Как сделать электронный микроскоп своими руками. Как сделать электронный ЮСБ-микроскоп в домашних условиях – самодельная USB камера своими руками

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.

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».

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.

Как сделать простой микроскоп Левенгука
Сначала научимся делать маленькие линзы - стеклянные шарики диаметром 1,5 - 3 мм. Возьмите стеклянную трубку длиной не менее 15 - 20 см и диаметром 4 - 6 мм. Прогрейте ее посередине на огне до размягчения стекла, не забывая все время поворачивать вокруг оси. Почувствовав, что трубка стала пластичной посередине, резко разведите два ее конца в стороны. В итоге вы получите две трубки с тонкими длинными кончиками на одном из концов.

Прогрейте кончик над пламенем спиртовки или газовой горелки, чтобы силы поверхностного натяжения образовали на его конце стеклянный шарик.

Стеклянный шарик поместите с помощью пинцета в углубление. Накройте сверху второй пластиной и стяните их вместе с помощью винтов и гаек. (Мы специально сделали разборную конструкцию, чтобы поэкспериментировать с шариками разного диаметра). Головки винтов должны быть со стороны выступа смотрового отверстия, потому что при просмотре микроскоп касается кожи лица.

Теперь с помощью клейкой ленты (скоча) прикрепите по контуру к медной пластине напротив смотрового отверстия покрывное стеклышко от школьного микроскопа. (Если у вас его нет, подойдет прозрачная пластмассовая пластинка, вырезанная из пластиковой бутылки).
Положите напротив смотрового отверстия объект, который вы хотите рассмотреть в микроскоп, и накройте вторым покрывным стеклышком. Но фото вы видите, что объектом наблюдения является простая нитка.

Микроскоп нужно поднести к самому глазу и смотреть через него на какой-либо источник света. Это может быть окно в яркий солнечный день или настольная лампа. После этого вам откроется удивительный микромир. Нитка, например, будет выглядеть огромным канатом, из которого торчат оборванные тросы. Ножка обыкновенной мухи скорей напомнит ногу слона, сильно покрытую щетиной.

Не менее интересно рассматривать разные жидкости. Если рассматривать сильно разбавленную в воде акварельную краску, можно увидеть знаменитое броуновское движение частичек краски в воде. Молоко предстанет перед вами в виде огромных плавающих островов капелек жира. Вода из соседней лужи скрывает в себе невидимый мир микроорганизмов, которые даже не подозревают о том, что вы за ними пристально наблюдаете.
Кровь лягушки при рассмотрении в микроскоп выглядит совершенно ошеломляюще.

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.