相襯顯微鏡（簡介） 
第一節    相襯顯微鏡(Phase contrast microscope)

在光學顯微鏡的改進過程中，相襯顯微鏡的制造成功和普遍的應用，是近代顯微鏡技術中的重要成就。在1935年荷蘭學者澤尼克提出了相襯法原理，至1941年由德國蔡司工廠誕生了世界上第一臺相襯顯微鏡。它的產生，使人類的視覺在光學顯微鏡下又得到新的擴展。從信息利用的角度來看，人們將它視為光學信息處理概念下的第一個產品，因而獲得了1953年諾貝爾獎金。
我們知道，人眼只能在光波的波長（顏色）和振幅（亮度）有變化的情況下，才能在顯微鏡下看到被檢物體的存在，但活的生物體多是無色透明的，當光線通過時，波長和振幅變化不顯著，這樣在明場鏡檢下就難于觀察清晰。為了克服這一困難，可以采用一定的措施，如物理、化學處理法、材料經固定、染色等過程，使被檢物體的顏色及亮度發生變化，但這只能觀察已被殺死的材料，而不能觀察到活體狀態；當然，縮小聚光鏡的孔徑光闌，以增加明暗反差的對比，但這樣不能充分發揮物鏡數值孔徑的性能，細微結構仍難于被分辨，同時鏡象亮度也隨之降低；利用暗場、熒光或偏光鏡檢術，雖然能觀察活體標本，但這些顯微術都是利用不同的光學原理，達到特定的觀察目的，鏡檢效果局限在一定范圍內。可見上述措施都不能得到滿意的鏡檢效果，而采用相襯顯微術，則能解決上述問題，使無色透明活體標本的細微結構在相襯顯微鏡下變得清晰可見。
一、相襯顯微鏡的特點（蔡康光學 http://www.shkon.com.cn)

相襯顯微鏡是利用被檢物體的光程（折射率與厚度之乘積）之差進行鏡檢的方法。也即是有效地利用光的干涉現象，將人眼不可分辨的相位差變為可分辨的振幅差，即使是無色透明的物質亦成為清晰可見，這是普通顯微鏡難以達到的。這不僅大為便利了活體材料的觀察，而且相襯顯微術和

普通染色觀察相結合，還可判斷“膺象”和真實的圖象。
相位和相位差
光的傳播具有波動性質，波動的能以平衡位置為準，以一定的振幅反復振動而前進。光波通過光學均勻體時， 單位時間（T）內波動的能所達到的位置，便是它的“相位”。
如圖4-2所示，有A、B兩束光，其中A光束只經過單一介質（如空氣）；而B光束在中途還通過一塊透明玻璃，這樣B光束使受到阻滯而速度減少。因此，A和B之間便產生了一定的相位差。

相位差和振幅差示意圖
圖4-2
在一定的介質內，波長決定了可見光的顏色，而振幅的大小則決定其亮度，這是為人眼所能分辨出的，但人眼不能分辨出相位差。因此，在普通顯微鏡下觀察未經固定、染色的無色透明材料時，雖然被檢物體各部分的折射率不同，并能使通過它的各組光線產生一定的相位差，也不能察覺出它們之間的差異，就是這個道理。圖中的A光束和通過具有吸光物質的C光束之間，由于振幅的減少，使亮度減弱，則和A光束有著明暗的差別，這樣就能為人眼所分辨。
光源射出的光線通過被檢物體時，如果某部分完全是均質透明體，則光線將繼續前進，稱直射光；若某部分含有折射率或厚度不同的均質時，由于光的衍射現象則向周圍側方分散前進，這種光線稱為衍射光。當直射光和衍射光兩個光波達到一點時，則相互干涉，形成合成波。合成波的大小，取決于兩個光波的振幅和相位差。如果振幅相等，相差為零，其合成波則有兩倍的振幅，產生相長干涉（同向量），最為明亮；若一個光的相位推遲，其合成波減少，光度漸暗，當恰好推遲到半個波長（1/2λ）時，則兩個光波相互抵消，合成波發生相消干涉（異向量），則成為黑暗狀態。
二、相襯顯微鏡的裝置
相襯顯微鏡因各廠家的制作形式不同，用法也略有各異，但其原理是相同的，在裝置上都包括有：環狀光闌、相板、中心（合軸）調整望遠鏡。（蔡康光學 http://www.shkon.com.cn)
（一）環狀光闌(Ring slit)：裝在聚光鏡的下方，而與聚光鏡組合為一整體——相襯聚光鏡。它

