观芯利器，极低费用DIY生物显微镜观看金相功能附件

goodanytime

所在实验室，因为使用率极低，没有配置昂贵的金相显微镜。偶尔要看看样品的金相或观察不透明物体，非常不方便。由于给被观察物体的投射光线方式不一样，生物显微镜近距离只能观察透明、半透明物体。通过多次摸索，仅花很少的钱，给普通双目生物显微镜制作附件，使之具有金相显微镜那样观察不透明物体的功能。制作原理及过程如下。


一、生物显微镜与金相显微镜光路的区别

生物显微镜与金相显微镜的光路示意图如下。当物镜与样品距离很近时，看起来生物显微镜是从下部照光，但由于其投射光部件凹面镜或阿贝集光器的作用，使得透明、半透明样品表面得到均匀光线的照射（图1-1）；金相显微镜的光路有两种，一种是物镜倒置（图1-2），另一种是物镜正置（图1-3），都是通过物镜将光线照射到不透明样品上。其中起关键作用的是光路中的半反半透镜。



二、双目生物显微镜的光路结构

这是一台奥林巴斯CH双目生物显微镜（图2）：


取下目镜组件，了解其双目观察的光路原理（图3）：


打开组件盖板，看见内部光路元件的分布（图4、图5）：



绘出光路结构示意图如下（图6）：


显微镜双目观察的原理：图6中，A是半反半透分光棱镜， B、C、D是直角全反三棱镜。来自被观察物体的光线通过光路全反棱镜进入A后，分为两路。一路穿过A（50%光线），经B、C反射后进入左目镜M1；另一路被A反射（50%光线）后进入D，再经D反射进入右目镜M2。


三、给生物显微镜增加物镜照射光的方法

根据双目生物显微镜的光路结构，光路中有一个半反半透镜A，可以用其中一个目镜孔加装照射光源，用另一个目镜观察样品，起到与用金相显微镜观察相同的效果。原理示意图如下，它属于正置照射光（图7）：



四、光源制作

光源必须是平行光，利用生物显微镜的5倍目镜及市售LED强光电筒、塑料三通稍加改造而成。光源结构图如下（图8）：


1、灯光由于是插在镜筒上，负荷不能太重，采用轻便的LED电筒作照明。用图9这种结构的LED电筒，外径25mm、长120mm，刚好可以插入三通接口中：

这是可变焦LED强光电筒，俗称“小直”，TB上有售。该电筒使用美国CREE Q5 LED灯珠，3W功率，正白光，有强、中、弱、爆闪、SOS五档控制，凸透镜伸缩变焦，使用18650充电锂电池，通用耐久。

为了使光线更加均匀，制作一张直径22mm的光扩散PC树脂（照明灯罩那种）薄圆片，安放在电筒的凸透镜与LED灯珠之间（图10）：


2、准直光使用5倍惠更斯目镜形成准直光。这种目镜，插口直径23.2mm，普通生物显微镜使用较多。在TB上，新旧都有售，新品价格20元左右包邮。 使用时，稍加改造，将接目镜（眼睛观看端）的台阶用砂轮磨去，便于插入三通（图11）。


3、三通接口采用黑色水管PE等径三通，规格D25。三通前后孔用于插入目镜及照明电筒，在三通上端孔制作光澜、滤色镜插片的插口。收到货的三通，实际孔径只有23.6mm，需要用Φ25mm的钻头清一下左右孔，才能将5倍目镜及LED电筒插入（图12）：


用手电钻夹持T型直角旋转锉按照图13位置，在三通上孔内的下部锉出光澜、滤色镜插片的插槽（槽宽4mm，槽深2 mm），或用雕刻刀慢慢加工而成：


再将直径23.6mm、长16mm的圆木棍破开、制作两个半圆柱体，粘贴上黑色塑料外皮（外径30mm，中心有长方形孔5mm×24mm），形成光澜、滤色片的插槽挡板，并放入三通中孔（图14、图15）：



