主题:【第十一届原创】生物显微镜增加观看金相功能DIY

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sc360xp
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7月一等奖 年度二等奖
      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。
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(图1)。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;金相显微镜的光路有两种,一种是物镜倒置(图1-1),另一种是物镜正置(图1-2),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(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,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。另外,对于仅仅察看一下物体表面的用途,最简易的做法是,移去一只物镜,将电筒直接对准空物镜筒使用,不过操作不便、影像效果不太佳,不太容易拍出好照片。
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如果在右侧目镜处安装一个高清摄像头(有线或无线),直接取图像至电脑显示屏或其他显示屏,观察和存取图片应该又是一大提升。如果加上远程功能,手机直接看图片,发图片,那就更完美了。呵呵!
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原文由 wccd(wccd) 发表:
如果在右侧目镜处安装一个高清摄像头(有线或无线),直接取图像至电脑显示屏或其他显示屏,观察和存取图片应该又是一大提升。如果加上远程功能,手机直接看图片,发图片,那就更完美了。呵呵!
谢谢很好的建议!手机拍显微图片,可看我去年的帖子 【第十届原创】手机作为电子目镜拍摄显微图片https://bbs.instrument.com.cn/topic/6508531_1?order=threadid
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2018/12/17 13:56:33 Last edit by sc360xp
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原文由 sc360xp(sc360xp) 发表:
谢谢很好的建议!手机拍显微图片,可看我去年的帖子 【第十届原创】手机作为电子目镜拍摄显微图片https://bbs.instrument.com.cn/topic/6508531_1?order=threadid
帖子不错,有点区别,我这里是说在手机远程(如APP)查看图片,不是直接用手机摄像头拍摄图像看!
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