Um microscópio de um dólar
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Um microscópio de um dólar Giorgio Carboni, Julho de 2000, atualizado em dezembro 2009 Edição de texto por Donald Desaulniers e Pogue Sarah
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Um microscópio de um dólar
Giorgio Carboni, Julho de 2000, atualizado em dezembro 2009 Edição de texto por Donald Desaulniers e Pogue Sarah
ÍNDICE Apresentação Materiais corpo do microscópio Órgão de tubos Suporta Etapa Rotação diafragma Espelho Ocular Objetivo Diafragma da objectiva Instalando a ótica ampliação do microscópio Centrando Utilização do instrumento PARTE 2: melhorias Oculares Objetivos cálculos ópticos Grosseiros sistema de focagem Fine sistema de focagem Condensador sistema de iluminação Um microscópio para observar protozoários Como encontrar lentes Observações Conclusão Bibliografia
APRESENTAÇÃO
Neste artigo descrevo a construção de um microscópio composto de baixo custo muito simples que lhe dão uma ampliação de cerca de 75. Conforme mostrado na Figura 1, o microscópio que eu descrevo é aquele que apenas sobre qualquer um pode construir. É um projeto divertido, e vai ajudá-lo a compreender como os microscópios de trabalho. Muitas vezes as pessoas pensam de microscópios como sendo muito complexo e misterioso instrumentos, mas na realidade eles não são tão complicados. Construir este instrumento vai mostrar o quão simples podem ser. Esse microscópio, que você não vai custar mais do que cerca de um dólar ou mais para construir, é essencialmente idêntico ao microscópios caros que os profissionais usam.
Através deste projeto você vai ganhar uma apreciação para a necessidade do uso de ópticas corretivas para reduzir as aberrações. Obviamente, o desempenho deste microscópio simples não podem ser comparados com os instrumentos mais caros do profissional, que irá produzir muito mais claras e brilhantes imagens. No entanto, deve-se comparam bem com os microscópios de baixo custo que são
vendidos nas lojas de brinquedo ou passatempo. É nossa experiência que os chamados "microscópios de brinquedo" é um verdadeiro desastre, porque eles geralmente dão pouco mais que imagens difusas ou sombras. Isso pode causar um jovem a perder todo o interesse por estes instrumentos. Por outro lado, um instrumento de qualidade adequada tem o potencial de provocar jovem pessoa um interesse e abrindo um mundo de descoberta para eles. Neste artigo, eu descreveu como para aperfeiçoar este microscópio e, finalmente, vou apresentar um modelo apropriado para a observação dos protozoários. Este instrumento vai custar-lhe apenas algumas dezenas de euros, mas a qualidade das imagens, certamente surpreenderá você.
Um microscópio é essencialmente formado por duas lentes: a objetiva ea ocular, que também é referido como a ocular. As formas objetivas de uma imagem ampliada do modelo e da ocular, por sua vez aumenta a imagem. Em outro artigo intitulado " De Lentes para Instrumentos ópticos ", vamos explorar como as lentes de microscópios e de trabalho. Então, se você sentir a necessidade de rever ou aprender mais sobre as noções básicas, consulte este artigo. Outros componentes como o tubo principal, o sistema de focagem, o palco, o refrigerante eo sistema de iluminação completa o microscópio. O instrumento que eu apresento aqui é chamado de microscópio composto, pois contém duas principais componentes óticos: o objetivo ea ocular. Um microscópio simples, por outro lado, dispõe de uma única lente, que é essencialmente uma ou mais menos poderosa lupa. A esfera de vidro de microscópio, que eu descrevi em outro artigo de nossa galeria é tão simples um microscópio
MATERIAIS
Para construir o microscópio, você vai precisar dos seguintes materiais:
- Quatro lentes de câmeras descartáveis. *** - Um longo pedaço de 170 mm de 24-30 milímetros de diâmetro, tubo plástico com espessura nominal de 2 mm. - Tubos de plástico de diâmetro adequado para fazer a ocular ea objetiva (ver figuras 7 e 8) - Tubos de plástico utilizados como acoplamentos - Praça da folha de plástico duro e opaco 1 x 90 x 90 mm para o diafragma rotativa - Pedaço de espelho 40 x 50 mm - Folha de latão ou aço inox 0,5 x 30 x 100 mm - Pine 20 x 140 x 150 mm para pedestal - Pine 20 x 50 x 440 mm para o membro ereto e dois suportes - Pine 10 x 90 x 120 para a fase - Pine 10 x 40 x 51 para o espelho - Quatro parafusos auto-atarrachantes Ø 3,5 x 20 mm para a fixação dos suportes - Quatro parafusos auto-atarrachantes Ø 3,5 x 40 mm para os suportes - Quatro parafusos auto-atarrachantes Ø 4 x 50 mm para pedestal e estágio - Dois parafusos auto-atarrachantes Ø 3 x 10 mm para o diafragma e espelho - Dois parafusos auto-atarrachantes Ø 2 x 10 mm para o espelho - Adesivo Quatro sentiu disquetes para pedestal - Papel veludo preto para a parede interna do tubo principal e melhorar a fluidez do movimento de focalização.
*** Para construir a ocular ea objetiva deste microscópio, vamos utilizar as lentes de câmeras descartáveis reaproveitado como mostrado na Figura 2. Depois de uma câmera descartável tem sido utilizado é levado a uma loja de fotografia onde o filme é removido eo corpo da câmera é descartado. O que precisamos para este projecto é precisamente o que as lojas de fotografia deitar fora. Então, vá para a sua loja de fotografia local e pedir-lhe, pelo menos, quatro câmeras descartável. Se possível, tente conseguir quatro câmeras idênticas. Você também pode pedir a sua
loja de fotografia de alguns órgãos da câmara adicional que você pode manter como reserva.
ATENÇÃO: Não abra câmeras descartáveis que têm um flash, porque você corre o risco de ter um choque elétrico grave. O circuito que alimenta o flash produz uma tensão muito alta, e esta tensão pode estar presente mesmo se a câmera não tenha sido usado recentemente . Para este projeto você deve usar câmeras só que não tem flash.
