Доработка микроскопа

[=SM= 26 016]

Пожалуй, опишу это в отдельной теме в "своем" разделе.

 

У меня дешевый микроскоп Микромед-Р1. Его осветитель имеет три больших недостатка. Первый, и основной, у него нет полевой диафрагмы, поэтому нельзя выставить свет по Кёллеру. Второй, у него лампа осветителя прикручена наглухо, что не дает ее ни отцентрировать, ни сфокусировать где надо. И третий, у него линза коллектора матовая, плюс еще матовое стекло под ней, что окончательно не дает сфокусировать свет на апертурной диафрагме. Микроскопы, где осветитель имеет все необходимые регулировки, стоит значительно, очень значительно дороже. Поэтому, я решил "сколхозить" все сам, благо руки имеются.

 

Сначала сделал сам источник света. Для этого понадобились две детали:

- светодиодная COB-матрица, 10 ватт 30 вольт ( ссылка на алиэкспресс  )

- радиатор охлаждения ( ссылка на радиатор  )

 

Все это собрал - матрицу приклеил на радиатор специальным теплопроводящим клеем, над ней вставил между ребер радиатора кусочек матового оргстекла, в котором закрасил черным перманентным маркером все, кроме круглого участка в центре. Который и будет источником света, который надо сфокусировать на апертурную диафрагму конденсора.

 

 

Дальше переделал коллектор. Сначала отвинтил старый коллектор.

 

 

Затем, вывернул из него кольцо, и достал и убрал все "потроха", их на фото уже нет. Подготовил две новые детали, также приобретенные на алиэкспрессе:

- короткофокусная линза для коллектора, та, что 60 градусов (меньше угол - меньше фокусное расстояние) ( ссылка на линзу )

- ирисовая диафрагма, которая будет полевой диафрагмой, самый дорогой предмет ( ссылка на диафрагму )

Вот три нужные детали:

 

Теперь собираем. Сначала линза, выпуклой стороной вниз.

 

 

Затем диафрагма, той стороной, чтобы диафрагма была как можно ближе к плоской поверхности линзы.

 

 

И, сверху корпус от "родного" коллектора.

 

 

И он притягивается винтами, винты нужны длиннее тех, что были, так как теперь корпус коллектора не вплотную к корпусу микроскопа. На фото все чуток перекошено, разумеется, надо выровнять, следя за равномерной затяжкой винтов. Фото сделано было на еще недозатянутом узле. Пока не затягивать сильно, чтобы можно было с усилием перемещать диафрагму для ее центровки.

Эх. еще бы круглое стеклышко прозрачное вырезать, и вставить в старый корпус коллектора, чтобы туда пыль в диафрагму не летела... Но, не умею...

 

 

После этого надо прикинуть, где должен быть источник света. Для этого надо сделать следующее:

- отцентровать конденсор.

1) временно разместить источник света как-то в поддоне корпуса микроскопа, чтобы свет от него попадал на апертурную диафрагму конденсора. Открыть полевую диафрагму примерно до 12-15 мм. Апертурную прикрыть так, чтобы яркость изображения начала заметно падать, и упала примерно на 1/3 от полностью открытой.

2) установить на столик какой нибудь препарат, и сфокусироваться на нем с объективом 10х. Если надо, на глаз грубо поцентровать конденсор, чтобы хоть что-то видно было.

3) регулируя положение конденсора по высоте, получить максимально четкое изображение полевой диафрагмы вместе с препаратом.

4) вынуть окуляр, и точно отцентровать конденсор, глядя в тубус. Там будет видна апертурная диафрагма. Ее надо открыть так, чтобы ее края были чуть-чуть видны, а дальнейшее ее открытие открывало ее на полную апертуру объектива. После этого покрутить винты центровки конденсора так, чтобы апертурная диафрагма была точно по центру объектива, это хорошо видно по паразитной засветке вокруг, которая при этом становится равномерной.

 

- отцентровать полевую диафрагму по отцентрованному конденсору.

