Самодельный микроскоп из бинокля

На прежнем месте работы у меня на столе стоял микроскоп МБС-10. И как то очень я привык к тому, что микроскоп есть под рукой и всегда можно рассмотреть что- то весьма мелкое. После увольнения желание иметь микроскоп так и не пропало, но покупать МБС жаба душила. А тут, бродя по дебрям интернета, наткнулся на телескопический микроскоп ТМ

https://scopica.ru/proj/teleskopicheskiy-mikroskop-tm/

Производился в пятидесятых годах Опытным оптико-механическим заводом треста "Русские Самоцветы" (позже вошёл в ЛОМО). Состоит из призменного монокуляра (половинки бинокля) кратностью в разных вариантах 6Х или 8Х, стойки для микроскопа, 7-ми насадочных объективов, столика и осветительной системы. Общее увеличение данной системы в зависимости от применяемых объективов для монокуляра 6Х была от 6,5 до 130 крат (для монокуляра 8Х – от 9 до 173 крат). Рабочее расстояние, в зависимости от применяемых насадочных объективов и увеличения от 228 до 10 мм (чем больше увеличение, тем меньше рабочее расстояние).

Позже подобную конструкцию использовали в телескопической лупе ЛПШ-474 https://scopica.ru/proj/lupa-monokulyarnaya-teleskopicheskaya-lpsh-474/

(монокуляр 4Х, 6 оптических насадок, увеличение от 1 до 40 крат). Рабочее расстояние, в зависимости от применяемых насадочных объективов и увеличения от 1600 до 25 мм.

Ещё позже стали производить оптический набор "Любитель Природы" ЛП, включавший монокуляр 7Х, простейшую стойку и две оптические насадки: телелупу, для рассматривания предметов на расстоянии 3 м, и насадку – микроскоп с увеличением 13,4Х и рабочим расстояние 125 мм.

Почему монокуляр именно от бинокля? Дело в том, что микроскоп по классической схеме даёт зеркальное изображение. Биологические микроскопы именно так и сделаны, а вот препарировальные и стерео-микроскопы (типа МБС) имеют в оптической схеме оборачивающее устройство, что позволяет получать прямое изображение. Бинокль в своей оптической схеме имеет оборачивающие призмы и даёт прямое изображение.

Бинокли у меня есть, фотообъективы тоже, вот инженерный зуд и сподвиг меня на создание конструкции аналогичной телемикроскопу ТМ.

Объективы решил использовать от фотоувеличителя с резьбой М39х1. Почему?, да потому, что объективы для увеличителей рассчитаны на работу на близких расстояниях, а не на бесконечности, как обычные фотообъективы. У меня есть объективы для увеличителей с фокусными расстояниями 110, 75, и 50 мм с присоединительной резьбой М39х1, что очень удобно в плане совместимости и замены одного объектива на другой. Ну и цена данных объективов в настоящее время копеечная. По-случаю пару лет тому назад купил юпитер 12 2,8/35 мм, в какой – то непонятной технической оправе, решил и его через переходник использовать.

Также есть объектив от плёночного ф/а Вилия 40 мм (объектив изначально не сменный, но я его вытащил из корпуса фотоаппарата) и есть объектив Индустар 55у 4/140 мм от форматного фотоувеличителя Беларусь. У объектива от Вилии резьба 6-ти заходная М29х1, поэтому сконструировал и напечатал переходное кольцо с данной многозаходной резьбы на резьбу М39х1.

Индустар 55у 4,5/140 оставил на будущее, у него своеобразное присоединение к увеличителю, без резьбы - долго возиться с переходником. Если понравится сама идея, то сделаю и на него переходник.

Бинокль решил использовать компактный китайский Bresser 22х32 с roof призмой, ибо он достаточно компактный и лёгкий. Увеличение у него оказалось, конечно, не 22Х а типа 12Х, но тоже неплохо. А вот поле зрения у данного бинокля оказалось очень даже большое – глаз еле-еле охватывает всю область зрения.

Когда приставил объектив к биноклю, то на первый взгляд всё получается, вот только необходимо жёстко прикрепить объектив к биноклю, и сделать настройку на резкость. Первая мысль была - приспособить фотоштатив для этого. Это вполне реально, но была проблема с плавной наводкой на резкость, которую фотоштатив обеспечить не может. Значит нужно проектировать ещё и устройство фокусировки…, и тут я вспомнил, что у меня есть некое подобие оптической скамьи – изготовил несколько лет тому назад для пересъёмки слайдов, фотоплёнки и апробации всяких непонятных линз и объективов, и прочих опытов с оптикой. На данной "оптической скамье" есть плавное перемещение с помощью кремальеры - передача косозубая рейка и шестерёнка, как раз для экспериментов подойдёт. В своё время понаделал кучу разных держателей для линз и объективов под различные посадочные диаметры они и пригодились. В качестве окончательного изделия пользоваться подобным микроскопом было бы неудобно, а вот для оценки возможностей данной оптической схемы – то, что надо!