Se, apesar deste aviso, você deseja usar uma câmera que tem um flash, ter muito cuidado. O circuito contém um capacitor que, se é cobrado a uma alta tensão, pode dar-lhe um choque grave. Se você não está familiarizado com essas coisas, tem alguém que é entendido em eletrônica ajudá-lo a abrir a câmara e certifique-se que o capacitor é descarregado. descarregamento pode produzir uma faísca forte, assim proteger os seus olhos.
Desmontar essas câmeras e recuperar todas as lentes que você encontrar. Normalmente, o objectivo destas câmeras é um menisco de plástico transparente. O menisco é uma lente côncava-convexa. Tente encontrar o comprimento focal escrito em algum lugar no corpo da câmera. Para estas câmaras, geralmente é 35 mm. Para nosso projeto, vamos utilizar as lentes principal dessas câmeras. Pondo de lado o mais poderoso e lentes menores que são usados para ampliar o número de porta-retrato. Você pode querer usar essas lentes menores tarde para ver se eles podem ser apropriados como lente objetiva.
Ao remover as lentes, tente não suja-los. Para evitar deixar impressões digitais nas lentes, manuseá-los segurando-os pela sua borda. Você pode pegá-los pela sua borda com uma pinça. (Pinças de plástico são melhores.). Você também pode usar luvas de látex ou algodão fino. Antes de montá-los, explodir a qualquer poeira e limpar as lentes com um pano de algodão úmido e limpo. Não use toalhas de papel porque o papel, por vezes, inclui pó mineral (argila branca), que pode arranhar a superfície das lentes. Essas lentes de plástico são muito delicados, por isso tente segurá-los o menos possível.
MICROSCOPE CORPO
O corpo do microscópio fornece suporte para as diferentes partes do instrumento e lhe dá estabilidade. O corpo pode ser construída com pequenos pedaços de madeira unidas com parafusos. A Figura 3 mostra a estrutura do microscópio com as dimensões principais. Todas as peças são fixadas com o membro ereto, com dois parafusos. Coloque quatro adesivos sentiu almofadas sob a base do microscópio.
CORPO TUBE
Uma das partes mais importantes de um microscópio é o tubo do corpo. O objetivo ea ocular são montados em cada extremidade do tubo, como mostrado na Figura 9. O tubo do corpo pode ser feito de qualquer metal (2 mm de espessura) ou de plástico (1 mm de espessura). Para este projeto eu usei uma peça rígida de tubo de água de plástico. Evitar o cartão, se possível, pois irá desgastar a longo prazo. O diâmetro externo do tubo deve ser entre 24 e 30 mm de diâmetro. Cortar uma 170 mm de comprimento do tubo que você vai ter que cortar com as medidas indicadas na figura 9.
APOIA
O tubo do corpo é mantido no lugar e mantido em alinhamento por dois suportes. Conforme mostrado na Figura 4, cada suporte compreende duas partes. O apoio tem um "V entalhe em forma" e do tubo deve projetam para fora do entalhe em pelo menos um milímetro. A outra peça - uma pequena placa de madeira - é usado para fixar o tubo na posição. A pressão exercida por esta braçadeira é feita ajustável por meio de parafusos. Porque a madeira tende a aderir às superfícies de plástico e metal, coloque uma tira de veludo adesivo nas superfícies internas dos dois suportes e braçadeiras para facilitar o movimento do tubo durante a focagem. Se você não tem nenhuma veludo tecido auto-adesivo você pode colar um pedaço de veludo ou feltro fino.
ESTÁGIO
O estágio é um pedaço de madeira que tem um furo para permitir a passagem de luz. Para localizar com precisão esse buraco, antes de montar o palco para o membro ereto e fixar o tubo do corpo ao seu suporte. Em seguida, solte o tubo do corpo no palco e com um lápis, desenhe um círculo ao redor do tubo. No centro desse círculo furar um buraco de cerca de 12 mm de diâmetro. Denegrir o interior do buraco com uma caneta com ponta de feltro preto ou tinta nanquim.
GIRO DIAFRAGMA
O próximo passo é a montagem de um diafragma de rotação sob o palco. Sua finalidade é ajustar o contraste das imagens. Trata-se de um disco de plástico opaco rígido de 1 mm de espessura, e tem uma série de furos de diâmetro maior dispostas ao longo de um círculo, como ilustrado na Figura 5. Certifique-se de que você faça os furos para que eles sejam corretamente alinhados com o buraco no palco. Para ajudar a transformar o disco sem problemas, montar uma arruela de cada lado do disco. Aperte o parafuso até que esteja satisfeito com o movimento do disco.
MIRROR
O espelho é utilizado para iluminar o modelo de baixo. Conforme mostrado na Figura 6, é feita por um corte um pequeno retângulo de espelho que é, então, colada sobre um suporte de madeira. O suporte do espelho é um pedaço de chapa metálica que é dobrada em um "U". É aparafusado ao suporte do espelho e para a base, como mostrado na figura. Os três parafusos que prendem-lo todos juntos permitirá o espelho para rodar em qualquer direção. Ajuste o aperto dos parafusos para que o atrito é suficiente.
OCULAR
A ocular serve para ampliar a imagem formada pela objetiva. Para fazer a ocular, vamos utilizar dois dos quatro menisco obtidas pelas câmeras que mencionei anteriormente. Como estas lentes têm o mesmo comprimento focal, a ocular tem que seguir o regime Ramsden, que é explicado mais tarde. Montar as lentes com o lado convexo voltado para dentro (ver Figura 7). A distância entre as lentes tem que ser de cerca de dois terços do seu comprimento focal. Assim, se as lentes têm uma focal de 35 mm, você terá que separá-los por 23 mm. Mais tarde veremos como calcular a ampliação do visor.
