13.08.2020

Электронный микроскоп самодельный. Как сделать карманный микроскоп для детей в домашних условиях

Ни для кого не секрет, что окружающий нас мир имеет тонкие структуры, организацию и строение которых невозможно различить человеческим глазом. Целая вселенная оставалась недосягаемой и непознанной, пока не был изобретен микроскоп.
Это устройство всем нам известно со школы. В нем мы рассматривали бактерий, живые и мертвые клетки, предметы и объекты, которые все мы видим каждый день. Через узкий смотровой объектив они чудесным образом превращались в модели из решеток и мембран, нервных сплетений и кровеносных сосудов. В такие моменты осознаешь, насколько этот мир велик и многогранен.
С недавнего времени микроскопы начали делать цифровыми. Они намного удобней и эффективнее, ведь теперь не надо пристально вглядываться в объектив. Достаточно взглянуть на экран монитора, и перед нами предстает увеличенное цифровое изображение рассматриваемого объекта. Представьте, что такое чудо техники можно сделать своими руками из обычной веб-камеры. Не верите? Предлагаем вам убедится в этом вместе с нами.

Необходимые ресурсы для изготовления микроскопа

Материалы:

Перфорированные пластина, уголок и кронштейны для крепления деревянных деталей;
Отрезок профильной трубы 15х15 и 20х20 мм;
Небольшой фрагмент стекла;
Веб-камера;
Светодиодный фонарик;
Болт М8 с четырьмя гайками;
Винты, гайки.

Инструменты:

Электродрель или шуруповерт со сверлом на 3-4 мм;
Плоскогубцы;
Отвертка крестовая;
Термоклеевой пистолет.

Собираем микроскоп – пошаговая инструкция

Для штативной основы микроскопа используем перфорированные пластины и уголки из металла. Их используют для соединения деревянных изделий. Они легко скрепляются болтами, а множество отверстий позволяет это сделать на требуемом уровне.

Шаг первый – монтируем основание

Плоскую перфорированную пластину обкладываем с тыльной стороны мягкими мебельными подпятниками. Их просто наклеиваем по углам прямоугольника.

Следующим элементом будет кронштейн или уголок с разносторонними полками. Скрепляем короткую полку кронштейна и пластину-основание болтом с гайкой. Подтягиваем их плоскогубцами для надежности.

Два мелких кронштейна монтируем на край пластины по обеим ее сторонам. К ним прикрепляем еще два уголка подлиннее так, чтобы у нас образовалась небольшая рамка. Это будет основание для смотрового стекла микроскопа. Его можно сделать из небольшого отрезка тонкого стекла.

Шаг второй - делаем штатив

Штатив делаем из отрезка квадратной профильной трубы 15х15 мм. Его высота должна быть около 200-250 мм. Больше нет смысла делать, поскольку превышение отступа от смотрового стекла снижает качество изображения, а меньшее рискует быть засвеченным и некорректным.
Штатив крепим к перфорированному кронштейну, а поверх него насаживаем небольшой отрезок трубы 20х20 таким образом, чтобы он свободно двигался по этой стойке.

Из двух кронштейнов, совмещенных между собой внахлест, делаем открытую рамку. Болты выбираем подлиннее, чтобы их хватило на поджим этой рамки вокруг подвижного отрезка трубы. Насаживаем на них пластину с двумя отверстиями по бокам, и гайками фиксируем ее.

Для настройки отступа рамки от смотрового стекла используем болт М8х100 мм. Нам понадобится две гайки под размер болта, и две большего размера. Берем эпоксидный клей, и в трех местах приклеиваем гайки болта к штативу. Закрученную на конец болта гайку также можно зафиксировать эпоксидкой.

Шаг третий – изготавливаем объектив

На месте тубуса с окуляром в нашем микроскопе будет располагаться обычная вебкамера. Разрешение чем больше-тем лучше, подключение к компьютеру может быть, как проводным (USB 2.0, 3.0), так и через Wi Fi или Bluetooth.
Освобождаем камеру от корпуса, откручивая отверткой материнскую плату с матрицей.

