan citra nyata yang diperbesar dari sampel pertama kali dibuat pada bidang menengah. Bidang menengah terletak pada bidang fokus okuler, sehingga okuler berfungsi sebagai pembesar untuk memperbesar lebih lanjut citra yang dilemparkan pada bidang citra menengah. Akhirnya, citra virtual, terbalik, dan diperbesar disediakan untuk pengamat.

Gambar 2 Prinsip optik pengcitraan mikroskop

Kemampuan mikroskop optik untuk menghasilkan citra yang dapat dipisahkan dari titik-titik berbeda pada sebuah objek terbatas. Kemampuan pemisahan lensa adalah ukuran kuantitatif dari kemampuan ini. Titik yang lebih dekat dari batas resolusi tidak dapat dibedakan sebagai titik terpisah. Ernst Abbe pada 1873 pertama kali menetapkan nilai jarak minimal d antara dua titik berdekatan yang memungkinkan mereka untuk dipandang sebagai terpisah dengan persamaan ‘d = l/2n sin A’, di mana ‘l’ adalah panjang gelombang cahaya, ‘A’ adalah setengah bukaan sudut lensa, dan ‘n’ adalah indeks bias medium antara objek dan lensa.

Saat ini, pemisahan linear terkecil dari dua titik objek yang dapat diselesaikan oleh lensa objek ditetapkan oleh kriteria Rayleigh yang diberikan oleh persamaan ‘d = 1.22(l/2NA)’ di mana ‘l’ adalah panjang gelombang cahaya, dan ‘NA’ adalah bukaan numerik lensa objek. Kedua kriteria Abbe dan Rayleigh sangat mirip, dengan bukaan numerik terkait dengan medium citra dengan NA = n sin A. Nilai maksimum sinA adalah 1 (A = 90 derajat), sehingga bukaan numerik teoretis maksimum dari lensa objek di udara (n = 1) adalah NA = 1. Karena NA tinggi adalah persyaratan penting untuk resolusi tinggi, optik imersi telah dikembangkan. Sampel dapat dicitrakan pada jarak yang sangat dekat dari lensa objek 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 objek. Meskipun okuler juga dapat memperbesar citra, ia tidak dapat meningkatkan kemampuan pemisahan mikroskop. Resolusi spasial mikroskop optik diberikan oleh persamaan Rayleigh Ro = 0,62 l/n sin A, di mana ‘Ro’ adalah jarak yang dapat diselesaikan minimum, ‘l’ adalah panjang gelombang cahaya, ‘n’ adalah indeks bias medium antara lensa dan objek, dan ‘A’ adalah setengah bukaan sudut lensa, dan n sinA adalah bukaan numerik lensa objek.

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

Mikroskop optik dan jalur gelombang optik yang disederhanakan dari mikroskop ditunjukkan dalam Gambar 3. Mikroskop optik modern mampu memperbesar objek sebesar 1.500 kali dengan batas resolusi spasial 200 nm. Mikroskop optik dapat dibagi menjadi banyak jenis yang berbeda menggunakan berbagai kriteria. Misalnya, berdasarkan metode pencahayaan, ada mikroskop tipe transmisi dan refleksi. Di mikroskop transmisi, cahaya melewati objek transparan. Di mikroskop refleksi, sumber cahaya yang terpasang di atas lensa mikroskop menerangi objek tidak transparan, dan cahaya yang dipantulkan dikumpulkan oleh lensa. Mikroskop juga dapat dibedakan berdasarkan metode pengamatan, termasuk mikroskop lapangan terang, mikroskop lapangan gelap, mikroskop selisih fase, mikroskop cahaya terpolar, mikroskop interferensi, dan mikroskop fluoresens.

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

Gambar 3 Mikroskop optik dan prinsipnya

Komponen Mikroskop

Mikroskop optik bervariasi secara signifikan dalam biaya dan kemampuan. Cahaya yang dipantulkan digunakan untuk studi logam. Mikroskop cahaya transmisi digunakan untuk mempelajari mineral dan polimer, yang juga dapat diperiksa menggunakan cahaya yang dipantulkan. Mikroskop optik juga diklasifikasikan sebagai ‘tegak’ atau ‘terbalik’. Istilah ini merujuk pada orientasi bidang pengolesan sampel selama pengamatan. Karena setiap konfigurasi memiliki keuntungan dan kerugian tertentu, pemilihan berdasarkan preferensi pribadi. Mikroskop optik yang paling sederhana adalah jenis meja (biasanya tegak). Kemampuan fotografi dapat ditambahkan ke beberapa mikroskop tergantung pada ketegakan pendiri.

Berbagai jenis mikroskop yang cocok untuk pengamatan dan mikroskopi foto tersedia. Ini dapat berupa unit yang cukup sederhana atau mikroskop penelitian skala penuh dengan berbagai mode pencahayaan, sumber cahaya, lampiran mikro-kekakuan, panggung panas, dan sebagainya. Komponen dasar mikroskop optik diberikan di bawah ini dan ditunjukkan dalam Gambar 3.

Sistem pencahayaan – Berbagai sumber cahaya untuk mikroskopi optik tersedia. Lampu filamen wolfram tegangan rendah yang digunakan terutama dengan mikroskop meja memiliki intensitas yang memadai untuk pengamatan, tetapi tidak untuk fotografi. Pengubahan arus ke bola lampu mengontrol intensitas cahaya. Sistem pencahayaan karbid-ark, yang dulu umum pada mikroskop, telah diganti oleh sumber cahaya ark atau filamen. Sumber cahaya xenon-ark prevalen karena intensitasnya yang tinggi dan karakteristik warna siang hari. Intensitas cahaya, namun, dapat disesuaikan hanya dengan penggunaan filter densitas netral. Lampu filamen tungsten-halogen juga banyak digunakan karena intensitasnya yang tinggi dan suhu warna cahaya yang tinggi. Intensitas cahaya dapat dikontrol dengan mengubah arus atau dengan penggunaan filter densitas netral. Sumber cahaya lain, seperti ark zirkonium, ark natrium, kuarsa-iodin, atau lampu uap merkuri, kurang umum.

Kondensor – Lensa yang dapat disesuaikan bebas dari aberrasi bola dan koma ditempatkan di depan sumber cahaya untuk memfokuskan cahaya pada titik yang diinginkan dalam jalur optik. Diaphragm lapangan ditempatkan di depan lensa ini untuk meminimalkan kilatan internal dan refleksi dalam mikroskop. Diaphragm lapangan ditekan ke tepi bidang pandang. Diaphragm iris yang dapat disesuaikan kedua, diaphragm lubang, ditempatkan dalam jalur cahaya sebelum penerang vertikal.