是由大小不同環形光闌裝在一圓盤內，外面標有10×、20×、40×、100×字樣，相應地與不同倍率的物鏡配合使用。老式的常為單一環狀光闌，附加在視場光闌的上部，它的大小依聚光鏡下面安裝的調節透鏡來進行調節。
（二）相板(Phase plate)：在物鏡的后焦點平面處裝有相板，它分為兩部分，一是通過直射光的部分，為半透明的環狀，叫“共軛面”；另一是通過衍射光的部分，叫“補償面”有相板的物鏡稱“相襯物鏡”，外殼上常有“PH”字樣。
相板上鍍有兩種不同的膜——吸收膜和相位膜，吸收膜常為鉻、銀等金屬在其真空中蒸發而鍍成的薄膜，能把通過它的光線吸收60~93%，可分為透過率為7%、15%、20%、40%四個檔級。因此，分高（HIGH略寫H）、中（Medium略寫M）、低（Low略寫 L）及低低（Low-Low略寫LL）四類。這樣可根據被檢物體的特性而加以選擇應用。現將相襯物鏡的選擇方法列表于下。
負相襯Negative contrast (N) 正相襯Positive contrast(P) 適用于物體的形態、數量及活體情況的觀察 適用于物質內部細微結構的觀察，同時也用于形態、數量和活體的觀察 負高(NH) 負中(NM) 正低(PL) 正低低(PLL) 適用于折射率比較弱的被檢物體 適用于折射率比較強的被檢物體 適用于折射率比較弱的被檢物體 適用于折射率比較強的被檢物體 相位膜常為氟化鎂等在真空中蒸發成的薄膜，通過它的光線，相位被推遲，通常多為推遲1/4波長的相位膜，但有時因明暗反差過強，使鏡檢效果降低，而鍍有推遲1/3波長的相位膜。
相板的構造通常多為吸收直射光的類型，可分為負相襯(Negative contrast略N)和正相襯（Plosive contrast略寫P）兩類。
（三）中心（合軸）調整望遠鏡，它實際是長工作距離，放大倍率約4~5的放大鏡，用以調整環狀光闌所造成的象與相板共軛面完全吻合。否則應被吸收的直射光被泄掉；對不該吸收的衍射光反被吸收；應推遲相位的部分有的不能被推遲，這樣就不能達到相襯鏡檢的效果。為了避免上述情況，必須使環狀光闌的中心與物鏡的光軸完全在一直線上才能使兩者吻合。當然在取下目鏡后，在鏡筒內也能看到兩者的象，但因象很小，很難調節，利用中心調整望遠鏡安裝在鏡筒上加以放大而便于調節。
三、相襯鏡檢的原理（蔡康光學 http://www.shkon.com.cn)
鏡檢時，光源只能通過環狀光闌的透明環，經聚光鏡后，這束光線通過被檢物體，因各部分的光程不同，光線將發生不同程度的偏斜（衍射）。由于透明圓環所成的象恰恰落在物鏡后焦點平面上，并和相板的共軛面重合。因此，未偏斜的直射光便通過共軛面；而發生偏斜的衍射光則由補償面通過。由于相板的共軛面與補償面的性質不同，它們分別將通過這兩部分的光線產生一定的相位差和強度的減弱，這樣兩組光線再經后透鏡的會聚，又復在同一光路上行進，而使直射光和衍射光產生光的干涉，變相位差為振幅差。干涉的結果，有的是振幅的同向量，合成波增大，即相長干涉，此部分便明亮；有的是振幅的異向量，合成波減少，即相消干涉，則此部分便暗淡。這樣在相襯鏡檢

時，通過無色透明物體的光線，使人眼不可分辨的相位差轉變為人眼可分辨的振幅差。