Снимаем защитный колпак, и выкручиваем объектив с линзами и светофильтром. Все что необходимо сделать – это разместить его на том же месте, перевернув на 180 градусов.

Обматываем стык объектива камеры с цилиндрическим корпусом изолентой. При желании его можно дополнительно проклеить термоклеевым пистолетом. На этом этапе измененный объектив уже можно проверить в действии.

Шаг четвертый – окончательная сборка микроскопа

Собираем камеру в обратном порядке, сажая ее корпус на горячий клей к рамке штатива. Объектив при этом должен быть направлен вниз, на смотровое стекло микроскопа. Шлейф из проводки можно поджать нейлоновыми стяжками к стойке штатива.
Невысокий светодиодный фонарик приспосабливаем под осветитель смотрового стекла. Он должен свободно влезать под смотровую панель микроскопа. Подключаем камеру к компьютеру, и через некоторое время изображение появится на экране монитора.

Микроскоп является довольно сложным оптическим прибором, с помощью которого можно производить наблюдения за невидимыми или плохо видимыми невооружённым глазом объектами. Любознательным людям он позволяет проникнуть в тайны “микрокосмоса”. Микроскоп можно попробовать сделать самим. Конструкций самодельных микроскопов довольно много и в этой статье мы рассмотрим одну из них.

Одна из наиболее удачных конструкций была предложена Л. Померанцевым. Для изготовления микроскопа вам нужно приобрести в аптеке или оптическом магазине две одинаковые линзы по +10 диоптрий, желательно диаметром около 20 миллиметров. Одна линза нужна для окуляра микроскопа, другая – для объектива. Но прежде давайте разберёмся в единицах измерения линз.

Что такое диоптрия линзы

Диоптрия – единица оптической силы (рефракции) линзы, обратная фокусному расстоянию. Одна диоптрия соответствует фокусному расстоянию в 1 метр, две диоптрии – 0,5 метра и т.д. Для определения числа диоптрий надо 1 метр разделить на фокусное расстояние данной линзы в метрах. И наоборот, фокусное расстояние можно определить, разделив 1 метр на число диоптрий. Фокусное расстояние линзы +10 диоптрий равно 0.1 метра или 10 сантиметрам. Знак плюс обозначает собирательную линзу, знак минус – рассеивающую.

Как смастерить самодельный микроскоп

Длиной десять сантиметров по диаметру линз. Затем разрежьте её пополам, чтобы получились две трубки длиной по пять сантиметров. В них вставьте линзы.

В один конец каждой трубки вклейте картонное или склеенное из узкой полоски бумаги колечко с отверстием диаметром десять миллиметров. На это колечко изнутри положите линзу и прижмите её картонным цилиндриком, смазанным клеем. Внутри трубка и цилиндрик должны быть окрашены чёрной тушью. (Это надо сделать заранее)

Обе трубки вставьте в тубус – третью трубку длиной 20 сантиметров и таким диаметром, чтобы трубки окуляра и объектива входили в него туго, но могли передвигаться. Внутри тубус также должен быть окрашен в чёрный цвет.

На начертите две концентрические окружности: одну радиусом 10 сантиметров, другую радиусом 6 сантиметров. Получившийся круг выпилите, и разрежьте по диаметру на две части. Из этих полукругов сделайте корпус микроскопа С-образной формы. Полукруги соединяют тремя деревянными колодочками, толщиной 3 сантиметра каждая.

Верхняя и нижняя колодочки должны быть длиной по 6 и шириной по 4 сантиметра. Они выступают на 2 сантиметра за внутренний край фанерных полукругов. На верхней колодочке закрепите тубус с трубками и регулировочный винт. Для тубуса в колодочке вырежьте желобок, а для регулировочного винта просверлите сквозное отверстие и выдолбите квадратное углубление.