Для установки монокуляра на скамью пришлось ещё один переходник печатать. В общем, всё собрал, стал тестировать.

объектив с фокусным 110 мм даёт увеличение 27Х и рабочее расстояние 95 мм.

75 мм – увеличение 40Х рабочее расстояние 60 мм

50 мм – увеличение 60Х рабочее расстояние 42 мм

40 мм – увеличение 75Х рабочее расстояние 30 мм

35 мм – увеличение 86Х рабочее расстояние 25 мм

Объектив Индустар 55у 4/140 мм должен дать увеличение ок. 20Х и рабочее расстояние ок. 125 мм. Подобные увеличения и рабочие расстояния используют при пайке под микроскопом.

Для получения бОльших увеличений необходимо использовать объективы от микроскопа

Первые выводы.

При увеличении св. 30Х моей кремальерой становится уже тяжеловато точно наводиться на резкость - люфты начинают мешать. Хотя на микроскопах типа МБС реечная передача работает и при увеличении до 100Х, но там приборостроительное производство, точные допуски, да и подгонка присутствует. Всё это на 3D принтере однозначно не обеспечить.

Ещё одна проблема при увеличении св. 30Х – недостаточное освещение, нужен дополнительный осветитель с регулировкой по углу и высоте.

БУ Микроскоп конечно, можно и на барахолке или авто купить, но вот какой? И ещё момент, ну куплю я микроскоп, но его же где то ещё и хранить нужно, а хорошие микроскопе ой какие не маленькие, поэтому и затеял всю эту бадягу с биноклем (который всё равно уже есть) с целью определить:

1. Нужен ли мне вообще микроскоп?

2. Если нужен, то какой, с каким увеличением и каким рабочим отрезком?

3. Пригоден ли монокуляр в качестве оптической части микроскопа.

Прикинул по формуле глубину резкости микроскопа:

при увеличении 30Х глубина резкости получается 0,28 мм, а вот при увеличении 60Х она будет уже в четыре раза меньше 0,07 мм, а при 150Х уже 0,01 мм. Таким образом, для гарантированной наводки на резкость, при большом увеличении необходимо получить точность перемещения порядка 0,01 мм, лучше конечно точнее, и далеко не каждая кремальера, даже промышленного изготовления, сможет обеспечить подобную точность. Даже интересно стало, есть же детские микроскопы с увеличением аж в районе тысячи крат и наводкой только кремальерой. По моим прикидкам глубина резкости получается 0,00025 мм, а кремальера на таких детских микроскопах хорошо если даст гарантированную точность перемещения 0,05 мм, да и то с люфтами. Понятно, почему народ, купив подобные творения из Китая, довольно быстро к ним охладевает – на резкость реально не навестись.

Сделал:

В качестве направляющих использовал дюралевые трубки 16х0,5 мм, также были использования болты М 6 с шестигранной головкой длиной от 20 до 150 мм и гайки М 6. Для удобства пользования головки болтов были заключены в напечатанные головки (маховички). Маховичок тонкой фокусировки специально сделал большого диаметра, для повышения точности наводки на резкость.

Направляющие механизма тонкой фокусировки сделаны в виде ласточкина хвоста.

Грубая фокусировка осуществляется перемещением оптической части по трубке и фиксация винтом.

Тонкая (точная) фокусировка – винтом М6 (шаг 1 мм). Для увеличений до 80 крат точности винта хватает с избытком. Полный ход фокусировки – 60 мм. Люфта нет, выбрал люфт затяжкой гайки и контргайки на конце винта.

По горизонтали оптическая система перемещается по трубке. Т.е. можно рассматривать протяжённые детали, не перемещая основную стойку

Рабочее расстояние данного микроскопа примерно равно фокусному расстоянию сменного объектива.

В качестве осветителя использовал фонарик с регулировкой по высоте и углу наклона.

Первые результаты после 3D печати и опробования:

1. Монокуляр оказался вполне пригоден. Качество картинки меня полностью устраивает.

2. Конструкция компактна.

3. В конструкцию бинокля не изменял, поэтому биноклем можно пользоваться по прямому назначению.

4. Пользоваться удобно, наводка с помощью винта обеспечивает точную фокусировку на увеличениях до 120 крат

5. Так как при больших увеличениях было проблематично без подсветки даже наводиться на резкость, не говоря уже о разглядывании объекта, то спроектировал ещё и осветитель из светодиодного фонарика.

Кроме визуального наблюдения было ещё и желание сфотографировать результаты наблюдения. Для этого сконструировал переходник со смартфона на окуляр бинокля. В интернете конечно есть 3D модели подобных адаптеров, да и в продаже есть. Один аналогичный даже напечатал, но он не устроил по жёсткости, поэтому пришлось конструировать самому.

Про крепление смартфона к окуляру будет следующая статья.