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教你500元攒600X连续变倍数码显微镜

突徒土兔 01-05 20:30 关注

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1购买理由

最近家里的小学生看了纪录片后,表达了对微观探索的兴趣,当爹的自然不敢怠慢,赶紧行动起来,对显微镜研究一番。最后选择自己攒了一个,总结如下,也好给其他当爸的做个参考。

2显微镜类型

先总结,详细对比太长,不想看的可以直接跳到第3节:

塑料显微镜:不要买

生物显微镜:放大倍率高(40X~1600X),只能看玻璃片上的切片透射的图案,费眼睛,不能连续变倍。

体视显微镜:放大倍率低(7X-90X),看的舒服,可以看表面,也可以看透射,拍照要加钱。

数码显微镜:放大倍率(89-572X),直接看屏幕,摄像截图方便,可以看表面,也可以看透射,可连续变倍。

电子显微镜:放大倍率几万~几十万,贵,非常贵,一般公司研究机构才有,家用就不要想了。缺点,没颜色,给你看的颜色都是他们自己后期瞎加的。

最后我们的选择自己组数码显微镜。

2.1玩具塑料单目显微镜

100元以下,塑料做的,一次性玩具,不建议购买,参数看看就好,能放大这么多,但你未必看的清。


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2.2生物(光学)显微镜

分为单目,双目,三目显微镜,就是一只眼睛看,两只眼睛看的区别。三目就是再加了一个接摄像头的口。

下图是一个入门级差不多最便宜的国产凤凰XSP02光学显微镜,320元,小学中学教学经常使用,初步的探索还是可以玩玩的。

但体验过的人知道,单目看的很累,时间长了头昏眼花,担心影响小孩的视力发育,不适合长期使用。

江西凤凰显微镜XSP-02-640X倍单目显微镜放大光学生物显微镜江西凤凰显微镜XSP-02-640X倍单目显微镜放大光学生物显微镜


双目的会好一点,不用闭一只眼睛,45度角的比垂直的能缓解一些脖子的负担,但这种要上千了。

江西凤凰专业光学显微镜XSP-36双目1600倍高倍养殖宠物医院学生用江西凤凰专业光学显微镜XSP-36双目1600倍高倍养殖宠物医院学生用

拍照的话,有的可以用手机拍,需要买配套支架或者摄像头,拍照效果一般,再就是买这种三目,价格最便宜也要两千了。生物显微镜的倍数是固定的,下面的物镜有几个头,就是几种放大倍数,搭配不同的目镜,可以组合更多倍数,但也不是任意组合,有一定要求。

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2.3 体视显微镜

体视显微镜看起来和双目差不多,但光路不一样。双目是同一个图形copy一份左右眼一起看,是平面的。体视显微镜左右眼光路是独立的,看到的图像是分别从左右采集的,类似立体眼镜,看到的视觉效果也是立体的,符合人眼习惯,长时间看不累。不然工厂的质检小姑娘一整天怎么受得了。

体视显微镜的倍率一般都不高,主要用在工厂检测线路焊脚之类,几十倍就够了。

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前面说的都是固定倍率的,意思就是放大倍率固定,要么20X,要么40倍,没有中间可选。体视显微镜可以选择连续变倍型号,这个7-45X连续变倍,意思是你可以通过旋钮,选择比如11倍,23倍都可以。体视显微镜也有三目的型号,加钱就行。

2.4 电子显微镜(扫描电镜)

这个是狭义上的电子显微镜,成像媒介有别于光学显微镜,是通过电子束扫描来成像,所以得不到可见光的颜色,只有黑白图像,可以达到几十万上百万的放大率,价格也是百万级。不过淘宝上有提供扫描服务的,可以寄样品获得图像。

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2.5数码显微镜

有的商家叫电子显微镜,这是不对的,因为这个名字已经被扫描电镜用了。叫工业显微镜,数码显微镜比较合适。

相关概念看这篇

本质上就是一个数码相机,省略了肉眼观测路径,图像从物体通过镜头到CMOS/CCD,传递到屏幕,人眼观察屏幕,也能直接把图像送去进行机器视觉处理。

先看一个入门级的,先别管价格,确实是他们家入门级的型号。

奥林巴斯数码显微镜,DSX1000,人民币688900元奥林巴斯数码显微镜,DSX1000,人民币688900元

买不起不要着急,深圳是啥地方,sz之都啊,不管啥电子产品,我们拿着照片去华强北问问有没有国产的。

先看个便宜的,598,实际上没那个屏幕,而且这些玩意的配件都可以单独买,也就是说,我们是可以自己攒的。

598不含屏幕598不含屏幕

3数码显微镜攒机

太长不想看的可以直接看3.6

3.1数码显微镜构成


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3.1.1相机

相机的核心是核心是成像元件(俗称sensor)和外围电路,现在大多都是CMOS。数码相机,工业相机,监控相机,本质都一样。选择时有三个要素:1像素;2镜头接口;3输出接口。