Para fazer a plástica ocular uso de sonda ou papelão tubos de diâmetro adequado. O mesmo vale para as mangas adaptar o tubo do corpo, a ocular ea objetiva. Encontrar os tubos que são adequados para estas lentes pode ser a parte mais desafiadora deste projeto. Procure por esses tubos de plástico e de bens em lojas de hardware. Encontrar peças estranho é muitas vezes a tarefa mais difícil para o cientista amador, mas também pode ser um processo exigente levando a soluções criativas.
OBJETIVO
Em objectivos de qualidade comercial, plano-convexos e lentes especiais meniscos são muitas vezes utilizados. Vários desses meniscos são montados perto um do outro com o plano ou superfície côncava de frente para o modelo. Para o nosso sistema objetiva lugar, os dois meniscos restante em cerca de 2 mm entre si por meio de um anel pequeno espaço (ver Figura 8). Como mencionado anteriormente, é preferível fazer o tubo objetivo de plástico ao invés de papelão.
Se você usar somente uma dessas lentes no objetivo, você irá obter uma ampliação que é cerca de metade do descrito aqui. Você pode usar essa idéia de fazer os objectivos que têm de ampliação diferentes.
DIAFRAGMA do objectivo
Quando eu testou o microscópio descrito acima, eu vi quase nada. A imagem foi extremamente confusa e difícil foco. A razão para isto é que as lentes obtidas no câmeras descartáveis são afligidos por aberrações forte quando eles são usados em sua abertura total. Felizmente, é possível melhorar a imagem de "paragem para baixo" o tamanho da lente objetiva para que a luz é permitida a passagem apenas a parte central da lente. Para fazer isso, eu coloco um diafragma (contendo um pequeno furo) na frente da lente objetiva.
Usando um pedaço de filme plástico escuro scavenged formar um disquete velho, fiz um diafragma com abertura de 1,5 mm de diâmetro e colocá-lo na frente da primeira lente da objectiva. Os resultados foram muito satisfatórios. Na verdade, eu era capaz de distinguir as ventosas nas antenas (antenas) de pulgões, e pude observar protistas.
A abertura do diafragma depende das lentes que você está usando o poder do objectivo, o seu nível de correção, etc Tenha em mente que, como o diâmetro do diafragma diminui, a quantidade de luz que passa através da objetiva também irá diminuir . Você irá, portanto, tem que usar mais luz para ver a imagem adequadamente. Por outro lado, você não deve fazer esta abertura muito grande, porque a nitidez da imagem começará a diminuir. Tente diferentes diâmetros do diafragma até obter uma imagem nítida adequadamente.
Usando lentes de vidro, melhora a qualidade da imagem, mas não radicalmente. De fato, para obter imagens mais nítidas é necessário usar lentes acromáticas.
INSTALAÇÃO DO OPTICS
O objetivo ea ocular deve ser montada no tubo de órgão. Figura 9 mostra a ótica dimensões principais do microscópio e as dimensões físicas dos componentes. Se você optar por fazer a ocular ou o objectivo que usam lentes diferentes que aqueles que eu descrevo, as dimensões eu fornecer aqui já não se aplicam. Sinta-se livre para modificar esse projeto de acordo com os materiais que estão disponíveis para você. Use as informações contidas neste artigo como um ponto de partida.
Baixo contraste em suas imagens podem ser causados por reflexos nas paredes internas do microscópio. Para eliminar esse problema de linha, no interior do tubo do corpo com um tubo feito de cartolina preta, ou - melhor ainda - a partir de veludo preto. Se você usa o cartão, você pode achar que você ainda está incomodado com os reflexos. Como medida preventiva mais você pode instalar uma membrana anti-reflexo no tubo. (Veja a Figura 9.) Deve ter uma
abertura de cerca de 10 mm de diâmetro (para este modelo). Se você continuar a ter imagens de baixo contraste, continuo procurando fontes de reflexão interna.
Outra maneira de obter um diafragma intermediário é fazer com que muitos pequenos cortes na borda superior da cartolina preta e dobrar à margem "para dentro em um ângulo de 90 °. Retire a ocular e olhar com cuidado para dentro a fim de localizar e eliminar reflexos. Continue fazendo isso a fim de eliminar os reflexos internos até obter um bom contraste. Lembre-se também para limpar a objectiva ea ocular. Remover os reflexos irão aumentar consideravelmente o contraste das imagens.
AMPLIAÇÃO MICROSCOPE
Qual é a ampliação do microscópio? Você pode calcular a ampliação de seu microscópio por meio das fórmulas de óptica na Tabela 1. Como indicado pela fórmula 6, a ampliação de um microscópio (MMIC) é dado pelo produto da potência do objectivo (MOB) e que da ocular (MEP):
MMIC = Mep × Mob
Para utilizar esta relação, é preciso calcular o poder da ampliação dos objetivos e da ocular.
Ampliação potência do objectivo Aplicando a fórmula 2 do Quadro 1 para o objectivo que nós construímos, e usando fa = fb = 35 mm e d = 2,8 mm, podemos calcular o comprimento focal da objetiva: FOB = 18,2 milímetros Aplicando a fórmula 1 do Quadro 1, e usando uma imagem q = distância de 160 mm (ver Figura 9), vamos determinar a distância que o objetivo é exemplar: p = 20,6 milímetros
Aplicando a fórmula 5 da Tabela 1, e utilizando os valores acima de P e Q, o poder de o objectivo é: Mob = 160/20.6 Mob = 7,77
Ampliação potência da ocular Aplicando a fórmula 2 do Quadro 1 para a ocular que nós construímos, e usando fa = fb = 35 mm e d = 23 mm, que determina que: FEP = 26,06 mm. E, aplicando a fórmula 4 do Quadro 1, podemos calcular que: Mep 250/26.06 = = 9,6
Ampliação total do microscópio Aplicando a fórmula 6 da Tabela 1, a ampliação do microscópio é: MMIC = 7,77 × 9,6 MMIC = 74,6
Existe também uma forma experimental de determinar a potência de um microscópio. Pegue uma régua com divisões nítidas e finas e coloque-o no objetivo e foco de sua imagem. Coloque um governante segundo a uma distância de 250 milímetros de seus olhos. Agora, olhe através do microscópio com um olho e focar o outro olho na régua segundo. Sobreponha as duas imagens e determinar quantas divisões da régua pela primeira vez com o microscópio correspondem ao segundo governante visto a olho nu. A primeira vez que você tente fazer este exercício você pode encontrar a comparação bastante difícil. Não desanime. Com um pouco de prática e perseverança, você deve ter êxito. Para um microscopista amador, acrobacia óptica deste tipo são completamente normal. Além disso, apesar de seus melhores esforços para fazer cálculos cuidadosos, erros de medição são inevitáveis. É por isso que é uma boa idéia, e verifique seus cálculos com um método empírico. Além disso, eu suspeito que muitas pessoas gostam deste tipo de desafio.
