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相差显微镜成像原理

更新时间:2011-10-03      点击次数:897

 

相差显微镜的成像原理
(一)阿贝成像原理
    为了理解相差显微镜的原理,不得不回顾普通显微镜的成像原理。德国光学家阿贝
(E. Abbe)从1874年以后创立了成像原理.在现代波动光学的发展基础上兴起的变换光学
中的空间信息滤波和信息处理概念,就是奠基于阿贝成像原理。
奥林巴斯显微镜
    据阿贝的看法,显微镜物镜的透镜或透镜组不只是反映物平面和像平面的共扼关系,
而且也反映透镜前后的无数个对应平面的共扼关系。当然,显微镜的成像光路中zui为重要
的共扼面还是物平面和像平面(图10-18,0--0').显微镜成像光路中同样具有重要的共
扼面是发光平面((L)和光源的像平面(L')。
    但是如果在显徽镜结构中在聚光镜的前焦面上放置孔径光栏时,那么光源和光源像
两平面的共辘关系,代之以聚光镜前焦面的光栏平面和物镜后焦面的L"平面的共扼关系
(图10-19)。
    阿贝认为发光平面的共扼面即L’平面,是显微镜的初级成像平面,而物平面是次级
成像平面。若通俗一点来讲,L‘烛光是L烛光的像,而O‘空间是L'烛光的像。
    如果我们在显微镜的初级成像光路上在聚光镜和物镜之间,擂入一张不同光密度的
标本O(图10-20上是光栅)时,立即破坏了初级成像光路.这是因为标本细节的光密结构
(栅)和光疏结构(间隙)的折射率不同,而产生光的衍射。其结果如图10-20所示,L烛光在它的像平面上出现了数支烛光。与此同时,在像平面上出现标本0的干涉像.这些干涉纹是由次波源。,一1,+1发射的衍射光的重叠所造成的。这样由于标本的干涉次级成像过程,已由L' ---0的共扼面改变成0---0的共扼面。也就是说像平面上不是L,的像,而是标本0的像了。
    总之,相干成像过程的*步是形成衍射斑,而第二步是相干干涉.当然未染色生物标本细节的折射率有很小的差异,在像平面上的对比度非常小。为了提高物像的对比度(反差),荷兰物理学家(F. Zernike(1935)设计了相差显微镜的基本部件如环状光栏和位相板。
    从阿贝成像原理已经知道显微镜的聚光镜前焦面上放置孔径光栏时,这个平面就成为物镜后焦面的共扼面。F. Zernike在这个平面上放置了环状光栏,按空间滤波概念,称带通滤波器。
 环状光栏给物镜后焦面提供的是照射在环形甲像平面上的相干光束。照射在环形像平面上的相图10-20显徽镜的成像光路干光束,不同于线形窄缝所提供的相干光束.前者不能造成带有方向性衍射斑.在共扼面上的光分布强度也不像窄缝衍射那种零级强度。它所造成的衍射光是均匀的无方向性的.
    F. Zernike在相差显微镜的物镜后焦面上放置了位相板。恰巧位相板的吸收环变成环状光栏的成像平面。其结果就像F. Zernike指出的,如果人工地改变照射到不吸光物体而形成初级成像光束的光波,以此来改变衍射光和直射光的位相和振幅,使之近似乎吸光物体的初级成像光束时,那么其结果就造成*像吸光物体的次级成像,也就是加强了物体细节的反衬度。
巧妙地使用位相板,就能够使物像平面上的光强度分布与物体细节的位相信息成为线性关系.也就是人工地用物体细节的位相分布调整像平面的光强分布。甚至巧妙地选配不同类型的位相板,使之适合于物体细节的折射率时,可以强使物像平面上的反衬度出现逆转,即由明反差改变为暗反差,或者反之。