主题：【第十二届原创】单目生物显微镜增加观看金相功能附件制作

      中小学实验室、活动室及广大青少年生物爱好者，拥有单目生物显微镜的数量很多。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。图1是改造后的显微镜。下面，介绍改造原理及附件的制作过程。



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。

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。



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。

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）：

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：

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：

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。

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：

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：

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）。

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：

取下头灯前盖中的聚光凸透镜（图13），其直径23mm，焦距约20mm：

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：

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）：



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），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）：



七、附件组装及费用
加工制作完成的全部元件（图17）：

将光阑圆片装入LED头灯前盖，旋紧前盖（图18）：

将显微镜目镜插入三通上孔，将聚光筒插入三通中孔（图19）：

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）。

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：

观看手机摄像头CMOS传感器一角（图22、图23）


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：

CCD中心区域表面的滤镜：



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。

照明升级需要具有一定电子技术动手能力。或直接采用图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。

需要拍摄显微图片，可使用手机，效果不错，分享非常方便。可以参考我以前发的帖子：手机作为电子目镜拍摄显微图片（https://bbs.instrument.com.cn/topic/6508531）


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，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。