FOCO
Para obter imagens nítidas, você tem que ajustar a distância entre o objetivo eo modelo. Esta operação é conhecida como "foco". Nos microscópios mais caro, este ajuste é feito por meio de mecanismos que são bastante complexos para construir. Nosso microscópio se concentra por um simples - mas eficaz - mecanismo. O tubo do corpo é mantido no lugar por fricção. Ele não vai escorregar para baixo por conta própria, mas vai deslizar para cima e para baixo em resposta a um pouco de força.
Conforme ilustrado na Figura 3, o tubo do corpo é colocado em dois jugos. Com um conjunto de parafusos é possível ajustar a força de aperto com que o tubo do corpo é mantido no lugar. Ajuste os parafusos para que o tubo do corpo é forte o suficiente para evitar que ele caia para baixo sob seu próprio peso, mas solto o suficiente para permitir que ele seja deslocado para cima ou para baixo com a mão.
Utilização do instrumento
Receba uma lâmpada com um bulbo fosco e desenhá-la perto do microscópio. Ligá-lo e ajustar o espelho até que o campo é forte e uniformemente iluminada. Colocar uma amostra em uma lâmina, adicionar algumas gotas de água e cobrir o modelo com uma lamela. Centro da amostra no palco sob a objectiva. Ajuste o foco. Se necessário, substitua o diafragma com o outro a fim de obter um bom contraste da imagem. Depois que tudo estiver funcionando bem, ajustar a posição do slide para explorar as diferentes partes da
amostra. Nunca usar a luz solar direta - as imagens seriam muito brilhante e seria falta de contraste, e você não vai ver qualquer detalhe.
PARTE 2: melhorias
O microscópio descrito acima é barato e relativamente fácil de construir. No entanto, existem muitas melhorias que você pode fazer. Em particular, você pode usar lentes sofisticadas de mais e melhores mecanismos de focalização. Embora estas alterações irá fazer o microscópio mais complexos para construir e operar, eu sinto que muitos leitores irão gostar do desafio. Aqueles que experimento com modificações definitivamente aprender com seus esforços. Na seção seguinte, eu lhe fornecer informações que, espero, irá guiá-lo com suas melhorias.
A melhor maneira de melhorar o desempenho deste microscópio é usando lentes de melhor. O primeiro (e fácil) coisa a fazer é substituir as lentes de plástico com lentes de vidro. Algo tão simples quanto isso vai lhe dar uma melhora substancial.
Um dos problemas principais com qualquer lente é "aberração cromática", que tem a ver com a incapacidade de uma lente para focar a luz de diferentes comprimentos de onda para o mesmo ponto. Este é um problema maior para lentes objetivas do que é para oculares, e é discutido em maior detalhe no âmbito do «Objectivos» posição. Felizmente, não é necessário o uso de lentes especiais para oculares acromáticas. É possível remover a maior parte do aberração cromática das oculares através do posicionamento correto de duas lentes convexas-Plano. Vamos iniciar nossa "melhorias", então, com o estudo da construção ocular amadores.
Oculares
A ocular tem a missão de ampliar a imagem formada pela objetiva, e ao fazê-lo como deve introduzir a aberração óptica possível. Existem muitos modelos ocular, mas aqui vou descrever apenas aqueles que são mais fáceis de construir. Você pode fazer um visor de alta qualidade com apenas duas lentes convexas-Plano.
Dois simples oculares são particularmente as do tipo Ramsden e Huygens. Ambos foram desenhados por seus inventores para minimizar aberrações ópticas. Em alguns casos, eles são projetados para compensar as aberrações produzidas pelos objectivos. Estes modelos são amplamente utilizadas em microscópios modernos e telescópios. A ocular Huygens é provavelmente o modelo mais difundido atualmente em uso. Se você conseguir obter doublets acromática de lentes de distância focal curta você pode construir outros três modelos de oculares de maior qualidade ainda.
Note-se que um diafragma de campo é muitas vezes inserido no plano focal da ocular. Este diafragma tem a importante função de evitar reflexões a partir da superfície interna da ocular.
oculares Ramsden. A ocular Ramsden é feito com duas lentes convexas, Plano de distância focal igual (= fa fb), com superfícies convexas frente para o outro (figura 10). A lente mais próxima do observador é referido como a lente do olho, enquanto o outro é chamado de lente de campo. Para obter melhores redução da aberração cromática a distância 'd' entre estas lentes deve ser igual ao seu comprimento focal.