Membuka atau menutup diaphragm ini mengubah jumlah cahaya dan sudut kerucut cahaya yang masuk ke lensa objek. Pengaturan optimal untuk lubang ini bervariasi dengan setiap lensa objek dan merupakan kompromi antara kontras citra, ketajaman, dan kedalaman bidang. Seiring bertambahnya pembesaran, diaphragm lubang ditekan. Membuka lubang ini meningkatkan ketajaman citra, tetapi mengurangi kontras. Menutup lubang meningkatkan kontras, tetapi mengurangi ketajaman citra. Diaphragm lubang tidak boleh digunakan untuk mengurangi intensitas cahaya. Ini harus disesuaikan hanya untuk kontras dan ketajaman.

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

Filter selektif digunakan untuk menyeimbangkan suhu warna cahaya dengan film. Ini sering kali diperlukan untuk reproduksi citra warna yang akurat, tergantung pada sumber cahaya yang digunakan dan jenis film. Filter hijau atau hijau-kuning banyak digunakan dalam fotografi hitam-putih untuk mengurangi efek cacat lensa pada kualitas citra. Mayoritas lensa objek, terutama akromat yang lebih murah, memerlukan filterisasi ini untuk hasil yang baik.

Filter polaris digunakan untuk menghasilkan cahaya terpolar datar (satu filter) atau cahaya terpolar bersilang (dua filter yang diputar untuk menghasilkan kepunahan) untuk pemeriksaan materi non-kubik (kristalografi). Materi yang optik anisotropik, seperti berilium, zirkonium, titanium alfa, dan uranium, dapat diperiksa dalam kondisi terpolar bersilang tanpa seleksi. Plat warna sensitif juga dapat digunakan dengan cahaya terpolar bersilang untuk meningkatkan pewarnaan.

Lensa objek – Membentuk citra primer dari mikrostruktur dan merupakan komponen paling penting dari mikroskop optik. Lensa objek mengumpulkan sebanyak mungkin cahaya dari sampel dan menggabungkan cahaya ini untuk menghasilkan citra. NA dari lensa objek adalah ukuran kemampuan pengumpulan cahaya dari lensa. Kemampuan pengumpulan cahaya meningkat dengan sudut ‘A’. Pengaturan diaphragm lubang mengubah NA dari kondensor dan consequently NA dari sistem.

Lensa objek (Gambar 4) biasanya dipasang pada turin nose piece yang dapat menerima empat hingga enam lensa objek. Beberapa mikroskop tidak menggunakan turin nose piece, dan hanya satu lensa objek pada satu waktu dapat ditempatkan pada penerang vertikal menggunakan montase bajonet. Penerang vertikal berisi reflektor atau prisma yang memalingkan cahaya ke bawah lensa objek ke permukaan sampel. Biasanya memegang diaphragm lubang dan lapangan serta filter. Penerang vertikal biasanya hanya menyediakan satu atau dua jenis pencahayaan, seperti pencahayaan lapangan terang dan lapangan gelap atau pencahayaan lapangan terang dan cahaya terpolar. Namun, penerang vertikal universal sekarang tersedia yang menyediakan semua jenis pencahayaan dengan satu penerang vertikal dan satu set lensa objek.

Panjang tabung adalah panjang tabung badan dari garis mata okuler hingga renda lensa objek. Panjang ini tidak distandardisasi dan dapat bervariasi. Mayoritas lensa objek dirancang untuk digunakan dengan panjang tabung tertentu, biasanya 160 mm hingga 250 mm, dan biasanya tidak dapat ditukarkan.

Lensa objek yang paling umum digunakan adalah akromat, yang dikoreksi secara bola untuk satu warna (biasanya hijau-kuning) dan untuk aberrasi kromatik longitudinal untuk dua warna (biasanya merah dan hijau). Oleh karena itu, akromat tidak cocok untuk mikroskopi foto warna. Penggunaan filter hijau-kuning dan film ortokromatis menghasilkan hasil optimal. Namun, akromat memang memberikan jarak kerja yang cukup lama, yaitu jarak dari lensa depan objek ke permukaan sampel. Jarak kerja berkurang seiring bertambahnya pembesaran lensa objek. Mayoritas produsen membuat lensa objek jarak kerja panjang untuk aplikasi khusus, misalnya, dalam mikroskopi panggung panas. Akromat bebas tekanan, yang penting untuk pemeriksaan cahaya terpolar. Karena mereka mengandung lebih sedikit lensa dibandingkan lensa yang lebih terkorreksi, kerugian refleksi internal diminimalkan.

Lensa objek semi-apokromatik atau florit memberikan tingkat koreksi yang lebih tinggi terhadap aberrasi bola dan kromatik. Oleh karena itu, mereka menghasilkan citra berkualitas lebih tinggi daripada akromat. Lensa objek apokromatik memiliki tingkat koreksi tertinggi, menghasilkan hasil terbaik, dan lebih mahal. Lensa objek plano memiliki koreksi ekstensif untuk kekerasan bidang, yang mengurangi kelelahan mata, dan sering ditemukan pada mikroskop modern.

Dengan sistem lensa par-fokal, setiap lensa objek pada turin nose piece hampir fokus ketika turin diputar, mencegah lensa depan objek mengenai sampel saat lensa dialihkan. Banyak lensa objek juga dilengkapi spring, yang membantu mencegah kerusakan pada lensa. Ini lebih menjadi masalah pada lensa objek pembesaran tinggi, karena jarak kerja bisa sangat kecil.

Beberapa lensa objek dirancang untuk digunakan dengan minyak antara sampel dan lensa depan objek. Namun, lensa objek imersi minyak jarang digunakan, karena sampel dan lensa harus dibersihkan setelah penggunaan. Namun, mereka memberikan resolusi yang lebih tinggi daripada yang dapat dicapai ketika udara ada antara lensa dan sampel. Dalam hal terakhir, NA maksimum yang mungkin adalah 0,95, sementara lensa objek imersi minyak menghasilkan NA 1,3 hingga 1,45 tergantung pada lensa dan minyak yang digunakan. Pembesaran dari 25x hingga 160× tersedia. Penggunaan minyak juga menajamkan citra, yang berharga saat memeriksa spesimen dengan refleksi rendah, seperti batubara atau keramik.

Gambar 4 Jenis lensa objek dan okuler

Okuler – Juga disebut lensa mata. Okuler (Gambar 4) memperbesar citra primer yang dihasilkan oleh lensa objek. Mata kemudian dapat menggunakan kemampuan resolusi penuh dari lensa objek. Mikroskop menghasilkan citra virtual dari sampel pada titik penglihatan yang paling jelas, biasanya 250 mm dari mata. Okuler memperbesar citra ini, memungkinkan pencapaian pembesaran yang berguna. Okuler standar memiliki bidang pandang dengan diameter 24 mm sementara okuler bidang lebar untuk lensa objek plano memiliki bidang pandang dengan diameter 30 mm, yang meningkatkan area yang dapat digunakan dari citra primer.