5) вернуть окуляр, и отцентровать теперь полевую диафрагму, это та , которую мы добавили в конструкцию коллектора. Для этого заново поправить фокусировку и препарата, и конденсора по высоте, чтобы получить четкое изображение и препарата, и полевой диафрагмы. Затем, каким нибудь предметом типа линейки подвигать полевую диафрагму так, чтобы ее изображение было четко по центру. И затянуть винты, которыми корпус коллектора притягивает диафрагму и линзу.

 

- собственно, сфокусировать свет источника где надо.

Теперь надо понять оптимальное расположение источника света по высоте. Для этого кладем микроскоп на бок, не меняя положения стола и конденсора,  на апертурную диафрагму пинцетом закладываем кружок белой бумаги, и при помощи обычной лампочки смотрим, на каком расстоянии от линзы коллектора ее надо расположить, чтобы ее нить была лучше всего сфокусирована на апертурной диафрагме. У меня получилось, что лампа должна быть чуть ниже дна корпуса. Что оказалось очень кстати, прямо удачно. Если микрсокоп, подлежащий доработке, именно такой, то это повторять уже не надо. Правда, это для не родных объективов - у меня самые рабочие, 100х и 40х, планахроматы с парфокальной высотой 45мм, при том, что те, что в комплекте, на 33мм

 

Теперь, поняв, как крепить источник света, собственно, его закрепил. Сначала срезал из дна лишний пластик:

 

 

Затем засунул туда источник света, он очень удачно и с трением встал, дно аккурат меж ребер радиатора

 

 

Источник тока для светодиодной матрицы сделал сам, благо это моя профессиональная деятельность. Но, наверное, можно найти и готовый. Я сделал себе такой, чтобы работал при питании от 10 вольт и до 27-28, что дает возможность работать как от бортовой сети автомобиля, так и аккумулятора 12 вольт, так и от почти любого ноутбучного блока питания, которые, универсальные, стоят не дорого.

Вот, светится!

 

 

Затем его отцентровал, чтобы круг света от него был по центру апертурной диафрагмы, ну и закрепил каплей клея, чтобы он больше не двигался:

 

 

И, на этом, все! Ну, еще мелочь, ножки пришлось другие поставить, подлинее, так как теперь под днищем выпирает радиатор источника света, и ничего с этим не поделать, так надо, чтобы фокус был на месте.

 

Это вот старые потроха осветителя, которые более не нужны.

 

 

 

Вот, разница:

так было на 1600 и 2000х, когда я пытался смотреть в растворе Люголя толщину оболочки споры:

 

А так стало (2000х)! Разница очень заметная. Общее качество фото "не очень", так как снимается "мыльницей" через окуляр, но, это не мешает видеть разницу в сравнении.

 

 

Кстати, зеленый цвет... Похоже, это проявление слабой амилоидности, что ли. Даже и не знаю, так как в описаниях по тому, что тут подозревалось, про амилоидность нету, ни да, ни нет, вообще нету. Тут надо будет еще отдельно поразбираться, поглядеть на точно известно амилоидные и неамилоидные  споры.

 

-----------

Теперь можно и о фазовом контрасте подумать....

 

[Rannar 13 161]

@=SM= А разве вообще бывает 2000х? Это с каким объективом? С какой апертурой? Вроде бы ведь предельное значение полезного увеличения - 1600х, а всё, что больше - бесполезное? Для бесполезного увеличения как раз и характерно появление всякого рода цветных эффектов. И амилоидность не проявляется зелёным цветом, слабая амилоидность - серая.

 

А вообще Вы молодец, так здорово всё придумали и сделали. Респект и уважуха!

 

 

[Доцент 48 852]

4 часа назад, Rannar сказал:

А разве вообще бывает 2000х? Это с каким объективом?

Объектив 100 окуляр - 20

[=SM= 26 016]

4 часа назад, Rannar сказал:

А разве вообще бывает 2000х? Это с каким объективом? С какой апертурой?

Правильнее спросить, с каким окуляром... Объектив Plan 100x/1.25 160/0.17 Oel (Zeiss) + окуляр WF20x, апертуру зажал где-то до 0.9. Предел увеличения, он ограничен не цветными эффектами, а разрешающей способностью, то есть четкостью изображения, возможностью разглядеть две детали, находящиеся рядом. А поставить окуляр 20x или даже 25x никто не запрещает, эффект будет как от "цифрового зума" в фотоаппарате, увеличение больше, а четкость уже не улучшается. Просто, меньше глаза напрягать надо, чтобы разглядывать.

