webdonsk.ruФлуоресцентный микроскоп своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 08.09.2024
В этом артикле я расскажу, как можно с минимумом затрат (менее $70) сделать цифровой микроскоп для паяльных работ, который будет обеспечивать комфорт и качество работы, недоступные для промышленного решения, даже с ценником на порядок больше.
Начну со списка необходимых компонентов.
ЖК монитор с удобной для вас диагональю – можно и 15 дюймов поставить, а можно и побольше. Для этой цели я купил 17 дюймовый ЖК монитор ($11)– на местной барахолке это было наиболее доступный вариант в шаговой близости от меня.
Модуль камеры с VGA/DVI/HDMI выходом – зависит от типа входа вашего монитора. Я брал самый бюджетный вариант на таобао, два мегапикселя, VGA выход, $30.
Советский объектив с фокусным расстоянием 40-60мм. Подходят практически любые, главное, чтоб стекло не было совсем убитым, и диафрагма работала.
Переходник с CS Mount на M42 (или М39, зависит от модели, купленного объектива)
Макрокольца на М42 или М39, опять, это зависит от модели выбранного объектива.
Что-то массивное, для использования в качестве подставки. Я использовал шасси от старого лабораторного твердомера, которое купил в пункте сдачи металлолома по цене этого самого металлолома по весу.
А теперь, небольшая дополнительная информация по некоторым компонентам.
Модуль камеры: Не стоит гнаться за многомегапиксельным разрешением – у вас монитор с конечным разрешением в 1-2мегапикселя, и если купите модуль на 5мп, то улучшения картинки не получите, зато получите увеличение шумов, так как диагональ матрицы будет та же, но вот размер пикселей будет поменьше, и соответственно, шумов будет больше.
Еще важный момент – какая посадочная резьба у модуля камеры. Большинство имеют стандартную, C/CS Mount резьбу, но могут быть и варианты. В моем конкретном случае, у камеры была посадочная резьба в 27мм, но после моего уточнения, продавец (бесплатно), дополнил посылку переходной шайбой на C mount.
Если же вам нужно большее увеличение, чем дают стандартные 50мм объективы, то стоит посмотреть в сторону 85мм и 135мм объективов – они обеспечат комфортную работу с типоразмерами деталей 0402 и 0201 соответственно. К сожалению, фокусное расстояние в 85мм в советских объективах представлено только светосильными и дорогими Гелиос 40-2, Юпитер-9, МС Волна-9, но можно взять объектив от фотувеличителя — И90У, у него фокусное расстояние 75мм, но нет фокусировочного кольца. Если же вам нужно ещё большее увеличение, то стоит переходить на 135мм – советской (и не советской) оптики с этим фокусным расстоянием довольно много на вторичном рынке, и цены вполне доступные. В принципе, и с обычными, 50-60мм объективами можно добится нужного для пайки 0402 и 0201 увеличения, но для этого придётся ставить не одно, а два-три макрокольца, и сильно упадёт расстояние от камеры до детали – с 60см до 20-15см, что делает работу менее комфортной.
Про переходник ничего особенного сказать не могу. Главное, чтоб он, с одной стороны, подходил под вашу камеру, и с другой стороны – под ваш объектив. Процесс собирания микроскопа я бы начал с покупки объектива, а всё остальное – уже подбирать под стать ему. Я использовал самодельный переходник – купил на барахолке вместе с объективом. Разумеется, лучше купить заводской, если вам важен внешний вид.
Вес и прочность подставки – решающие звена в вопросе по качеству картинки. Хлипкая подставка — картинка будет плыть и дрожать, комфорта в работе не будет. так что, если у вас ничего подходящего купить не получается, вполне возможно воспользоваться несколькими кирпичами или шлакоблоками.
Аналогичные требования и к металлической трубе – она должна быть, с одной стороны, достаточно твёрдой, чтоб не прогибаться под весом камеры, и с другой стороны, она должна быть достаточно лёгкой, чтоб не опрокинуть подставку своим весом. При необходимости, можно снабдить трубу противовесом. Мне это не понадобилось, так как моя подставка весит в районе 20 кг.