А – трубка с линзами; Б – тубус; В – корпус микроскопа; Г – соединительные колодочки; Д – регулировочный винт; Е – предметный столик; Ж – диафрагма; З – зеркальце; И – подставка.

Регулировочный винт – это деревянный стерженёк, на который туго насажен цилиндрик, вырезанный из резинки для карандаша или из намотанной изоляционной ленты. Лучше всего для этой цели использовать небольшой отрезок подходящей резиновой трубки.

Сборка винта производится так. Колодочку разрезаем по длине пополам. В отверстие одной половины продеваем стрежень винта, насаживаем на него, резиновый цилиндрик, затем другой конец продеваем в отверстие второй половины колодочки и склеиваем обе половины. Резиновый цилиндрик должен поместиться в квадратном углублении и свободно в нем вращаться. Колодочку с винтом приклеиваем к фанерным полукругам, сделав на концах их вырезы для стрежня винта. На концы стержня насаживаем ручки – половинки катушки от ниток.

Теперь прикрепите к колодочке с помощью скобы, выгнутой из жести. Предварительно в скобе сделайте вырезы для винта и прибейте её или привинтите шурупами к колодочке.

Резиновый цилиндрик регулировочного винта должен плотно прижиматься к тубусу при вращении винта тубус будет медленно и плавно передвигаться вверх и вниз.

Микроскоп можно сделать и без регулировочного винта. В этом случае тубус достаточно приклеить к верхней колодочке, а наводить прибор на предмет только передвижением трубок с линзами в тубусе.

К нижней колодочке сверху прибейте или приклейте предметный столик – с отверстием диаметром около 10 миллиметров посредине. По бокам отверстия прибейте две выгнутые полоски жести – зажимы, которые будут придерживать стёклышко с рассматриваемым препаратом.

Снизу к предметному столику прикрепите диафрагму – деревянный или фанерный кружочек, в котором по окружности просверлите четыре отверстия разных диаметров: например, 10, 7, 5 и 2 миллиметра. Диафрагму закрепите гвоздём так, чтобы её можно было вращать и чтобы её отверстия при этом совпадали с отверстием предметного столика. С помощью диафрагмы изменяют освещение препарата, регулируют толщину пучка света.

Размеры предметного столика могут быть, например, 50х40 миллиметров, размер диафрагмы – 30 миллиметров. Но эти размеры можно или увеличить или уменьшить.

Ниже предметного столика к той же колодочке прикрепите зеркальце размером 50х40 или 40х40 миллиметров. Зеркальце приклеивают к дощечке, по бокам в неё забивают два гвоздика без шляпок (патефонные иголки). Этими гвоздиками дощечка вставляется в отверстие жестяной скобочки, привинченной шурупом к колодочке. Благодаря такому креплению зеркальце можно поворачивать – устанавливать с разным наклоном, на отверстие предметного столика.

Третьей соединительной колодочкой корпус микроскопа прикрепите к подставке. Её можно вырезать из толстой доски любых размеров. Важно, чтобы микроскоп держался на ней устойчиво, не шатался. Снизу на колодочке вырежьте прямой шип, а в подставке выдолбите гнездо для него. Шип смажьте клеем и вставьте в гнездо.

Регулируют микроскоп, поворачивая зеркальце, передвигая винтом тубус и трубки с линзами в тубусе, увеличивая изображение в 100 раз и более.

В связи с сумасшедшими темпами развития радиотехники и электроники в сторону миниатюризации, всё чаще при ремонте аппаратуры приходится иметь дело с SMD радиокомпонентами, которые без увеличения, порой, даже рассмотреть невозможно, не говоря уж об аккуратном монтаже и демонтаже.

Итак, жизнь заставила поискать в интернете прибор, типа микроскопа, который можно было бы изготовить своими руками. Выбор пал на USB-микроскопы, самоделок которых предлагается очень много, но все они не могут быть использованы для пайки, т.к. имеют очень маленькое фокусное расстояние.

