组装显微镜的那些事

此前的故事

在之前的一篇很闲扯口吻的叙事中,我提到了自己组装显微镜的初衷,也就是满足自己拆卸部件带来的那种病态的扭曲的满足感。当然了,我可以更正面地说成是一种好奇心驱使下的探索精神。

然后知乎上有一位 ID 为彭宇的网友在我的专栏转载中表示对显微镜很感兴趣,希望我能介绍一下显微镜摄影。

根据我的理解,这个问题应该分成两个部分: 1. 显微镜的组装; 2. 用显微镜来进行摄影。

事先要做的功课

如果有充沛的资金支持,我还是更倾向于建议购买奥林巴斯 BX51 或者 BX53 这类已经广泛在国内高校和科研单位安装使用的显微镜。原因主要是配套服务和配件替换都比较省心,出了问题都能有很可靠的解决方案,只要花钱了,就都能搞定。

然而大部分和我一样自己折腾组装显微镜的朋友,显然是不太愿意或者不太能够承担那么大的开销的。我们的需求往往简单一致,都是能看就行

我们就讨论最简单的需求:能看。那么这里就要引入一个最重要的问题:你要观察的对象是什么?

按照用途粗略划分,显微镜可以分为体视显微镜、生物显微镜、偏光显微镜等等。

体视显微镜

似乎更多用于精密仪器和电子设备维修等等,对此我很少接触,也不了解,就不多说了。

生物显微镜

顾名思义,主要用来观测各种生物切片标本,常规用10倍目镜,10、20、40 等倍数的平场物镜,100 倍香柏油物镜等等。这种显微镜的入门成本最低,只需要结实耐用的架子加上便宜够用的平场消色差目镜以及说得过去的平场物镜就行了,可以参考知乎网友urea young这篇回答中的讲解。这位网友是一名化学专业的博士,在显微镜、望远镜和DIY等话题都具有很深的造诣,大家可以多多学习。

偏光显微镜

这个就是我把玩十来年的老伙伴了,可以分透射偏光显微镜和反射偏光显微镜。前者用于观察透明-半透明矿物薄片,后者用于观察金属矿物抛光表面,以及部分透明-半透明矿物的内反射色。

偏光镜和生物镜

  1. 偏光显微镜,无论是透射光还是反射光,都具有内置的起偏器,具体为偏光方向垂直的两组偏光片,用于观察矿物的双折射现象。
  2. 偏光显微镜通常有 1.25、4、10、20、40、50 倍的物镜,其中低倍数物镜的用途很广泛,比如观察岩石样品中矿物颗粒之间的接触关系等,这些低倍物镜在生物显微镜中很少用到;此外偏光显微镜的镜片光学素质要求比较高,尤其是在使用锥光对晶体参数进行测量等用途。
  3. 偏光显微镜对光源素质要求极高,通常都要求具有连续的光谱,需要高显色性,因此往往使用卤素灯做光源。虽然现在有纳晶之类的所谓高显色LED灯珠,但我去过的各个高校实验室还是普遍以卤素灯为主。

显微镜的组装

寻觅镜架

首先是利用各种同学关系找熟人,得知有成都理工淘汰的显微镜流出,几经周折得知是江南 XPT-6 透射光偏光显微镜。这款镜子在淘宝上也能偶尔搜到一些二手藏品,通常也都是武汉地大或者成都理工之类的老牌地质类高校淘汰的设备流出到了个人手中,成色不同,价格在 500 - 1200 之间波动。比较推荐购买这种国产的大路货,各种配件坏了多少还有机会淘到同款来替换,而且做工方面也是对得住这个价格。

淘宝上也有一些捷克或者前苏联的偏光显微镜,但是这些镜子的接口和通用配件未必能够完美兼容,所以维护和改造都是很痛苦的,虽然价格便宜也就几百元,但是不太推荐购买。

然而我这次买到的只花了大概不到 400 元,因为买到的是空架子,目镜报废,物镜只有 10 倍和 40 倍的,好在镜架的调焦螺旋等都还能够正常工作。

搭配镜头

接下来就是要四处买来一些零件了。首先是淘来平场消色差的 10 倍目镜,花了不到 200 ,买到了一个极品成色的来自奥林巴斯的同口径目镜;又花了 400 买来了两只成色尚可接受的 4 倍和 20 倍物镜。这枚 4 倍物镜非常难寻觅,一般用户觉得没什么用,就都不见得保管得多完好,所以为了成色又充值了一番信仰。但实际上更难找到的是可用的 1.25 倍镜,我一直都没能找到成色能够接受的又能完美使用的。

