相衬显微镜中的部分相干光成像_马长明

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1、0Vo.6,又0l.2第卷第2期光学学报a,拍86年2月人叨人工即CI人0IICSNCAnburyr19肠相衬显微镜中的部分相干光成像马长明程维明(上海机械学院)庄松林(上海光学仪器研究所)提要,木文根据部分相千光成像的理论分析了光源的空间相干性及时间相千性对相衬显微镜成像质量的,.,影响并对相衬环同光源的形状及大小的匹配问题进行了讨论结果表明部分相干光照明将引起位相物体像的对比度下降.由于相衬环在一定程度上改变了非零频谱的特性,因此像面上的光强分布亦有所改。,。变如果对照明条件及滤波方式进行一些改进相衬显微镜的成像质t将会得到改善、一关于光源空间相干

2、性的讨论,:相村显微镜的结构简化为图1透镜L把其前焦面上的环状准单色面光源成平行光投,相位物体经透镜几、射到物面上,L3成像在像面上相衬环(滤波函刀。/卜/工r,。Z数)放置在透镜L的后焦面上厂八1./八,:;、设光源的光强分布为丫i,I。二。如)(I。a《寸王二《b弃厌,tOV扩+a<瓦犷>Pig.1SehematieofaPh压se一。。ntrastmiero详(1)ocs,在这样一个准单色扩展光源照明下物面上两点间的互强度可表示为一`二,二:,,,J(一,一夕)~r一’一十十!气黔爷卫立〕堵``“,/zfl,]()s不誉留州爷乙刁/,式中Jl劝

3、(为一阶贝塞尔函数而.,。一了。。订厄石二不万不不丈孤不画石万了。一寸下荞硕了石丽下刃弊八Jl樱八Jl,、,,。当满足物面上两点俩跳)(肠势)到光源平面原点的距离之差很小时相位因子可忽略,,二设物之透射函数为f(功从物面透射后的互强度为,,,一l,岛工.二,J(几扒勿约)~J(吮一肠纯一如)j(约丫(必)(3):19851月8日收稿日期年光学学报6卷其频谱则为乙二,,。:,::;,一`1。:,u::,u:。1.一u,,一:2。尸()广(傲〕⑧[少()少()」(4),如果考虑等晕成像通过系统后的互强度就是’:,,二,J丈宝叭妄叭)劣1,1,二,,二l’二

4、,:劣:,一`(、*)少(互叭一y)T(“如一“,两“““`如`5,{{J{一一J,,x其中T(的为系统的透射函数根据卷积定理得到像的频谱为、了、广`,,,J,,,,,,,,.、`、乙了、Zó产、尹、.、J尹〔均::二:。,)~只叭二:。。)灿(::::。,。,)阿洲八ù`0产、,,”为系统透射函数谱它与光瞳函数G(:价具有简单的关系环(二z,::,。。,:,。〕一仔二,,。1夕G气一。。,一。,)。,,u:设滤波函数为R(勺于是滤波后的像谱为“:i,:1,::,:,`二:,:1,:`:,::。1,::.u:,二:,尹()一尹(〕R()R(),再做一次

5、变换即得像面上的互强度,,,,J’(城叭场叭),’二,,,一·一(1一、一)。Xp「2二`(、城干·、;+饰·“+二;“)〕“随`二““`9,尹一J{万,,如果光瞳足够大物谱能全部(或基本上全部)通过整个系统并且认为是理想成像的条,,。u件下光瞳函数G(对可作常数处理实际的相衬环是一个与光源像相匹配(一般可能稍,,:。:,:,。大些)的介质圆环其函数形式为R少〕一介I()`表示相衬环的透射率设相位物,体的相位变化很小这样可写出.,,、,,尸了二一e、二y*1+二、又l,土f(功郑「艺价]神约1劝0)其频谱则为,J、,。屯:讨一a乏、:+乞中几u;〕少,

6、J,二若八功的频谱除零级以外均未受到相衬环的遮栏则可得出,`·,,汤,,,,·,’,J。、、、“、卜{尹一(。一。二〕〔少(、一)少(一、)〕,{{{J一,.、,」丫“:。:`习。。e二二二。:二:R之全R)〕p[2￡(盆均+叭+场务+动)]1·1,,,,一厂一(“生)`{〔`”(汽一)十’(先一)〕〔`“(一确{!JJ一一+必一u:,一。2e二二:。二:2夕。:。:心〕〕}p〔2落(均互+对宝+咖么+乡)〕d汽dd响`0,aZI“。rJ,」、,I「ZJ(二么)2J(二孟)1`,1:+L一石厂一一一一石厂-」飞L一叭“,月7其丫下。办/,,“〔t+叻

7、(二乡叭)]}12()_、二.,2沉Zb2Zaf沈fi玉二「尸吧口认。~_2刀一,’一—入厂lf3~—入f:fs于是可求出像面上的光强分布为期2相衬显微镜中的部分相千完成像,’,``’,,,`,“`’·’,“卜(J(;幼妄妊)};i:;;:I彭一I〔t+争〔犷)〕(13),忽略高阶小量就有二,,`。,二`,`。I(夕)一I(云十2艺争(,)](14),,。可见在准单色扩展光源的照明下照明和系统的联合效应同物的作用是分开的当均,,,匀照明并且是理想成像的条件下如果相衬环未改变非零频谱则像的光强分布与物的相,。位分布成正比像的对比度亦与相干照明条件下推出的

8、结果相一致然而一般相位物体的,,,频谱是连续的而相衬环又具有一定的面积它除了作用于零级频谱外还