На этом в принципе всё. Есть небольшая специфика по освещению. У меня рабочее место освещается сверху, стандартной LED панелью 60х60см, мощностью 40вт, но на светодиодах с Ra>97 и цветовой температурой 5500K. Такое освещение практически не даёт теней, и так как свет падает на плату практически прямо, то и отраженный свет тоже идёт прямо, и любые огрехи в пайке видны сразу. Но у такого подхода есть и минус — например, маркировка деталей, сделанная лазером, видна плохо, так как требует боковой подсветки для контраста. Но при боковой подсветке, могут появляться тени, что осложняет контроль за качеством пайки. В общем, решать вам, но в 99% случаев, верхний, рассеянный свет подходит для всех вариантов использования. Как всё это смотрится в реальной жизни, можете оценить на видео (с 0:49). Я специально снял его так, чтоб был бы вид как бы из головы — как вы будете видеть рабочее место и картинку на мониторе.
Вот уже два года, как я наблюдаю за микромиром у себя дома, и год, как снимаю его на фотокамеру. За это время собственными глазами увидел, как выглядят клетки крови, чешуйки, опадающие с крыльев бабочек, как бьётся сердце улитки. Конечно, многое можно было бы узнать из учебников, видеолекций и тематических сайтов. Но при этом не было бы ощущения присутствия, близости к тому, что не видно невооружённым глазом. Что это не просто слова из книжки, а личный опыт. Опыт, который сегодня доступен каждому.
Что купить
Театр начинается с вешалки, а микросъёмка с покупки оборудования, и прежде всего — микроскопа. Одна из основных его характеристик — набор доступных увеличений, которые определяются произведением увеличений окуляра и объектива.
Детёныш улитки. Увеличение 40x
Не всякий биологический образец хорош для просмотра при большом увеличении. Связано это с тем, что чем больше увеличение оптической системы, тем меньше глубина резкости. Следовательно, изображение неровных поверхностей препарата частично будет размыто. Поэтому важно иметь набор объективов и окуляров, позволяющий вести наблюдения с увеличением от 10–20 до 900–1000x. Иногда бывает оправданно добиться увеличения 1500x (окуляр 15 и объектив 100x). Большее увеличение бессмысленно, так как более мелкие детали не позволяет видеть волновая природа света.
Лист клевера. Увеличение 100x. Некоторые клетки содержат тёмно-красный пигмент
Лист земляники. Увеличение 40x
Наблюдение при больших увеличениях требует хорошего освещения в силу небольшой апертуры объективов. Световой пучок от осветителя, преобразованный в оптическом устройстве — конденсоре, освещает препарат. В зависимости от характера освещения существует несколько способов наблюдения, самые распространённые из которых — методы светлого и тёмного поля. В первом, самом простом, знакомом многим ещё со школы, препарат освещают равномерно снизу. При этом через оптически прозрачные детали препарата свет распространяется в объектив, а в непрозрачных он поглощается и рассеивается. На белом фоне получается тёмное изображение, отсюда и название метода. С тёмнопольным конденсором всё иначе. Световой пучок, выходящий из него, имеет форму конуса, лучи в объектив не попадают, а рассеиваются на непрозрачном препарате, в том числе и в направлении объектива. В итоге на тёмном фоне виден светлый объект. Такой метод наблюдения хорош для исследования прозрачных малоконтрастных объектов. Поэтому, если вы планируете расширить набор методов наблюдения, стоит выбирать модели микроскопов, в которых предусмотрена установка дополнительного оборудования: конденсора тёмного поля, тёмнопольной диафрагмы, устройств фазового контраста, поляризаторов и т. п.
Иногда следует обратить внимание на устройство предметного столика и рукояток для управления им. Стоит выбрать и тип осветителя, которым может быть как обычная лампа накаливания, так и светодиод, который ярче и греется меньше. Микроскопы тоже имеют индивидуальные особенности. Каждая дополнительная опция — это добавка в цене, поэтому выбор модели и комплектации остаётся за потребителем.
Сегодня нередко покупают недорогие микроскопы для детей, монокуляры с небольшим набором объективов и скромными параметрами. Они могут послужить хорошей отправной точкой не только для исследования микромира, но и для ознакомления с основными принципами работы микроскопа. После этого ребёнку уже стоит купить более серьёзное устройство.