1像素决定了一次能拍出多大的图,常见的200W像素=1920*1080 ,即1080P;500W像素=2592*1944;800W像素=3840*2160,即4K分辨率。这个像素一定要看sensor元件的物理像素,插值出来的就没意思了,手机厂商就经常玩这样的套路。

2镜头接口,即能安装什么样的镜头,最常用的就是C接口和CS口。C接口就是安装面到sensor距离是17.5毫米,CS口距离是12.5mm,螺纹直径和螺距是一样的一英寸25.4mm,也就是说CS口装一个5mm转接环就变成C口了,所以多数情况下这两种是通用的。其他那些sony口,尼康口,F口这里不涉及就不提了,跟摄影沾边意味着贵。

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3输出接口分为两类

直接输出:直连显示器,不通过电脑。好处是不需要电脑,开机快,坏处是没法截图,只能翻拍。有些相机支持截图保存到USB或SD卡,加功能就要加钱。

(1)BNC同轴接口,分辨率低,很少用了;

(2)VGA接口,接上显示器就能用;

(3)HDMI接口,可以接显示器,一般液晶电视机也能接;

间接输出:接电脑上显示。

(4)USB接口,就和外置摄像头一样。

(5)RJ45网口,一般叫 IPC接口。网络监控相机一样方式,通过局域网访问。

看到这里,怕麻烦的话你可以自己选择一款工业相机了,推荐HDMI型的,比较贵,便宜的话买USB型的。

什么,还嫌贵,接着看。

3.1.1B 相机再拆

我们把工业相机拆开的话,一个外壳+一个sensor模组。叫工业相机的会卖的贵,监控摄像量大便宜,我们买监控用的,一样效果。

(1)外壳

监控的枪机外壳都是C/CS接口的,不放心的话配一个C/CS转接环。

贵的那个尾板上集成了RJ45插座和电源插座,会整洁一些,便宜的这个就得拖一个尾线。

内部安装的sensor板的孔尺寸是38*38mm,这也是监控行业用的比较多的一个规格。

16元外壳16元外壳

大妈不让发淘宝链接,淘宝搜:监控网络模拟摄像机圆孔枪机外壳50MM混色网红直播外壳CS大镜头壳

40元带尾板外壳40元带尾板外壳

淘宝搜:监控网络模组摄像机枪机外壳黑色十字架PJ45网口+DC12v电源外壳

(2)sensor板/监控模组

搜索监控模组,如果家里显示器不是4K的,200W像素的就够输出1920*1080图像了,再高也显示不出来。鉴于价格差不多,我们选500W像素的。图便宜卖国产59元的,痴迷sony大法的话,选sony335的。200W像素的话,选sony307的,很多行车记录仪上都用的IMX307,效果还不错。

注意选不带镜头合封的模组。

99元sony335模组99元sony335模组

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淘宝搜:H.265+500万雄迈高清摄像头网络模组83X50PSA-B 5MP摄像机芯片,sony的模组也是同一家店铺。

需要准备一点M2的螺钉用于安装sensor板。如果是59元的板,一块sensor一块接口板分开的,我们需要买4个M2*20的铜柱,同一家店里就有。

如果你买的16元的外壳,不带尾板接口,我们还需要买一条接口尾线,最便宜的就行。

3元尾线3元尾线

3.2镜头

搜索10A显微镜头,10A可能是一个规格号。这个规格的显微镜头,上端相机接口是C口,由目镜和物镜组成。

目镜倍率有0.35x 0.5x 1X和2X,我们的目的是放大,选1X的210元,也可以选2X,会贵一点。

物镜的倍率是0.7-4.5X,也就是组合出来的最大光学倍率是1X4.5=4.5,210元包邮。物镜的下方还可以安装一个2X的附加镜,如果再换2X目镜,那光学倍率就是2*2*4.5=18X。

