相差顯微鏡是壹種特殊的顯微鏡，特別適合觀察透明度高的物體，如生物切片、油膜、相位光柵等。光波通過這些物體時，往往只是改變了入射光波的相位，而沒有改變入射光波的振幅。由於人眼和所有的能量探測器只能分辨光波強度的差異，即振幅的差異，不能分辨相位的變化，所以用普通顯微鏡很難觀察到這些物體。
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透明度高的對象也稱為相位對象。相位對比法(也叫相位對比法)是通過壹個空間濾波器將物體的相位信息轉換成相應的振幅信息，從而大大提高透明物體的分辨率。所以從這個意義上說，相位對比法是壹種光學信息處理方法，是信息處理最早的成果之壹，所以在光學發展史上具有重要意義。1935年，根據阿貝成像原理，澤爾尼克首先提出了通過改變光譜的相位來提高透明物體成像對比度的相位對比法。1953年，澤爾尼克獲得諾貝爾物理學獎。這是諾貝爾物理學獎中為數不多的光學相關獎項。
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工作原理:
實用的方法是在玻璃基板的中心加入壹滴液體，液滴的光路引起壹定的相移，從而形成相位板，將這個相位板放在顯微鏡的後焦面上作為空間濾波器。在相幹光的照射下，像平面上出現與物體相位信息相關的圖像。像面上的光強分布與樣品的相位成線性關系，即樣品的相位分布調制像面上的光強。
相位對比法不是用顯微鏡發現的，而是澤爾尼克在其他光學領域工作時發現的。這要從1920 zel Nik對衍射光柵產生興趣說起。這種反射光柵由壹個平面或壹個凹面鏡板組成，在透鏡表面刻有大量等距的槽口。凹槽位置的微小誤差會明顯影響光柵的光學效果。雕刻機周期性重復的誤差使光程差發生相應變化，觀察者觀察鏡面時會看到鏡面似乎不平整。光柵表面細致的刻線是肉眼看不到的，只有間隔很寬的粗線出現在鏡面上。這種光柵形成的光譜，在每條強度線的兩側往往伴隨著壹系列雜亂的弱線，稱為“羅蘭鬼線”。壹個完美的光柵，手掌那麽大，在均勻的光照下看起來色彩豐富艷麗，在可見光譜中呈現出各種顏色。然而，實際上有些光柵看起來像是遍布各處的“傷疤”，粗線條疊加在色帶上。在1902中，H.S.Allen聲稱這些粗線不是真實的，而是主譜線與其鬼線之間幹涉和抵消的結果。澤爾尼克在1920研究光柵時，不同意這種說法。他認為這些“傷痕累累”的表面視野比從底片上拍攝的光譜照片提供了更多的信息。表面視場給出了鬼線的相對相位，但照片丟失了鬼線的相位信息。澤爾尼克這時正在從事統計物理的研究，所以他把這個問題留在心裏，以備將來研究。
大約在1930年，澤爾尼克的實驗室弄來了壹個很大的凹面光柵，安裝在支架上使用。很快人們就看到了光柵表面的“疤痕”。由於光柵距離人眼6m，看不清楚，所以澤爾尼克嘗試用小型望遠鏡觀察。然後意想不到的事情發生了。線狀的傷痕非常清晰，但是當望遠鏡精確地集中在鏡面上時，線條就完全消失了！這是怎麽回事？澤爾尼克想起了10年前的思維。他意識到這壹現象的意義，並立即集中精力研究這壹光學問題。借助阿貝的成像理論，經過壹系列的實驗和計算，他終於做出了成功的解釋。原來這是波的相位差引起的幹涉現象。1935年，澤爾尼克根據相位理論進壹步發展了相位對比法，發明了相位對比法顯微鏡。在他的第壹個設計中，他使用了線性條狀孔徑光闌，並在物鏡的後焦平面上放置了相應的線性條狀孔徑光闌。澤爾尼克在諾貝爾獎獲獎感言中提到這項發明的意外時說:“然而，這個裝置使物體結構的顯微圖像變得令人眩暈，因為衍射效應使物體細節的條狀圖像沿著垂直於條狀的方向擴散，從而使圖像上的小亮點變成了短線段。為了避免這種觀察，我使用了環形光闌，使光暈向四面八方擴散，但光暈變得如此微弱，實際上完全沒有意義。”
目前，全世界有許多公司生產相差顯微鏡。相差顯微鏡在生物學和醫學中廣泛應用於細菌學和病理學研究，在礦物晶體微形態學中也得到有效應用。用這種特殊的顯微鏡，可以進行晶體表面生長的動態觀察。