Микроскоп из смартфона своими руками. Как сделать электронный ЮСБ-микроскоп в домашних условиях – самодельная USB камера своими руками Как сделать обычный микроскоп цифровым

Микроскопы позволяют вам рассматривать очень маленькие объекты. С помощью этого портативного микроскопа вы сможете разглядывать крошечные вещи в мельчайших подробностях. Вы можете исследовать растения, насекомых, даже земля при ближайшем рассмотрении может быть впечатляющей!

До этого я уже занимался проектами недорогих приспособлений и пару месяцев назад, в рамках научной программы, начал работу над самодельным микроскопом в домашних условиях.

Уникальными особенностями этого микроскопа являются:

• Свободный дизайн, который вы сможете повторить
• Встроенный отсек для подсветки — когда вы подсвечиваете микроскоп, многие вещи становятся более различимыми
• Он открывает широкий угол обзора, и вы легко сможете рассмотреть исследуемый образец

Заметка об увеличении: у мини микроскопа есть две линзы: одна примерно 0,6 см диаметром (увеличение 80x), и вторая примерно 0,24 см диаметром (увеличение 140x). Несмотря на большее увеличение у второй линзы, я обычно предпочитаю пользоваться первой, ведь чем меньше линза, тем больше ей нужно света, а фокусировка становится сложнее и это приводит к большим трудностям при изучении образцов. Большое поле обзора у большей линзы делает её простой в использовании, а увеличения в 80 раз вполне хватает, чтобы рассмотреть все детали, невидимые невооруженному глазу.

Дочитайте статью до конца, и вы научитесь тому, как сделать детский микроскоп своими руками!

Шаг 1: Собираем материалы

Вот список материалов, нужных для сборки карманного микроскопа. В дополнение к этому списку, для изготовления корпуса вам будет необходим 3D принтер (или креативность для создания корпуса своими руками). Если не считать стеклянных шариков (линз), то, возможно, всё что нужно для сборки, вы сможете найти дома под рукой.

Я приобрёл шарики в McMaster:

• Боросиликатный стеклянный шар на 1/4 дюйма (8996K25)
• Боросиликатный стеклянный шар на 3/23 дюйма (8996K21)
• дюймовый винт 4-40 (винт M3 длиной 25mm тоже подойдёт) (90283A115)
• 5mm белый светодиод (например такой)
• Батарейка CR2032
• Скрепки (например такие)

Если ваш бюджет ограничен, то вы можете купить лишь стеклянный шарик — в то время как остальные части лишь добавляют функциональности, для работы микроскопа на самом деле необходим лишь этот шарик.

Шаг 2: Напечатайте корпус

Печать 3D — это наиболее доступный способ изготовления деталей для любителей сделать что-то своими руками. Я спроектировал корпус микроскопа для печати на принтере, но он может быть изготовлен из дерева или из обычного пластика.

Батарейка выступает и вы можете волноваться из-за некоторого натяжения в отсеке для неё. Не волнуйтесь — вы уберёте лишний пластик, когда будете вставлять батарейку. Я не рекомендую добавлять опоры, потому что их будет сложно убрать.

Что, если у меня нет 3D принтера?

Если вы сбираетесь сделать корпус другим способом, то я добавил для вас чертёж с основными измерениями. Ваши габариты не должны очень точно совпадать с моими. Любая часть механизма, держащего линзу, находится на расстоянии менее 1 мм от изучаемого образца, и вы можете слегка двигать его вверх и вниз для фокусировки — это сработает.

Файлы

Шаг 3: Сборка микроскопа

Когда все части микроскопа находятся под рукой, можно приступить к сборке.

Вдавите линзы
Первым делом вдавите линзы в верхнюю часть корпуса. Большая линза помещается в большое отверстие, а маленькая в выступающую часть маленького отверстия.
Если какая-то из линз сидит неплотно, смажьте край корпуса суперклеем для её закрепления. Если же наоборот, линза не входит в отверстие при давлении пальцами, используйте кусочек пластика, чтобы вдавить её на место.

