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(xué)家阿貝

（E. Abbe）從1874年以后創(chuàng)立了成像原理.在現(xiàn)代波動(dòng)光學(xué)的發(fā)展基礎(chǔ)上興起的變換光學(xué)

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(jù)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(guān)系，

而且也反映透鏡前后的無數(shù)個(gè)對(duì)應(yīng)平面的共扼關(guān)系。當(dāng)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(fā)光平面（（L）和光源的像平面（L'）。

    但是如果在顯徽鏡結(jié)構(gòu)中在聚光鏡的前焦面上放置孔徑光欄時(shí)，那么光源和光源像

兩平面的共轆關(guān)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(guān)系

（圖10-19）。

    阿貝認(rèn)為發(fā)光平面的共扼面即L’平面，是顯微鏡的初級(jí)成像平面，而物平面是次級(jí)

成像平面。若通俗一點(diǎn)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?cè)陲@微鏡的初級(jí)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(biāo)本O（圖10-20上是光柵）時(shí)，立即破壞了初級(jí)成像光路.這是因?yàn)闃?biāo)本細(xì)節(jié)的光密結(jié)構(gòu)

（柵）和光疏結(jié)構(gòu)（間隙）的折射率不同，而產(chǎn)生光的衍射。其結(jié)果如圖10-20所示，L燭光在它的像平面上出現(xiàn)了數(shù)支燭光。與此同時(shí)，在像平面上出現(xiàn)標(biāo)本0的干涉像.這些干涉紋是由次波源。，一1,+1發(fā)射的衍射光的重疊所造成的。這樣由于標(biāo)本的干涉次級(jí)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(biāo)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(dāng)然未染色生物標(biāo)本細(xì)節(jié)的折射率有很小的差異，在像平面上的對(duì)比度非常小。為了提高物像的對(duì)比度（反差），荷蘭物理學(xué)家（F. Zernike（1935）設(shè)計(jì)了相差顯微鏡的基本部件如環(huán)狀光欄和位相板。

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

 環(huán)狀光欄給物鏡后焦面提供的是照射在環(huán)形甲像平面上的相干光束。照射在環(huán)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(qiáng)度也不像窄縫衍射那種零級(jí)強(qiáng)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(huán)變成環(huán)狀光欄的成像平面。其結(jié)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(jí)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(jí)成像光束時(shí)，那么其結(jié)果就造成*像吸光物體的次級(jí)成像，也就是加強(qiáng)了物體細(xì)節(jié)的反襯度。

巧妙地使用位相板，就能夠使物像平面上的光強(qiáng)度分布與物體細(xì)節(jié)的位相信息成為線性關(guān)系.也就是人工地用物體細(xì)節(jié)的位相分布調(diào)整像平面的光強(qiáng)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(xì)節(jié)的折射率時(shí)，可以強(qiáng)使物像平面上的反襯度出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，即由明反差改變?yōu)榘捣床睿蛘叻粗?/div>