实际倍率就是这么大,不要看商家瞎标的什么几百倍多少。

看起来倍率很低啊,不着急,详细倍率分析看后文6.5节。

注意镜头中部的安装位置直径是50mm,后面的支架我们按这个规格选。

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3.3底板+立柱+支架

这个没有太多说的,支架的孔是50mm,和镜头能对上就行。可以分开买,可以咸鱼去淘,哪个便宜买哪个,机械的没什么讲究。

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为啥镜头和支架没给链接,因为我找到一个支架和镜头一起卖的350元,应该是全网最便宜,还省了分开的邮费。


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3.4 补光灯

同上一家,高亮LED 60颗,带PWM调光。

特价60颗LED内径60MM显微镜光源灯源体视电子显微镜可调环形光源50元特价60颗LED内径60MM显微镜光源灯源体视电子显微镜可调环形光源50元



3.5显示器

什么,显示器还要买吗,家里没有台式显示器或者电视机吗?

我选的是网络相机,所以最终方案是,相机--笔记本电脑--外接22寸显示器(强东自有品牌398元那款)

3.6购买汇总

(1)外壳 16元

(2)模组59元+尾线3元+M2*20铜柱0.5元+M2螺丝0.5元

(3)镜头+支架 350元

(4)补光灯 50元

一共479元,未计运费,总计不超过500元。

以上物品老手可以去咸鱼看看能不能捡漏,还能再省钱。

4安装

按图安装就行,稍微有点难度是接线。

4.1接口板和尾线连接

看下表,网线只用了4线,说明是100M规格,因为1000M网线要用到8线。

接口板J9和尾线RJ45的定义如下:

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尾线发给你的时候,线是没有插进插头里面的,需要你自己对照表插进去。J9接法:

1不接;

2接led灯,就是RJ45插座那有个灯能一闪一闪;

3~6接RJ45插座的1236,按名称接;

7地线,一般为黑,接电源插座外圈;

8 12V电源,一般红色,接电源插座内针。

颜色如下图,不同批次颜色可能不同,不确定颜色和线序对应关系的话,用万用表打一下。


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给相机供电还需要一个12V的电源,1A的就够,更大电流的也行,一般家里路由器,小家电都是这个规格。如果是5A以上的,可能会是DC5.5*2.5的插头,那个就用不了。

通过网线连接到家里的路由器or交换机上,如果想直接连电脑的话,需要购买或者制作一个交叉网线。

4.2 结构安装

拧螺丝,so easy。

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4.3软件连接

两种方式,一种是直接浏览器输入IP地址,相机默认是自动获取IP地址,不知道地址的话,进路由器管理界面查一下,进去了之后可以改成固定地址。默认用户名admin,密码为空。

另一种是客户端访问,下载一个CMS软件,访问方式一样

进入界面后,先把倍率调到最小,上下移动镜头到合适高度,就能清晰成像了。

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5 显微镜使用注意事项

5.1景深

低倍率下,可以直接放物体到镜头下方,进行观察,图像太暗的话,调节灯光亮度。

高倍率下需要注意,倍率越高,景深越小。也就是说物体的表面要越平,因为显微镜只能对一小段高度的物体成像,并且倍率越高,这个范围越小,有一种远心镜头的,景深范围比普通镜头大很多,但很贵,有条件可以买来玩。

比较简单的办法是用两片玻璃,下面的叫载玻片,上面的叫压玻片,把样本夹起来压平。普通玻璃就行,我们是把家里的相框拆了。有条件也可以买专门的显微镜玻璃,也有一些成品的标本套装,可以直接买来观察。为了鼓励小孩的探索精神,我还得陪她去山上自己采集制作样本。

5.2色差

监控的sensor一般都是带IR-cut的,什么意思呢监控摄像为了加强晚上的成像,捕捉的不止可见光,还能捕捉到肉眼看不见的红外波段,这样呈现的图像就是叠加的效果,和肉眼观察的会有差异。一般在白天阳光下,色彩会失真,为了处理这个情况,监控用摄像头白天会加一片红外滤光片把红外去除掉,晚上再取消红外滤光。我们没有加这个滤光片,在室内使用的话,一般没什么问题,如果发现有影响的话,拉上窗帘就好了。