Infelizmente, esta separação apresenta vários problemas, um dos quais é que a lente do olho incidirá sobre todas as imperfeições e as partículas de poeira na lente de campo. Para reduzir esse efeito, a distância entre as lentes é reduzido para cerca de dois terços do seu comprimento focal: d = 2/3fa. Infelizmente, isso não elimina o problema completamente. Você também pode tentar colocar as duas lentes a metade do comprimento focal além: d = fa / 2. Outro problema com essa lente é que ela tem bastante estreito campo de visão.
ocular Huygens. Esta ocular é feita com duas Plano-convexo ou lente biconvexa. Ambas as lentes são orientados com a superfície convexa na direção do objetivo. (Veja figura 10). Essas lentes devem ser de diferentes comprimentos focais. Em geral, as duas distâncias focais têm que estar em algum lugar a relação 1:03-1:02. A distância entre as lentes deve ser igual à metade da soma das respectivas distâncias focais: d = (+ fb bis) / 2, onde fa é a lente de comprimento focal e fb é a lente olho de comprimento focal. Este é apenas o média das duas distâncias focais. Vamos considerar alguns exemplos. Se fa = 30 mm e fb = 10 mm, a separação das duas superfícies planas deve ser de 20 mm. Em outro exemplo, fa = 30 mm e fb = 15 mm. A separação entre as duas superfícies planas devem ser 22,5 mm. O plano focal da ocular Huygens está localizado entre as duas lentes. Assim, o diafragma de campo tem que ser no plano focal da lente do olho.
ocular Kellner. Este modelo é derivado do ocular Ramsden. É feito através da substituição da lente do olho com um gibão Ramsden acromáticas. Com este modelo ocular, você deve obter uma melhor correção cromática e um olho maior alívio. (Alívio do olho é a distância do olho atrás da ocular).
Da mesma forma, você pode modificar a ocular Huygens com uma lente olho acromático e, neste caso você pode usar uma lente biconvexa para a lente de campo. Nestes oculares, o espaçamento inter-lente é derivada do comprimento focal da mesma forma como fizemos para as lentes do qual são derivadas.
ocular simétrica. Este modelo, que é muito simples de construir, é feita com dois grupos idênticos doublets acromático que se enfrentam em simetria de espelho. Daí o nome. (Veja figura 10). Devem ser mantidas muito próximas umas das outras. O comprimento focal deste ocular é igual a aproximadamente metade do que cada parelha. Sua excelente performance inclui boa correção de aberrações, um campo muito vasto de vista e um relevo de olho grande. Muitas vezes, esse modelo é chamado de uma ocular Plossl, mas isso é incorreto, pois a ocular Plossl tem outra lente colocada em uma posição intermediária. É mais correto chamar esse modelo simétrico ocular.
OBJETIVOS
Lembro-me que o objectivo tem a função de produzir uma imagem ampliada do objeto que está observando. (Essa imagem, evidentemente, é ainda ampliada pela ocular.) Ao contrário do ocular, que pode ser, pelo menos, parcialmente corrigida para a aberração cromática sem usar lentes acromáticas, os objectivos não pode. Elas devem ser feitas com lentes acromáticas, a fim de produzir imagens nítidas.
Eu divagar por um momento para discutir a aberração cromática de uma forma mais pequeno detalhe.
Assim como um prisma, uma lente vai curvar a luz em graus diferentes, dependendo da cor da luz. Devido a este fenómeno, uma lente normal incidirá as
diversas cores em diferentes locais (como mostrado na Figura 11), produzindo uma imagem borrada. Este fenômeno é chamado de aberração cromática e é o pior de aberrações diversas lentes que podem afligir normal. Os microscopistas primeiro tinha um monte de problemas com esse problema, e por um longo tempo microscópios cedo, como primeiros telescópios, produziu imagens desfocadas. Este problema foi resolvido quando eles começaram a usar objectivos feito de duas lentes com diferentes índices de refração. Estes objectivos são projetados de tal forma que o defeito cromático produzida pela primeira lente é compensado pelo defeito oposto produzida pela segunda lente. Isso tem como resultado que as várias cores (ou comprimentos de onda) são focados em (quase) no mesmo local - produzindo assim uma imagem mais nítida.
Normalmente, estas lentes são colados em pares (pares) e as cores vermelho e azul da imagem é feita para coincidir. (As outras cores podem não coincidir perfeitamente.) Estas são conhecidas como lentes acromáticas. Às vezes, eles são colados em grupos de três (trios) para obter uma coincidência cromática de três cores - geralmente vermelho, verde e azul. Essas lentes são chamadas apochromatic, e são substancialmente melhores do que as lentes acromáticas. Em outros casos, as lentes individuais são mantidas separadas.
Os objetivos são também atingidos por outras aberrações, entre elas a aberrações esféricas, que são provavelmente a pior forma de aberração após as aberrações cromáticas. Os objectivos planachromatic resultar em uma imagem plana e são projetados para a fotografia. O tipo de correção cromática utilizada nestes objetivos é intermediária entre o acromático e os objectivos apochromatic.
Com as lentes normais (acromática não), você pode obter boas imagens bastante desde que se limite a aumentos moderados. Para obter grandes ampliações, é absolutamente necessário lentes acromáticas. Para este projeto, nós podemos usar ou não acromática lentes acromáticas. O uso de lentes normais demonstra o efeito da aberração cromática ea importância de eliminá-lo como a ampliação é aumentada. Em geral, o uso de lentes normal permite-lhe obter imagens satisfatórias até cerca de 100 X, fornecendo-lhe usar um diafragma na frente da objetiva.
O objetivo é a parte mais importante do microscópio. Os fabricantes de microscópios comercial projetar seus objetivos por meio de complexos cálculos ópticos e produzir lentes de acordo com os parâmetros que definiram analiticamente. Tanto o design ea fabricação dos objectivos estão para além do alcance do amador. No entanto, apesar de a fabricação dos objectivos é mais complexa do que a de oculares, vamos tentar fazer melhor do que o objectivo foi utilizado na primeira seção. Vamos tentar obter o melhor desempenho possível com as lentes normais. Qualquer melhoria vai exigir o uso de lentes acromáticas.
Mais uma vez, as lentes de vidro são geralmente de maior qualidade que as lentes de plástico. Então, como um primeiro passo, se você tiver a curto comprimento focal de lentes convexas vidro-plano, ao invés de usá-las as lentes de plástico.
Se você tiver um binóculo ocular, use-o como um condensador. Orient-lo de modo que a lente do olho é virado para cima.