Okuler paling sederhana adalah okuler Huygenian yang desainnya ditemukan oleh C. Huygens. Ini terdiri dari dua lensa plano-konveks dengan permukaan konveks menghadap lensa objek. Ini memuaskan untuk digunakan dengan lensa objek akromat daya rendah dan daya menengah. Okuler kompensasi digunakan dengan lensa objek akromat NA tinggi dan lensa objek yang lebih terkorreksi. Karena beberapa koreksi lensa dilakukan menggunakan okuler ini, okuler harus disesuaikan dengan jenis lensa objek yang digunakan.

Kesejukan mata adalah jarak antara lensa mata okuler dan mata. Untuk sebagian besar okuler, kesejukan mata adalah 10 mm atau kurang yang tidak memadai jika orang yang menggunakan mikroskop memakai kacamata. Masalah penglihatan sederhana, seperti mata minus, dapat diatasi menggunakan penyesuaian fokus halus. Masalah penglihatan seperti silinder tidak dapat dikoreksi oleh mikroskop, dan kacamata harus dipakai. Okuler titik mata tinggi tersedia untuk memberikan kesejukan mata sekitar 20 mm yang diperlukan untuk kacamata.

Okuler biasanya dilengkapi dengan berbagai retikel atau graticula untuk menemukan, mengukur, menghitung, atau membandingkan mikrostruktur. Okuler memperbesar citra retikel atau graticula dan citra primer. Kedua citra harus fokus secara bersamaan. Okuler khusus juga diproduksi untuk memungkinkan pengukuran yang lebih akurat daripada yang dapat dilakukan dengan skala graticula. Contohnya adalah okuler mikrometer filar atau okuler mikrometer skru. Perangkat semacam ini dapat diotomatisasi untuk menghasilkan pembacaan digital langsung dari pengukuran, yang akurat hingga sekitar 1 mikrometer.

Okuler pembesaran 10× biasanya digunakan, namun untuk mendapatkan pembesaran standar, beberapa sistem membutuhkan pembesaran lain, seperti 6,3×. Okuler daya lebih tinggi, seperti 1×, 15×, 20×, atau 25×, juga berguna dalam situasi tertentu. Pembesaran keseluruhan ditemukan dengan mengalikan pembesaran lensa objek, Mo, dengan pembesaran okuler, Me (Gambar 2). Jika sistem zoom atau fuol juga digunakan, pembesaran harus diubah sesuai dengan itu.

Panggung – Panggung mekanis disediakan untuk memfokuskan dan memindahkan sampel, yang ditempatkan pada panggung dan diamankan menggunakan klip. Panggung mikroskop terbalik memiliki piring panggung tengah yang dapat diganti dengan lubang berukuran berbeda. Permukaan yang dipoles ditempatkan terhadap lubang untuk dilihat. Namun, seluruh permukaan tidak dapat dilihat, dan pada pembesaran tinggi tidak akan mungkin untuk memfokuskan lensa objek di dekat tepi lubang karena jarak kerja yang terbatas. Dalam kasus mikroskop tegak, sampel ditempatkan pada slide di panggung. Karena permukaan yang dipoles harus tegak lurus terhadap sinar cahaya, tanah liat ditempatkan antara bagian bawah sampel dan slide. Sebongkah kertas lensa ditempatkan di atas permukaan yang dipoles, dan sampel ditekan ke dalam tanah liat menggunakan press pengaturan. Namun, potongan kertas dapat menempel pada permukaan sampel. Alternatif, yang sangat berguna dengan sampel yang dipasang, adalah menggunakan cincin alih-alih kertas untuk meratakan sampel. Bentuk cincin aluminium atau stainless steel berukuran sama dengan montase (dipipihkan sedikit di genggam) menempel pada montase alih-alih sampel.

Mikroskop tegak memungkinkan pemandangan seluruh permukaan dengan setiap lensa objek, dan operator dapat melihat bagian mana dari sampel yang sedang dilihat. Ini adalah fitur yang berguna saat memeriksa area tertentu pada sampel yang dilapisi, las, dan sampel lain di mana area tertentu harus diperiksa. Untuk sampel yang dipasang, pemegang panggung pengaturan otomatis untuk montase dapat menghilangkan pengaturan sampel pada tanah liat.

Panggung harus kekal untuk mengeliminasi getaran. Gerakan panggung, dikontrol oleh mikrometer x- dan y-, harus halus dan presisi dan dengan demikian gigi rak dan pinion biasanya digunakan. Banyak panggung memiliki skala untuk mengukur jarak di arah x dan y. Kontrol fokus sering kali berisi garis untuk memperkirakan gerakan vertikal. Beberapa unit memiliki panggung motoris dan kontrol fokus.

Piring panggung putar lingkaran dapat memfasilitasi pemeriksaan cahaya terpolar. Panggung semacam ini, umum untuk studi mineralogi atau petrografi, dilengkapi skala untuk mengukur sudut rotasi. Panggung rectilinear biasanya ditempatkan di atas panggung lingkaran.

Pendiri – Mikroskop meja memerlukan pendiri yang kekal, terutama jika mikroskopi foto dilakukan pada unit. Berbagai bagian mikroskop dipasang pada pendiri ketika dirangka. Dalam beberapa kasus, mikroskop meja ditempatkan pada pendiri terpisah yang juga memegang sistem fotografi.

Cacat lensa

Banyak cacat lensa timbul dari hukum refleksi dan bias. Indeks bias lensa bervariasi dengan panjang gelombang cahaya, dan panjang fokus lensa bervariasi dengan indeks bias. Oleh karena itu, panjang fokus berubah untuk berbagai warna cahaya. Citra terpisah untuk setiap panjang gelombang yang ada difokuskan pada jarak yang berbeda dari lensa. Ini adalah aberrasi kromatik longitudinal (Gambar 5). Selain itu, pembesaran bervariasi dengan panjang fokus, mengubah ukuran citra. Ini adalah aberrasi kromatik lateral (Gambar 5). Perbedaan ini harus dihilangkan untuk menghasilkan foto warna. Karena akromat memiliki koreksi terbatas untuk masalah ini, mereka harus digunakan dengan filter cahaya hijau-kuning untuk mendapatkan citra tajam. Aberrasi bola (Gambar 5) terjadi ketika cahaya dari titik objek pada sumbu optik bias lebih kuat di tengah atau di tepi lensa, menghasilkan serangkaian posisi fokus di mana citra titik muncul sebagai lingkaran dengan luas terbatas. Ini dapat diminimalkan dengan menggunakan lubang yang membatasi penggunaan lensa objek pada bagian tengah. Desain lensa juga dapat memperbaiki sebagian masalah ini.

Karena permukaan citra fokus optimal adalah lengkung, okuler kompensasi dengan lengkung yang sama tetapi berlawanan digunakan untuk menghasilkan citra datar. Masalah lain, seperti koma dan silinder, dapat mengurangi kualitas citra kecuali dikoreksi.

