Как сделать микроскоп в домашних условиях. Конструкция микроскопа из линз. Микроскоп из смартфона своими руками Сделай сам электронный микроскоп из обычного детского

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.

Давно известно, что простенькие безделушки, собственноручно сделанные родителем для своего ребятенка, ценятся им куда выше, нежели хитроумные покупные подарки. При этом авторитет старшего в глазах малолетки заметно возрастает. Одну из подобных рукотворных «мелочей» и предлагаем здесь вниманию читателя. Речь пойдет о несложном оптическом приборе из «породы» микроскопов. Способность увеличивать последнего намного превышает возможности самой сильной лупы, микроскоп позволит ребенку увидеть массу интересного, рассматривая, например, насекомых и растения, а взрослому поможет при необходимости оценить качество заточки режущего инструмента.

Самодельный микроскоп из оптики от старого фотоаппарата

В самодельном микроскопе использованы два готовых оптических узла - штатные объективы: от малоформатного фотоаппарата (типа «ФЭДа», «Зенита») и до съемочной восьмимиллиметровой кинокамеры. Добыть кинооптику вполне реально, поскольку тысячи любительских киноаппаратов осели мертвым грузом после массового распространения электронной видеотехники.

Итак, как же из фотоаппарата сделать микроскоп?

Для нашего микроскопа был взят объектив «Зоннар» (от немецкой камеры) с фокусным расстоянием 10 мм, на который возложили роль окуляра микроскопа. В качестве объектива самоделки подошел объектив «Индустар-50» от старого «ФЭДа». Еще понадобилось удлинительное кольцо №4 с присоединительной резьбой М39х1 (самое длинное), применяемое при макросъемке. Если использован объектив от «Зенита», потребуется кольцо №3 с резьбой М42х1. Фото- и кинообъективы объединяют в единое оптическое целое с помощью жесткого светонепроницаемого тубуса. Удлинительное кольцо послужит связующим звеном между объективом , тубусом и подставкой. Для сопряжения миниатюрного кинообъектива с задним концом тубуса подойдет верхняя коническая часть (вместе с горлышком) подходящей пластмассовой бутылочки от напитков или парфюмерных снадобий.

Наш оптический прибор в собранном виде показан на рисунке. Подставка изготовлена из тонкой доски либо многослойной фанеры толщиной 6...10 мм. Для кронштейна подойдет алюминиевая полоска шириной до 50 мм и толщиной 1...1,5 мм. Можно сделать кронштейн из пары пластинок из текстолита, связав их между собой и с подставкой уголками из алюминия. Желательно придать кронштейну форму, обеспечивающую оптическому узлу удобный для «работы» наклон. Тубус, склеенный из картона, на корпусе удлинительного кольца фиксируют на клею. Длина тубуса зависит от размеров и формы горловины от пластмассовой бутылочки (при этом отрезать горловину следует так, чтобы ее цилиндрическая часть оказалась длиной не менее 20 мм, что обеспечит при стыковке соосность оптических узлов). В горлышке горловины укрепим киносъемочный объектив, например, от простейшей съемочной камеры «Спорт» (любой модификации).

Фокусирование оптической системы на объекте наблюдения осуществляется с помощью дистанционного кольца фотообъектива. Тубус лучше изготовить составным (из отдельных секций, входящих с легким трением одна в другую), что расширит пределы фокусировки. Внутренние поверхности тубуса и горловины желательно покрыть черной матовой краской. Если оснастить прибор столиком для поддержки предметного стекла и зеркальцем, появится возможность рассматривать объекты в проходящем свете.

Предлагаем создать в домашних условиях электронный ЮСБ-микроскоп среднего разрешения для подключения к компьютеру по USB кабелю. Возможно, у вас уже есть необходимые детали для выполнения этого проекта, иначе вам придется их купить.

Необходимые детали для сборки своими руками самодельного микроскопа:

• Один белый светодиод.
• Провод сечением 0,05 мм2.
• Термоусадочная трубка или изоляционная лента.
• Клеевой пистолет (или любой другой подходящий клей).

