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実体顕微鏡(SMZ-2B)のバルサム切れの修理

最近の電子部品はすごく小さいので、回路いじりには実体顕微鏡があると便利です。そんなことで私にとっては、無くてはならない道具になっています。

▼実体顕微鏡 ニコン SMZ-2B
実体顕微鏡 SMZ-2B
目の代わりなので良い状態に保ちたいのですが、最近やった分解清掃でレンズの貼り合わせ面に曇りがあることが判明しました。

ネットで調べてみると、これはバルサム切れと呼ばれる現象のようで、古いカメラのレンズで起こり易い問題みたいです。修理方法はいろいろな事例がネットに公開されていますが、レンズを分離して接着面を清掃し、再度UV接着剤で貼り直すという手順でやるようです。

そういう資料を読んでいると、何だか自分にも出来そうな気がしてきたのでやってみました。以下その手順を写真多めで紹介します。

▼問題のレンズ
レンズの曇り(バルサム切れ、変色)
これはズーム用光学系の最終レンズですが、レンズの中が曇っています。なお、この写真は以前の記事で使ったものと同じです。

▼レンズ固定リングを外してみた
下部最終レンズ
出来るだけ分解する範囲を拡げたくなかったので、レンズを固定しているリングネジを外し、レンズだけ抜き取ることを試みたのですが、無理でした。

▼レンズホルダごと外した
レンズアセンブリ
仕方が無いので、レンズを固定している板バネを外し、レンズホルダごとレンズを外しました。なおレンズホルダの外周はテーパー加工されていて、押しネジと板バネでベース面に押し付けて固定するような構造になっていました。この押しネジ(イモネジ)は光軸の調整に影響するので、いじってはいけません。(ゆるみ防止に接着剤が塗られています)

レンズホルダにケガキを入れ、後で元の向き(回転方向)に戻せるようにしておきました。また、レンズにもマジックインキで印を付け、レンズホルダに対する向きが判るようにしておきました。

▼レンズ
外したレンズにマーク付け
ホルダから外したレンズです。剥がすと2枚のレンズ相互の位置関係が判らなくなるので、ダイヤモンドヤスリで合いマークをコバ面に刻んでおきました。以降の作業で有機溶剤をいっぱい使うので、マジックインクのマーキングでは消えてしまいます。

▼バルサムの劣化の状態
バルサムの劣化状態
横から強力なライトを当てると判り易くなりますが、全面が白濁していてソフトフォーカスフィルタを入れたような状態になっています。

これからが第一関門のレンズの分離です。加熱急冷を繰り返す方法がよくやられているみたいですが、レンズが割れそうで怖いのでアセトンに漬けっぱなしにして、ゆっくりと接着剤を溶かしていく方法でやりました。

▼アセトンに浸漬して超音波洗浄
アセトンに漬け、時々超音波洗浄
単に漬けておくだけでは時間がかかりそうなので、超音波を併用しました。中の白い磁器製の容器(焼きプリンの容器?)にアセトンとレンズを入れておき、その容器を水の入った超音波の洗浄槽に入れて時々超音波をかけました。

この超音波洗浄機は5分で出力が自動的にOFFになるので、気付いた時に(30分間隔程度で)時々超音波を入れるというやり方で使いました。また。アセトンの容器にはアルミ箔で作った簡単な蓋をかぶせて、蒸発防止対策としました。

▼剥離の様子
剥離進行中
周辺が透明になって、接着剤が溶け出していることが判ります。

▼剥離が進む
剥離進行中
透明な部分が拡がり、中の樹脂が白くなっています。アセトンに溶けやすい部分とそうでない部分が微小なセル状になって存在しているような気がします。この写真は開始から4時間くらい経った状態です。

さすがに夜は超音波を入れることは出来ないのでアセトンに漬けっぱなしでそのまま放置しておきました。

▼分離成功
分離成功
一晩放置し、翌朝見てみると全面が透明になっていました。アセトンに漬け始めてから約12時間後です。指でずらすと、ぬるりという感触でレンズを分離することが出来ました。

▼レンズの構成
貼り合わせレンズ
剥がすことで判ったレンズの構成です。左が対物レンズ側で光はこちらから入ってきます。全体としては凹レンズになっていて、後ろ側にメニスカスな凸レンズ(B)を貼り付けるという構造になっていました。

剥がしたレンズの表面をクリーニングしておいて、さてこれからが第二の関門のレンズの貼り合わせです。

▼貼り合わせの準備
貼り合わせ準備
作業を始めると中断出来ないので、必要な物を手の届くところに用意しておきます。

下側のレンズは両面テープでプラ板(青い板)に固定し、合いマークの方向にマジックでマーキングしておきます。
爪楊枝は、貼り合わせた後で、2枚のレンズの外周を両側からいろいろな向きで押し付けることで位置合わせするために使います。
右にあるのはUV接着剤と紫外線照射用のLED(λ=375nm)です。奥にはエアダスターとエタノールスプレーにLEDライトなどが見えています。
背後の白い布はキムワイプを拡げたもので、できるだけ繊維クズを発生させないための配慮です。なおこの写真を見て気付いたのですが、キムワイプでは無くアルミ箔を使った方が良かったかもしれません。

