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[工仪] 观芯利器之——单目生物显微镜增加观看金相功能附件制作

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发表于 2020-4-12 12:55:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 goodanytime 于 2020-4-15 20:51 编辑

前言
       我曾经于去年2月在坛子里发表“观芯利器,极低费用DIY生物显微镜观看金相功能附件”(https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=9878&extra=)的帖子,是对双目生物显微镜的改造。
       中小学实验室、活动室及广大青少年生物爱好者和电子爱好者,拥有单目生物显微镜的数量很多。不少坛友希望我写写介绍单目生物显微镜的改造帖子。
       经过多次实验,在不破坏原结构和保留原功能的情况下,只花很少的费用,成功地对单目生物显微镜进行改造,具有观看不透明样品及金相功能。下面,介绍改造原理及附件的制作过程。图1是改造后的显微镜全貌:
001.jpg

一、显微镜的光路结构
      光学生物显微镜与金相显微镜的光路是不同的。图2-1是生物显微镜的光路结构,照明光线从下部给光,在显微镜投射光部件凹面镜或阿贝集光器的作用下,使得透明、半透明样品表面得到均匀光线的照射;图2-2(物镜正置)和图2-3(物镜倒置)是金相显微镜的光路结构,它们通过安置在光路中的半反半透镜,将光线通过物镜照射到不透明样品表面。
002.jpg

二、单目生物显微镜的结构
这是一台常见的单目生物显微镜(图3),结构比较简单,其光路示意图见图2-1。
003.jpg

三、改造原理
      将生物显微镜的照明方式改为金相显微镜那样的落射照明。根据单目生物显微镜的光路结构,需要在光路中安放一个半反半透镜,加装照射光源,通过物镜将光线投射到被观察物体表面,起到与用金相显微镜观察相同的效果。改造原理见下面图4,它属于正置照射光。
004.JPG

四、光路改造
      在显微镜的光路中增加半反半透镜结构的附件,采用半反半透镜、黑色塑料三通稍加改造而成。三通的上孔用于插入目镜,下孔用于插入显微镜镜筒,中孔用于安装照明灯光。其结构图如下(图5):
005.JPG
1、制作半反半透镜
       根据三通的口径,在纸上画出椭圆图形。将网购的亚克力半透镜片(厚度1.0mm、长70mm、宽70mm,反射面有蓝色保护膜,使用前撕掉),对照图形切割打磨成椭圆镜片,见图6:
006.jpg

椭圆图形简便画法:按照图7的尺寸,用两颗钉子(间距2C=21mm)固定在绳子(绳长L=29.7mm)两端,用笔尖画出椭圆:
007.jpg

2、对三通接口进行加工(图8)
        采用黑色水管PE等径三通,规格D25。用锉刀(有条件的,采用木工车床)对三通下孔外表部分打磨一圈,打磨程度,以能插入显微镜镜筒为准,大约为Φ30mm。
       在三通下孔底部开一个5mm×5mm槽口,因为显微镜镜筒内有一颗凸出的固定螺丝,便于三通插入镜筒时避开它。若有的显微镜镜筒内没有凸出的螺丝,可以不开槽。

按照图标红点位置,精确地在三通上钻三个1.5mm小孔,旋入三只Φ2mm×6mm螺丝,用于安放椭圆镜片的限位。
008.JPG

3、安装半反半透镜
       见图9,撕掉半反半透镜两面贴的保护膜,贴蓝色保护膜那一面(镀反射膜面)向下,将椭圆半反半透镜片放入三通内,紧贴三颗限位螺丝,镜片应摆放成45度角,给镜片顶部边缘打一点热熔胶固定好;然后在三通上孔内壁粘一张吸光毛面黑卡纸,消除三通内壁半反半透镜的透射光对目镜观察的干扰。注意不要磕碰、污染到半反半透镜表面:
009.JPG

五、照明光源
由于是插在镜筒上,负荷不能太重,采用图10这款干电池可变焦LED头灯改制,容易与三通接口连接:
010.jpg

这款LED头灯,有强、弱、爆闪三档控制,凸透镜伸缩变焦,使用3节7号电池(图11)。
011.jpg

旋下头灯前盖,该头灯使用0.5W白光LED灯珠。为了使灯光均匀,制作一张Φ20mm的光扩散PC树脂薄圆片(家用LED灯罩那种材质),粘贴在塑料灯杯前面,见图12:
012.jpg