Я решил поэкспериментировать с оптикой и сделать USB-микроскоп, который бы удовлетворял моим требованиям.

Вот его фото:

Конструкция получилась довольно-таки сложной, поэтому подробно описывать каждый шаг изготовления не имеет смысла, т.к. это очень загромоздит статью. Опишу основные узлы и пошаговое их изготовление.

Итак, «не растекаясь мыслью по древу», начнём:
1. Я взял самую дешёвую веб-камеру A4Tech, честно скажу, мне её просто подарили из-за фигового качества изображения, на что мне было глубоко наплевать, лишь бы была исправной. Конечно, если бы я взял более качественную и, естественно, дорогую веб-камеру микроскоп получился бы с лучшим качеством изображения, но я, как Самоделкин, действую по правилу – «За неимением горничной, «любят» дворника», да и, к тому же, качество изображения моего USB-микроскопа для пайки меня устроило.

Новую оптику я взял из какого-то детского оптического прицела.

Чтобы крепить оптику в бронзовой втулке, я просверлил в ней (втулке) два отверстия ø 1,5 мм и нарезал резьбу М2.

В полученные отверстия с резьбой ввернул болтики М2, на концы которых приклеил бусинки для удобства откручивания и закручивания, чтобы менять положение оптики относительно пиксельной матрицы с целью увеличения или уменьшения фокусного расстояния моего USB-микроскопа.

Далее, я задумался о подсветке.
Конечно, можно было сделать светодиодную подсветку, например, из газовой зажигалки с фонариком, которая стоит копейки, или ещё из чего-нибудь с автономным питанием, но я решил не загромождать конструкцию и использовать питание веб-камеры, которое подаётся по USB кабелю от компьютера.

Для питания будущей подсветки, с USB кабеля, которым соединяется веб-камера с компьютером, я вывел два провода с мини-разъёмом (папа) – «+5v, от красного провода USB кабеля» и «-5v, от чёрного провода».

Чтобы минимизировать конструкцию подсветки, я решил использовать LED-светодиоды, которые выпаял из ленты LED-подсветки от разбитой матрицы ноутбука, благо, такая лента у меня давно лежала в «загашнике».

Изготовив при помощи ножниц, подходящего сверла и напильника кольцо нужного размера из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита и, вырезав с одной стороны кольцА дорожки для пайки LED-светодиодов и гасящих SMD-резисторов номиналом 150 ом, (в разрыв плюсового провода питания каждого светодиода поставил резистор 150 ом) спаял нашу подсветку. Для подключения питания с внутренней стороны кольца припаял мини-разъём (мама).

Чтобы соединить подсветку с объективом я применил (неиспользуемую для крепления стёкол объектива) круглую гайку с резьбой, которую припаял к внутренней стороне кольца подсветки (вот для чего я взял именно двухсторонний стеклотекстолит).

Итак, электронно-оптическая часть USB-микроскопа готова.

Теперь необходимо подумать о подвижном механизме для точной настройки резкости, подвижном штативе, основании и рабочем столике.
В общем, осталось придумать и создать механическую часть нашей самоделки.

Поехали…

2. В качестве подвижного механизма для точной настройки резкости я решил взять устаревший механизм для чтения дискет (в народе его называли «флопповод»).
Для тех, кто не застал сие «чудо техники», выглядит он вот так:

Короче, после полной разборки этого механизма, я взял ту часть, которая отвечала за движение считывающей головки, и, после механической доработки (обрезки, спиливания и обработки напильником) получилось вот что:

Для перемещения головки в флопповоде использовался микродвигатель, который я разобрал и взял из него только вал, закрепив его обратно на подвижный механизм. Для удобства вращения вала, на его конец, который был внутри корпуса двигателя, я надел ролик от скроллера старой компьютерной мышки.

Всё получилось, как я хотел, движение механизма было плавным и точным (без люфтов). Ход механизма составил 17 мм, что идеально для точной настройки резкости микроскопа при любом фокусном расстоянии оптики.