Как смотреть
Можно купить далеко не дешёвые наборы готовых препаратов, но тогда не таким ярким будет ощущение личного участия в исследовании, да и наскучат они рано или поздно. Поэтому следует позаботиться и об объектах для наблюдения, и о доступных средствах для подготовки препаратов.
Наблюдение в проходящем свете предполагает, что исследуемый объект достаточно тонок. Даже кожура ягоды или фрукта слишком толста, поэтому в микроскопии исследуют срезы. В домашних условиях их делают обычными бритвенными лезвиями. Чтобы не смять кожуру, её помещают между кусочками пробки или заливают парафином. При определённой сноровке можно достигнуть толщины среза в несколько клеточных слоёв, а в идеале следует работать с моноклеточным слоем ткани — несколько слоёв клеток создают нечёткое сумбурное изображение.
Крыло жучка бибиониды. Увеличение 400x
При выезде на природу следует запастись баночками для набора воды из ближайшего водоёма и маленькими пакетиками для листьев, высохших остатков насекомых и т. п.
Что смотреть
Микроскоп приобретён, инструменты закуплены — пора начинать. И начать следует с самого доступного — например, кожуры репчатого лука. Тонкая сама по себе, подкрашенная йодом, она обнаруживает в своём строении чётко различимые клеточные ядра. Этот опыт, хорошо знакомый со школы, и стоит провести первым. Луковую кожуру нужно залить йодом на 10–15 минут, после чего промыть под струёй воды.
Кожица лука. Увеличение 1000x. Окраска йодом. На фотографии видно клеточное ядро
Кожица лука. Увеличение 1000x. Окраска азур-эозином. На фотографии в ядре заметно ядрышко
Кроме того, йод можно использовать для окраски картофеля. Срез необходимо сделать как можно более тонким. Буквально 5–10 минут его пребывания в йоде проявят пласты крахмала, который окрасится в синий цвет.
Картофель. Синие пятна — зёрна крахмала. Увеличение 100x. Окраска йодом
Плёнка на спине таракана. Увеличение 400x
Чешуйки с крыльев моли. Увеличение 400x
Кроме того, с помощью микроскопа можно изучить строение конечностей насекомых и пауков, рассмотреть, например, хитиновые плёнки на спине таракана. И при должном увеличении убедиться, что такие плёнки состоят из плотно прилегающих (возможно, сросшихся) чешуек.
Крыло бабочки боярышницы. Увеличение 100x
Не менее интересный объект для наблюдения — кожура ягод и фруктов. Однако либо её клеточное строение может быть неразличимым, либо её толщина не позволит добиться чёткого изображения. Так или иначе, придётся сделать немало попыток, прежде чем получится хороший препарат: перебрать разные сорта винограда, чтобы найти тот, у которого красящие вещества кожуры имели бы интересную форму, или сделать несколько срезов кожицы сливы, добиваясь моноклеточного слоя. В любом случае вознаграждение за проделанную работу будет достойным.
Кожура сливы. Увеличение 1000x
Ещё более доступны для исследования трава, водоросли, листья. Но, несмотря на повсеместную распространённость, выбрать и приготовить из них хороший препарат бывает непросто. Самое интересное в зелени — это, пожалуй, хлоропласты. Поэтому срез должен быть исключительно тонким.
Хлоропласты в клетках травы. Увеличение 1000x
Приемлемой толщиной нередко обладают зелёные водоросли, встречающиеся в любых открытых водоёмах. Там же можно найти плавучие водоросли и микроскопических водных обитателей — мальков улитки, дафний, амёб, циклопов и туфелек. Маленький детёныш улитки, оптически прозрачный, позволяет разглядеть у себя биение сердца.
Хлоропласты в клетках водоросли. Увеличение 1000x
Сам себе исследователь
После изучения простых и доступных препаратов захочется усложнить технику наблюдения и расширить класс исследуемых объектов. Для этого понадобится и специальная литература, и специализированные средства, свои для каждого типа объектов, но всё-таки обладающие некоторой универсальностью. Например, метод окраски по Граму, когда разные виды бактерий начинают различаться по цвету, можно применить и для других, не бактериальных, клеток. Близок к нему и метод окраски мазков крови по Романовскому. В продаже имеется как уже готовый жидкий краситель, так и порошок, состоящий из его компонентов — азура и эозина. Их можно купить в специализированных магазинах либо заказать в интернете. Если раздобыть краситель не удастся, можно попросить у лаборанта, делающего вам анализ крови в поликлинике, стёклышко с окрашенным её мазком.