Цветные эффекты  не появляются. Этот зеленый цвет оболочки стал виден и на 1000х, от окуляра не зависит, зависит только от точной фокусировки, ну и от вида, в чешуйчатке он есть, в трихоломе нету.  Он, кстати, на самом деле-то не зеленый, так как цвет раствора Люголя тут принят за белый, а он (фон) реально же желтый был, это фотик его обелил, соответственно, убрав желтую составляющую и из оболочки. Я пока еще не очень понимаю, как в этом случае корректно оценивать цвет. А материал расти перестал уже...

[Rannar 13 161]

36 минут назад, Доцент сказал:

Объектив 100 окуляр - 20

 

Полезное увеличение ограничивается пределом 1000 A. То есть если апертура объектива 1,35, то максимально возможное увеличение будет 1350х. А дальше, какие бы линзы в окулярах ни стояли, хоть 50 х, увеличение будет бесполезным:

 

35 минут назад, =SM= сказал:

эффект будет как от "цифрового зума" в фотоаппарате, увеличение больше, а четкость уже не улучшается.

 

Только тут дело не в чёткости, а в разрешающей способности. То есть при увеличении, превышающем 1000 A не происходит дальнейшая детализация. Это как картинку в 400 пикселей по максимальной стороне растягивать на 1000.  Почему в профессиональной микологической литературе и не встретишь упоминания о "2000 х".

 

 

Если только в последнее время не появилось каких-нибудь новшеств в этой области.

[Доцент 48 852]

52 минуты назад, Rannar сказал:

А дальше, какие бы линзы в окулярах ни стояли, хоть 50 х, увеличение будет бесполезным:

Можно проверить.  Освобожусь и сделаю снимки  1000Х, 1600Х,  2000Х

[=SM= 26 016]

1 час назад, Rannar сказал:

Почему в профессиональной микологической литературе и не встретишь упоминания о "2000 х".

Наверное, у профессиональных микологов зрение лучше, чем у меня, и им не надо ставить окуляры больших увеличений.

Ничего нового не появилось. А разрешающая способность и четкость в данном контексте это одно и то же. Четкость ограничена разрешающей способностью, поэтому она не улучшается при установке окуляра с бОльшим увеличением. То есть, увеличивая сильнее, я физически не могу разглядеть что-то новое.  Зато размер наблюдаемого объекта увеличивается, и мне проще разглядеть тоже самое с тем же разрешением.

[=SM= 26 016]

И, да, совершенно некорректно считать максимальное полезное увеличенние из апертуры. Максимальное полезное увеличение, это вещь сугубо субъективная, зависящая от зрения наблюдателя. Кто у окулиста хорошо видит нижнюю строчку, тому, наверное, и 10х окуляра на все случаи хватит... То, что в приведенной цитате указано, что "с его (увеличения) помощью МОЖНО различать структуры" - указано для человека с единицей зрения. Да, для него - МОЖНО, и для него именно так ограничивается "полезное" увеличение. А у меня единица кончилась несколько лет назад, и для меня уже не можно... То, что я раньше хорошо различал невооруженным глазом, теперь читаю только с 2х лупой. Соответственно, то, что раньше я хорошо различал в окуляр 10х, теперь могу только в 20х.

  А вот разрешающую способность - считать полезно, и она равна длине волны, поделенной на удвоенную числовую апертуру объектива. Числовая апертура, которая указана на объективе, в свою очередь, это произведение синуса половины угловой апертуры объектива на показатель преломления среды. В моем случае, если брать зеленую часть спектра, то будет примерно 0.55 микрон (длина волны зеленого света) делить на 2.5 (2*1.25) = 0.22 мкм - то есть, две линии, расположенные на таком расстоянии, сольются, а одну линию такой толщины свет просто "обогнет" и обойдет стороной благодаря дифракции. А увеличивать окуляром или нет - это вопрос комфорта наблюдения. Увеличить разрешающую способность можно установкой синего светофильтра, чтобы наблюдать объект в той части спектра, где длина волны короче. Середина синей части спектра находится около 450 нм - то есть, в той системе, что у меня в синем свете можно получить разрешение в районе 0.18 мкм

 

[Доцент 48 852]

4 часа назад, Rannar сказал:

Почему в профессиональной микологической литературе и не встретишь упоминания о "2000 х".