Шаг 1: Модифицируем устройство

Карманный микроскоп имеет встроенную лампу накаливания для подсветки, которая питается от двух батарей AAA 1,5 В. Выньте лампу и батарейки из корпуса и установите один белый светодиод, протянув от него провода внутри корпуса наверх микроскопа.

Для изоляции контактов используйте термоусадочную трубку или изоленту.

Проверьте работу светодиода при помощи батарейки и пометьте, который провод является анодом, а который катодом.

На плате камеры есть маленький, но чертовски яркий оранжевый светодиод. Осторожно удалите его и подпаяйте на его место провода от белого светодиода. Светодиод находится под программным управлением, USB будет обеспечивать питание камеры и светодиода. Убедитесь, что провода не имеют натяжения.

Не жалейте термоклея для приклейки белого светодиода внутри корпуса. Расположите светодиод таким образом, чтобы он освещал то место, куда направлен объектив.

Шаг 2: Снимаем пластиковый корпус с камеры

Можете не снимать корпус, но лучше его все же удалить.

Под блестящим логотипом на корпусе имеется один-единственный фиксирующий винтик.

Шаг 3: Производим сборку

Соберите корпус.

Удалите маленькое резиновое кольцо из окуляра и вставьте камеру в окуляр.

Нанесите немного клея вокруг соединения линзы камеры и окуляра микроскопа.

Шаг 4: Делаем основание

Готовый USB-микроскоп достаточно легкий, поэтому его нужно закрепить в вертикальном положении. Приклейте парочку неодимовых магнитов снизу микроскопа. Затем изготовьте деревянное основание с приклеенной к нему металлической пластиной небольшого размера.

Идея заключается в том, что примагниченный к металлической пластине микроскоп, может свободно скользить по ней при передвижении его рукой и остается неподвижным, если к нему не притрагиваться.

Шаг 5: Делаем микрофотографии

Выше представлено несколько фотографий, сделанных при помощи этого микроскопа. Вы можете видеть, как микроскоп увеличивает различные предметы.

Посмотрите, как при увеличении выглядит часть ядра памяти от старого компьютера CDC-6600.

На левом фото изображена сама плата, а на правом – крупный план тороидов и проволочной сетки, составляющих ячейки памяти.

Так как камера имеет разрешение 2-мегапикселя, она имеет довольно хорошее качество изображения. Объектив камеры ZEISS имеет электромеханический корпус и посредством программного обеспечения приспосабливается к фокусному расстоянию, которое мы с вами создали для него.

Высокий уровень миниатюризации электроники привёл к необходимости применения специальных увеличительных средств и приспособлений, используемых при работе с очень мелкими элементами.

К их числу следует отнести такое распространённое изделие, как USB микроскоп для пайки радиоэлектронных деталей и ряд других подобных ему устройств.

Некоторые специалисты считают, что для изготовления бытового микроскопа своими руками оптимально подходит именно USB-устройство, с помощью которого удаётся обеспечить требуемое фокусное расстояние.

Однако для реализации этого проекта необходимо будет провести определённую подготовительную работу, значительно упрощающую сборку прибора.

За основу самодельного микроскопа для пайки миниатюрных деталей и микросхем можно взять самую примитивную и дешёвую сетевую камеру типа «A4Tech», единственное требование к которой – это чтобы она имела исправную пиксельную матрицу.

При желании получить высокое качество изображения рекомендуется применять изделия более высокого качества.

Для того чтобы собрать микроскоп из веб-камеры для пайки мелких электронных изделий следует также побеспокоиться о приобретении ряда других элементов, обеспечивающих требуемую эффективность работы с устройством.

Это в первую очередь касается элементов подсветки обзорного поля, а также ряда других составляющих, взятых из старых разобранных механизмов.

Самодельный микроскоп собирается на основе пиксельной матрицы, входящей в состав оптики старой USB-камеры. Вместо имеющегося в ней встроенного держателя следует использовать выточенную на токарном станке бронзовую втулку, подогнанную под размеры применяемой сторонней оптики.