Gambar 5 Cacat lensa

Resolusi

Untuk melihat detail mikrostruktur, sistem optik diperlukan untuk menghasilkan resolusi atau kemampuan pemisahan yang memadai, dan kontras citra yang memadai. Jika resolusi dapat diterima tetapi kontras kurang, detail tidak dapat diamati. Secara umum, kemampuan untuk memisahkan dua titik atau garis yang dipisahkan oleh jarak ‘d’ adalah fungsi dari panjang gelombang, ‘l’, dari cahaya yang datang dan bukaan numerik, NA, dari lensa objek. 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. Rumus lain juga telah dilaporkan. Persamaan tidak mencakup faktor lain yang mempengaruhi resolusi, seperti tingkat koreksi lensa objek dan kemampuan visual orang yang melihat melalui mikroskop. Ini didasarkan pada karya Abbe dalam kondisi yang tidak ada dalam metalografi, seperti titik bersinar sendiri, kontras hitam-putih sempurna, pemeriksaan cahaya transmisi, sumber cahaya titik ideal, dan tidak ada cacat lensa.

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

Kepatuhan yang ketat terhadap aturan 1.000 NA harus dipertimbangkan, mengingat kondisi di mana ia dikembangkan, yang tentu sangat berbeda dari yang dihadapi dalam metalografi. Menurut analisis Abbe, untuk orang yang menggunakan mikroskop optik dengan penglihatan 20/20 optimal dan kondisi kontras optimal serta panjang gelombang cahaya rata-rata 550 nm, pembesaran terendah yang memanfaatkan NA dari lensa objek sepenuhnya adalah 550 kali NA. Ini menetapkan pembesaran minimum berguna untuk digunakan dengan lensa objek tertentu. Diusulkan bahwa batas atas pembesaran berguna untuk orang rata-rata yang menggunakan mikroskop optik adalah 2.200 NA, bukan 1.000 NA.

Gambar 6 Hubungan antara resolusi dan kedalaman bidang dengan bukaan numerik

Kedalaman bidang

Kedalaman bidang adalah jarak sepanjang sumbu optik di mana detail citra 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 semakin sulit seiring bertambahnya pembesaran. Ini adalah satu alasan seleksi cahaya disukai untuk pemeriksaan pembesaran tinggi.

Mode pemeriksaan

Untuk mencapai kemampuan resolusi lensa objek yang dipilih, kontras citra harus memadai. Kontras citra bergantung pada persiapan sampel dan optik. Perbedaan dalam refleksi cahaya dari permukaan sampel menghasilkan fitur amplitudo yang terlihat oleh mata setelah pembesaran. Perbedaan fase yang diciptakan oleh refleksi cahaya harus ditampilkan dengan menggunakan lampiran mikroskop kontras fase atau kontras interferensi.

Pencahayaan lapangan terang – Pencahayaan lapangan terang vertikal, metode pengamatan yang paling banyak digunakan, mencakup mayoritas mikroskop yang diambil. Dalam operasi, cahaya melewati lensa objek dan mengenai permukaan sampel secara tegak lurus. Fitur permukaan normal terhadap cahaya yang datang memantulkan cahaya kembali melalui lensa objek ke okuler, di mana fitur permukaan terlihat terang. Permukaan yang miring terhadap sinar cahaya memantulkan kurang cahaya ke lensa objek dan terlihat lebih gelap, tergantung pada sudutnya.

Pencahayaan miring – Dengan beberapa mikroskop, memungkinkan untuk decentre susunan kondensor atau cermin sehingga cahaya yang melewati lensa objek mengenai permukaan sampel pada sudut yang tidak tegak lurus. Keasraran permukaan sampel melempar bayangan, menghasilkan penampilan tiga dimensi. Ini memungkinkan penentuan fitur yang berada dalam reliief atau tenggelam. Namun, sangat sedikit kemiringan yang dapat diperkenalkan, karena teknik ini menyebabkan pencahayaan menjadi tidak seragam dan mengurangi resolusi.

Dalam pencahayaan lapangan gelap – Dalam pencahayaan lapangan gelap, cahaya yang dipantulkan dari fitur yang berorientasi miring dikumpulkan, dan sinar yang dipantulkan dari fitur normal terhadap sinar yang datang diblokir. Dengan demikian, kontras pada dasarnya terbalik dari pencahayaan lapangan terang; yaitu, fitur yang terang dalam pencahayaan lapangan terang terlihat gelap, dan fitur yang biasanya gelap terlihat terang. Ini menghasilkan kontras citra yang sangat kuat, dengan fitur miring yang terlihat bersinar. Dalam kondisi semacam ini, sering kali mungkin untuk melihat fitur yang tidak terlihat menggunakan pencahayaan lapangan terang. Metode ini sangat berguna untuk mempelajari struktur butir. Namun, intensitas cahaya yang rendah membuat mikroskopi foto lebih sulit, masalah yang diatasi dengan penggunaan perangkat kontrol ekspos otomatis.

Cahaya terpolar – Cahaya terpolar, seperti yang digunakan dalam metalografi, biasanya terbatas pada pemeriksaan logam optik anisotropik tertentu, seperti berilium, titanium alfa, zirkonium, dan uranium, yang sulit diseleksi tetapi merespons baik terhadap cahaya terpolar ketika dipoles dengan baik. Sebelum perkembangan analyzer mikro-probe elektron (EMPA) dan spektroskopi dispersi energi (EDS), pemeriksaan cahaya terpolar merupakan bagian integral dari metode untuk mengidentifikasi inklusi. Sejak perkembangan instrumen ini, cahaya terpolar digunakan kurang sering untuk tujuan ini, karena identifikasi dengan teknik EMPA atau EDS lebih definitif. Sebagian besar mikroskop metalurgi sekarang menggunakan filter Polaroid sintetis. ‘Polaris’ ditempatkan dalam jalur cahaya sebelum lensa objek, dan ‘analyzer’ ditempatkan dalam jalur cahaya setelah lensa objek, biasanya tepat di bawah okuler.

Cahaya terdiri dari gelombang transversal yang bergetar di semua arah pada sudut siku-siku terhadap arah propagasi. Getaran ini terjadi simetris di sekitar arah propagasi dan tidak terpolar. Ketika cahaya melewati filter polaris, getaran terjadi dalam satu bidang saja dalam arah propagasi, dan cahaya disebut terpolar datar. Bidang ini berubah seiring filter diputar. Ketika filter analyzer ditempatkan dalam jalur cahaya, cahaya terpolar datar melewatinya jika bidang getaran cahaya sejajar dengan bidang getaran analyzer. Jika bidang getaran analyzer tegak lurus terhadap cahaya, cahaya tidak melewati, dan kepunahan terjadi. Ketika cahaya terpolar datar dipantulkan dari permukaan logam isotropik (logam apa pun dengan struktur kristal kubik, seperti besi), kemudian melewati analyzer dalam posisi bersilang (bidang getaran tegak lurus terhadap cahaya terpolar datar), citra padam, atau gelap. Namun, dalam praktiknya, karena mikroskop metalurgi tidak menghasilkan cahaya terpolar datar yang sempurna, kepunahan lengkap tidak terjadi. Ini bukan masalah serius, karena cahaya terpolar hanya digunakan secara kualitatif dalam metalografi. Lensa objek bebas tekanan, biasanya akromat, harus digunakan. Lensa objek florit atau apokromatik tidak cocok. Sumber cahaya putih kuat diperlukan untuk menghasilkan efek warna yang akurat.