取下头灯前盖中的聚光凸透镜(图13),其直径23mm,焦距约20mm:
013.jpg

制作平行光聚光筒。找一个合适的小药瓶(装维生素片那种),按照图14尺寸,割去底部,进行加工。将凸透镜粘在前端,起到准直镜的作用:
014.jpg

在头灯前盖外,绕1~2圈塑料粘胶带,使得头灯插入新制作的聚光筒内不会太松动(图15):
015.jpg

六、光阑及滤色片制作
       为了获得较好的观看效果,用黑色塑料制作不同孔径的光阑圆片(Φ24mm)5张,使用时,将其安放到LED头灯的前盖中(原安放凸透镜的位置),对光照视场进行调节。若对颜色有要求,可用彩色透明亚克力薄片制作滤色片(Φ24mm,中心不能打孔),紧挨光阑圆片放置,若要求不高,也可以省去。制作尺寸见下图(图16):
016.jpg

七、附件组装及费用
加工制作完成的全部元件(图17):
017.jpg

将光阑圆片装入LED头灯前盖,旋紧前盖(图18):
018.jpg

将显微镜目镜插入三通上孔,将聚光筒插入三通中孔(图19):
019.jpg

取下显微镜原目镜筒,将三通下端插入显微镜镜筒,将LED头灯插入三通中孔位置的聚光筒内。(图20)。
020.jpg

改造开支的元件材料费用:LED头灯8元,亚克力半反半透镜片8.5元,PE塑料三通2元,共计18.5元。

八、使用效果
       打开LED头灯开关,适当调节灯光亮度档位,通过选择安装不同孔径的光阑,进行一定范围内的照明效果调节,以期得到最佳观察影像。还可以根据不同样品的观察要求,伸缩头灯变焦以及在灯头中装入滤色镜片来优化影像效果。

观看美工刀片表面(图21)。平常看起来光亮的刀片,在显微镜下,表面全是细微轧痕:
021.jpg

观看手机摄像头CMOS传感器一角(图22、图23):
022.jpg

023.jpg

观看SONY CCD影像传感器(图24、图25)
金线邦定处、logo及型号,CCD边缘的滤镜与中心区域的滤镜有明显区别:
024.jpg

CCD中心区域表面的红、绿、蓝三色滤镜:
025.jpg

九、附件升级
    如果对图像质量有较高要求,可采用比较贵的专业光学玻璃(50/50)半反半透镜及聚光凸透镜。制作安装时,注意提高各元件精准度,效果更好。
      为了增加照明电源续航时间,采用7号镍氢充电电池。还可以直接将3节7号电池供电改为1节18650锂电池供电。
      对于需要无级调光的功能,按照图26的电路图对头灯线路进行加装,三极管13001可从报废节能灯中拆用。
若需加大照明功率,可将头灯LED灯珠换为1W~3W的灯珠(白光或暖白),采用图26的调光电路,将三极管型号13001换为13003。
026.jpg

照明升级需要具有一定电子技术动手能力,对坛友们而言,是小菜一碟。或不想麻烦,直接采用图27这款商品LED强光电筒制作光源。该电筒采用美国CREE XPE灯珠,内置14500锂电池,USB接口充电,长度约9.2cm,价格在15元左右。
O27.jpg

十、结束语
       在保留显微镜原结构及功能情况下,自己动手对单目生物显微镜进行改造,制作附件,增加观看不透明样品和金相的功能,取材容易,制作简单,费用很低,观看效果满足普通学习观察的要求。对没有配置金相显微镜的广大中小学、青少年、电子爱好者,是一个非常经济实用的方法。本改造制作的原理,适用于其它品牌的单目生物显微镜。
(此文内容系本人原创,曾在它处发表,现完善后发本坛,希望对有显微镜的坛友有用)

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发表于 2020-4-12 17:26:57 | 显示全部楼层
谢谢分享,显微镜用处挺大
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发表于 2020-4-12 19:32:13 | 显示全部楼层
药瓶利用得好
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发表于 2020-4-13 09:49:39 | 显示全部楼层
插入三通增加了光学筒长,放大率会偏大,成像质量会差一些,业余看看足够了。

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对三通插入镜筒的下端尺寸加工处理,已经考虑了光路距离与原结构相等,基本不影响。这个型号三通是多次实验后确定的,又好又便宜,可以说是给业余爱好者的礼物。  详情 回复 发表于 2020-4-13 10:34

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 楼主| 发表于 2020-4-13 10:34:45 | 显示全部楼层
huckbery 发表于 2020-4-13 09:49
插入三通增加了光学筒长,放大率会偏大,成像质量会差一些,业余看看足够了。 ...

