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Microscopio Composto con Obbiettivo a Sfera di Vetro

Giorgio Carboni, Luglio 2011

 


I N D I C E

Introduzione
Un microscopio composto a sfera di vetro
Caratteristiche di 2 obbiettivi a sfera di vetro
Parentele
Conclusione
Bibliografia


 

Introduzione
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Come sapete, il microscopio a sfera di vetro che vi ho descritto in questo articolo [1] è uno strumento affascinante nella sua semplicità e per le prestazioni che raggiunge. Inoltre, può essere facilmente realizzato a casa propria e con semplici attrezzi. Tuttavia per osservare il campione ingrandito occorre avvicinarsi molto alla sfera e il campo visivo utile resta sempre limitato. Anche il microscopio di Leeuwenhoek soffriva di questi inconvenienti. Allo scopo di ridurre questi problemi e rendere più agevole l'utilizzo del microscopio a sfera, ho provato ad introdurre in questo strumento l'oculare.

Il risultato è stato molto buono: la distanza dell'occhio dall'oculare è quella "normale" e l'osservazione risulta comoda. Per questo microscopio, è preferibile utilizzare un oculare di basso ingrandimento (5 X o meno). Il campo risulta abbastanza ampio e definito da un cerchio preciso.

Ho provato ad usare anche un oculare a pupilla alta [2 e 3]. Come ingrandimento l'oculare va bene (3,8 X circa), ma la pupilla d'uscita è troppo alta (anche oltre 10 cm). Se prima facevo fatica ad avvicinarmi alla pupilla d'uscita del microscopio a sfera, adesso devo cercarla sopra l'oculare quasi fosse una mosca che vola. La pupilla d'uscita dell'oculare deve stare sulla pupilla dell'occhio dell'osservatore, ma nessuno immagina di dover stare tanto distante dall'oculare per poter vedere il campo intero.

Come ho detto, questo microscopio (figura 1) riduce i più importanti inconvenienti del microscopio a sfera di vetro e ve lo descrivo nelle sue caratteristiche principali. Non vi propongo la sua costruzione dal momento che è piuttosto impegnativa. Ovviamente, non ve la proibisco neanche e a chi si diverte a costruire strumenti questo progetto piacerà sicuramente.

 


Figura 2 - Sezione di stelo di giunco che mostra cellule astrali.
Immagine ripresa con il microscopio a sfera composto
descritto in questo articolo. Ø del campo oggetto = 0,36 mm.
Ø campo visuale = 45 mm alla distanza di 25 cm dall'occhio.
Angolo dell'immagine a = 10,5 °. Ingrandimento = 147 X.



Un microscopio composto a sfera di vetro
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Come vedete nella figura 1, la base e il montante del microscopio sono fatte di legno. Sul montante è fissato il sistema di messa a fuoco macrometrico formato da due guide cilindriche cromate e rettificate su cui slitta un carrello attraverso 3 boccole elastiche teflonate. Il carrello viene mosso per mezzo di una coppia pignone / cremagliera (figura 3). Su di una delle due alette che sostengono la barra di manovra ho praticato un intaglio e ho messo una vite che agisce come freno (figura 4), impedendo al carrello di cadere per gravità. Sul carrello è montato il tubo principale (figura 1) per mezzo di due supporti a "V". Sotto al tubo principale ho applicato un obbiettivo a sfera, montato su di un supporto retraibile dotato di molla (figura 5). Ho preparato un secondo obbiettivo come riserva, è anch'esso retraibile, ma ritorna in posizione per gravità. L'interno del tubo principale è annerito e occorre eliminare ogni eventuale riflesso rimanente. Il tavolino portavetrini è fissato al montante tramite un profilato a "L". Sopra il tavolino è sistemato un traslatore di vetrini. Sotto al tavolino c'è la messa a fuoco micrometrica realizzata sul principio della vite differenziale (figura 6). Sempre sotto al tavolino, troviamo il sistema di illuminazione. Esso è basato su di un LED bianco ed un potenziometro permette di variare l'intensità della luce. La distanza del LED dal campione è importante ed andrebbe tenuta fra 10 e 20 mm. L'uso dell'oculare trasforma inevitabilmente il microscopio a sfera semplice (formato da una sola lente) in un microscopio a sfera composto (formato da obbiettivo ed oculare): una interessante evoluzione del microscopio di Leeuwenhoek.

Volendo, alcune di queste piccole sfere possono essere lavorate con polveri abrasive in modo da ottenere altrettante lenti piano convesse semisferiche, meno soggette alle aberrazioni sferiche. Queste lenti vanno montate con la superficie piana rivolta verso il campione.

 

Figura 3 - Guide, carrello, pignone,
cremagliera e barra trasversale.

Figura 4 - Freno. Notate l'intaglio 
e la vite sull'aletta di sostegno

Figura 5 - Obbiettivo a sfera montato
in fondo al tubo principale.

Figura 6 - Sistema di messa a fuoco micro-metrica e sistema di illuminazione a LED.

La pulizia e la qualità dei componenti ottici è di grande importanza, altrimenti l'immagine perderà la nitidezza. Le zone sfocate dell'immagine (figura 2) corrispondono a variazioni di quota del campione o a difetti nei componenti ottici. La qualità di questi componenti deve essere verificata con un microscopio stereoscopico o con una lente forte. La sferetta di vetro deve essere esente da bolle al suo interno e deve essere pulita con cura usando acqua o saliva e una pezzuola di cotone. La superficie sferica del LED deve essere esente da abrasioni e deve essere anch'essa pulita con cura. Il LED è di plastica e per questo motivo è facile causargli delle abrasioni. La sede del LED deve essere elastica e deve essere sbavata con cura per evitare che durante il montaggio la superficie del LED possa essere danneggiata. Il diaframma a disco non serve, come non serve neppure un diffusore. Per realizzare il sistema di illuminazione, fate riferimento all'articolo sul microscopio a sfera di vetro [1]. La costruzione di questo microscopio mi ha preso oltre un mese di lavoro.


Caratteristiche di 2 obbiettivi a sfera di vetro
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Occorre precisare che Leeuwenhoek usava prevalentemente obbiettivi lavorati con polveri abrasive, più raramente utilizzava obbiettivi prodotti per fusione. Nei miei microscopi a sfera, ho usato solo obbiettivi ottenuti per fusione. Per questo microscopio ne ho scelti due di cui uno ha il diametro di 1,60 mm e l'altro di 1,76 mm. Ho sottoposto questi obbiettivi a diversi test. Durante l'osservazione di un reticolo di Ronchi (composto da bande alterne opache e trasparenti) ho notato una più che buona planarità del campo e solo un accenno di distorsione, mentre il microcontrasto è apparso ottimo. L'esame allo star test ha rivelato la presenza di un po' di astigmatismo e di sferica. Probabilmente, l'astigmatismo deriva dalla presenza del gambo di vetro che deformerebbe la sfera stessa. Per evitare questa aberrazione, si possono acquistare piccole sfere di vetro (prive di gambo). Purtroppo non si può ridurre l'aberrazione sferica. Comunque, a questo punto si potrà ricavare da questi obbiettivi veramente tutto quello che possono dare.


Parentele
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Il microscopio di Leeuwenhoek era molto scomodo da usare e ben poche persone sono riuscite ad utilizzarlo. I problemi principali erano dovuti al sistema di illuminazione che doveva essere formato da una superficie emittente circolare ed illuminata uniformemente. Solo chi ha provato ad usare microscopi di questo tipo sa quanto sia critico il sistema di illuminazione per poter fornire immagini decenti. Per facilitare l'uso di questi microscopi a sfera di vetro, negli anni '50 del secolo scorso C.L. Stong [4] propose un modello dotato della possibilità di utilizzare vetrini da microscopio e di un sistema di illuminazione a specchio orientabile (ancora molto inefficace). Lo strumento che ho presentato in questo articolo si inserisce nella stessa linea di facilitare l'uso degli obbiettivi a sfera di vetro. La sua struttura permette di ottenere da un obbiettivo minuscolo di forma sferica tutto quello che può fornire in termini di nitidezza delle immagini e di comodità d'uso, risparmiando un bel po' di disagi al suo utilizzatore.


Conclusione
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Rispetto al microscopio semplice a sfera di vetro, questo progetto ha introdotto l'oculare che permette un migliore accesso alla pupilla d'uscita, con grande conforto per la vista dell'osservatore. Concorrono alla qualità delle immagini la dimensione del tubo principale che permette un migliore controllo dei riflessi interni e un sistema di illuminazione semplice e molto efficace. Si rivelano inoltre utili anche i sistemi di messa a fuoco e di traslazione dei vetrini molto simili a quelli dei microscopi convenzionali. Questo strumento resta per gran parte uno stimolo per gli studiosi e gli appassionati di microscopi antichi, in particolare a sfera di vetro, ai quali apre nuove prospettive. Infine, esso permette loro di valutare meglio le capacità di questi microscopi e di compiere prove e comparazioni. Permette inoltre di rendersi conto dell'importanza del sistema di illuminazione e delle superfici ottiche per riuscire ad ottenere da questi strumenti immagini di qualità. Questo microscopio composto e con obbiettivo a sfera di vetro permette di compiere interessanti comparazioni con il microscopio semplice a sfera di vetro. Entrambi questi microscopi possono osservare un campione posto su di un vetrino. E' quindi possibile confrontare la qualità dell'immagine che i due modelli producono dello stesso campione.

E' ricorrente l'affermazione secondo cui i microscopi prodotti da Leeuwenhoek avrebbero offerto un dettaglio molto superiore a quello dei microscopi composti prodotti nello stesso periodo. Confrontando le prestazioni di questi due microscopi, l'immagine prodotta dal microscopio di Leeuwenhoek appare più nitida, ma è anche meno ingrandita. Osservando attentamente le immagini prodotte dai due microscopi, il dettaglio delle immagini mi sembra essere sostanzialmente lo stesso, con la differenza di una molto maggiore comodità d'uso a favore di quello composto. La grande superiorità ascritta al microscopio semplice mi sembra essere più il frutto di una leggenda che un fatto reale. La presunta superiorità del microscopio di Leeuwenhoek può essere dovuta anche ai disegni dei microrganismi che egli produsse, quindi all'impegno con il quale egli lavorò alle osservazioni al microscopio fino agli ultimi giorni della sua vita. Questa presunta superiorità dei microscopi di Leeuwenhoek può essere dunque dovuta al fatto che l'aggiunta di un oculare ingrandisce l'immagine e le fa perdere contrasto, ma i dettagli visibili mi sono sembrati sostanzialmente gli stessi.


Bibliografia
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1 -  http://www.funsci.com/fun3_it/sfera/sfera.htm Microscopio a sfera di vetro.
2 - http://www.funsci.com/fun3_it/sini/mo/microfoto_digitale.pdf
3 - http://www.funsci.com/fun3_it/pupilla/alta.htm
4 - C.L. Stong; estratto da: "The Scientific American; Come si fa"; Enciclopedie Pratiche Sansoni; 1966; Firenze.

Termini per ricerche su Internet: Leeuwenhoek, microscope, lens.

 


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