Jika logam terpoles yang optik anisotropik ditempatkan di bawah sinar cahaya dengan polaris dan analyzer bersilang, mikrostruktur terungkap. Kualitas persiapan sampel sangat penting, dan permukaan harus tegak lurus terhadap jalur cahaya. Rotasi sampel di bawah sinar mengubah intensitas dan warna cahaya. Karena sulit untuk menetapkan polaris dan analyzer secara akurat dalam posisi bersilang saat sampel anisotropik ditempatkan kecuali posisi bersilang ditandai pada polaris dan analyzer, lebih baik untuk menemukan posisi ini terlebih dahulu menggunakan sampel isotropik.

Ketika cahaya terpolar datar mengenai permukaan logam anisotropik, refleksi terjadi sebagai dua komponen terpolar datar yang tegak lurus satu sama lain. Arahnya bervariasi dengan struktur kristal. Kekuatan dua refleksi tegak lurus ini dapat berubah, dan ada selisih fase di antara keduanya. Perbedaan ini bervariasi pada setiap logam dan bergantung pada orientasi kristal. Tidak ada refleksi yang diperoleh ketika alas pesawat kristal heksagonal atau tetragonal tegak lurus terhadap sinar cahaya. Reflektansi maksimum terjadi ketika sumbu simetri utama kristal tegak lurus terhadap sinar cahaya. Citra yang dihasilkan terutama dipengaruhi oleh efek orientasi ini dengan selisih fase yang tidak signifikan.

Ketika analyzer bersilang terhadap polaris, rotasi cahaya terpolar datar dari permukaan anisotropik memungkinkan cahaya untuk melewati analyzer, menghasilkan citra di mana setiap butir memiliki intensitas dan warna yang berbeda, tergantung pada orientasi kristalnya terhadap sinar cahaya. Saat panggung diputar, setiap butir berubah empat kali dalam intensitas dari terang ke gelap selama rotasi 360 derajat. Jika selisih fase cukup besar, cahaya terpolar elips, perbedaan intensitas dalam setiap butir dengan rotasi lebih kecil, dan kepunahan tidak terlihat. Citra warna diperoleh ketika cahaya terpolar datar yang dipantulkan bervariasi dengan panjang gelombang. Ketika sedikit warna ada, plat warna sensitif yang disisipkan antara polaris dan lensa objek meningkatkan pewarnaan.

Logam isotropik dapat diperiksa menggunakan cahaya terpolar bersilang jika permukaan dapat dibuat optik aktif oleh seleksi, pewarnaan, atau anodisasi. Prosedur telah dikembangkan untuk beberapa logam, namun, tidak semua permukaan yang diseleksi merespons cahaya terpolar. Biasanya, seleksi untuk menghasilkan goresan seleksi atau fasa dalam setiap butir untuk menyebabkan refleksi ganda pada fitur ini. Butir dengan orientasi kristal yang berbeda menghasilkan goresan atau fasa yang berbeda orientasi, menghasilkan berbagai tingkat polarisasi elips dan hence intensitas cahaya yang bervariasi. Anodisasi menghasilkan lapisan oksida tebal pada permukaan sampel dan ketidakteraturan dalam lapisan menyebabkan refleksi ganda.

Meskipun respons polarisasi sampel yang dioksidasi telah dikaitkan dengan anisotropi optik lapisan, eksperimen telah menunjukkan bahwa efek ini disebabkan oleh ketidakteraturan permukaan lapisan. Penselekat pewarnaan menghasilkan lapisan permukaan yang menghasilkan warna interferensi yang dapat ditingkatkan menggunakan cahaya terpolar. Secara umum, hasil terbaik dicapai ketika analyzer digeser sedikit dari posisi bersilang. Selain penggunaannya dalam memeriksa inklusi, logam anisotropik (antimoni, berilium, bismut, kadmium, kobalt, magnesium, skandium, telurium, timah, titanium, uranium, seng, dan zirkonium, misalnya), dan logam kubik yang diseleksi / dioksidasi / pewarnaan selektif, cahaya terpolar berguna untuk pemeriksaan logam yang dilapisi atau dirusak. Identifikasi fasa juga dapat dibantu dalam beberapa kasus. Struktur internal nodul grafit dalam besi cor dengan indah terungkap menggunakan cahaya terpolar. Struktur martensit sering kali lebih baik terungkap menggunakan cahaya terpolar, yang mengilustrasikan martensit lath dalam logam besi kekuatan tinggi.

Pencahayaan kontras fase – Memungkinkan pemeriksaan variasi fase yang halus dalam mikrostruktur dengan sedikit atau tidak ada kontras amplitudo dari perbedaan jalur optik pada permukaan (cahaya yang dipantulkan) atau dari perbedaan jalur optik melalui sampel (cahaya transmisi). Perbedaan tinggi sekecil 0,005 mikrometer dapat terdeteksi. Penerapan pencahayaan kontras fase dalam metalografi terbatas. Teknik ini memerlukan seperangkat lensa objek terpisah dan penerang vertikal khusus.

Pencahayaan kontras interferensi – Pencahayaan kontras interferensi diferensial menghasilkan citra dengan detail topografi yang ditekankan mirip dengan yang diamati menggunakan pencahayaan miring. Detail yang tidak terlihat atau terlihat samar menggunakan pencahayaan lapangan terang dapat terungkap dengan jelas dengan pencahayaan kontras interferensi. Contoh detail topografi yang dapat terungkap menggunakan pencahayaan kontras interferensi diferensial adalah kekerasan relatif konstituen atau sifat proses seleksi, yaitu, area atau konstituen mana yang diserang oleh penselekat. Dalam beberapa kasus, aspek lain dari struktur dapat terungkap yang tidak terlihat atau terlihat samar dalam pencahayaan lapangan terang.

Teknik interferensi – Beberapa teknik interferensi digunakan untuk mengukur perbedaan tinggi pada sampel. Bingkai interferensi pada permukaan yang sempurna datar muncul sebagai garis lurus, paralel dengan lebar dan jarak yang sama. Variasi tinggi menyebabkan bingkai ini muncul melengkung atau bergigi, tergantung pada satuan yang digunakan. Mikroskop interferensi membagi cahaya dari satu sumber titik menjadi dua atau lebih gelombang yang digabungkan setelah melalui jalur yang berbeda. Ini menghasilkan interferensi. Interferometer dua-balok dan banyak-balok adalah dua jenis dasar interferometer yang digunakan. Pengukuran didasarkan pada panjang gelombang cahaya yang digunakan. Interferometer dua-balok dapat mengukur perbedaan tinggi sekecil ‘l’/20; interferometer banyak-balok, sekecil ‘l’/200.