Мазок крови. Окраска азур-эозином по Романовскому. Увеличение 1000x. На фотографии: эозинофил на фоне эритроцитов
Продолжая тему исследования крови, следует упомянуть камеру Горяева — устройство для подсчёта количества клеток крови и оценки их размеров. Методы исследования крови и других жидкостей с помощью камеры Горяева описаны в специальной литературе.
Мазок крови. Окраска азур-эозином по Романовскому. Увеличение 1000x. На фотографии: слева — моноцит, справа — лимфоцит
В современном мире, где разнообразные технические средства и устройства находятся в шаговой доступности, каждый сам решает, на что ему потратить деньги. Это может быть дорогостоящий ноутбук или телевизор с запредельным размером диагонали. Находятся и те, кто отводит свой взор от экранов и направляет его далеко в космос, приобретая телескоп. Микроскопия может стать интересным хобби, а для кого-то даже и искусством, средством самовыражения. Глядя в окуляр микроскопа, проникают глубоко внутрь той природы, часть которой мы сами.
Словарик к статье
В своей работе довольно часто использую оптический микроскоп. Микроскоп конечно не новый, но имеет отличное качество картинки, разрешение и увеличение до 7 крат. Современные микроскопы наверняка уже превосходят мой по параметрам, но замену пока не планирую. Для подсветки использую настольную лампу на подставке с гибкими коленами. В принципе удобно, но когда подсвечиваешь плату которая находится под микроскопом, тут то и начинается проблема. Света на самом деле оказывается недостаточно. Да и под микроскоп лампу не совсем получается подставить.
В итоге я решил для своего микроскопа изготовить своими руками отдельную подсветку. Можно было приобрести готовый вариант подсветки для микроскопа, но такой вариант для меня не подходит. Творческий потенциал останется не использованным.
Она выполнена на печатной плате в виде кольца. По всей его площади размещены SMD светодиоды SPMWHT541MP7WAVMS0. Данный светодиод имеет следующие параметры (выдержка из даташита):
Плата в виде кольца, имеет два диаметра - внутренний и внешний. Для моего микроскопа внутренний диаметр платы составит 52 мм. Внешний диаметр получился 68 мм. Подбирал исходя из размера светодиодов. Чтобы они попросту влезли.
Сопротивление резисторов 40 Ом. Он подключается к каждому светодиоду. В моем варианте я использую 24 светодиода. В вашей случае может быть больше или меньше, все уже зависит от пространства. Я у себя хотел максимально заполнить все свободное место. Поэтому у меня они так плотно друг у другу расположены.
Ниже как всегда оставлю исходные файлы проекта, чтобы вам было легко его повторить.
Не пропустите обновления! Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте и страницу в Instagram.
Так же у нас есть Telegram канал.
Вам понравился наш материал? Поделитесь с коллегами!
Дети всегда мечтают, как минимум, о двух недоступных вещах: взглянуть в далекие миры и увидеть близкую и также невидимую жизнь. В первом случае речь идет о наблюдении за звездным миром через телескоп, а в другом – за жизнью через микроскоп.
Как поживает инфузория туфелька?
Ниже мы детально расскажем дотошным ребятишкам о том, как сделать микроскоп своими руками в домашних условиях. Он, возможно, позволит им рассмотреть не только инфузорию туфельку. Это одноклеточный живой организм, который впервые они увидели в школе через настоящий микроскоп.
Микроскоп своими руками из линз — очень сложное технически оптическое устройство, на фото не все видно снаружи, основное кроется в корпусе.
В домашних условиях достичь качества изображения возможно, если линзы будут изготовлены профессионально.
Тогда увеличение вещи в несколько раз вполне достижимо. Мы представим схему конструкции, вполне неплохой самоделки, разработанной Л. Померанцевым.
Что необходимо для работы?
Купить в магазине оптики пару линз на десять диоптрий с плюсом. Приобретайте их небольшого диаметра, около двух сантиметров.
Забегая наперед, скажем, что одна линза будет установлена в окуляре, то есть там, где будет с ней соприкасаться глаз, другая — для объектива.