Nos objetivos fabricados, a primeira lente (um a mais próxima do modelo) é muitas vezes feita de um plano-convexo pequena lente. Ele é seguido por uma ou mais outras lentes. Eles podem ser convexos plano, menisco ou lentes acromáticas. Normalmente, as lentes são colocadas com o plano ou superfície côncava em direção à amostra. Quando dois iguais doublets acromático são usados, muitas
vezes são colocadas em um arranjo simétrico. Outros tipos de objectivos seguir regimes que são semelhantes a estes, bem como a correcção de aberrações cromáticas nem sempre é feita com lentes cimentadas. Muitas vezes, os objectivos de baixa potência são feitos de um único dubleto acromático.
Para o construtor amador de microscópio, a construção de objectivos devem seguir estes princípios: - Não tente obter alta ampliação. - Use as lentes de menor possível. - Plano de Uso lentes convexas ou meniscos ou doublets acromática. - Coloque mais poderosa lente mais próxima do que o espécime. (Se possível, use uma lente convexa, plano). - Manter o plano ou superfícies côncavas voltadas para o espécime. - Tente manter todas as lentes centrado. - Pára-down com o objectivo de um diafragma para reduzir as aberrações. - Se possível, use um gibão acromática sozinho. - Se você usar dois idênticos doublets acromática, colocá-los frente a frente no espelho de simetria, e tentar mantê-los em diferentes distâncias. - Tente usar uma lente convexa, Plano seguido por um gibão acromática, ou duas parelhas iguais.
O uso de lentes acromáticas levará a imagens de alta qualidade sem a necessidade de parar para baixo o objectivo. Comprando um ou 20X acromática objetiva de 10X irá eliminar muitos problemas. Se você usar um objectivo comercial projetado especificamente para um microscópio, o comprimento do tubo L mecânica (normalmente 160 ou 170 mm) deve ser escrito sobre ela. Conforme mostrado na Figura 12, esta é a distância entre o ponto do objetivo e da ocular. Claramente, se você usar um objectivo acromática para o seu microscópio, você deve usar uma ocular de boa qualidade também, como uma ocular Huygens 10X.
No mercado existem também corrigido ao infinito objectivos. Neste caso, o comprimento do tubo mecânico é indicado pelo símbolo de infinito. Estes objectivos são concebidos para o modelo a ser no exato ponto focal da objetiva. Isso resulta na imagem que está sendo produzido no infinito. Uma lente intermediário deve ser colocado no tubo do corpo a concentrar-se esta imagem no plano focal da ocular. Devido à necessidade de esta lente intermediária, a utilização dos objectivos corrigido infinito é um pouco mais complicado do que os normais. Por razões de simplicidade, é melhor evitar esse tipo de objetivo. Se você quiser obter mais informações sobre estes objectivos, consulte o site que indiquei na bibliografia.
Cálculos ópticos
As expressões a seguir vai ajudar você a calcular a distância focal eo poder de oculares simples e objetivos, assumindo que eles são sistemas de lentes finas. Todas as dimensões são expressas em mm. Para determinar o comprimento focal das lentes de ler nosso artigo: " De Lentes para Instrumentos ópticos ".
Tabela 1 - Algumas fórmulas ópticas
Terminologia
f distância focal de uma única lente ou sistema de lentes
p distância objeto-objetivo
q distância da imagem-objetivo
f um comprimento focal da lente A (por exemplo:
a lente de campo)
f b comprimento focal da lente B (por exemplo: a lente do olho)
f ab focal length of the system of two lenses A and B
d distance between two thin lenses
D distance of the focus plane from the front lens
1
relationship between the focal length and the p and q distances
1/f = 1/p + 1/q
2 focal length of a system of two lenses (eg: the eyepiece)
f ab = f a f b /(f a +f b -d)
3 distance of the front focal plane from the nearer lens
D = f ab ( f b -d)/f b
4 eyepiece magnification power
M ep = 250/f ab
5 objective magnification power
M ob = q/p
6 magnification power of the microscope
M mic = M ob × M ep
COARSE FOCUSING SYSTEM
The microscope described in the first part of this article is focused simply by pushing the body tube up and down by hand. This, unfortunately, does not exhibit the fine control that we would like. However, with a little effort you can add a steel wire mechanism that will give better control over the motion of the tube. As you turn a knob, the steel wire will gently, but firmly, pull the body tube up or down. (See Figure 13.) This improvement will cost you little more than another dollar or two.
Materials for the focusing device: - Steel cable for model aircraft construction (0.4 mm diameter nylon-coated flexible steel braided cable. The outside diameter of this cable should be 0.7 mm). You can buy this cable in a model aircraft or hardware store; - steel shaft ø 10 mm (its surface must be regular and smooth); - two knobs; - two flat tip M 4 x 5 set screws for the knobs; - 10 x 20 x 70 mm rigid plastic to make the two bearings for the shaft; - two cylindrical head tapping screws ø 3.5 x 35 mm for the bearings; - a tube for the spacers; - an aluminium block 8 x 10 x 25 mm to make the two ends for the cable; - Two M 3 x 7 mm screws and nuts to hold the lug support to the tube; - Two flat tip M 3 x 5 set screws to fix the cable.
The heart of this focusing device is a thin and flexible steel cable that is fixed to both the top and bottom of the body tube (see Figure 14). The cable is pulled by a rotatable shaft that passes through bearings fixed to one of the tube's supports. The bearings for this shaft could be plastic blocks screwed to the support, but you may have other ideas. Referring to Figure 13, the holes for the screws must be 0.5 mm larger than the screws themselves to allow the bearings to align with the shaft. On the contrary, the holes for the shaft must be exact while allowing a fluent movement.
Before mounting this system, deepen the notches of the wooden supports in order to allow the passage of the ends and their attached hardware. Slip the shaft onto the plastic bearings and screw them to the wooden supports. Make sure that the cable is parallel to the body tube. Drill the knobs to the same diameter of the shaft.