Interferometer tipe Linnik adalah mikroskop refleksi dua-balok yang menggunakan cahaya tidak terpolar. Prism pembagi sinar menghasilkan dua sinar cahaya dari sumber cahaya monokromatik. Satu sinar melewati lensa objek tes ke permukaan tes dan dipantulkan kembali melalui lensa objek ke okuler. Sinar lain melewati lensa objek referensi, mengenai cermin referensi yang optik datar, dan kembali ke pembagi sinar, kemudian ke okuler. Jika perbedaan jalur antara dua sinar tidak sama atau bukan kelipatan ‘l’/2, interferensi terjadi dan garis kontur terbentuk yang menunjukkan lokasi elevasi yang sama. Perbedaan tinggi antara bingkai berdekatan adalah ‘l’/2.

Interferometer banyak-balok tipe Tolansky menghasilkan interferensi antara banyak sinar cahaya dengan menempatkan cermin referensi yang sebagian transmisi dan sebagian refleksi sangat dekat dengan permukaan sampel tetapi sedikit tidak sejajar. Cermin referensi memiliki refleksi yang diketahui yang dipilih untuk mendekati permukaan. Cahaya melewati cermin referensi dan mengenai permukaan sampel, dipantulkan oleh permukaan sampel, dan interferensi dengan sinar yang dipantulkan antara cermin referensi dan sampel. Bingkai yang dihasilkan oleh interferometer banyak-balok lebih tajam daripada yang dari interferometer dua-balok, yang mengakibatkan akurasi yang lebih besar. Jarak antara bingkai juga ’l’/2. Elevasi menghasilkan perpindahan bingkai dari sejajar. Perpindahan dibandingkan dengan jarak antara bingkai untuk mendapatkan pengukuran tinggi.

Mikroskopi bagian cahaya – Mikroskop bagian cahaya, juga digunakan untuk mengukur topografi permukaan, melengkapi teknik interferensi. Perbedaan kekasaran dari 1 mikrometer hingga 400 mikrometer dapat diukur, yang berguna dalam memeriksa permukaan mesin dan untuk pengukuran lapisan atau film permukaan. Dalam operasi, celah ditempatkan dekat iris lapangan dalam sistem pencahayaan dan dicitrakan oleh lensa objek sebagai garis cahaya pada permukaan yang akan diukur. Pencahayaan miring digunakan dengan latar belakang gelap. Pita cahaya diamati menggunakan lensa objek kedua yang identik dengan yang pertama. Lensa objek ber sudut 45 derajat terhadap permukaan sampel dan 90 derajat satu sama lain. Reticule di okuler digunakan untuk pengukuran, atau dibuat pada foto. Resolusi vertikal tidak sebaik interferometer, tetapi resolusi lateral lebih baik.

Teknik pendukung

Beberapa perangkat khusus dapat digunakan dengan mikroskop optik untuk mendapatkan informasi tambahan. Teknik ini dijelaskan di bawah ini.

Pengujian mikro-kekakuan – Data kekakuan mikro-indentasi dapat diperoleh dengan menambahkan lampiran indenter ke mikroskop. Unit satu tujuan juga dibuat oleh banyak produsen peralatan pengujian kekakuan. Beban biasanya dibuat dari 1 g (gram) hingga 1.000 g, meskipun beberapa produsen memiliki unit untuk beban rendah (0,05 g hingga 200 g). Indenter Knoop atau Vickers dapat digunakan.

Mikroskopi panggung panas – Sel mikroskop panggung panas tersedia dari beberapa produsen. Unit satu tujuan juga dapat digunakan. Lampiran sel dingin juga telah dibuat, tetapi memiliki penggunaan yang cukup terbatas dalam metalografi. Mikroskop panggung panas telah digunakan untuk mempelajari transformasi fase pada pemanasan atau pendinginan atau pada suhu konstan. Pemeriksaan reaksi dalam sel mikroskop panggung panas memerlukan penggunaan lensa objek jarak kerja panjang, karena sampel dipegang di dalam sel. Lebih jauh, karena jendela sel adalah kuarsa, lensa objek harus dikoreksi kuarsa, terutama yang dengan pembesaran 20× atau lebih.

Teknik selain seleksi kimia harus digunakan untuk melihat perubahan fase. Batas butir harus diseleksi termal jika sampel dipegang pada suhu konstan dalam vakum. Penggoresan batas butir mudah diamati menggunakan pencahayaan lapangan terang. Transformasi fase terlihat oleh reliief yang dihasilkan pada permukaan. Dengan demikian, reaksi geser, seperti yang dihasilkan oleh pembentukan martensit atau bainit, paling mudah diamati. Transformasi fase lain lebih sulit atau mustahil untuk diamati. Transformasi dapat difoto in situ, untuk itu kamera gerak biasanya digunakan.

Panggung khusus – Tersedia dalam berbagai konfigurasi. Panggung pengaturan otomatis untuk sampel yang dipasang adalah contoh yang khas. Panggung miring universal juga telah dibuat untuk manipulasi cepat sampel kasar dan tidak teratur. Panggung khusus juga telah dirancang untuk menangani objek kecil. Sejumlah panggung telah dibuat untuk melakukan eksperimen in situ. Studi dasar penggerusan telah dilakukan dengan pengamatan in situ dari pembekuan bahan organik titik leleh rendah, seperti kamfen, yang mengeras seperti logam. Pengamatan rekristalisasi logam dan paduan titik leleh rendah telah diamati secara serupa. Panggung khusus telah digunakan untuk mengamati kemajuan pemolesan dan seleksi elektrolitik. Sel juga telah digunakan untuk pemeriksaan in situ proses korosi. Panggung telah dirancang untuk mengamati berbagai proses yang melibatkan stres statis atau dinamis, dan perangkat juga telah dirancang untuk memungkinkan ekstraksi fisik inklusi.

Mikroskopi sel panas – Persiapan metalografi bahan radioaktif memerlukan persiapan jarak jauh menggunakan sel panas yang dirancang khusus. Mikroskop khusus telah dirancang untuk digunakan dengan sel panas.

Mikroskopi lapangan – Ketika mikrostruktur komponen atau objek besar yang tidak dapat dipotong dan dipindahkan ke laboratorium akan diperiksa, peralatan laboratorium portabel, yang dibuat oleh beberapa produsen, dapat digunakan untuk memoles sebuah bagian in situ. Mikroskop portabel kadang-kadang dapat digunakan untuk memeriksa dan memfoto mikrostruktur. Jika ini tidak dapat dilakukan, replika dapat dibuat dan diperiksa menggunakan mikroskop optik atau mikroskop elektron.

Mikroskop perbandingan – - Kebutuhan kadang-kadang muncul untuk membandingkan dua mikrostruktur. Biasanya, ini dilakukan dengan meletakkan mikroskop dari setiap sampel di samping satu sama lain, tetapi juga dapat dilakukan menggunakan mikroskop khusus. Komparator jembatan digunakan untuk menggabungkan citra dari dua mikroskop meja untuk pemandangan bersamaan.