Вот фото 1Х1 оригиналы. Споры Лопастника курчавого:

   

 

Разницы особой не наблюдаю, а вот в плане измерений то все же при 2000 будет точнее особенно мелкиз спор. ИМХО 

[Rannar 13 161]

4 часа назад, =SM= сказал:

совершенно некорректно считать максимальное полезное увеличенние из апертуры.

 

Уложили на лопатки, Сергей.

 

6 часов назад, =SM= сказал:

апертуру зажал где-то до 0.9.

 

 

Пора мне на пенсию, наверное... от зажатых апертур подальше.

[=SM= 26 016]

23 минуты назад, Rannar сказал:

Пора мне на пенсию, наверное... от зажатых апертур подальше.

А Вы апертурную диафрагму держите всегда открытой полностью что ли? По Кёллеру ее надо зажимать примерно на 70-80% от апертуры объектива для получения максимальной четкости изображения без слишком большого снижения яркости. При апертуре объектива в 1.25 это и получается около 0.9.

Не знаю, как у Вас, а у меня четкость заметно снижается, если апертурную диафрагму слишком открыть.

[Rannar 13 161]

@=SM= 

Сергей, поймите меня пожалуйста правильно. Я отношусь к Вам с большим уважением и симпатией. Но то, что Вы пишете порой - это за гранью добра и зла. Физика - это не религия, в неё не нужно верить или не верить. Он базируется на законах, которые можно знать. А можно не знать. Но если Вы не знаете - лучше не пишите о том, что не знаете.

 

Апертура - это разрешающая способность объектива. Она для каждого объектива постоянная величина. Её нельзя "зажать до 0.9". И максимально полезное увеличение равно 1000 апертур - независимо то того, считаете ли Вы это корректным или нет. И даже независимо от качества Вашего зрения. Это, понимаете ли, закон физики (оптика - это ведь раздел физики).

 

Жалко старик Аппельт умер, не успев у Вас поучиться, как корректно и правильно писать книжки про микроскопию.

[=SM= 26 016]

1 час назад, Rannar сказал:

Это, понимаете ли, закон физики (оптика - это ведь раздел физики).

Это - ошибка в понимании Вами сути устройства всей оптической системы микроскопа в целом, а не мое незнание физики. Я, как раз физику знаю, так как работаю в той области, где ее применять приходится каждый день - проектирую электронные, электронно-оптические и СВЧ устройства.

К Вашему сведению, при правильной настройке всей оптической системы микроскопа, апертурная диафрагма проецируется конденсором на плоскость входного зрачка объектива, что эквивалентно установке диафрагмы точно в этом месте. В результате, при закрытии апертурной диафрагмы, несмотря на то, что она расположена "как бы далеко" от объектива, физически она ограничивает диаметр его входного зрачка, перекрывая поток света на его края, что приводит к уменьшению апертуры объектива, и оптической системы в целом. Можно это себе представить так, что внешнюю часть входного зрачка объектива как будто закрасили черной краской. Это и называется "зажать". И диафрагма называется апертурной именно по этой причине, что ее назначение - ограничивать апертуру значениями, меньшими апертур конденсора и объектива.

Теперь, что касается "максимального увеличения" - повторю, это субъективная величина, не физическая в принципе. Если я не могу разглядеть детали на 1000х просто потому, что у меня глаза плохо различают мелкие детали, то единственный выход для меня - это еще увеличить картинку вдвое. Для Вас, наверное, это будет бесполезным увеличением, потому, что Вы и так все можете разглядеть. А для меня - полезным, так как я не могу разглядеть.   Физическая величина, это только разрешающая способность, формулу которой я приводил выше, там связь с длиной волны света, и она показывает предельные размеры деталей, которые система позволяет увидеть.