В качестве нового оптического элемента микроскопа для пайки может применяться соответствующая деталь от любого игрушечного прицела.

Для получения хорошего обзора площадки распайки и пайки деталей, потребуется набор осветительных элементов, в качестве которых могут использоваться бывшие в употреблении светодиоды. Их удобнее всего выпаять из любой ненужной ленты LED-подсветки (из остатков разбитой матрицы старого ноутбука, например).

Доработка деталей

Электронный микроскоп можно начать собирать лишь после тщательной проверки и доработки всех подобранных ранее деталей. При этом должны учитываться следующие важные моменты:

• для крепления оптики в основании бронзовой втулки необходимо просверлить два отверстия диаметром приблизительно 1,5 миллиметра, а затем нарезать в них резьбу под винт М2;
• затем в готовые отверстия вворачиваются соответствующие установочному диаметру болтики, после чего на их торцы наклеивают небольшие бусинки (с их помощью управлять положением оптической линзы микроскопа будет намного легче);
• затем нужно будет организовать подсветку обзорного поля пайки, для чего берутся приготовленные ранее светодиоды от старой матрицы.

Регулировка положения линзы позволит при работе с микроскопом произвольно изменять (уменьшать или увеличивать) фокусное расстояние системы, улучшая условия пайки.

Для питания системы освещения от USB кабеля, которым веб-камера подключается к компьютеру, отводятся два провода. Один – красного цвета, идущий на контакт «+5 Вольт», а другой – чёрной расцветки (он подсоединяется к клемме «-5 Вольт»).

Перед сборкой микроскопа для пайки нужно будет изготовить основание подходящего размера. Оно пригодится для распайки светодиодов. Для этого подойдёт кусочек фольгированного стеклотекстолита, вырезанный по форме кольца с площадками для пайки LED-светодиодов.

Сборка устройства

В разрывах цепочек включения каждого из осветительных диодов размещаются гасящие резисторы номиналом порядка 150 Ом.

Для подсоединения питающего провода на кольце монтируется ответная часть, изготавливаемая в виде мини-разъёма.

Функцию подвижного механизма, обеспечивающего возможность настройки резкости изображения, может выполнять старое и ненужное устройство для чтения дискет.

Из имеющегося в дисководе двигателя следует взять один вал, а затем вновь установить его на подвижную часть.

Для того чтобы вращать такой вал было удобнее – на его конец, располагающийся ближе к внутренней части двигателя, надевается колёсико от старой «мышки».

После окончательной сборки конструкции должен получиться механизм, обеспечивающий требуемую плавность и точность перемещения оптической части микроскопа. Полный его ход составляет приблизительно 17 миллиметров, что вполне достаточно для наведения системы на резкость в различных условиях пайки.

На следующем этапе сборки микроскопа из пластика или дерева вырезают подходящее по габаритам основание (рабочий стол), на котором монтируют металлический стержень, подобранный по длине и диаметру. И лишь после этого на стойке фиксируется кронштейн с собранным ранее оптическим механизмом.

Альтернатива

Если нет желания возиться со сборкой микроскопа своими руками, то можно купить полностью готовое устройство для пайки.

Следует обратить внимание на расстояние между объективом и предметным столиком. Оптимально оно должно составлять почти 2 см, а изменить это расстояние поможет штатив с надежным держателем. Чтобы осмотреть всю плату целиком могут потребоваться уменьшающие линзы.

Продвинутые модели микроскопов для пайки оснащены интерфейсом, что значительно снимает нагрузку с глаз. Благодаря цифровой камере микроскоп можно подключать к компьютеру, фиксировать картину микросхемы после перед и после пайкой, подробно изучать дефекты.

Альтернативой цифровому микроскопу также являются специальные очки или лупа, хотя с лупой не совсем удобно работать.

Для пайки и ремонта схем можно применять обычные оптические микроскопы или стерео. Но такие приборы довольно дорогие, и не всегда обеспечивают нужный угол обзора. В любом случае цифровые микроскопы будут распространяться все шире, и цена на них со временем снизится.