Monitor televisi – – Mikroskop proyeksi dapat digunakan untuk pemandangan kelompok, tetapi lebih umum untuk menampilkan mikrostruktur pada monitor hitam-putih atau warna. Sejumlah sistem sirkuit tertutup resolusi tinggi tersedia.

Mikroskopi ruang bersih – – Studi partikel kecil dipengaruhi oleh kontaminasi debu selama penampilan. Oleh karena itu, pekerjaan semacam ini harus dilakukan dalam kotak bersih, meja bersih, atau ruang bersih yang dibuat khusus untuk menyediakan lingkungan bebas debu.

Analisis citra – – Penggunaan yang meningkat dari metalografi kuantitatif, terutama untuk karakterisasi inklusi, telah mempromosikan pengembangan sistem analisis citra otomatis yang didasarkan pada prinsip televisi. Fasa atau konstituen yang diminati terdeteksi terutama oleh perbedaan dalam refleksi cahaya yang menghasilkan perbedaan tingkat abu-abu pada monitor. Mayoritas pengukuran stereologis dapat dilakukan menggunakan sistem ini. Otomasi yang cukup telah dicapai menggunakan panggung otomatis dan minikomputer yang kuat. Meskipun perangkat ini dapat cukup mahal, mereka telah merangsang minat pada stereologi dan aplikasinya pada korelasi struktur-properti.

Fitur terdeteksi pada sampel yang sudah dipoles atau diseleksi, tergantung pada sifat fitur yang diminati. Jika seleksi diperlukan, teknik selektif biasanya digunakan. Pengukuran lapangan dan fitur-spesifik digunakan. Pengukuran lapangan mengukur semua fitur yang terdeteksi secara bersamaan, seperti dalam pengukuran fraksi volume. Dalam pengukuran fitur-spesifik, setiap partikel terpisah diukur secara berurutan. Prosedur ini biasanya digunakan untuk pengukuran bentuk dan ukuran.

Beberapa struktur tidak cocok untuk pengukuran yang akurat menggunakan sistem semacam ini. Misalnya, kuantifikasi detail permukaan pecahan tidak dapat dilakukan menggunakan analis citra otomatis, karena perangkat tidak dapat memisahkan fitur pecahan berdasarkan tingkat abu-abu. Banyak struktur mikroskop elektron transmisi juga tidak dapat dianalisis menggunakan perangkat ini. Untuk struktur semacam ini, perangkat pelacakan semi-otomatis dapat digunakan dengan operator melakukan deteksi dengan pena cahaya atau stylus. Sistem berbiaya lebih rendah ini dapat digunakan untuk hampir setiap pengukuran stereologis. Karena waktu yang lebih besar yang diperlukan untuk deteksi, mereka kurang cocok untuk masalah pengukuran yang memerlukan sampling banyak lapangan.

Mikroskopi foto

Sebelum perkembangan lampiran fotografi, mikrostruktur harus di-skets. Meskipun kebutuhan untuk dokumentasi semacam ini tidak ada lagi, sketsa tetap berguna sebagai metode pengajaran. Mikroskopi foto penting dalam metalografi, karena mikroskop dapat reproduksi yang setia detail yang diamati untuk dilihat oleh orang lain. Dengan peralatan yang tersedia saat ini, mikroskop berkualitas tinggi mudah diproduksi. Namun, ini membutuhkan perhatian yang cermin pada persiapan sampel, seleksi, dan penggunaan mikroskop. Reproduksi mikrostruktur palsu terlalu umum dan telah menyebabkan interpretasi yang tidak akurat, penolakan bahan yang baik, dan kesimpulan yang salah dalam analisis kegagalan.

Secara historis, prosedur fotografi kamar gelap paling prevalen. Namun, sejak pengenalan proses fotografi instan seperti Polaroid, banyak mikroskop telah dibuat menggunakan bahan-bahan ini, dengan mengambil keuntungan dari kecepatan dan efisiensinya. Namun, reproduksi citra dikorbankan, dan proses harus diulang untuk setiap salinan tambahan. Penggunaan perangkat ekspos otomatis diperlukan dengan film proses instan untuk meminimalkan boros. Metode fotografi kamar gelap tradisional membutuhkan lebih banyak usaha, tetapi menghasilkan mikroskop yang lebih baik. Otomasi yang cukup dalam proses kamar gelap basah mungkin, tetapi penggunaan mikroskopi foto yang sering diperlukan untuk mempertimbangkan biaya peralatan semacam ini.

Mendapatkan mikroskop yang baik memerlukan kontras citra dan resolusi yang memadai, fokus yang seragam di seluruh bidang, pencahayaan yang seragam, dan kedalaman bidang yang memadai. Sumber cahaya harus diatur dengan benar, dan sistem harus bebas getaran. Filter hijau-kuning harus digunakan untuk memperbaiki cacat lensa. Optik harus bersih, dan diaphragm lapangan dan lubang harus diatur dengan benar. Mikroskop difokuskan dengan berbagai cara, tergantung pada model. Beberapa format film dapat digunakan, seperti papan, lembar film dengan ukuran berbeda, atau film gulungan 35-mm. Pembesaran pada bidang film harus diketahui. Ini adalah prosedur sederhana jika variabelnya hanya pembesaran lensa objek dan okuler, tetapi lebih sulit saat menggunakan sistem zoom atau fuol. Mikrometer panggung dapat digunakan untuk menentukan pembesaran yang sebenarnya.

Beragam film hitam-putih dan warna tersedia untuk teknik kamar gelap atau instan. Produsen film ini mendokumentasikan karakteristik film. Film hitam-putih biasanya digunakan karena biayanya lebih rendah. Mereka menunjukkan kontrol kontras yang lebih baik, lebih mudah diproses, dan biasanya lebih cepat digunakan daripada film warna. Film warna memiliki beberapa penggunaan penting di mana biayanya dipertimbangkan. Dalam fotografi hitam-putih tradisional, citra negatif dibuat pertama dan digunakan untuk menghasilkan citra positif dari mikrostruktur pada kertas yang sesuai. Mikroskop bertahan bertahun-tahun tanpa perubahan yang terlihat. Pemilihan film negatif didasarkan pada format yang tersedia, sensivitas warna, kontras, kemampuan pemisahan, kecepatan, kerindian, dan latitude ekspos dan pengembangan.

Beberapa film hitam-putih tidak sensitif terhadap seluruh spektrum terlihat. Film ortokromatis sensitif terhadap semua warna kecuali oranye dan merah. Film panchromatis sensitif terhadap semua warna, meskipun menekankan biru dan menurunkan kuning. Filter kuning dapat digunakan untuk mengurangi bias warna ini.

Film ortokromatis dapat dikembangkan di bawah cahaya merah gelap, tetapi film panchromatis memerlukan kegelapan total. Film ortokromatis sangat baik untuk mikroskopi foto, terutama ketika filter hijau-kuning disisipkan untuk memperbaiki cacat lensa.

