位相差顕微鏡の基本原理

位相差顕微鏡の基本原理

位相差顕微鏡は、光が透明な標本の細部を通過するときに生じる光の進行の差（位相差）を光の強度の差に変換する特殊なタイプの顕微鏡です。

比較的透明な標本を光が通過する場合、光の波長（色）や振幅（明るさ）に大きな変化はありません。そのため、通常の光学顕微鏡で観察すると、染色されていない標本（生きた細胞など）の形態や内部構造を判別することが難しいことがよくあります。しかし、細胞の各部分の屈折率や厚さの違いにより、そのような標本を通過する直接光と回折光の光学範囲に違いが生じます。光範囲が増減すると、加速された光波や遅れた光波の位相が変わります（位相差が生じます）。 光の位相差は人間の目には感じられませんが、位相差顕微鏡は、リング絞りと位相板という特殊な装置を通して光の干渉現象を利用し、光の位相差を人間の目に知覚できる振幅の差（明暗）に変換します。これにより、元々透明な物体の明暗の差が明らかになり、コントラストが強化されます。そのため、通常の光学顕微鏡や暗視野顕微鏡では見えない、またははっきりと見ることができない生きた細胞や細胞内の微細構造をより鮮明に観察できます。

位相差顕微鏡の結像原理：鏡で検査する場合、光源は環状絞りの透明リングのみを通過し、集光器の後で光線に収束します。この光線が検査対象物を通過すると、各部分の光の到達距離の差により、光はさまざまな程度に偏向します（回折）。透明リングによって形成された像は、対物レンズと位相板の共役面が重なった後、焦点面に正確に落ちます。その結果、偏向しない直接光は共役面を通過し、偏向する回折光は補償面を通過します。位相板の共役面と補償面は性質が異なるため、光のこの 2 つの部分を通過すると、2 つのグループの光の一定の位相差と強度の減衰が生じ、その後、レンズで収束し、同じ光に戻ります。そのため、直接光と回折光は光の干渉を生じ、振幅の差に応じて位相差が変化します。 このように、位相差顕微鏡検査では、光が無色透明体を通過すると、人間の目には区別できない位相差が、人間の目には振幅差（明暗差）として区別できるようになります。