6显微镜原理与倍率计算

复习下初中物理知识,有助更好使用显微镜。

6.1实像和虚像

凸透镜:一个或两个弧面组成的透镜。

焦点:平行光垂直穿过凸透镜后汇聚到一点,用放大镜烧蚂蚁的那个亮点,就是焦点,一起烧蚂蚁,花呗不用还。

焦距:焦点到凸透镜光心的距离。

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虚像:当放大镜用的时候,物距(物体到光心距离)在一倍焦距以内,虚像和物体在同一侧。虚像不能投影到墙上或者胶片上,因为它是你的错觉产生的。

实像:当物体在一倍焦距以外的时候,可以得到实像。实像和物体在凸透镜不同侧。物距大于一倍焦距,小于两倍焦距时,得到放大的实像(投影仪原理),像距大于两倍焦距。同理,根据光线可逆原理,物距大于两倍焦距时,得到缩小的像,像距小于两倍焦距,大于一倍焦距。

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高斯成像公式:1/u + 1/v = 1/f,即物距的倒数加上像距的倒数等于焦距的倒数。

6.2光学倍率

倍率:像距除以物距就是倍率,v/u=(V-f)/f,物和像到透镜的距离是你进我退,你退我进。

根据相似三角形原理,像距越大,像越大,像距越小,像越小,简单理解为近大远小。

要得到足够放大的像,增大像距,表现为很长很长,减小物距,直接贴脸。高倍率的光学显微镜,物距只有几毫米,就是贴在样本玻璃上,以至于需要设置缓冲弹簧,防止直接撞击导致损坏。

6.4光学显微镜原理

物镜和目镜都是凸透镜,光线通过物镜得到的一个放大的实像,这个实像在目镜一倍焦距以内,通过目镜再得到一个放大的虚像。也就是放大倍率=物镜倍率X目镜倍率。

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6.5数码显微镜原理

就是一个相机的光路,当然实际镜头不会是一个凸透镜,而是多个镜片的组合,我花了好几百呢,凸透镜才几块钱。(摄影人士表示,我一个平面镜都上千,单反穷三代不是白说的)

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6.6数码显微镜倍率

前面3.2节中我们计算了,镜头的光学倍率是0.7--4.5 倍。

这时候的实像是投射在一个cmos的sensor上的,查表得知这个cmos尺寸是1/2.7"。对角线长度就是1/2.7英寸吗?naive,英制单位都奇葩,摄影元件更是奇葩中的奇葩,还得再换算一次。不算了,直接查1/2.7”的cmos靶面对角线6.6mm,宽5.3mm高4mm(具体知识参考

这个靶面获得的图像放大后投影在22寸显示器上,22英寸寸显示器对角线长度 22*25.4=558.8mm。

放大倍率是558.8/6.6=85X,结合光学倍率0.7-4.5X,总的放大倍率是60-383X。

如果我用投影仪,110寸屏幕,那放大倍率能达到1915吗?理论上是的,但实际得到是马赛克。

数码系统必须考虑分辨率,cmos的分辨率是2592*1944,单个像素2微米。

22寸显示器分辨率1920X1080,宽487mm,单个像素0.254mm,PPI值100。

在图像不压缩不拉伸的情况下,cmos一个像素对应屏幕一个像素,放大倍率为127倍。那么真实的总倍率为89-572X。

也就是说,要发挥cmos的功能,屏幕分辨率不应低于cmos的分辨率。2K屏配200万像素CMOS,4K屏配800W像素CMOS才是比较平衡的方案。当然在显示器分辨率不够的时候,可以局部放大,牺牲视野来获得更大的放大倍率。

如果换2X目镜,加上2X辅助物镜,可以获得2286倍率吗,应该是可以的,等有钱了验证一下。

需要注意的是,目镜增大会带来更大的像距,也就是镜头会变长。物镜增大会减小物距,也就是镜头需要更贴近物体,可操作空间会变小。而倍率的加大,会带来更小的景深,需要sensor,物体,镜头之间的平行度更高,更难得到清晰的像。

10A辅助物镜 视频显微镜 单筒镜头0.3X 0.35X 0.5X缩小镜 2X物镜10A辅助物镜 视频显微镜 单筒镜头0.3X 0.35X 0.5X缩小镜 2X物镜