Kecepatan film adalah variabel yang kritis hanya ketika pencahayaan rendah, seperti dalam cahaya terpolar, kontras interferensi, atau pencahayaan lapangan gelap. Film ortokromatis memiliki kontras sedang yang memadai untuk sebagian besar struktur. Kontras dapat ditingkatkan dengan film kontras tinggi. Kemampuan pemisahan film menentukan kemampuannya untuk mencatat detail halus dalam citra. Oleh karena itu, film dengan kemampuan pemisahan tinggi diinginkan. Kerindian bergantung pada ukuran butir perak dalam emulsi, pengembang yang digunakan, dan waktu serta suhu pengembangan. Film kecepatan tinggi lebih berbutir daripada film kecepatan rendah, membuatnya kurang cocok untuk diperbesar. Pencetakan kontak disukai. Ini membutuhkan ukuran film yang besar, tetapi menghemat waktu pembesaran. Ini menghasilkan citra yang lebih baik dan menghilangkan penentuan ulang pembesaran cetakan. Film butir halus memberikan resolusi terbaik.

Ketika negatif diuraikan, ada rentang ekspos yang diizinkan yang menghasilkan negatif yang berguna dan dapat dicetak. Latitude ekspos yang luas sangat berharga. Setiap film mencakup informasi tentang hubungan karakteristik antara waktu ekspos dan densitas. Ekspos yang dipilih harus berada pada bagian linier dari kurva densitas-waktu. Negatif yang baik dan padat memungkinkan penindasan beberapa cacat citra halus selama pencetakan. Negatif yang kurang diuraikan sangat membatasi pencetakan dan biasanya menghasilkan cetakan yang buruk. Pengembangan negatif cukup sederhana dan melibatkan penggunaan larutan pengembang, larutan henti, larutan pemetaan, serta pencuci dan pengeringan.

Ekspos yang benar paling mudah ditentukan menggunakan meter ekspos bawaan. Jika ini tidak tersedia, serangkaian ekspos tes dapat dibuat. Ini dilakukan dengan menarik lembar slide sepenuhnya dan uraikan seluruh film untuk waktu yang dianggap jauh lebih pendek dari yang dibutuhkan. Slide kemudian dimasukkan sehingga menutupi sekitar 10 mm hingga 20 mm film, dan ekspos diulang. Ini diulang secara bertahap hingga slide sepenuhnya dimasukkan, menutupi film. Setelah pengembangan, waktu yang benar dapat dinilai berdasarkan densitas negatif di setiap pita.

Secara alternatif, ekspos bertahap dapat dilakukan menggunakan film instan dengan kecepatan yang sama, menghemat waktu kamar gelap. Mayoritas film hitam-putih dicetak kontak. Negatif ditempatkan sisi emulsi ke atas pada printer kontak, dan kertas yang sesuai ditempatkan sisi emulsi ke bawah di atas negatif. Printer ditutup, dan cahaya dilewatkan melalui film ke kertas. Cetakan dikembangkan, dihentikan, dipetakan, dicuci, dan dikeringkan. Kontras cetakan dikontrol oleh jenis kertas dan waktu pengembangan. Jenis kontras cetakan bervariasi dari sangat lembut (datar) hingga sangat kontras (grade 1 hingga 5). Kertas nomor 3 digunakan paling sering. Kertas nomor 4 digunakan untuk meningkatkan kontras, dan kertas nomor 2 untuk mengurangi kontras.

Film proses instan menghilangkan pekerjaan kamar gelap, sehingga mempercepat proses. Cetakan Polaroid menggunakan proses reversi transfer difusi. Pengembangan dimulai ketika film dikeluarkan dari kamera setelah uraian. Tindakan menarik film keluar dari kamera menghancurkan kapsul yang mengandung pengembang viskosa, koroosif dan menyebarkannya di atas film. Film hitam-putih berkembang dengan cepat sementara cetakan warna membutuhkan waktu sedikit lebih lama. Beberapa film Polaroid memiliki kecepatan sangat tinggi, keuntungan dalam pencahayaan redup. Beberapa cetakan harus dilapisi dengan stabilizer pelindung / vernis pelindung untuk mencegah noda dan pudaran. Juga tersedia film instan yang menghasilkan negatif dan cetakan positif. Negatif ini harus dibersihkan, tetapi kamar gelap tidak diperlukan. Film Polaroid yang digunakan dalam mikroskopi semuanya panchromatis. Mereka tersedia sebagai film gulungan, paket film, atau lembar. Waktu uraian harus dikontrol dengan lebih akurat untuk mendapatkan cetakan yang baik daripada film proses basah tradisional.

Makro-fotografi

Pemeriksaan dan fotografi sering diperlukan untuk objek seperti cakram makro-seleksi dan bagian yang rusak. Pemeriksaan dapat dilakukan secara visual atau dengan bantuan kaca pembesar sederhana atau mikroskop stereo. Makro-fotografi dapat dilakukan menggunakan mayoritas kamera, mungkin dengan bantuan lampiran lensa close-up, fuol, atau lensa makro. Banyak mikroskop stereo dapat dilengkapi dengan kamera untuk fotografi sementara yang lain mengambil pasangan stereo. Beberapa produsen menawarkan pendiri kamera untuk makro-fotografi. Beberapa metalografi juga memiliki lensa objek pembesaran rendah yang dapat melakukan jenis makro-fotografi tertentu.

Makro-fotografi menggunakan pembesaran dari kurang dari 1× hingga 50×. Sebagian besar laboratorium, terutama yang terlibat dalam analisis kegagalan, memiliki berbagai kamera, sumber cahaya, dan penonton stereo untuk mencakup rentang luas objek yang difoto. Pencahayaan yang benar diperlukan untuk menekankan detail dan memberikan pencahayaan yang merata tanpa kilatan atau refleksi. Pengaturan pencahayaan membutuhkan beberapa eksperimen dan pengalaman. Pencahayaan yang tersedia termasuk lampu pancuran, cincin, koaksial, atau optik serat. Kotak cahaya berguna untuk menghilangkan bayangan, tetapi diperlukan kreativitas yang cukup untuk mencapai hasil yang baik.

Kedalaman bidang dan resolusi adalah variabel penting. Banyak objek yang akan difoto adalah tiga dimensi, yang memerlukan kedalaman bidang tertentu dan pencahayaan yang tepat untuk mengungkapkan bentuk dan tekstur. Kedalaman bidang bervariasi dengan pengaturan diaphragm lubang lensa, pembesaran, dan panjang fokus lensa. Menutup diaphragm lubang meningkatkan kedalaman bidang, tetapi mengurangi kecerahan dan kejelasan citra. Kedalaman bidang juga meningkat seiring berkurangnya pembesaran dan bertambahnya panjang fokus. Untuk pembesaran di bawah 5×, panjang fokus 100 mm atau lebih disukai. Lensa dengan pendek lebih pendek digunakan untuk pembesaran yang lebih tinggi.