NTCU科學遊戲Lab：手機顯微鏡

國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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手機顯微鏡

如何將手機變成顯微鏡呢？

※器材：手機、雷射筆、細鐵絲、螺絲起子、虎頭鉗、木板、長條螺絲與螺帽

※操作步驟與現象：

手機已成為現代人不可或缺的科技產品之一，其強大的功能包括照相與攝影功能。而國內外有不少網站介紹將手機變成顯微鏡的製作方法。另一方面，市面上也有商品化的手機顯微鏡頭，售價大多約台幣五百元。以下介紹如何DIY自己的手機顯微鏡，相當簡易也更便宜。製作方法如下：

1.取一支雷射筆（含鑰匙圈雷射筆售價一百五十元以下），將雷射筆的前端旋轉拆開，再用螺絲起子將內部的小型凸透鏡取下。如圖一紅色箭頭所指。

2.將小型凸透鏡（含金屬圈），以細的鐵絲扭轉固定，如圖二。注意：小型凸透鏡可能會掉出金屬圈，可用少許黏膠固定。

3.將小凸透鏡對準手機拍攝鏡頭，再以膠帶黏貼鐵絲固定在手機上，就完成了，如圖三。

4.觀察方式如圖四，將手機轉成攝影模式，調整與觀測物的距離，並利用手機的拉遠拉近功能，變換放大倍數。

觀測結果：

版主使用五百萬畫素的手機（雜牌手機），拍攝的觀測結果如圖五～圖九。（點選圖片觀看原圖）

圖五：以直尺的觀察，簡略計算放大倍率約45倍（1毫米à45毫米）

圖六：觀察已製作好的水螅樣本，結構清晰可見。

圖七：量角器的超小數字刻度看起來很平滑，放大後觀察發現充滿坑洞。

圖八：自製洋蔥樣本，細胞結構相當清楚（以碘液染色）。

圖九：五百元紙鈔的防偽條碼，會隨入射光的角度變化而變換顏色。

觀測台的製作：

手持手機進行觀察時，如果想要拍照，最大的困擾是：手震！就算將手靠在固定物，也很難拍到清晰的影像。因此如果需要拍照，手機與被觀察物都需要有穩固的支撐，圖十是一個簡易的觀測台，製作方法如下：

1.底座台（圖十左下）：取一塊木板（略厚一點，例如六分木心板或抽屜板），以電鑽在四個角落鑽洞，再分別穿入長條螺絲，並以墊片與螺帽轉緊固定。

2.載物片（圖十右上）：取一分厚木心板（寬約4公分），在中央挖一個洞以便透光（被觀測物的位置），並在二端以電鑽挖洞後，放進底座的前端（右邊）二根螺絲上，螺絲分別要先放入一個墊片與螺帽，以便做為調整高度用。另一方面，為了使載物片更為穩固，可以在載物片下方以膠帶黏貼重物（例如磁鐵），以增加重量。

3.手機台（圖十左上）：取一分厚木心板（大小與底座相同），以電鑽在四個角落鑽洞（必須配合底座台的螺絲條位置），並在右邊中央端一個洞，以便放入由雷射筆取下來的小凸透鏡。

以上觀測台版主使用木板製作，單純是因為有現成工具可以進行木板加工，否則以壓克力板製作會更有質感，透光度更佳。國內的科學Maker臉書社群，設計用壓克力製作的手機顯微鏡，以及偏光、螢光等配件成品，相當精緻，並且贊助贈送超過20所偏遠學校使用手機顯微鏡，讀者可以加入該社團自由贊助與索取喔！

※原理：

手機的照相鏡頭已經具有放大功能，例如版主的手機的放大倍率就有大約10倍。而雷射筆小凸透鏡的放大倍率粗估約有5倍，因此手機加裝凸透鏡的放大倍率就可達約10x5=50倍。另一方面，凸透鏡是產生正立放大虛像，而手機再加以放大（手機鏡頭的結構相當複雜），因此最終觀察到的是正立放大的螢幕影像。

※叮嚀的話：

1.大多數網站的介紹，是將雷射筆的小型凸透鏡單獨取出，但是在製作圖一~圖四的手持顯微鏡（不拍照時），建議還是保留金屬圈，不要將小凸透鏡取出。既可保護凸透鏡，又可方便的用細鐵絲夾緊固定。

2.不同雷射筆的小凸透鏡可能略有差異，凸透鏡的擺放方向也會有影響，因此建議先以肉眼觀察凸透鏡哪一個方向有較佳的放大效果之後再固定。

3.本實驗結果的放大倍率只是粗略估計，因為版主的計算方式，與手機螢幕的大小有直接關聯性，並不是很客觀。而且顯微鏡的觀察功能，也不能只關心放大倍數，解析度（resolution）的能力也是很重要的性質。

4.網路上不少手機顯微鏡的觀測台的製作，都有包含LED燈的照明（裝在鏡頭下面的底座上）。經由實際觀察，版主發現在一般室內照明下，光線亮度是足夠的，可以不用專用的照明。但是如果取得的凸透鏡的倍率很高，則鏡頭與觀測物的距離會更近，將會擋住更多光線，此時就有需要加裝照明光源（或用手電筒打光）。

5.在教學上，國小學生建議製作手持式的即可（圖一～圖四），較為簡便。中學以上則可以嘗試製作觀測台，以便可以拍照、攝影，集結成為學習檔案。

※參考資料：

3.郭亯佑（2007）。大珠小珠落玉盤－圓珠顯微鏡的製作與研究。中華民國第47 屆中小學科學展覽會國中組理化科。http://activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/47/high/031601.pdf

4.Instructables - DIY How To Make Instructions：$10 Smartphone to digital microscope conversion!（http://www.instructables.com/id/10-Smartphone-to-digital-microscope-conversion/?ALLSTEPS）