▼上側のレンズに取っ手を付ける
上下のレンズの準備
レンズを扱いやすくするために、上側のレンズに短い棒(M3のデルリン製のスタッドボルト)を両面テープで貼り付け、取っ手代わりにしました。レンズは小さくて扱いにくいので、扱い易くしておくこと、つまり段取りを十分行っておくことが重要です。

▼UV接着剤を滴下
UV硬化樹脂を垂らす
この後で向きを合わせながら上のレンズを重ね、余分な接着剤を外に追い出しながら密着させます。次に爪楊枝を使って2枚のレンズの外周位置をぴったりと合わせます。レンズホルダの内径とレンズ外形のギャップはほとんど無いので、外周をぴったり合わせておかないとレンズがホルダに入らなくなります。

▼UV照射
紫外LEDで硬化
紫外LEDを使って接着剤の硬化を行います。
完全に硬化させるために、この後は太陽の直射光に30分くらい曝しておきました。接着が終わると、レンズの周囲にはみ出した接着剤を削り落とせばレンズの合体は完了です。

▼レンズをホルダに戻す
接着したレンズをホルダに戻す
汚れをクリーニングして、組み込む前の最終確認です。曇りは無くなって綺麗なレンズに蘇りました。

▼本体に戻す
合いマーク
合いマークで元の向きに合わせ、押さえの板バネを取り付けてレンズを固定します。

▼試し撮り
試し撮り
コントラストなどの画像補正無しでこれくらい撮れるようになりました。少し眠い感じなのは照明あるいはカメラの設定のせいか?

◆まとめ
実体顕微鏡のバルサム切れの修理は成功したようで良かったです。観察していても、透明感のある視界が広がって、良い感じです。

修理に使った接着剤が劣化して黄変などしないかがちょっと心配ですが、まあこのまま使ってみることにします。なお、使ったUV接着剤は100円ショップのセリアで買ったハードタイプのUVレジン液(クリア)です。

実体顕微鏡なので光路は左右二つあります。この2つを同時に分解すると、万一光軸やピント位置が狂った時に元に戻すための基準が無くなってしまいます。また、左右の部品を混ぜてしまう恐れもあります。そんなことを考え、修理は片側づつ順番に行いました。つまり作業には二日かかりました。

カメラの交換レンズなら、バルサム切れの修理に失敗してもそのレンズが使えなくなるだけで済みます。しかし実体顕微鏡でもし片側の修理に失敗すると、単眼の顕微鏡になってしまう訳で、これでは価値が激減してしまいます。そんなことで、作業は慎重にやる必要があります。ちなみに両眼立体視の顕微鏡、つまり実体顕微鏡を使うと、その見易さから単眼の顕微鏡には戻れなくなります。

記事との関係は薄いのですが、関連写真をここに上げておきます。写真撮影アダプタです。
コリメート撮影
コリメート撮影用接眼とカメラ
コリメート撮影用接眼とカメラ
使っている接眼レンズは Wild の10X/21 ハイアイポイントなので眼レンズが大きいです。

実体顕微鏡 SMZ-2B の分解と清掃

愛用しているニコンの実体顕微鏡(SMZ-2B)の光学系の汚れが気になってきたので、思い切って分解して清掃してみました。

以下はその状況です。出来るだけ詳しい様子が判るように、いつもの記事より写真のサイズを大きくしています(500x375画素)。写真の枚数も多いので、ブラウザに表示するのに時間がかかるかも知れませんがご容赦ください(写真のデーターだけで2.4MBくらいあるはずです)。またすべての写真はクリックすると倍のサイズで別窓に表示します。

▼ニコンの実体顕微鏡 SMZ-2B
ニコンの実体顕微鏡 SMZ-2B
こんな顕微鏡です。10年前に中古をヤフオクで買いました。

▼光路内に汚れ
内部に曇りとカビ
これは接眼レンズを外して中を覗いた写真です。判り難いですが、カビがあるのと、ホコリが溜まっているのか光路全体が白っぽくなっています。これをクリーニングするのが分解の目的です。

以下分解の手順を写真で説明します。

▼倍率調整ツマミを外す
倍率ツマミの取り外し
2mmの六角レンチでイモネジ(A)を緩めるとツマミが外れます。
Webの記事を読むとこのネジがトルクスになっている物があるようですが、この顕微鏡は普通の六角レンチが使えました。

