定义
相衬照明（Phase contrast illumination）是一种利用光的衍射和干涉现象，通过将相位差改变为振幅差，来增强图像对比度的照明方法。
照明原理
未染色的不吸收光的样本被称为相位对象，因为它们会稍微改变样本衍射的光的相位，与通过或未受影响的直射光线相比，延迟大约1/4波长的光线[1]。不幸的是，我们的眼睛和胶卷无法检测到这些相差。人眼仅对可见光谱的颜色（光频率的变化）或不同强度的光强（波幅的变化）敏感[2]。
图1 相衬照明光路图
在相位样本中，零级直射光束无偏离地穿过样本。然而，样品的衍射光不会像在吸收光的物体中那样减小幅度，而是由于样品的具有厚度和折射率而被减慢。滞后大约1/4波长的这种衍射光与未减弱的光不同步地（也称为异相）到达像面，但是在干涉时，其强度基本没有减弱。结果是在目镜中观察的图像缺乏对比度，以至于几乎看不到细节。
Frits Zernike成功地设计了一种方法（现在称为相位对比显微镜），用于使未染色的相位对象产生对比度图像，就好像它们是振幅对象一样[3]。当衍射光和直射光失步（显示相位差）达波长的1/2时，振幅对象显示出出色的对比度。
Zernike的方法是将直射光加速1/4波长，以使相位样本的直射光和衍射光之间的波长差为1/2波长。结果，到达目镜的成像直射光和衍射光将能够产生相消干涉这样的过程导致图像的细节在较亮的背景下显得更暗。这称为暗相或正相衬。基本相衬显微镜配置的示意图如图1所示。
Zernike方法是将零阶直射光与物镜后焦平面处的衍射光分离。为此，在聚光镜的前焦平面处将一个环形圆环放置在聚光镜的正下方，并与物镜的后焦平面共轭。当中空圆型光锥不经偏移地穿过标本时，它以光环的形式到达物镜的后焦平面。样品衍射的微弱光散布在物镜的整个后焦平面上。如果允许这种组合按原样行进到目镜的像平面，则衍射光将比直接光延迟大约1/4波长。在像平面上，衍射光的相位虽然直射光异相，但是其干涉的幅度将与直射光的幅度几乎相同。这将导致极小的样品对比度。
图 2 环形相位板
为了加速直射的零阶光，在物镜的后焦平面处安装了一个相板，并在其上附加了一个环形移相器。相板的狭窄的区域在光学厚度上比其余部分薄。结果穿过相环的零阶光穿越玻璃物镜比衍射光传播的距离更短。当直射光和衍射光前进到像面时，它们彼此异相为1/2波长，衍射光和直射光会产生相消干涉，从而使样品的细节在较浅的背景下显得暗淡（就像吸收或振幅样品一样）。
另一种可能的途径是减少直接光的1/4波长，以使直射光和衍射光同步到达目镜并产生相长干涉，这是较为不经常使用的过程。这种排列会在较暗的背景上产生标本细节的明亮图像，称为负对比度或明亮对比度。如果要使相板的环形移相器区域厚于该板的其余部分，则直射会减慢1/4波长。在这种情况下，零级光与衍射光同步（或同相）到达像平面，并发生相长干涉。图像在较暗的背景下会显得明亮。图像在较暗的背景上显得明亮。
因为零级光比微弱的衍射光要亮得多，所以薄的吸收性透明金属层会沉积在环上，以使直射和衍射光达到更好的强度平衡，从而提高对比度[4]。另外，因为直射光的加速或减速是基于绿色光的1/4波长来计算的，所以当在光路中放置绿色滤光片时（最好是绿色干涉滤光片），相位图像将表现最佳。这样的绿色滤光片还有助于消色差物镜产生最佳的图像，因为消色差透镜已针对绿光进行了球形校正[5]。
照明特点
相衬显微镜一直是一种广泛使用的重要工具，特别是对于研究活的或未染色的材料（例如培养中的细胞和组织）。该方法目前还与反射光荧光同时使用，以揭示不发荧光的样品区域。相显微镜技术对于在视场中稀薄且分散的标本特别有用[6]。
相衬显微镜有一些局限性，相位图像通常在细节轮廓周围被光晕包围。这种光晕是光学伪影，有时会掩盖细节的边界。相位环确实在一定程度上限制了光学系统的工作数值孔径，从而降低了分辨率。对于厚样品，相衬效果不佳，相移会混淆图像并使图像细节失真。
图 3 相衬照明和明场照明对比图
参考文献
[1] Fitzgerald, Richard (2000). "Phase-sensitive x-ray imaging". Physics Today. 53 (7): 23–26. Bibcode:2000PhT....53g..23F. doi:10.1063/1.1292471.
[2] David, C, Nohammer, B, Solak, H H, & Ziegler E (2002). "Differential x-ray phase contrast imaging using a shearing interferometer". Applied Physics Letters. 81 (17): 3287–3289. Bibcode:2002ApPhL..81.3287D. doi:10.1063/1.1516611.
[3] "Phase Contrast Imaging", UCL Department of Medical Physics and BioengineeringRadiationPhysicsGroup,http://www.medphys.ucl.ac.uk/research/acadradphys/researchactivities/pci.htm accessed online 2011-07-19
[4] 何璇. 明场、暗场、相衬的多模显微镜成像技术研究[D].电子科技大学,2017.
[5] 陈建玲. 结构光照明超分辨微分干涉相衬显微成像技术[D].华中科技大学,2013.
[6] 张亦卓. 生物样品的数字全息显微相衬成像技术研究[D].北京工业大