With a file, make a little flat surface on the shaft. Mount a set screw onto each knob and mount them on the shaft.
The cable must be quite flexible as it has to be wrapped four times around the shaft to develop enough friction. Figure 14 shows how the cable ends are attached to the body tube. Two ends (in aluminium or steel) are bolted to the body tube. Cut a length of 330 mm from the steel cable. Make a knot in the bottom part and pass the cable through the hole in the lower end. Coil the cable around the shaft four times. Now, pass the cable through the upper end. Arrange the coils side by side and then, with a pincer, clamp the end of the cable and pull with a force of approximately 2 Kg whilst moving the knobs forwards and backwards. Stop the cable by tightening the upper set screws against each other. Repeat the operation several times, until the cable has been sufficiently tightened. The main tube has to move easily but firmly. Make sure that the cable does not slip on the shaft when the shaft is turned. If it does, repeat the tightening of the cable.
The role of the brakes (that prevent the main tube falling) is performed by the bearings of the shaft. Therefore, you can relax the wooden "V" supports. If necessary, make a saw cutting on each bearing so that by tightening the screw, the braking force increases.
Despite its odd appearance, this focusing system works very well. Its movement is more fluid than the much more complicated (and expensive) mechanism that uses a dovetail slide and a rack and pinion.
FINE FOCUSING SYSTEM
High quality microscopes are usually equipped with both coarse-focus and fine-focus adjustments. The coarse adjustment provides a quick but rough focus, while the fine-focus allows you to make a more precise adjustment. To equip our little microscope with a fine focusing adjustment, we will use a mechanism that lifts the stage by a fraction of a millimetre. Since the stage is screwed solidly to the microscope body we can't expect to move it very much. The mechanism I have chosen to lift the stage is simple but effective. As shown in Figure 15, it is a differential screw made up of two coaxial screws of different pitch. When the differential screw is
Figure 15 - Fine focusing device made using a differential screw.
rotated counter-clockwise, the larger screw will come out of its nut a greater distance than the smaller screw goes in. The stage will be pushed upwards by a distance equal to the difference of the pitch of the two screws.
To make this fine focusing mechanism, you can use M 3 and M 5 screws. Because the thread of the first screw has a pitch of 0.8 mm while the thread of the second has a pitch of 0.5 mm, a complete rotation of the differential screw will lift the stage only 0.3 mm.
First, cut away the heads of the screws and then join them end-to-end. To join the two screws, insert the end of each into a short brass or steel sleeve and solder them together. Otherwise, with a lathe, drill and thread M 3 to one end of the M 5 screw, then screw and tighten the two screws together. With washers and nuts, fix a cap from a tube of toothpaste onto the middle portion of the differential screw. The differential screw has to be approximately 10 mm longer than the distance between the base and the stage. Drill two aligned holes, one under the stage and the other on the base of the microscope. With a vice, press the two nuts into these holes.
In order to mount the
differential screw, relax the screws that fix the stage, then screw the differential screw into the M 5 nut for about 11 mm. Tighten again the screws of the stage, then screw the differential screw into the M 3 nut. You should attain a position where the differential screw turns freely. Always keep the differential screw in this position, except for when you use this focusing device.
You should not rotate the differential screw for more than one turn. Before you use the fine adjustment, make sure that you get the best focus you can with the coarse adjustment, then sharpen up the image with the fine adjustment.
CONDENSADOR
The role of the condenser is to concentrate the light on the specimen and to supply it with suitable convergence to the objective. In a microscope this is important, because without a condenser it would not be possible to attain high magnifications.
Converging lens and rotating diaphragm For this simple microscope, a condenser is not indispensable, but if you exceed the 100X magnification it becomes necessary. A simple condenser is a strong plano-convex lens installed under the hole in the stage. This lens should have a focal length of about 25 mm, and it must have the plane surface turned upward. If you can obtain better optical components, you could add a second powerful biconvex lens under the first one as illustrated in figure 16. It is also possible to use a binoculars eyepiece as a condenser. With little expense, it is possible to buy good quality binoculars at a market.
Commercial microscope condensers are usually provided with an iris diaphragm, where the aperture is continuously variable. An iris diaphragm is rather expensive for this simple microscope, and making one would be a rather laborious undertaking. Besides, the rotating diaphragm described above will work well even though it is not very sophisticated. If you do obtain an iris diaphragm, place it under
the condenser.
Adjusting the condenser diaphragm In a commercial microscope with its diaphragm at the maximum aperture, the images are well-resolved, but they are pale and without contrast. As you narrow the aperture, the image will gain contrast, and the outlines will become more pronounced. Moreover, the depth of field will increase. However, as you continue to narrow the aperture, the outline of the objects will fuse and the sharpness of the image will degrade. So, adjust the aperture until you find the best balance between sharpness and contrast of the image.
ILLUMINATING SYSTEMS
Mirror and window Set the microscope close to a window and direct some light on the specimen with the mirror. This is the simplest illuminating system. It is usually used by student microscopes – even those with achromatic objectives, but it is not the best solution.
Mirror and lamp with frosted bulb If you try to use a fluorescent tube as a light source, you will notice that only the lines running in one direction will be focused; the others will be blurred. This is due to the long and narrow shape of the fluorescent tube. Windows that have irregular shapes can produce a similar effect. What we need are circular and uniformly bright sources of light. Try using a frosted light bulb placed some centimetres from the mirror. This is the best and simplest illumination system for this microscope.
Lamp and diffuser The light sources described above are separate from the microscope. This means that once you are set up you won't be able to move the microscope without altering your lighting conditions. This can be frustrating. We would like to have a light source that moved with the microscope – eg: one that is part of the microscope body. One way of achieving this is by removing the mirror and replacing it with an illuminator. This can be a closed box containing a lamp. The box has a circular hole in its lid directly below the hole in the stage. The hole of the box must be covered by a diffuser of frosted glass so that the filament of the lamp is not visible. You will need to conduct some tests to determine the best diameter of the hole and the best distance from the microscope. You should also provide this illuminator with diaphragms of different aperture and with a blue filter to raise the color temperature of the filament lamp. With a little effort you can make the intensity of the light adjustable. If you build this illuminator, use a low voltage lamp and
materials that are heat-resistant and electrically non-conductive. Today, you can use luminous LED that give a very bright white light. These devices produce little heat and have a low energy consumption. In order to control the brightness of the LED, provide the system by a rheostat.
