За свою почти 300-летнюю историю развития микроскоп стал, наверное, одним из самых массовых оптических приборов, широко используемым во всех областях человеческой деятельности. Особенно трудно переоценить его роль в обучении школьников, познающих окружающий микромир своими глазами.
Отличительной особенностью предлагаемого микроскопа является "нестандартное" использование обычной Web-камеры. Принцип действия состоит в непосредственной регистрации проекции исследуемых объектов на поверхность ПЗС матрицы при освещении их параллельным пучком света. Полученное изображение выводится на монитор ПК.
По сравнению с обычным микроскопом в предлагаемой конструкции отсутствует оптическая система, состоящая из линз, а разрешение определяется размерами пикселя ПЗС матрицы и может достигать единиц микрон. Внешний вид микроскопа показан на рис. 1 и рис. 2. В качестве Web-камеры использована модель "Wcam 300А" фирмы Mustek, имеющая цветную ПЗС матрицу разрешением 640x480 пикселей. Электронная плата с ПЗС матрицей (рис. 3) демонтирована из корпуса и после небольшой доработки установлена в центре светонепроницаемого корпуса с открывающейся крышкой. Доработка платы состояла в перепайке USB- разъема с целью обеспечения возможности установки дополнительного защитного стекла на поверхность ПЗС матрицы и герметизации поверхности платы.
В крышке корпуса сделано сквозное отверстие, в центре которого установлен блок из трех светодиодов разного цвета свечения (красный, зеленый, синий), являющийся источником света. Блок светодиодов, в свою очередь, закрыт светонепроницаемым кожухом. Удаленное расположение светодиодов от поверхности матрицы позволяет сформировать приблизительно параллельный пучок света на объекте измерения.
ПЗС матрица соединена с ПК с помощью USB кабеля. Программное обеспечение — штатное, входящее в комплект поставки Web-камеры.
Микроскоп обеспечивает увеличение изображения в 50...100 раз, при оптическом разрешении около 10 мкм с частотой обновления изображения 15 Гц.
Конструкция микроскопа показана на рис. 4 (без соблюдения масштаба).
На входное окно ПЗС матрицы 7 для ее защиты от механических повреждений установлено кварцевое защитное стекло 6 размерами 1x15x15 мм. Защита электронной платы от жидкостей и механических повреждений обеспечивается герметизацией ее поверхности силиконовым герметиком 8. Исследуемый объект 5 размещают на поверхности защитного стекла 6. Осветительные светодиоды 2 установлены в центре отверстия крышки 4 и снаружи закрыты светонепроницаемым пластмассовым кожухом 3. Расстояние между исследуемым объектом и блоком светодиодов составляет примерно 50...60 мм.
Питание осветительных светодиодов (рис. 5) осуществляется от батареи 12 из трех последовательно соединенных гальванических элементов напряжением 4,5 В. Включение питания осуществляют выключателем SA1, светодиод HL1 (1 на рис. 4) — индикаторный, расположен на защитном кожухе и сигнализирует о наличии питающего напряжения. Включение осветительных светодиодов EL1—EL3 и тем самым выбор цвета освещения осуществляют выключателями SA2—SA4 (13), расположенными на боковой стенке корпуса 11.
Резисторы R1, R3—R5 — токо ограничивающие. Резистор R2 (14) предназначен для регулировки яркости свечения светодиодов EL1—EL3, он установлен на задней стенке корпуса. В устройстве применены постоянные резисторы С2-23, МЯТ, переменный — СПО, СП4-1. Выключатель питания SA1 — МТ1, выключатели SA2—SA4 — кнопочные SPA-101, SPA-102, светодиод АЛ307БМ можно заменить на КИПД24А-К.
Поскольку видимые размеры выводимых изображений зависят от характеристик используемой видеокарты и размеров монитора, микроскоп требует калибровки. Она заключается в регистрации тест-объекта (прозрачная школьная линейка), размеры которого известны (рис. 6). Измеряя расстояние между штрихами линейки на экране монитора и соотнеся их с истинным размером, можно определить масштаб изображения (увеличения). В данном случае 1 мм экрана монитора соответствует 20 мкм измеряемого объекта.
С помощью микроскопа можно наблюдать различные явления и измерять объекты. На рис. 7 показано изображение лазерной перфорации денежной купюры достоинством в 500 руб. Средний диаметр отверстий — 100 мкм, виден разброс отверстий по форме. На рис. 8 представлено изображение маски цветного кинескопа фирмы Hitachi. Диаметр отверстий составляет около 200 мкм.
В качестве примеров биологических объектов выбраны паучок, его лапка и усы; они показаны на рис. 9 и рис. 10 соответственно (диаметр уса составляет около 40 мкм), волос автора (диаметр — 80 мкм) — на рис. 11, чешуя рыбы — на рис. 12.
Интересно наблюдать процессы растворения веществ в воде. В качестве примера приведены процессы растворения соли и сахара. На рис. 13,а и рис. 14,а показаны части цы сухой соли и кристаллы сахара соответственно, а на рис. 13,6 и рис. 14,6 — процесс их растворения в воде. Хорошо видны зоны повышенной концентрации веществ и эффекты фокусировки света в центрах растворения.
Информация