【上图】刚收到的几个物镜,其中物镜两侧的小杆是用来调整物镜中心与载物台中心重合的旋杆

光源选择

镜架和目镜、物镜都齐全了之后,就是要解决光源这个大问题了。上文说了,必须要用显色性好的光谱连续的光源,所以推荐使用欧司朗或者飞利浦的 12V 卤素灯珠,一般功率在 20W 左右,色温偏暖可以通过增加一枚蓝色玻璃来解决。我懒得单独给光源提供一个电压转换设备,所以平时都直接在中午的时候使用日光加聚光镜来观测,但这样随着太阳变化,亮度很难控制,所以在看边界形态的时候,我就直接用充电宝带一枚小米 led 来凑活了。

【上图】绝对不要跟我学着这样使用光源来观察吸收性和干涉色

各种调教

目镜和物镜到手了,对镜架和目镜物镜整体用高压惰性气体吹洗除尘。之后安装上去,光源也有了,但是还不能马上就看。

第一步必须要调整偏光,校正上下偏光垂直,因为年久失修,显微镜的偏光标尺与实际的上下偏光角度可能会有偏差,所以这一步是很多新手都容易忽视的。 接下来就是校正锥光是否正常工作,对准勃氏镜与镜筒的中心位置。 最后一步是放上样品薄片,旋转物镜上的两根对中调节旋杆,保证光路中央与载物台圆心重合。

拍照的那些事

照片拍摄有三种方法,最常用的莫过于使用电子目镜,这个就不说了,简单粗暴但是挺贵的,如果你的手机拍照质量很棒,或者你已经有一台传感器尺寸大于宾得 Q 系统的可换镜头相机,就不推荐你买电子目镜了。

使用手机拍照,需要一种显微镜接手机手机支架。这种支架用一个圆圈铁箍套在目镜位置,然后调节手机摄像头对准目镜,再使用手机通过目镜来进行拍摄。好处是简单便宜,缺点是对焦操作麻烦而且拍摄质量堪忧。

另一种是使用显微镜转接单反卡口的转接环,这需要根据显微镜的目镜筒口径以及你的相机卡口来进行购买。这种成像质量要比电子目镜好很多,而且可以使用RAW文件,对曝光可以后期调节,对细节的呈现非常完美;缺点是缺乏一些软件的支持,添加比例尺等等有点麻烦。

【上图】马云家某商户的显微镜接手机手机支架,侵删

【上图】马云家某商户的显微镜转接单反卡口的转接环,侵删

在选择了上面的设备之后,剩下的使用技巧就都要在实践中积累了。比如用单向解理的云母校正偏光夹角,以及用细小粒状矿物逐步调整对中,很多经验都是摸索出来的,也是难以一两句话讲述明白的。

【上图】我拍摄的石榴石环带

平心而论,我的摄影技术是很差很差的,这可以参考我拍摄的石榴石。显微镜下的摄影,我真没什么可说,因为自己不懂摄影。因为我用显微镜拍照主要是记录一些观察到的现象,而并不具有艺术性的动机;此外我这个人比较欠缺审美的情趣,在摄影等方面没有点天赋和技能点。

但是要是说用显微镜拍照,我倒是能讲点。

首先就是显微镜拍照的视域有限,构图要突出最关注的特征。比如我拍的是石榴石的环带而不是方解石的机械双晶,这是因为当时石榴石是我的主要观察目标,而方解石则不是;相比没有环带结构的石榴石,这种在特定样品中普遍出现的环带更具有代表性。

然后就是显微镜下拍照能遇到各种问题,很考验解决问题的经验。操作灵活,光强不够怎么办?适当延长曝光时间。景深太浅怎么办?调小光圈降低进光量。手碰到了产生晃动怎么办?用快门线或者遥控。在日常拍照中的各种问题在显微镜下会体现的更加直白,稍微做一些调整,就会有很明显的效果改变。

我这全套下来的成本不超过 1000 元,其中还包括一台收来的二手微单机身。 有限的预算加上适当的折腾,在满足需求的同时也带来极大的快乐。

上一篇的结语一样: 想要做什么,就动手试试吧。

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