Скрутите две части корпуса вместе
Соедините верхнюю и нижнюю части микроскопа при помощи болта длиной примерно 25 мм. Если части корпуса сидят очень туго — срежьте немного пластика. Соединение должно быть надёжным, но не слишком тугим.

Вставьте скрепки
Скрепки будут держать ваши образцы на нужном месте. Вставьте их на свои места, как показано на фотографиях.

Вставьте батарейку
Возьмите батарейку 2032 и вставьте в отсек для батареек. Для этого нужно будет приложить небольшое усилие и вы можете отломить несколько кусочков пластика, которые заполняли зазор. Вставьте батарейку так глубоко, как это возможно.

Вставьте диод
Аккуратно вставьте ножки диода по обеим сторонам батарейки. Диод будет гореть только тогда, когда подключён правильным образом. Если ножки диода слишком длинные — немного обрежьте их. Если подсветка не требуется, можете вставить ножки светодиода по одну сторону батарейки — схема не будет замкнута, и заряд не будет тратиться.

Шаг 4: Подготовьте образец для изучения

Далее вам следует найти вещи, которые вы хотели бы изучить под микроскопом. Вам не нужно искать слишком усердно — даже простые вещи могут смотреться впечатляюще! Если вы ничего не находите — попробуйте начать с оторванного края обычной бумаги. Поместите образец под линзу и закрепите его скрепками.

Вот несколько советов по поиску хороших образцов для изучения:

• Чем тоньше — тем лучше. Если свет не может проникнуть сквозь образец, то его будет сложнее изучить
• Если ваш образец всё-таки толстый — рассмотрите его край
• При фокусировке ищите легко различимую часть вашего образца, например, если вы изучаете лист растения — фокусируйтесь на жилке или каком-либо изъяне.
• Закрепляйте маленькие предметы между двумя слоями прозрачной плёнки

Карманный детский микроскоп предназначен для закрепления слайдов микроскопа на фиксированном месте, поэтому вам не нужно делать стеклянные слайды (как это делается в лабораториях). «Сэндвич» из прозрачного скотча вполне подойдёт — просто остерегайтесь пузырьков воздуха, похожих на что-то интересное.

Еще один совет: листья растений высыхают и деформируются, поэтому приклеивание их на слайд микроскопа дольше сохраняет их форму.

Шаг 5: Используйте микроскоп

Показать еще 5 изображений

Теперь у вас есть рабочий микроскоп, и вы можете исследовать мир!

Как использовать микроскоп

Наиболее простым способом начать использовать микроскоп будет просто посмотреть через большую линзу с расстояния на что-то с хорошим узором. Я начал с разглядывания листьев бамбука, так как на них было много разных неровностей.

Чтобы сфокусироваться, двигайте руку вверх и вниз. Если у вас не получается, начните вплотную к образцу и постепенно удаляйте микроскоп, пока не попадёте в фокус.

Когда вы разберётесь, как фокусироваться и как выглядят вещи в фокусе, поднесите его к своему глазу. Микроскоп должен покрыть бОльшую часть вашего поля зрения и вы попадёте в микроскопический мир!

Что вы можете сделать при помощи карманного микроскопа

Всё выглядит совсем иначе в другом масштабе. На что похожа земля? Или песок? А пыль? Чем отличается свежий листок от сухого?

Микроскопия позволяет вам отвечать на вопросы об окружающем мире путём наблюдений. Вы можете даже перевернуть микроскоп и использовать просто линзу. Держите её напротив монитора компьютера или смартфона, и вы увидите отдельные пиксели и то, как различные комбинации цветов на экране складываются из отдельных красных, зеленых и синих пикселей. Попробуйте держать камеру поверх микроскопа и заснять то, что вы изучаете.

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».

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.

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.

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.