Mikroskop optyczny - Mikroskop odwrócony - Budowa mikroskopu

    Mikroskop optyczny

    Samodzielna budowa mikroskopu może dać więcej radości niż zakup gotowego urządzenia, wystarczy dobrać odpowiednie okulary od teleskopu i umocować je na jakimś korpusie. Ja zastosowałem klocki LEGO ze względu na ich niesamowitą uniwersalność, oraz nieograniczoną możliwość dokonywania przeróbek. W krótkim czasie możemy stać się dumnymi posiadaczami amatorskiego mikroskopu optycznego.

    Budowa mikroskopu interesowała mnie już od dzieciństwa, kiedy to przeglądając encyklopedię trafiłem na schemat optyczny i próbowałem go naśladować przy pomocy posiadanych soczewek. Lecz ich parametry zupełnie nie pozwalały na osiągniecie odpowiednich powiększeń, były to raczej lupy z układu kilku soczewek o dużym powiększeniu aniżeli prawdziwy mikroskopowy układ optyczny. Temat przysechł na dość długo, do czasu kiedy po wielu latach pojawiło się hobby zawierające w sobie odpowiednie zestawy optyczne ( okulary do teleskopu ) a chodzi tu o astronomię. Pewnego dnia wpadłem na pomysł aby połączyć owe okulary w układ odpowiedni dla budowy mikroskopu. Sama optyka jednak nic nie zdziała i należało wybudować także korpus i stolik do preparatów a wszystko musiało spełniać elementarne funkcje typu: ustawianie ostrości, podświetlenie, itd.




    Budowa mikroskopu

    Pierwszy mikroskop/prototyp składał się z połączonych tulejami okularów PE 4mm i H 6mm, (Plossl 4mm Soligor pracuje jako "obiektyw" a Huygens 6mm jako "okular" mikroskopu) uzyskane maksymalne powiększenie wynosiło ok. 800x choć użyteczne to ok. 200x a zmiany jego dokonywałem poprzez zmianę okularu, H 6mm lub H 20mm oraz przez zmianę odległości między okularami. Konstrukcja korpusu została wykonana z klocków LEGO, podświetlenie preparatów odbywało się za pomocą lusterka, w dalszym jednak etapie rozwoju zostało ono zastąpione przez żaróweczkę. Użyłem zwykłej żaróweczki od latarki zasilanej regulowanym zasilaczem aby móc odpowiednio dobierać jasność świecenia. Co bardzo istotne zwoje żaróweczki muszą być w osi optycznej mikroskopu więc mocowałem ją bokiem. Kiedy rozogniskowujemy jakiś obiekt punktowy znajdujący się na środku pola widzenia musi on równomiernie rozchodzić się na boki.

  I - Mikroskop optyczny
  Mikroskop



    Zagłębiając się w tematykę trafiłem na tzw. ciemne pole i widząc jakie ono daje efekty postanowiłem takie zbudować, a że pierwsza wersja mikroskopu już się "wyczerpała" ze względu na ograniczone rozmiary i brak swobodnego przemieszczania się po preparacie zapadła decyzja o budowie II wersji urządzenia. Zastanawiając się nad uproszczeniem konstrukcji postanowiłem nie robić stolika pod preparaty z ruchomą częścią jak to mają sprzedawane urządzenia, lecz podzielić mikroskop na dwie niezależne części.

1 część - Stolik, jest przymocowany do podstawy (czarna płytka) i na nim są umieszczane preparaty oraz jest ustawiana ostrość.
2 część - Korpus, można przemieszczać w pewnym zakresie po podstawie wraz z tubą optyczną oraz zespolonym z nią oświetleniem, dzięki czemu możemy dowolnie przemieszczać się w obrębie badanego preparatu oraz mamy go zawsze oświetlonego w lini optycznej.


  II - Mikroskop optyczny
  Mikroskop

  Korpus okularów jest podnoszony i opuszczany, przy ciemnym polu ta opcja jest niezbędna, aby się ustawić na odpowiedniej wysokości z preparatem w "ognisku". Całość jest zwalniana i blokowana wystającym imbusem M5 z oszlifowanym lekko gwintem, aby pasował do LEGO, w klockach też odpowiednio są umieszczone nakrętki.

    W okularach teleskopowych pracujących jako obiektywy mikroskopowe w celu uzyskania odpowiedniego kontrastu obrazów należy zastosować przesłony, jak na zdjęciu, dla okularu 15mm ( na prawo) jest to otwór ok. 2,3mm a dla okularu 4mm otwór 0,8mm, przy czym w drugim przypadku brzegi obrazu będą nieostre ale za to obraz na środku bardzo dobry pod warunkiem że przesłona będzie idealnie na środku z dokładnością dziesiątych części milimetra. Cała sprawa wynika raczej z innego przystosowania okularków od teleskopów i trzeba iść na kompromis. Do wielu zdjęć używałem Plossl 15mm jako obiektyw i Plossl 20mm jako okular, dają one piękne obrazy i posiadają kapitalną zaletę, dużo większą głębie ostrości niż obiektywy mikroskopowe co ma kapitalne znaczenie przy fotografowaniu np. Copepodów ( ostre wąsy) i innych dużych obiektów, zaś przy większych powiększeniach jako obiektyw najlepiej zastosować krótkoogniskowy okular ortho-skopowy.

UWAGA
Te przesłony to opcja tylko dla Ciemnego pola, do światła przenikającego należy je koniecznie zdejmować.


