1841年俄国人P.P.阿诺索夫就在放大镜下研究了大马士革钢剑上的花纹。至1863年，英国人H.C.索比把岩相学的方法，包括试样的制备、抛光和腐刻等技术移植到钢铁研究上，发展了金相技术，后来还拍出一批低放大倍数的珠光体和其他组织的金相照片。索比和他的同代人德国人A.马滕斯及法国人F.奥斯蒙的科学实践，为现代光学金相显微术奠定了基础。至20世纪初，光学金相显微术日臻完善，并普遍推广使用于金属和合金的微观分析，迄今仍然是金属学领域中的一项基本技术。

用可见光作为照明源的一种显微镜，可显示500～0.2微米尺度内的金属组织特征，分立式（图1）和卧式。它们都包括光学放大、照明和机械3个系统。

图1 立式显微镜

是影响显微镜用途和质量的关键，主要由物镜和目镜组成。其光路见图2。显微镜的放大率为：

式中为显微镜放大率；、和、分别表示物镜和目镜的放大率和焦距；为光学镜筒长度；250为明视距离。长度单位皆为毫米。

图2 金相显微镜光路图

透镜的分辨率和象差缺陷的校正程度是衡量显微镜质量的重要标志。在金相技术中分辨率指的是物镜对目的物的最小分辨距离。由于光的衍射现象，物镜的最小分辨距离是有限的。德国人E.阿贝^[注]提出了最小分辨距离（）公式：

式中为光源波长；为样品和物镜间介质的折射系数（空气：=1；松节油：=1.5）；为物镜的孔径角之半。

对经磨平、抛光，以及腐刻的金相样品进行分析观察时，常用的分析方法可分为常规分析方法和特殊分析方法。

由于样品制备简单，显微镜不需特殊的附件，操作简便，是观察和研究金属微观组织形貌的最常用方法。常规分析时直接使用垂直反射光的振幅及波长信息，样品经磨平、抛光、腐刻后即可置于显微镜下观察分析。按照明方式有直射（即明场）和斜射（即暗场）两种。明场为照明光线直射到样品上观察；暗场是采用了从物镜外斜射照明，样品的镜面呈现暗的视野，使表面上的微小浮凸的反射光产生足够大的对比而被显现出来。

光学金相显微镜除利用垂直反射光的振幅信息反射成像外，还可利用在特殊照明条件下产生的不同的光学信息来显示样品中的组织组成物，它们的发展为光学金相显微术增添了一系列特殊分析方法（图3）。

图3 金相样品准备和组织显示程序

①偏振光显微术。主要特点是利用平面偏振光照射到试样表面上，考察目的物对平面偏振光的椭圆化效应。这种效应可反映目的物有关光学对称性的信息，从而判断它是晶体各向同性或各向异性。照明用的平面偏振光经起偏镜得到；椭圆化效应则用检偏镜检查。它主要应用于辨认各向异性晶体不同取向的区域，或透明夹杂物的透视颜色。如果在垂直照明器和检偏镜之间放入一个灵敏色辉板，样品的各个晶粒就可以由它们的特征颜色辨认。色辉板可以用来测定晶体择优取向程度并进行回复和再结晶的研究，也可以对多相合金进行相分析及对非金属夹杂物进行鉴定。在特定条件下还可以研究磁畴结构。

②干涉显微术。其特点是在显微镜光学系统中增加了特殊设计的光学装置，使光线通过时被分成两束，一束光通过物镜，在试样上反射返回，重新穿过光束分离器进入目镜；另一束光从一个比较板上反射进入目镜。这两束反射光在光束分离器上相遇时会发生干涉，利用所产生的干涉条纹的形状，可以判断轻微浮凸的空间形态，并可根据条纹位移量和相邻条纹间距之比，定量给出浮凸高度。多光束干涉的发展使干涉条纹更为窄锐，从而提高了测量高度差的灵敏度（图4）。

图4 干涉显微镜光路示意（Linnik装置）

③相衬显微技术。利用相位差信息（样品表面由细微浮凸导致相位差），将反射光减弱到和衍射光振幅相近，并改变反射光的相位，使其和衍射光同相或相差π。其装置是在普通显微镜物镜和目镜之间的适当位置上放一个环形的相位差板，将反射光减弱并移相，再安放一个相应的环形光阑，就可以把表面细微高低不同引起的光学相差转换为振幅差，提高各组织间的衬度（图5）。新发展的微差干涉技术，把相衬和显微干涉技术结合起来，能把细微的浮凸表现为色彩对比，更有效地提供表面细微组织的信息。

图5 入射照明相衬显微镜光路示意