相差顯微鏡的成像原理

（一）阿貝成像原理

    為了理解相差顯微鏡的原理，不得不回顧普通顯微鏡的成像原理。德國光學家阿貝

（E. Abbe）從1874年以后創立了成像原理.在現代波動光學的發展基礎上興起的變換光學

中的空間信息濾波和信息處理概念，就是奠基于阿貝成像原理。
奧林巴斯顯微鏡

    據阿貝的看法，顯微鏡物鏡的透鏡或透鏡組不只是反映物平面和像平面的共扼關系，

而且也反映透鏡前后的無數個對應平面的共扼關系。當然，顯微鏡的成像光路中zui為重要

的共扼面還是物平面和像平面（圖10-18,0--0'）.顯微鏡成像光路中同樣具有重要的共

扼面是發光平面（（L）和光源的像平面（L'）。

    但是如果在顯徽鏡結構中在聚光鏡的前焦面上放置孔徑光欄時，那么光源和光源像

兩平面的共轆關系，代之以聚光鏡前焦面的光欄平面和物鏡后焦面的L"平面的共扼關系

（圖10-19）。

    阿貝認為發光平面的共扼面即L’平面，是顯微鏡的初級成像平面，而物平面是次級

成像平面。若通俗一點來講，L‘燭光是L燭光的像，而O‘空間是L'燭光的像。

    如果我們在顯微鏡的初級成像光路上在聚光鏡和物鏡之間，擂入一張不同光密度的

標本O（圖10-20上是光柵）時，立即破壞了初級成像光路.這是因為標本細節的光密結構

（柵）和光疏結構（間隙）的折射率不同，而產生光的衍射。其結果如圖10-20所示，L燭光在它的像平面上出現了數支燭光。與此同時，在像平面上出現標本0的干涉像.這些干涉紋是由次波源。，一1,+1發射的衍射光的重疊所造成的。這樣由于標本的干涉次級成像過程，已由L' ---0’的共扼面改變成0---0’的共扼面。也就是說像平面上不是L，的像，而是標本0的像了。

    總之，相干成像過程的*步是形成衍射斑，而第二步是相干干涉.當然未染色生物標本細節的折射率有很小的差異，在像平面上的對比度非常小。為了提高物像的對比度（反差），荷蘭物理學家（F. Zernike（1935）設計了相差顯微鏡的基本部件如環狀光欄和位相板。

    從阿貝成像原理已經知道顯微鏡的聚光鏡前焦面上放置孔徑光欄時，這個平面就成為物鏡后焦面的共扼面。F. Zernike在這個平面上放置了環狀光欄，按空間濾波概念，稱帶通濾波器。

 環狀光欄給物鏡后焦面提供的是照射在環形甲像平面上的相干光束。照射在環形像平面上的相圖10-20顯徽鏡的成像光路干光束，不同于線形窄縫所提供的相干光束.前者不能造成帶有方向性衍射斑.在共扼面上的光分布強度也不像窄縫衍射那種零級強度。它所造成的衍射光是均勻的無方向性的.

    F. Zernike在相差顯微鏡的物鏡后焦面上放置了位相板。恰巧位相板的吸收環變成環狀光欄的成像平面。其結果就像F. Zernike指出的，如果人工地改變照射到不吸光物體而形成初級成像光束的光波，以此來改變衍射光和直射光的位相和振幅，使之近似乎吸光物體的初級成像光束時，那么其結果就造成*像吸光物體的次級成像，也就是加強了物體細節的反襯度。

巧妙地使用位相板，就能夠使物像平面上的光強度分布與物體細節的位相信息成為線性關系.也就是人工地用物體細節的位相分布調整像平面的光強分布。甚至巧妙地選配不同類型的位相板，使之適合于物體細節的折射率時，可以強使物像平面上的反襯度出現逆轉，即由明反差改變為暗反差，或者反之。