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

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».

В школьные годы мне очень нравилось рассматривать разные предметы под микроскопом. Все что угодно - начиная от внутренностей транзистора и заканчивая различными насекомыми. И вот, недавно решил я снова побаловаться микроскопом, подвергнув его небольшим переделкам. Вот что из этого получилось:

Под микроскопом - микросхема КС573РФ2 (ROM c УФ-стиранием). Когда-то на ней была записана тестовая программа для Спектрума.

Если попробовать решить задачу «в лоб» - приставить камеру к окуляру микроскопа, то ничего хорошего из этого не выйдет: очень трудно найти точку, в которой хоть что-то видно, камера постоянно пытается настроить экспозицию, видимая область очень маленькая (на видео с первой версией окуляра это видно). Поэтому я решил пойти другим путем

Немного теории

Изображение, которое видит человеческий глаз в геометрической оптике называется мнимым изображением, а изображение, которое можно спроецировать на экран, называется действительным изображением.
Камера воспринимает мнимое изображение, преобразует его в действительное с помощью объектива и проецирует его на матрицу.
Как показали мои опыты, в микроскопе все наоборот: изображение до окуляра является действительным (так как подставляя лист бумаги я видел то, что было под микроскопом), а после окуляра мнимым (потому что видно глазом).
Следовательно, если из камеры удалить объектив, а из микроскопа окуляр, то изображение сразу будет проецироваться на матрицу веб-камеры.
Детальней про геометрическую оптику - .

От теории к практике

Разбираю камеру:

Снимаю объектив:

Первый тест:

Чтобы сделать вещь вечной - нужно перемотать ее синей изолентой…

Делаю трубку, которая будет вставляться в микроскоп на место окуляра:

Трубка немного меньше по диаметру чем нужно, поэтому один конец пришлось немного «расширить».

Закрепляю трубку термоклеем на камере без объектива:

Вставляю вместо одного из окуляров:

Готово!

Ниже несколько видео, которые получилось снять с помощью этого объектива:

Глаз мухи

eInk экран от PocketBook 301+

Экран retina от iPod`а

Экран Nokia 6021

Поверхность компакт-диска

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.

Всегда любил биологию, но никогда не было у меня микроскопа, и вот решил обзавестись, чтобы полюбоваться на микромир вместе с подрастающим поколением, ну и возможно отснять основной чип приставки 3DO между делом.

Выбирать сам оптический прибор долго не пришлось, выбор пал на микроскоп Альтами 104 , это отечественный микроскоп, моя модель с 2000 кратным увеличением (больше оптика не дает, что бы там не писали - это цифровая туфта). Цена его очень даже невысокая, мне он обошелся 12800 рублей (май 2015). Не знаю как импортные аналоги, по сравнению с ним, но я доволен как слон =) Сомневаюсь, что можно сделать прибор сколько-нибудь лучше за эти деньги. Заказывал у производителя, поскольку так и быстрее и дешевле и наверняка надежней: http://www.altami.ru .

Микроскоп Альтами 104

Для тех кто тоже не нашел как отрегулировать световое поле микроскопа, подсказываю: снимите окуляр (если поспешили его нацепить), диафрагму на минимум и выставьте конденсатор регулировочными болтами так, чтобы пятно было по центру, затем больше эти винты не трогайте.

Пятно по которому регулировать

Разумеется смотреть в микроскоп (тем более в монокулярный) тяжело и хочется все выводить прямо на монитор. Однако камера для микроскопа сопоставима с ценой самого микроскопа. И я решил ее пока не брать, а попробовать сделать самому. О чем я сейчас и поведаю во всех деталях =)

Кроме микроскопа вам понадобится веб-камера, желательно с хорошей матрицей, я использовал Logitech C270 (в свое время по 700 р. брал несколько штук, специальная камера для микроскопа с аналогичным разрешением стоит 9000 р.). Очень удобна тем, что фокус этой камеры регулируется механически, хотя наверняка и в других это тоже возможно - просто не разбирал, не знаю.