При помощи двух болтов М2 я закрепил электронно-оптическую часть USB-микроскопа на подвижный механизм для точной настройки резкости.

Создание подвижного штатива у меня не вызвало особых трудностей.

3. С времён СССР у меня в сарае валялся увеличитель УПА-63М, детали которого я и решил использовать. Для стойки штатива я взял вот такую готовую штангу с креплением, которая была в комплекте увеличителя. Данная штанга изготовлена из алюминиевой трубки с наружным ø 12 мм и внутренним ø 9,8 мм. Для её крепления к основанию я взял болт М10, ввернул его на глубину 20 мм (с усилием) в штангу, а остальную часть резьбы оставил, отрезав шляпку болта.

Крепление пришлось немного доработать, чтобы соединить его с подготовленными во 2 пункте деталями микроскопа. Для этого конец крепления (на фото) я изогнул под прямым углом и в отогнутой части просверлил отверстие ø 5,0 мм.

Далее всё просто – болтом М5 длиной 45 мм через гайки соединяем предварительно собранную часть с креплением и надеваем на стойку, закрепив стопорным винтом.

Теперь основание и столик.

4. С давних времён лежал у меня кусок полупрозрачной пластмассы светло-коричневого цвета. Поначалу я думал, что это оргстекло, но при обработке понял, что нет. Ну, да ладно – решил я его применить для основания и столика моего USB-микроскопа.

Исходя из габаритов ранее получившейся конструкции, и желании сделать большой столик для надёжного крепления плат при пайке, я вырезал из имеющейся пластмассы прямоугольник размером 250х160 мм, просверлил в нём отверстие ø 8,5 мм и нарезал резьбу М10 для крепления штанги, а так же отверстия для крепления основания столика.

К нижней части основания приклеил ножки, которые вырезал из подошвы от старых ботинок самодельным сверлом.

5. Столик выточил на токарном станке (на моём бывшем предприятии, у меня, конечно же, нет токарного станка, хотя есть 5-й разряд токаря) размером 160 мм.

В качестве основания для столика взял подставку для выравнивания мебели относительно пола, она отлично подошла по габаритам и выглядит презентабельно, к тому же, мне её подарил знакомый, у которого этой фурнитуры, «как у дурака махорки».

В статье расскажем как сделать как сделать микроскоп своими руками с увеличением х200, пошаговая инструкция и результатами экспериментов: луковая кожица, кровь, лист.

Здравствуйте! все, вы когда-нибудь мечтали исследовать микроскопический мир? Могу поспорить, что большинство из вас скажет ДА! Но инструменты, которые требуются, очень дорогие. Но есть решение, которое дает достойные результаты, которое будет стоить всего несколько долларов. Микроскопы используют линзы высокой мощности, чтобы сделать изображение с большим увеличением. Просто если у нас есть мощный объектив мы сможем это сделать. В обычных микроскопах изображение сфокусировано прямо на наших глазах. Это требует очень сложной конструкции линзы. Используя смартфон и мощный объектив, мы можем сделать это очень простым способом. Просто нужно держать объектив перед камерой смартфона, прикасаясь друг к другу. Затем через камеру вы можете увидеть сильно увеличенное изображение. Но для того, чтобы постоянно наблюдать за образцом, мы должны создать установку. Итак, давайте приступим!

Подготовка объектива

В этом проекте мы используем линзы высокой мощности, эти линзы очень дороги на рынке. Но мы можем найти их в головке устройства чтения DVD / CD. На самом деле они обладают высокой способностью увеличения для считывания записанных данных в микромасштабе.

Как показано на изображениях, безопасно снимите линзу с ридера. Даже небольшая царапина испортит его.

Материалы и инструменты

В этом проекте мы собираемся использовать объектив высокой мощности, который можно найти в DVD/CD-ридере с камерой смартфона, чтобы получить сильно увеличенное изображение. В списке материалов я упомянул медную доску, она понадобится для подставки под смартфон. Можно использовать любой материал.