Диоптрии (Д) — это сила оптики, обратная фокусу (расстоянию). Одна единица равна метровому фокусу, две – полуметру. Поэтому десять Д – это всего 10 см. От них и будем конструировать.
Пошаговая методика сбора микроскопа
Подберите готовый или соберите сами цилиндр указанной длины и под окружности подобранных линз. Разделите его на 2 одинаковые части. В них укрепите диоптрийные стекла.
Внутренности закрасьте чёрной гуашью. Линзы в полутубусах приклейте картонными вставками-кольцами. Затем изготовьте ещё одну трубку – будущий тубус – с диаметром, чтобы две половинки с оптикой вошли в него плотно одна над другой. Внутри также окрасьте чёрным.
Теперь работа с деревом
Начертите циркулем на пятимиллиметровой фанере пару окружностей – одна диаметром 20 см, внутри нее другая – 12. Наружный и внутренний диаметры аккуратно выпилите лобзиком. Разрежьте на два полукруга.
Чтобы понять, что будете делать дальше, рассмотрите монтажную схему на сайте. Так как сделать штатив для микроскопа и все вместе непросто.
Как ни странно, но на этом креплении работа застопорится на какое-то время. Ведь стопор необходим не только для прочного удержания тубуса, но и для его передвижения. Поэтому намертво закреплять не нужно. На заводе легко выходят из такого технического положения.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!
Как же лучше сделать стопор дома?
На винт с двух стороны приклейте рычаги для вращения, подойдут половинки от деревянной катушки для ниток. Оно будет и прочным, и удобным для управления тубусом. Резинка будет медленно двигать его в обе стороны.
Можно обойтись без этой сложной работы. Тубус закрепляется плотно, а наводить фокус будете передвижением линз.
Под столиком поместите прочно диафрагму – круг с дырочками от 2 до 10 мм, Она должна вращаться, а отверстия совмещаться с отверстием столика. Она будет настраивать световой пучок. Под ней находится зеркальце 5х4 см, предусмотрите при его креплении способ изменять наклон. Так получится подсветка микроскопа своими руками.
Всё собранное укрепите на основной подставке. Она также из доски толщиной не менее 20-25 миллиметров любого дерева, желательно твердых пород, чтобы от влажности комнаты не растрескивалась.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!
Микроскоп настраиваете вращением зеркала, винтом тубуса и линзами в нем. Увеличение гарантировано в сотню раз, а то и значительнее. Сделайте фото микроскопа, изготовленного своими.
Следующим вашим шагом будет электронный микроскоп своими руками. Ведь все больше подобных исследований ведется по цифровым технологиям. И его собрать не сложнее обычного. Но это тема другой статьи.
Фото микроскопа своими руками
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!
Добрый день,
Интересует создание подсветки для микроскопа МБС-9?
Вам под кат
Мотивация
Моя первая подсветка вызвала ряд комментариев относительно её CRI. Меня она устраивала всем, кроме силы света, её было недостаточно для максимальных кратностей и ещё очень раздражал тот факт, что она имеет диаметр немного больший, чем объектив, что иногда вызывало некоторые неудобства (цеплял паяльником).
Ко мне в руки попала IP20 CCT лента:
Процесс
Снял 30 светодиодов на своем столике, при температуре 220 градусов.
Отмыл их изопропилом и парочку забросил в сканер, чтобы сделать шаблон в Sprint Layout:
Измерил внутренний и наружный диаметры кольца, получилось 42 и 55мм. Колечко не будет выступать за пределы объектива.
Начертил четверть кольца и размножил путем отзеркаливания:
Отправил герберы на JLCPCB, они сделали платы на 0.8мм текстолите:
Светодиоды распаяны, колечко на своем месте:
Детали
Каждый кристалл в ленте был настроен резисторами на ток 20мА.
Итого на каждый корпус — 40мА.
На моё кольцо — 1.12А
Вот полная мощность:
Вот параметры полной мощности:
На полную мощность колечко светит, практически как 5Вт лампочка.
Нагревается умеренно, металл объектива работает как отличный радиатор.
В реальности 100% мощности нужны только при максимальных кратностях, которые при пайке используются редко.
Вот пример изображения с подсветкой в 25% от номинальной мощности:
На картинке — посадочное место для LT8364, справа — элемент 0603.
Выводы
Читайте также: