2014年4月12日

Scimage的手機顯微鏡

先前因為看到Instructable上有人做了手機變身顯微鏡的台子,自己也仿著弄了一個,也分享給周遭的一些朋友。

本來心想這種裝置應該就是這樣了,要改些什麼大概也不多吧。但是後來看到經營科學影像Scimage的江老師也做了一個(看這手機變身數位顯微鏡),雖然自己已經有一些了,不過心裡就是也想要,於是加入了江老師的科學Maker社團,提出贊助的申請,拿到了第一波的顯微鏡。不用多說什麼,比較精巧那個就是Scimage的顯微鏡台啦。


顯微放大是很簡單的事情,不過就是手機或平板的鏡頭前面加上一個雷射筆的凸透鏡,然而要真的提高易用性,可就不是那麼容易達成的。我用一個作過幾百台的苦力角度來評析推薦Scimage的顯微鏡台。

1.擴充性
整體尺寸小而輕巧,但大的平板如iPad怎麼放呢?Scimage就設計出擴充模組,加上去之後就可以擺放大型平板了。除此之外,還會有偏光模組、單眼模組、金相模組.....。


2.解析度
看到顯微鏡,外行人問的是「放大幾倍」,內行人要問是「解析度是多少」。倍率和解析度差在哪?請問,你用一般相機拍朵路邊小花,然後放大投影到電影銀幕那麼大,這個倍率都上萬倍了,那你覺得銀幕上會看到細胞核嗎?放這麼大會看到病毒嗎?你看到的一定是模糊的影像了,因為解析度不夠嘛。(在這種在手機的顯微鏡台上,倍率要高就用大平板,然後再加上裝置的數位放大就行。)

那解析度呢?江老師說這裝置的解析度理論上是到1µm(印象中新的單眼模組好像是到0.5µm),因為是用鏡頭組取代單鏡片。

有關鏡頭組怎麼增加NA呢,我找了疊合模擬軟體來測試,透過鏡頭組讓物距縮短,而N.A.=n·sinα,疊合可以讓α變大,進而增加N.A。解析度的計算為 r = 0.61λ/N.A. 。NA增大就可以縮小r,亦即提高解析度,讓兩點在更小的距離仍然可被分辨。這樣合成的新透鏡,焦距會縮短,倍率會更大。

幾個參考網址如下
http://arachnoid.com/OpticalRayTracer/index.html


3.光源

LED加上3V鈕扣電池是最容易使用的光源,最簡單的用法是LED直接扣在電池上面,要再穩固一點就用衣夾夾住,而Scimage的這款是設計壓克力底座結合電池和LED,看起來就很有質感。


而用LED照明時,會出現中央過量的亮度不均勻的問題,江老師是透過載物台上黏貼3M無痕膠帶製作的光源擴散片來解決這個問題。



4.穩定性
前面說過,要放大就拿凸透鏡放在手機鏡頭前就好,但光是那樣的設計,實用度不高。所以必須有穩定的平台。

從上而下說起,如果是過去的設計,是在壓克力板上用螺母來穩固螺絲,而這樣就會讓頂板多出螺母的高度,在放置平板或是手機時,就會是個障礙。江老師的設計是壓克力板預攻螺紋,可以讓螺絲鎖上去之後,頂板一片平坦。


載物台的抬升機構,不用原先的蝶帽加上華司,改用一個法蘭螺母跟兩個一般螺母包覆膠帶,再外覆熱縮套。法蘭螺母有邊緣,就可以讓載物台夠穩固。這樣的機構很費工,但是提昇了使用的手感。且螺絲螺母都使用鋼製的,能夠提高耐用性。


載物台和頂板之間則是以泡綿製作載物台的穩定墊,避免載物台在使用時的晃動。底座增加防滑膠墊,增加穩定性。



5.科學普及

大家看到這樣的好東西,第一個想法就是哪裡買?多少錢?不過江老師並非要營利,而是透過分享與推廣讓科學更普及,所以他要大家自己自由贊助金額。

我自己作過類似結構的東西,大概知道材料成本會落在哪個範圍,可是成本不能只有算材料,因為還需考慮撿料和預組裝的人力與時間成本。別問我應該贊助多少,我只能說,那真的非常耗時費力,提醒贊助者應該要連這個部份一起評估進去。


過去想要拍顯微影像,得一定要有顯微鏡才行啊,但這一般家庭不可能有啊,所以顯微攝影因為設備限制,所以這麼有趣的事情被封鎖在學校或是學術圈裡,因為它就是件平常人不能作到的事情。不過當人手都有平板或智慧型手機,再加上這樣的顯微鏡台之後,「顯微攝影」從枷鎖裡釋放出來了,在科學Maker社團裡,每天都會看到有人張貼他們拍攝生活周遭的顯微事物,從細沙、花草到布料,這真實的作到科學普及啊!

觀察社團裡的互動,不禁要深思了,是不是我們的學生在13歲看完蕨類孢子之後,就再也沒有碰過顯微鏡了呢。

綜合以上,這些設計足以給4顆半的星星,另外半顆等我到科學Maker社團裡集點拿到其他模組之後再給。集點?這也是我很佩服江老師的一點。

有了硬體可以拍顯微影像,然後呢?是不是拍了幾張就會把東西收起來了呢?因為江老師會陸續再設計一些模組,然後也希望這些模組能被願意持續使用與分享的人所用,所以就設計了每週主題,讓大家根據主題仔細觀察身邊事物並拍攝下來上傳社團,也就因為這樣,所以才能一直在社團裡看到大家的分享。(我真的覺得國中生物老師要學學這招)



給自己的後記
當初我做了自己那款的顯微鏡之後,我有預留一些要給我學生用來觀察,但是發現收納是個問題,因為體積大,一個紙箱裝不了幾個。後來就想到,未來要再做的話,我就會改成三角或梯形,然後不裝底板,螺絲高度從原先的會改成兩吋或兩吋半,載物台會縮小,不要再作突出的版本,所以頂板和載物台的鑽孔位置也會改。

你可能對這有興趣

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...