Материалы:

1. 1/2 дюйма ПВХ трубы (около 20 см)

2. Стеклянный лист — около 25 см х 16 см

3. 2 мм диаметром 1 ‘1/2 дюйма длиной гайки и болта

4. Медная доска или Акрил

5. Объектив от DVD/CD-ридера

6. Акриловый клей

Инструменты:

1. Ножовочная пила

2. Сверло 2 мм

3. Горячий клеевой пистолет

Платформа для телефона

Чтобы получить четкое представление об образце, нам нужно, чтобы вся установка была устойчивой. Для этого мы используем медный лист, чтобы он соответствовал смартфону. Размеры листа будут всего на 2 мм больше, чем у смартфона по длине и ширине

Теперь у нас есть платформа, которая подходит для нашего смартфона. Следующий шаг — сделать отверстия для объектива и четыре винта. Перед этим я должен кое-что рассказать о дизайне. Для держателя телефона требуется механизм, позволяющий идеально сфокусировать установку на наблюдаемом образце. Для этого я буду использовать четыре винта, которые позволят изменить расстояние между линзой и образцом. Эти винты будут размещены в четырех углах платы держателя. При сверлении отверстия для камеры уделите время и отметьте точку, где находится камера.

После сверления отверстий самое время поместить четыре гайки болтов в углы. С помощью сильного клея поместите их идеально выровненными. Следите за тем, чтобы клей не пролился на резьбу винтов.

После установки четырех гаек самое время разместить линзу. Перед установкой линзы очистите неровные края просверленного отверстия. Затем поместите линзу на просверленное отверстие. 2 мм отверстие идеально облегают линзу и она не падает. Затем приклейте линзу небольшим количеством клея. Это очень сложная часть. Будьте осторожны, любое крошечное смещение может привести к ложному результату. Подставка для телефона готова!

Создание подиума для микроскопа

До этого момента мы завершили держатель. Итак, теперь нам нужна подиум для образца. Я выбрал стеклянную пластину для этой цели. Это позволяет помещать образец непосредственно на подиум. В то время как смартфон может свободно перемещаться и наблюдать любую часть образца. Это может немного запутать вас, но это будет ясно на изображениях.

Для того, чтобы видеть через этот микроскоп, нам нужно освещение. Чтобы освободить место для освещения, я поднял сцену с помощью четырех труб из ПВХ, нарезанных на одинаковую длину около 5 см. Затем мы устанавливаем метод освещения под стеклянной сценой. В моем случае Я использую фонарик телефона. Это легко и идеально подходит для этого проекта. Я испробовал много источников света, но смартфон-фонарик дал лучшие результаты.

Проверяем наш самодельный микроскоп

Теперь у нас есть готовый микроскоп. Посмотрим, как с этим работать. Прежде всего мы должны сбалансировать платформу телефона. Для этого, повернув четыре винта, вы можете изменить высоту держателя телефона. Держите высоту примерно на 2-3 мм. Хорошо, теперь вы должны поместить камеру вашего телефона идеально выровненной с объективом на платформе телефона. Это можно сделать, включив приложение камеры и выровняв его до получения идеального изображения.

После этого нам нужен образец для наблюдения. Как вы можете видеть на изображении, я поместил 2 луковичные ткани. Поскольку у нас достаточно места, можно разместить более одного образца. Затем включите вспышку. Теперь вы можете сдвинуть платформу телефона на стекло, пока изображение с камеры не покажет сфокусированное изображение ткани. Фокусировка может быть выполнена с помощью двух винтов, которые наиболее близко расположены к камере.

Результаты экспериментов под самодельным микроскопом

Вы не поверите результатам этого микроскопа. Трудно поверить, что возможно получить такие результаты с помощью этого простого микроскопа DIY. Примерно увеличение составляет около 200x. Ниже будут результаты под данным самодельным микроскопом.