4、光澜插片、滤色镜插片按照图16中的尺寸，光澜插片用黑色PVC薄板（厚度1.5～2mm）制作3张，孔径分别是2/2.5mm, 3.5/4.5mm, 6.5/9.0mm三组（或自定）；滤色镜插片根据自己需要的颜色，用彩色透明亚克力薄板（厚度1.0～1.5mm）制作。


5、光源部件组装将5倍目镜（接目镜端）插入三通接口一端，将电筒插入三通接口另一端，电筒调焦处于原始位置。如果不使用光澜插片及滤色镜插片，可用一个合适的深色塑料帽，盖在上部插孔上（图17）。


6、费用改造使用的零件，LED电筒(含电池、充电器全套)16.8元，PE三通（实体店）2元，5倍目镜（利旧）0元，光澜、滤色镜插片用边角余料制作0元，共计18.8元。如果新购目镜18元，最多花费36.8元。


五、使用效果

移走显微镜的一个目镜，将制作的光源插入空目镜筒中。打开电筒灯光开关，适当调节灯光强度档位及光澜插板（需要时才插入，光澜插入后，可根据效果微调其位置），可以通过旋转电筒变焦进行一定范围内的亮度无级调节，以得到最佳观察影像。还可以插入不同的滤色镜片以及使用偏振镜片来优化影像效果（图18）。


将两只目镜的间距拉开到最大，便于单眼观察（图19）：


观看美工刀刀片表面（图20、图21、图22、图23）：





观看喷墨打印机喷墨头喷嘴芯板（图24、图25）：




六、结束语

自己动手对普通生物双目显微镜稍加改造，增加观看金相和不透明物体表面的功能，取材容易，制作简单，费用很低。同时，没有改变显微镜的原结构及功能。对使用率低、要求又不是特别高，没有配置金相显微镜的单位和个人，这是一个非常经济实用的方法。制作时，尽量提高附件加工尺寸的精度，使得光轴重合偏差小，成像良好。本制作的原理，适用于其它品牌的双目生物显微镜。
本文系本人原创，曾在它处发表。论坛内，对微观电子元件有兴趣的坛友很多，特此奉献。有双目生物显微镜的坛友可一试。谢谢观看！




观芯利器之——单目生物显微镜增加观看金相功能附件制作：
https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=142424

lmy2003

效果看着不错，就是亮度感觉偏低

yangly6443

牛人啊！单筒生物显微镜有希望改改？

zhkrid

普通显微镜升级改造

tmc422

思路不错，我手里有这样的:smile:显微镜。有时间可以改造看看。

2545889167

牛逼啊 效果不错 不过俺连普通显微镜都买不起

qrut

2545889167 发表于 2019-2-23 00:59
牛逼啊 效果不错 不过俺连普通显微镜都买不起

咋呢普通才几百块，还在上学吗？

goodanytime

lmy2003 发表于 2019-2-22 20:44
效果看着不错，就是亮度感觉偏低

亮度可以根据需要自行调节，本设计亮度范围很宽，足够。

tempchar

这样改造后能不能直接看动植物细胞？感觉做载玻片好麻烦

goodanytime

tempchar 发表于 2019-2-23 09:20
这样改造后能不能直接看动植物细胞？感觉做载玻片好麻烦

看细胞还是需用生物显微镜，麻烦是必须的哦。制作这个附件只是给生物显微镜增加了一只看金相的“眼”。

goodanytime

yangly6443 发表于 2019-2-22 22:41
牛人啊！单筒生物显微镜有希望改改？

单目生物显微镜的光路需要改造，要复杂一些，要做到低费用、效果适中，还得反复实验。以后抽时间再弄。

mimimiao

这个牛  问题是得先有一个显微镜  

sunnyquan

也有个好像20倍的放大镜没什么用，一相闲置，

轻烟

不错，利用光的可逆性

wq1310699368

这显微镜看起来不便宜的样子

dayibalang

这个改装牛，必须要顶

meanshy

厉害 还能这样玩

win2003sp2

厉害 还能这样玩

bigbell

加工这个照明部分用心了

brht02008

这个很牛皮，可惜我没有显微镜。