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

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7月二等奖
      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。
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不错,一机多能,就是那个药瓶有些粗糙,也可以用PE直通制作,这样外观和机械强度会好一些。
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原文由wccd(wccd)发表:不错,一机多能,就是那个药瓶有些粗糙,也可以用PE直通制作,这样外观和机械强度会好一些。
谢谢大神的点评。考虑到中小学生仿制,尽量采用简单的办法,强度够了,美观不够。
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是的
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