Веб-камера Logitech C270

Еще вам понадобится отвертка, пробка от пластиковой бутылки, пара мелких шурупов (миллиметров пять длиной), а так же желательно иметь под рукой клеевой пистолет (Glue Gun), пару стяжек и бур на подобие, как у зубных врачей =) Итак приступим!

Первым делом, нужно уменьшить вес камеры, поэтому нужно снять крепежную часть камеры. Выдергиваем торцевые декоративные заглушки с поворотного механизма и выкручиваем шуруп, затем выдавливаем вал и камера становится словно пушинка.

Разбор крепежного механизма

Далее необходимо снять переднюю панель камеры, чтобы добраться до настройки фокуса. Для этого надо сдернуть декоративную панельку, а затем выкрутить пару винтиков и снять основную пластиковую панель, за которой находится нехитрая начинка.

Вскрытие камеры

Теперь нам нужна насадка на окуляр, и ее роль нам сыграет обычная пробка от пластиковой бутылки! Она идеально подходит по диаметру и внутри у нее есть упор, чтобы вплотную к оптике не прижиматься - лучше не придумаешь, нужно лишь срезать резьбу и просверлить дырку радиусом 3 плюс минус миллиметра. Я для этого использовал дрель с гибкой подводкой, в качестве насадки использовал маленький бур. Если у вас в хозяйстве этого нет, возьмите обычный нож и аккуратно срежьте резьбу, а отверстие сделайте обычным сверлом, ну или еще как проковыряйте. Лоскутки пластика можно опалить огнем, чтобы не болтались, затем необходимо выровнять верх пробки, например камнем.

Подготовка пробки

Насадите готовую пробку на окуляр и прислоните камеру с одетой основной панелью, если потребуется отрегулируйте фокус (не спеша, потихоньку, как можно точнее). А еще, заклейте светодиод в камере, например, изолентой, чтобы не светил куда не надо.

Далее необходимо прикрутить основную панель камеры к пробке, для этого я использовал шурупы, можно на клей наверное посадить, но нужно точно выставить камеру, поэтому шурупы предпочтительней, сначала выставить один, может не с первого раза. Примерить, возможно подстроить относительно первого шурупа и только потом зафиксировать вторым. Если наклон не оптимальный, вставить распорочки из кусочков пластика, или чего-то, что есть под руками. Затем выполнить генеральную примерку.

Крепление панели к пробке

Теперь осталось зафиксировать результат, для этого можно воспользоваться клеевым пистолетом. Здесь же рекомендую подклеить стяжку или другой гибкий кусочек пластика в качестве фиксаторов, это необходимо для того, чтобы зафиксировать окуляр, чтобы изображение у вас не вертелось, вслед за проводом веб-камеры, можно даже несколько таких стяжек, ну или еще как придумаете. Пролить вокруг клеем и дать застынуть.

Готовая цифровая насадка

Теперь установим все это на окуляр микроскопа, притянем затянем стяжкой фиксатор к трубе окуляра и наслаждаемся микромиром! Весь процесс занимает не более часа, статью дольше писал.

Микроскоп в сборе

В целом должен сказать, что специальная насадка предпочтительней, поскольку она не пытается адаптироваться к освещению, что при некоторых параметрах работы микроскопа приводит к автонастроечному дребезгу в изображении, возможно это регулируется в веб-камерах, еще не разбирался. Да и откалибровано все точно на заводских насадках, без всяких винтиков. Но тем не менее для любителей результат очень даже ничего, правда препарат делал наспех на старом стекле грязными руками - поэтому столько мусора на картинке =)

Какая-то бактерия на клетках лука

Меня как пользователя windows 7, после ХР ждал неприятный сюрприз - в 7-ке убрали веб-камеры из "моего компьютера", т.е. штатных средств глянуть на результат нет, поэтому не обошлось без попрограммировать =) Распакуйте в любое место и запустите экзешник.

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.