Kính hiển vi tương phản pha (PCM) là một kỹ thuật kính hiển vi quang học chuyển đổi sự thay đổi pha trong ánh sáng đi qua mẫu trong suốt sang độ sáng thay đổi trong hình ảnh. Sự thay đổi pha là vô hình, nhưng có thể nhìn thấy khi được hiển thị dưới dạng các biến thể độ sáng.
Khi sóng ánh sáng đi qua một môi trường khác với chân không, sự tương tác với môi trường làm cho biên độ sóng và pha thay đổi theo cách phụ thuộc vào tính chất của môi trường. Những thay đổi về biên độ (độ sáng) phát sinh từ sự tán xạ và hấp thụ ánh sáng, thường phụ thuộc vào bước sóng và có thể tạo ra màu sắc. Thiết bị chụp ảnh và mắt người chỉ nhạy cảm với các biến thể biên độ. Do đó, không có sự sắp xếp đặc biệt, thay đổi pha là vô hình. Tuy nhiên, thay đổi pha thường truyền đạt thông tin quan trọng.
Nguyên tắc cơ bản để thực hiện các thay đổi pha có thể nhìn thấy trong kính hiển vi tương phản pha là tách ánh sáng chiếu sáng (nền) khỏi ánh sáng tán xạ mẫu (tạo nên các chi tiết nền tảng) và để thao tác với nhau.
Ánh sáng chiếu sáng hình vòng (được mô tả trong màu xanh lá cây trong hình) vượt qua annulus ngưng tụ được tập trung vào mẫu vật của thiết bị ngưng tụ. Một số ánh sáng chiếu sáng được phân tán bởi mẫu vật (màu vàng). Ánh sáng còn lại không bị ảnh hưởng bởi mẫu vật và tạo thành ánh sáng nền (màu đỏ). Khi quan sát một mẫu vật sinh học không có gì, ánh sáng tán xạ là yếu và thường được dịch pha theo −90 độ (do cả độ dày điển hình của mẫu vật và chênh lệch chỉ số khúc xạ giữa mô sinh học và môi trường xung quanh) so với ánh sáng nền. Điều này dẫn đến tiền cảnh (vectơ màu xanh trong hình đi kèm) và nền (vectơ màu đỏ) có cường độ gần như giống nhau, dẫn đến độ tương phản hình ảnh thấp.
Trong kính hiển vi tương phản pha, độ tương phản hình ảnh được tăng theo hai cách: bằng cách tạo ra sự can thiệp mang tính xây dựng giữa các tia sáng phân tán và nền trong các vùng của trường nhìn có chứa mẫu vật và bằng cách giảm lượng ánh sáng nền đến mặt phẳng hình ảnh. [4] Đầu tiên, ánh sáng nền được dịch pha bởi −90 độ bằng cách truyền nó qua vòng thay đổi pha, giúp loại bỏ sự khác biệt pha giữa nền và các tia sáng phân tán.
Khi ánh sáng sau đó tập trung vào mặt phẳng hình ảnh (nơi đặt máy ảnh hoặc thị kính), sự dịch pha này gây ra nền và các tia sáng rải rác có nguồn gốc từ các vùng của trường nhìn có chứa mẫu (tức là tiền cảnh) để can thiệp một cách xây dựng, dẫn đến tăng độ sáng của các vùng này so với các vùng không chứa mẫu. Cuối cùng, nền bị mờ ~ 70-90% bởi vòng lọc màu xám; Phương pháp này tối đa hóa lượng ánh sáng phân tán được tạo ra bởi ánh sáng chiếu sáng, đồng thời giảm thiểu lượng ánh sáng chiếu sáng đến mặt phẳng hình ảnh. Một số ánh sáng phân tán chiếu sáng toàn bộ bề mặt của bộ lọc sẽ được dịch pha và làm mờ bởi các vòng, nhưng ở mức độ thấp hơn nhiều so với ánh sáng nền, chỉ chiếu sáng các vòng bộ lọc pha và màu xám.
Trên đây mô tả độ tương phản pha âm. Ở dạng tích cực của nó, ánh sáng nền thay vào đó được thay đổi pha bởi +90. Do đó, ánh sáng nền sẽ là 180 độ so với pha so với ánh sáng rải rác. Ánh sáng rải rác sau đó sẽ được trừ đi từ ánh sáng nền để tạo thành một hình ảnh với nền trước tối hơn và nền sáng hơn.