Illumination with lamp, lenses and mirror - Köhler illumination High magnification requires very bright and uniform illumination, and there is a technique invented by Köhler – called Köhler illumination – that produces an intense and homogeneous beam of light. This technique has become standard in modern microscopy. However, the apparatus is quite complicated and its use is probably not justified for this project. Finally, a blue filter is usually placed on the condenser in order to increase the colour temperature of the filament lamps.
A MICROSCOPE FOR OBSERVING PROTOZOA
If you have arrived this far, it means you are ready to build a little Do-It-Yourself jewel: a microscope whose quality will amaze all those who try it, and in particular those who already have a microscope. Obviously, in order to achieve such a feat, I had to introduce some improvements that will raise the cost of this instrument to about 60 dollars. What characterizes this model is the use of purchased optics and a binocular eyepiece as a condenser. The design of this microscope enables you to observe protozoa, unicellular algae, tissue sections and permanent preparations.
The structure of this microscope is the one you are familiar with and it can be made out of wood, Plexiglas and other materials. It is equipped with coarse focus (steel cable) and fine focus (differential screw). The optics consists of an achromatic 20 or 25 X objective, a 10 X eyepiece for microscopes and a binocular eyepiece as a condenser.
Figure 17 - Shot of a rotifer taken through the microscope
for observing protozoa. Field = approximately 0.6 mm.
Figure 18 - Microscope for protozoa. The condenser
is made with an eyepiece for binoculars.
Mount the eyepiece "condenser" at the same level as the stage and with the lens of the eye upward. Make a rotating diaphragm with 6 holes of the following diameters: 16, 12, 10, 8, 6 and 4 mm. Mount the rotating diaphragm a few millimetres below the "condenser". In order to follow the incessant movements of the protozoa, purchase a device which allows you to move the microscope slides. This should cost about 20 euro. The coarse focusing, the fine focusing and the adjustable mirror will complete the instrument (figures 17 and 18).
As we said, to obtain well-contrasted images, you must carefully eliminate all internal reflections. To do this, coat the inside of the main tube with black
cardboard or black velvet. Fit a pair of internal diaphragms, being careful not to intercept the light directed to the eyepiece. In order to eliminate internal reflections, it can help to use a principal tube of greater size: between 30 and 35 mm in the outside diameter. In this case, you will have to modify the dimensions of the upright and the "V" supports. Also clean the eyepiece and the objective using optical pure cellulose paper or a clean cotton handkerchief. Because of its simplicity, this microscope allows you to get very sharp and contrasted images. This is not always possible with microscopes that have the prism box, which often have internal reflections that are not easily eliminated and over time accumulate dust and patinas on optical surfaces.
To always have contrasted pictures, buy an achromatic objective. Avoid the planar ones because they have a large number of lenses and are more expensive. The length of the tube of this microscope must be the one indicated on the objective (Figure 12). With an objective of 20 or 25 X and a 10 X eyepiece, you will obtain a magnification of 200 or 250 X that is perfect for observing protozoa and other microorganisms living in stagnant water. That is the main feature of this microscope and I'm sure you will appreciate the miniature world that this instrument will open up to you.
HOW TO FIND LENSES
I have already told you how you can get the lenses needed to build the first microscope of this article. The optical components for this last microscope can be purchased in: - surplus market; - opticians, photography and microscope shops; - photography, astronomy, minerals and electronics fairs where it is often possible to find lenses and optical instruments, both new and used; - Internet auctions (eg Ebay); - Mail order retailers of optical products also present on the Internet.
http://astronomy-mall.com/ Apogee Inc . Optical instruments and optical firms http://www.edsci.com/ Edmund Scientific . A wide catalog of optical products, but with quite enough high prices http://www.surplusshack.com/index.htm Surplus Shed . Lenses and many other items of optics and electronics http://www.silo.it Silo . Lenses and other optical component.
Unlike the situation of a few years ago, the Chinese manufactured eyepieces and objectives are often of high quality, as well as low cost. You can also obtain binocular eyepieces by demolishing old binoculars or those purchased at low cost. If you buy your binoculars, choose those with objectives of 50 mm in diameter, and avoid those of an orange colour. The objectives of these binoculars could be used to build a nice stereoscopic microscope.
OBSERVATIONS
Here, you can find a series of articles that tell you what to observe with a microscope: what to observe with a microscope .
CONCLUSÃO
Although the small basic instrument described in this article is simple and costs less than a dollar to build, it will work quite well. Moreover, it will give you an introduction to the principles governing the workings of a professional microscope. Here you see how with little things you can understand the big things. If you are inclined to carry this project further, you can experiment with different mechanical improvements, different arrangements of the lenses, higher quality optics, or you can integrate your instrument with devices that can improve its performance. Treat this project as 'open-ended'. I hope that this little project will stimulate your curiosity and your creativity.
BIBLIOGRAFIA
Would you like to know more about microscopes? Here are some resources available on the internet: The first site, The Molecular Expressions Website, is a goldmine of information about microscopy.
http://microscopy.fsu.edu/primer/anatomy/anatomy.html Anatomy of the microscope http://microscopy.fsu.edu/index.html Optics, microscopy, images at the microscope http://micro.magnet.fsu.edu/optics/ Optics and science http://en.wikipedia.org/wiki/Eyepiece For more on eyepieces. Wikipedia has many other topics on optics. In particular, look up 'lens (optics)'. It has a nice discussion of aberrations. http://micro.magnet.fsu.edu/moviegallery/pondscum.html Pictures and movies of organisms that live in ponds.
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