 Obiektywy z przystosowanych okularów od teleskopu
  Obiektywy

    Po jakimś czasie wszedłem w posiadanie dwóch obiektywów mikroskopowych PZO 10x oraz 20x, postanowiłem wtedy zbudować sobie prosty rewolwer obiektywowy Sprawa okazała się dużo prostsza niż myślałem a efekt to dużo bardziej płynne przejście od jednego obiektywu na drugi.

  Rewolwer obiektywowy oraz elementy składowe
  Rewolwer obiektywowy Rewolwer obiektywowy - części



    Mikroskop odwrócony - budowa mikroskopu

    No i przyszła pora na mikroskop III generacji a jest nim tzw. mikroskop odwrócony, nie z wyboru a z potrzeby. Zakupiłem obiektyw immersyjny PZO 100/1.3 100x pełen nadziei ale i obaw ponieważ tego typu powiększenia to już nie zabawa a mój mikroskop jaki jest każdy widzi. Szybko wyniknął pierwszy problem, ostrość obiektyw łapie w zakresie ok. 0,5mm od czoła i kiedy pomiędzy szkiełkami nakrywkowymi ( ja umieszczam preparaty między dwa szkiełka nakrywkowe 24x24) oprócz wody i np. diatomów jest jeszcze piasek i inne zanieczyszczenia nie sięgnie się ostrością z góry do diatomów które opadły na dolne szkiełko. Ponadto luźno położone górne szkiełko wędrowało sklejone płynem immersyjnym razem z obiektywem.
    Prostym lekarstwem na oba problemy okazało się umieszczenie obiektywu od spodu ( mikroskop odwrócony ), obiektyw miał styczność z dobrze osadzonym dolnym szkiełkiem nakrywkowym a od obiektów które na nie opadły dzieliła go tylko jego grubość. Doszedł do tego łatwy dostęp do preparatu od góry, możliwość obserwacji i naprowadzania obiektywu na obiekty przez umocowaną od góry tubę optyczną a po trafieniu na ciekawy obiekt staje się ona kondensorem oświetlenia dla preparatu, lusterko kieruje do niej wiązkę światła pochodzącą z rzutnika do slajdów. Obiektyw PZO 100/1.3 100x stoi na umocowanej do mikroskopu kamerce internetowej ToUcam PRO II PCVC840K w miejscu wykręconego jej obiektywu.
    Wiem że taka optyka jest odpowiednio projektowana dla tubusa odpowiedniej długości (nie mam) i cieczy immersyjnej o odpowiednim załamaniu światła (stosuje płyn do soczewek kontaktowych) i szkiełka odpowiedniej grubości (to akurat spełniam) i aby uzyskać optymalną rozdzielczość należy się tego trzymać ale myślę że czasem warto poeksperymentować.


  III - Mikroskop odwrócony
  Mikroskop odwrócony 




    Mikroskop odwrócony - wersja ulepszona

    W fabrycznym mikroskopie układ pryzmatów dzieli wiązkę światła na tą idącą do okularów, i drugą do specjalnego wyprowadzenia w miejscu mocowania aparatu fotograficznego. Ja zastosowałem trochę inne rozwiązanie. Polega ono na użyciu lusterka kątowego, które zależnie od położenia kieruje wiązkę optyczną do okularu, bądź do aparatu w moim przypadku kamerki. Lusterko naturalnie posiada odpowiednią dokładność optyczną. Rozwiązanie to pozwala śledzić przez okular szybko przemieszczające się obiekty, a kiedy zachodzi dogodna sytuacja jednym ruchem ręki przerzucić obraz na kamerkę aby dokonać nagrania ciekawego ujęcia. Oczywiście kamerka oraz okular są tak skolimowane, aby obserwowały dokładnie to samo miejsce, przy czym musi być to wykonane bardzo dokładnie ponieważ mamy do czynienia ze sporymi powiększeniami, zachowując przy tym nastawioną ostrość ponieważ potem nie ma już czasu na jakiekolwiek poprawki.

  IV - Mikroskop odwrócony
  Mikroskop odwrócony
  Mikroskop odwrócony z LEGO
  Budowa mikroskopu odwróconego
  Część robocza mikroskopu odwróconego




    Każda technologia ma swój kres, każde urządzenie granice swoich możliwości, i myśląc że wyżej prezentowanym modelem mikroskopu wyczerpałem już wszystkie możliwości konstrukcyjne klocków w tej materii, doznałem olśnienia. Dlatego też pragnę przedstawić, ostateczną, maksymalnie wypasioną wersję mikroskopu z LEGO, pozostawiając ją bez opisu, ponieważ jej stopień złożoności przerasta moje możliwości ubrania tegoż w słowa. Niech zdjęcie przemówi samo za siebie :)

  V - Mikroskop z LEGO  
Mikroskop z LEGO



Obliczanie powiększenia mikroskopu

250* · odległość okularów (mm) : iloczyn ogniskowych okularów (mm) np.:

250x80                
--------- = ok. 333X
4 x 15                

*Oko ludzkie najlepiej/najwygodniej obserwuje przedmioty
z odległości d- 0,25metra, jest to tzw. odległość najlepszego widzenia.



    Na koniec bardzo gorąco polecam tę stronę, znajdziecie tam wyjaśnione w genialny sposób wszystkie zagadnienia dotyczące mikroskopii - http://www.olympusmicro.com/primer/java/index.html