对三通插入镜筒的下端尺寸加工处理,已经考虑了光路距离与原结构相等,基本不影响。这个型号三通是多次实验后确定的,又好又便宜,可以说是给业余爱好者的礼物。
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发表于 2020-4-13 10:59:33 | 显示全部楼层
如果直接在物镜周围补光,效果和这个比如何呢

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使用低倍率时,物镜与样品距离较大,可以加周围光照明,高倍率就不行了。还得使用金相显微镜那样的物镜落射光照明。  详情 回复 发表于 2020-4-13 11:11
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 楼主| 发表于 2020-4-13 11:11:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 goodanytime 于 2020-4-13 11:15 编辑
solarshen666 发表于 2020-4-13 10:59
如果直接在物镜周围补光,效果和这个比如何呢

使用低倍率时,物镜与样品距离较大,可以加周围光照明,高倍率就不行了。还得使用金相显微镜那样的物镜落射光照明。金相显微镜比生物显微镜贵许多,普通人拥有生物显微镜的居多,这是这个DIY的意义,希望能对大家有用。
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发表于 2020-4-13 22:20:16 | 显示全部楼层
很有创意,要是把头灯的电池改到到显微镜底座上,是不是就不显得那么头重了?

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发表于 2020-4-14 09:18:06 | 显示全部楼层
这种亚克力可以找我,免费加工。
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发表于 2020-4-14 10:44:08 | 显示全部楼层
我上次用我的显微镜看了一下金相的,发现视野里面一片明亮,看了这篇帖子才知道需要用到半透片,等这次回去改造一下试试:tongue::tongue:

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对大多数金属材质而言,看其金相需要先经过磨抛、腐蚀、染色处理。  详情 回复 发表于 2020-4-14 13:08
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 楼主| 发表于 2020-4-14 13:08:40 | 显示全部楼层
脆枣树 发表于 2020-4-14 10:44
我上次用我的显微镜看了一下金相的,发现视野里面一片明亮,看了这篇帖子才知道需要用到半透片,等这次回去 ...

对大多数金属材质而言,看其金相需要先经过磨抛、腐蚀、染色处理。
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发表于 2020-4-14 13:34:52 | 显示全部楼层
好东西,改造的好,我想改成电子的摄像头一直不成功。

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用手机拍摄就不错,去TB买一个合适的手机显微镜支架就很方便。  详情 回复 发表于 2020-4-14 14:53
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 楼主| 发表于 2020-4-14 14:53:39 | 显示全部楼层
guboy 发表于 2020-4-14 13:34
好东西,改造的好,我想改成电子的摄像头一直不成功。

用手机拍摄就不错,去TB买一个合适的手机显微镜支架就很方便。
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发表于 2020-4-14 14:57:41 | 显示全部楼层
楼主的分光片分光比是多少?我看淘宝上的大部分都是50:50的,还有一部分是80:20的

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这个改造采用的是50:50滴  详情 回复 发表于 2020-4-14 16:14
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 楼主| 发表于 2020-4-14 16:14:48 | 显示全部楼层
脆枣树 发表于 2020-4-14 14:57
楼主的分光片分光比是多少?我看淘宝上的大部分都是50:50的,还有一部分是80:20的 ...

这个改造采用的是50:50滴
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发表于 2020-4-14 17:57:48 | 显示全部楼层
厉害,顶一个。
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发表于 2020-4-15 07:13:13 | 显示全部楼层
动手能力强!
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发表于 2020-4-15 09:03:02 | 显示全部楼层
优秀啊  收藏了 以后自己试试
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发表于 2020-4-15 09:12:00 | 显示全部楼层
goodanytime 发表于 2020-4-14 16:14
这个改造采用的是50:50滴

好的,感谢楼主分享
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发表于 2020-4-15 10:35:17 | 显示全部楼层
改造的很不错,效果挺好的
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