▼カバー固定ネジ
カバー固定ネジ
ツマミを外すとカバーの固定ネジ(B)が出てくるので、これを外します。

▼カバーを外した状態
カバーを外した状態
中身が見えてきます。なお、外したカバーはプラスチック製です。

▼外したカバーと本体
プラカバーを外した状態

▼後ろ側
内部、プリズムは光軸傾け用
光軸傾けプリズムが見えてきます。実体顕微鏡の光軸は観察ポイントを先端としたV字型になっているので、プリズムも微妙に傾いて取り付けられています。

次に接眼レンズの正立プリズムを外しますが、そのためには先にDのネジを外します。

▼目幅調整間隔規制ネジ
目幅調整範囲規制ネジ
このネジ(D)で接眼レンズの間隔(目幅)の調整範囲が制限されています。正立プリズムを外すためには先にこのネジを外す必要があります。

▼正立プリズム取り外しネジ
目幅を広げると固定ネジが現れる
ストッパーが無くなったので目幅を最大限に開くことが出来るようになりました。すると、隠れていた正立プリズムの下側の固定ネジ(E)が見えてくるのでこれを外します。これで正立プリズムごと接眼レンズ側のアセンブリを外すことが出来ます。

ここまでの話を整理すると、光学系の清掃を行うためには(E)のネジを外して接眼部を外さないといけないのですが、そのためには(A)、(B)、(D)、(E)の順にネジを外して分解していく必要がある、ということになります。表から見えるネジを出来るだけ少なくするために、こういう構造にしたのでしょう。

▼光軸傾斜プリズム
プリズムの固定ネジとストッパー
光軸傾斜用のプリズムを(G)のネジを緩めて外します。
このプリズムは赤矢印で示した3箇所のストッパーで位置決めされているようです。組み立て時には指で長い赤矢印の方向に押しながらネジ(G)を締めれば元の位置に戻せると思います。そうは言っても、分解する前には位置合わせ用のマークをケガキで入れておくと安心です。

▼光軸傾斜プリズム
光軸傾けプリズム
下からの光軸を、観察者の目線方向の手前45度方向に傾けるプリズムです。最初の反射はプリズム内面の全反射で、二回目の反射はプリズム外側にコーティングされたミラーの反射で行っています。2回反射させることで像の方向を戻しながら光軸を45度倒す仕掛けになっています。

このプリズム面にカビが生えていたので清掃しましたが、幸いクリーニングすると痕跡が判らないくらい綺麗になりました。なお、カビが生えていたのは接眼レンズ側から見た最初の面でした。やはり、外から異物が付着する可能性が高い面にカビが生えやすいようです。プリズムの他の面にも微妙なシミや曇りがあったので、クリーニングしておきました。外側から見えるアルミミラーは光が反射する面ではありませんが、ここに汚れが付着していると、そこが原因になって腐食を起こしかねないので綺麗にクリーニングしておきました。

このプリズムを見ているとコバ面を黒く塗りたくなるのですが、今回は余計なことはしないでおきました。

▼下部光学系を上から見る
下部部光学系
ここまで分解すると下側の光学系が姿を現します。外したネジ(C)、(E)の位置を書き込んでおきました。

この写真に見えている二つのレンズが曇っていました。このレンズを対物最終レンズと呼ぶことにします。

▼ズーム機構
ズーム機構
下側のケースは(C)のネジを外すと取り外せ、ズーム機構が見えるようになります。

倍率調整ツマミを回すとレンズが2群に分かれて前後に移動するようになっています。V字型に傾いている左右の光軸に沿ってレンズを動かす仕掛けになっているのですが、ものすごくうまく出来ていて動きもスムースです。

▼最終対物レンズ
対物側最終レンズ、曇っている
これは下側から見た写真で、レンズの反対側からLEDライトで照らしています。
対物最終レンズを下側からもクリーニングしたのですが、曇りは取れませんでした。

▼対物最終レンズ
光軸合わせ機構
このレンズの曇りを取るには分解するしか無さそうです。でもここは光軸合わせの重要ポイントのようで、2本の調整ネジと板バネでレンズの位置が微調整出来るようになっています。ここを分解した場合、正確に元の場所に戻す、あるいは再調整する必要がありそうです。実体顕微鏡なので2軸間の位置関係の調整も必要なので難易度は高そうです。

▼レンズの曇り
レンズの曇り(バルサム切れ、変色)
問題のレンズです。光の当て方を工夫して曇りの様子を写真に撮りました。全面均等ではなく同心円状に汚れの濃淡があります。

外部からいくらクリーニングしても汚れが取れないので、レンズの貼り合わせ面に問題がある感じです。これ、たぶんバルサム切れという現象だと思います。バルサムが劣化して黄色くなると共に少し剥離があるようです。

このレンズは凸と凹のレンズを組み合わせることで、色消しになっているのだと思います。

この修理は難易度が高いので、今回は手を付けないでこのままにしておくことにしました。

▼分解した様子
分解した状態
全パーツの集合写真です。

▼正立プリズム
正立プリズム
特に問題は無いのですが、せっかくなのでカバーを外して内部を見ておきました。

反射ミラー(ポロミラー)で正立像を作る顕微鏡もあるようですが、この顕微鏡はちゃんとプリズム(ポロプリズム)が使われていました。プリズムの位置は精密に調整・固定されているのでこれ以上触らないでおきます。

▼クリーニングに使った資材
清掃用具
工具は別にして、このような物を使いました。左手前のアトマイザーにはエタノールを入れています。

無水エタノールは各種の清掃以外に、ガラス面の精密拭き上げの時に使うと便利です。エタノールを浸み込ませたワイプを一方向にゆっくりと動かすと、液の表面を引きずる形で乾燥が進みますが、境界部では不純物は液側に移動して表面に残らないのでコンタミの少ない仕上げが出来ます。レンズなど円形の場合は中心から周辺へ回転させながら拭き広げていって、不純物を最外周に集めるようにするとうまくいきます。水分の入ったアルコールを使うと水滴が残ってしまうのでうまくいきません。できればこういう時こはアセトンを使いたいのですが、ちょっと危険なので私は持ってません。

◆まとめ
壊してしまうと元も子もなくなるので緊張して作業を進めたのですが、ほぼ問題無く進めることが出来て良かったです。

顕微鏡のネジにはネジロックが使われているようで、簡単にはネジが緩まないようになっていました。正しい工具を使い、特にプラスのネジは強く押し付けながら回さないと、ネジの頭をナメてしまいます。
そういう注意をしながら作業を行ったのですが、ネジの(G)は堅く締まっていたのでプラスのドライバーでは緩みそうにありませんでした。そこで、バイスプライヤーでネジの頭を咥えて緩めるような手を使いました。

懸案の一つだったレンズの曇りは、原因がバルサム切れだったことまで判ったのですが、残念ながら修理出来ませんでした。接着剤などを準備しておけばなんとかなりそうな気がするので、機会があればまた挑戦してみたいと思います。

ちなみに、写真を撮った時にコントラストが悪いのが一番目立った問題なのですが、これは画像処理ソフトで補正すれば済むので、とりあえずは大丈夫です。

2020年1月1日の星空、ベテルギウスを撮影

あけましておめでとうございます。

さて、何かお正月らしい記事を書きたかったのですが、仕込んだネタはありません。そんな中、昨晩は雲一つない星空だったので星野写真を撮っておきました。なお、自宅ベランダからの撮影で、時刻は日付が(年が)変わった頃です。

▼シリウスからすばる (クリックで別窓にもう少し大きな写真)
シリウス、オリオン座、アルデバラン、すばる
EOS-70D, EFS 17-85, 17mm(35mm換算:27.3mm), ISO1600, f/4, 4秒
JPEGで撮ってリサイズしただけです。もう少しはっきりと撮れたら良いのですが、露出を増やすと背景が白くなってくるのでこれくらいが限界でした。画像処理かければもう少し良くなるのですが、とりあえず撮ったままです。

シリウス、オリオン座、アルデバラン、すばる
ベテルギウスがアルデバランより暗くなっているかも知れません。

▼オリオン座 (クリックで別窓にもう少し大きな写真)
オリオン座
EOS-70D, EFS 17-85, 28mm(35mm換算:41.5mm), ISO1600, f/4.5, 4秒 (リサイズしただけでJPEGで撮ったまま)

オリオン座

この写真を撮った理由をお察しの方も多いと思いますが、ベテルギウスを撮っておきたかったからです。ベテルギウスは2019年の10月頃から急に減光していて、超新星爆発が近いかもと言われています。まあ近いといっても、天文学の時間軸で近いという話なので、100年後なのかも知れません。ともかくこうやって記録しておいて、来年の正月に比較してみるのも一興かと思います。

◆まとめ
ベテルギウスの超新星爆発はいつ起きるんでしょうね。赤かった星が急に青白く猛烈な明るさになる訳で、さぞかし見応えがあることでしょう。地球の夜空に見える位置にある時にそういうことが起きると最高なのですが、どうなるでしょう。地球からベテルギウスまでの距離は約600光年なので、すでにその答えは出ているはずなのですが、地球上にいる我々には判らないというのが面白いです。
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ラジオペンチ

Author:ラジオペンチ
電子工作を中心としたブログです。たまに近所(東京都稲城市)の話題など。60過ぎて視力や器用さの衰えを感じつつ日々挑戦!
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