[Rannar 13 161]

34 минуты назад, =SM= сказал:

Физическая величина, это только разрешающая способность...и она показывает предельные размеры деталей, которые система позволяет увидеть.

 

Это и есть апертура - разрешающая способность объектива.  А Вы путаете разрешающую способность - апертуру -  и апертурную диафрагму. Полезное увеличение лежит в пределах 500 - 1000 апертур. И больше 1000 - никак.  Сколько бы Вы ни занимались этим вопросом, и сколько бы ни говорили противоположное - люди со степенями, написавшие учебники по микроскопии, знают этот вопрос лучше Вас. И спорить с ними - да ещё без ссылок, противопоставляя только своё мнение - просто смешно.

 

И от Вашего 2000 х польза только одна, которую описал Доцент:

 

3 часа назад, Доцент сказал:

в плане измерений то все же при 2000 будет точнее особенно мелких спор.

 

Но точно то же самое будет, если снимок в 1600х увеличить соответствующим образом в пиксиметре. 

 

 

[Rannar 13 161]

Для тех, кто не хочет читать Аппельта.  Наберите в поисковике "полезное и бесполезное увеличение объектива" и пройдитесь по полученным ссылкам. Уверен, что любому, желающему разобраться, сразу станет ясно значение всех упомянутых в данной дискуссии терминов, и зависимостей между величинами.

 

Например:

http://e-lib.gasu.ru/eposobia/papina/bolprak/R_1_1.html

http://sky-route.ru/stati-opticheskie-pribory/mikroskopy/poleznoe-i-bespoleznoe-uvelichenie-mikrsokopa/

https://nsau.edu.ru/images/vetfac/images/ebooks/microbiology/stu/bacter/microscop.htm

http://www.paygid.ru/articles/uvelichenie-i-razreshayuschaya-sposobnost-mikroskopa/?q=726&n=845

 

 

[=SM= 26 016]

2 минуты назад, Rannar сказал:

А Вы путаете разрешающую способность - апертуру -  и апертурную диафрагму

Я ничего не путаю. Я просто знаю.  Какие еще ссылки? Это азы физики. Апертура пропорциональна диаметру входного зрачка объектива, соответственно, если его уменьшить, и не важно каким методом, то уменьшится и апертура. Было бы интересно увидеть хоть один источник, где говорится иначе, и где опровергается то, что апертурная диафрагма проецируется на входной зрачок объектива. Уверен, таких нет и быть не может.

 

Увеличить апертуру нельзя, уменьшить (зажать) - сколько угодно. При этом увеличивается глубина резкости, но уменьшается разрешающая способность и изображение становится темнее (проходит меньше света). Исходя из компромисса между всем этим - те самые оптимальные Кёллеровские 70-80% зажатия апертуры и выросли.

 

12 минут назад, Rannar сказал:

Но точно то же самое будет, если снимок в 1600х увеличить соответствующим образом в пиксиметре. 

А вот с этим я не спорю, потому что это истина. При условии, конечно, достаточного кол-ва пикселей камеры и хорошего качества ее оптики. Только, вот загвоздка, я не могу увеличить соответствующим образом что-то в пиксиметре, когда глазом смотрю в окуляр. Поэтому, увеличиваю окуляром. Что, по-Вашему, якобы бесполезно. А по-моему, с точки зрения моего личного глаза, очень даже полезно.

 

[=SM= 26 016]

37 минут назад, Rannar сказал:

Например

 

Вот!!!!!!  Процитирую одну из Ваших ссылок! Это очень даже в тему!

 

Цитата

Излишнее открытие апертурной диафрагмы конденсора может привести к значительному снижению контраста изображения, а недостаточное - к значительному ухудшению качества изображения (появлению диффракционных колец). Для проверки правильности раскрытия апертурной диафрагмы необходимо удалить окуляр и, глядя в тубус, открыть ее таким образом, чтобы она закрывала светящееся поле на одну треть.