10A光学镜头辅助大倍率显微镜镜头工业相机0.3X/0.5X/1X/2X目镜10A光学镜头辅助大倍率显微镜镜头工业相机0.3X/0.5X/1X/2X目镜


重要事情说三遍: 防尘,防静电! 防尘,防静电! 防尘,防静电! 关于防尘:cmos传感器上有贴了一个防护膜,一定不要急着撕下来,我就是太早揭掉了,然后安装过程中粘了灰尘,用土方法去除尘,已经弄废了一个sensor板了,现在我又重新买了个200W像素的。公司有无尘 车间的尽量弄到无尘车间去组装,家里的灰尘没法弄干净的。 关于静电:戴橡胶手套,静电手环,没有的话多摸铁,sensor非常脆弱,电一下就废了。 关于倍率:光学放大的极限是0.2微米,显示器一个格子是0.254mm,也就是总放大倍率极限0.254*1000/0.2=1270,在这个系统下,光学倍率*数码倍率大于1270是没有意义的,无法清晰,实际上靠近1000时候就已经很模糊了。高像素对放大率没有帮助,只能增大视野。cmos上一个格子小于0.2微米的话,也没法成像。 镜头和支架套装我又发现一家只卖300元的,你们自己应该能搜索到。

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全部评论 (175)
乙木青
19
01-06 09:13

我出600 你挂咸鱼吧

巨宝炉
7
01-05 21:08

怎么没人问那个问题呢?[邪恶][邪恶][邪恶]

aaabbbyyy
5
01-05 23:06
aaabbbyyy: 这种CCD的最大毛病在宽裕度太低,电路板上的焊点严重高光溢出,完全看不清。另外楼主知道600x的概念不,1mm要放大成600mm粗,你觉得你的方案可能吗 1
突徒土兔: 高光是金属表面反光,基恩士也没有太好办法,只能换光源色谱试试。放大倍率这个,难道一千以上的显微镜都是假的? 2

不是说假的,是完全没实用性,你找个几百块普通光学显微镜,试试就知道了,200x以上,基本就是摆设。我手里纯光学,ccd显微镜,都有。

aaabbbyyy
5
01-05 22:36

这种CCD的最大毛病在宽裕度太低,电路板上的焊点严重高光溢出,完全看不清。另外楼主知道600x的概念不,1mm要放大成600mm粗,你觉得你的方案可能吗

肥实
4
01-05 23:38
巨宝炉: 怎么没人问那个问题呢?[邪恶][邪恶][邪恶] 1

100倍左右就可以

月夜弧狼
3
01-05 20:59

单目显微镜使用时不要闭眼,电子目镜普及前都是一只眼睛看镜子一只眼睛盯画纸

值友2599829977
2
01-10 01:27
aaabbbyyy: 这种CCD的最大毛病在宽裕度太低,电路板上的焊点严重高光溢出,完全看不清。另外楼主知道600x的概念不,1mm要放大成600mm粗,你觉得你的方案可能吗 1
突徒土兔: 高光是金属表面反光,基恩士也没有太好办法,只能换光源色谱试试。放大倍率这个,难道一千以上的显微镜都是假的? 2
展开隐藏评论
aaabbbyyy: 不是说假的,是完全没实用性,你找个几百块普通光学显微镜,试试就知道了,200x以上,基本就是摆设。我手里纯光学,ccd显微镜,都有。 3
突徒土兔: 我也发现200x以上,看物体表面基本都糊了,只能搞玻璃切片样本还能维持一下。 4

高倍物体表面糊了是因为大倍率景深浅,只能看到平整的表面清晰,而且对桌面的稳定性高。反光的问题可以尝试用多点侧射光源,减少向镜头的反射。

突徒土兔
2
01-06 12:26
xiaoyigege: 那个支架相当于一百块? 我记得前几年自己做柜子,打垂直孔,买过类似的手枪钻支架,才几十块钱 1

你发现了商机,镀铬棒成本应该20,加上底板50应该够了

Abe_Ho
2
01-06 09:31

我个人买过一台sem,别人报废的一万块买了,自己弄了下,换了光栏,灯丝,合轴,分子泵轴承润滑脂重新加了,配了太电脑,可以看和几千一万倍(底片放大)[喜极而泣] 不过没啥用,后面估计要换闪烁体和光电倍增管了

突徒土兔
2
01-05 22:18
高效办公学习家: 照片呢?楼主再写一篇 1

评论不能发图,你看好大的🦟

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