 

Это именно то, что я так упорно и долго объясняю, а Вы опровергаете. Только я говорю о физических принципах этого, и не знаю, почему они умалчивают о них. Дело в том, что эти самые дифракционные кольца получаются в результате слишком уменьшенной апертуры системы, произошедшей по причине того, что апертурная диафрагма перекрыла слишком много площади входного зрачка объектива. Заметьте, что дальнейшее открытие апертурной диафрагмы, когда ее проекция становится больше, чем входной зрачок объектива, не влияет ни на что вообще.

 

Только, честно говоря, я не знаю, почему тут советуют 1/3. В инструкции по настройке света от лейки было открытие на 70-80% апертуры объектива. Хотя, в общем, это не далеко. Именно отсюда и то, что у меня апертура всей оптической  системы в целом была около 0.9, и была ограничена не объективом, а диафрагмой. И, соответственно, разрешающая способность всей системы также ограничена именно ей, хотя объектив без нее мог бы больше. Это для тех, кто не хочет вникать в физические причины того, что происходит...

[=SM= 26 016]

@Rannar 

Хотите ссылку. Пожалуйста. Документ приложен к сообщению.

интересны стр. 29. , рисунок 3.2 и далее.

 

Сначала цитата. Выделено то, что я утверждаю про апертурную диафрагму, Вы, соответственно, это опровергаете.

Цитата

Объектив микроскопа создает изображение входного зрачка в своей задней фокальной плоскости. Здесь и помещается апертурная диафрагма микроскопа. В этом же месте возникает изображение апертурной диафрагмы осветительной системы и источника света..

 

Небольшой комментарий - апертурной диафрагмы в объективе у меня нет, это прерогатива недешевых объективов для наблюдения в фазовом контрасте или темном поле, когда нет апертурной диафрагмы у осветителя. В моем объективе она ограничена зрачком и есть 1.25

 

Смотрим на рисунок 3.2 - з.ф.п. объектива там отмечено расстоянием F'1 на чертеже, там же условно расположена апертурная диафрагма А.Д.. Далее, смотрим на формулу апертуры (ф-ла 3.16 и далее). Определяющим апертуру значением является угол сигма', который, по чертежу на рис. 3.2 определяется раскрытием апертурной диафрагмы. Теперь, согласно тому, что я процитировал, что в эту точку проецируется И входной зрачок, И апертурная диафрагма источника света одновременно. Соответственно, апертурный угол определяется меньшим из этих двух значений. Следовательно, апертурная диафрагма ограничивает апертуру объектива.

 

Надеюсь, теперь, доказательств достаточно?

book_app_optics_2_2003.pdf

[Rannar 13 161]

 

 

 

1 час назад, =SM= сказал:

Именно отсюда и то, что у меня апертура всей оптической  системы в целом была около 0.9, и была ограничена не объективом, а диафрагмой.

 

У Вас объектив Plan 100x/1.25 160/0.17 Oel. Как и на всех других объективах, на нём стоит значение его числовой апертуры - 1.25. Это означает, что максимальное полезное увеличение данного объектива - 1250х. Всё, что выше этого, всякие Ваши "1600х, 2000х" - это просто растянутые картинки 1250х с качеством не лучшим, а в случае 2000х - гораздо более худшим. В окуляре Вы, конечно, можете увеличивать их сколько угодно, если Вам это нужно, но приводить микрофото с подписью "2000х" - это попросту профанация.

 

Вопросы, связанные с апертурной диафрагмой, Вы приплели сюда совершенно напрасно - она тут ни при чём, и никак не способна увеличить разрешающую способность объектива. И 2000х полезного увеличения Вы при помощи диафрагмы никогда не получите. 

 

[=SM= 26 016]

1 час назад, Rannar сказал:

но приводить микрофото с подписью "2000х" - это попросту профанация.

Это не профанация, это констатация факта. Как снял, так и написал. Что, надо было соврать что ли? Или для фото окуляр менять, если он ничего не ухудшает? Не забывайте, я снимаю через тот же окуляр, через который и смотрю, прикладывая к нему вместо глаза фотик.

 

1 час назад, Rannar сказал:

и никак не способна увеличить разрешающую способность объектива.

Извините, я этого не говорил. Я доказываю обратное, что она ее может уменьшить. И не только может, а и уменьшает. И что в этом ее предназначение.