МІКРОСКОП БЕЗ ЛІНЗ.

Send

За свою майже 300-річну історію розвитку мікроскоп став, напевно, одним з наймасовіших оптичних приладів, широко використовуваним у всіх областях людської діяльності. Особливо важко переоцінити його роль в навчанні школярів, пізнають навколишній мікросвіт своїми очима.

Відмінною особливістю пропонованого мікроскопа є "нестандартне" використання звичайної Web-камери. Принцип дії полягає в безпосередній реєстрації проекції досліджуваних об'єктів на поверхню ПЗС матриці при освітленні їх паралельним пучком світла. Отримане зображення виводиться на монітор ПК.

У порівнянні зі звичайним мікроскопом у пропонованій конструкції відсутня оптична система, що складається з лінз, а дозвіл визначається розмірами пікселя ПЗЗ матриці і може досягати одиниць мікрон. Зовнішній вигляд мікроскопа показаний на рис. 1 і рис. 2. В якості Web-камери використана модель "Wcam 300А" фірми Mustek, що має кольорову ПЗС матрицю роздільною здатністю 640x480 пікселів. Електронна плата з ПЗС матрицею (рис. 3) демонтована з корпусу і після невеликого доопрацювання встановлена в центрі світлонепроникного корпусу з кришкою. Доопрацювання плати полягала в перепайку USB-роз'єму з метою забезпечення можливості установки додаткового захисного скла на поверхню ПЗС матриці і герметизації поверхні плати.

У кришці корпусу зроблено наскрізний отвір, в центрі якого встановлено блок з трьох світлодіодів різного кольору світіння (червоний, зелений, синій), що є джерелом світла. Блок світлодіодів, в свою чергу, закритий світлонепроникним кожухом. Віддалене розташування світлодіодів від поверхні матриці дозволяє сформувати приблизно паралельний пучок світла на об'єкті вимірювання.

ПЗС матриця з'єднана з ПК за допомогою USB кабелю. Програмне забезпечення - штатний, що входить в комплект поставки Web-камери.

Мікроскоп забезпечує збільшення зображення в 50 ... 100 разів, при оптичному дозволі близько 10 мкм з частотою оновлення зображення 15 Гц.

Конструкція мікроскопа показана на рис. 4 (без дотримання масштабу).

На вхідний вікно ПЗС матриці 7 для її захисту від механічних пошкоджень встановлено кварцове захисне скло 6 розмірами 1x15x15 мм. Захист електронної плати від рідин та механічних пошкоджень забезпечується герметизацією її поверхні силіконовим герметиком 8. Досліджуваний об'єкт 5 розміщують на поверхні захисного скла 6. Освітлювальні світлодіоди 2 встановлені в центрі отвору кришки 4 і зовні закриті світлонепроникним пластмасовим кожухом 3. Відстань між досліджуваним об'єктом і блоком світлодіодів становить приблизно 50 ... 60 мм.

Харчування освітлювальних світлодіодів (рис. 5) здійснюється від батареї 12 з трьох послідовно з'єднаних гальванічних елементів напругою 4,5 В. Включення харчування здійснюють вимикачем SA1, світлодіод HL1 (1 на рис. 4) - індикаторний, розташований на захисному кожусі і сигналізує про наявність напруги живлення. Включення освітлювальних світлодіодів EL1-EL3 і тим самим вибір кольору освітлення здійснюють вимикачами SA2-SA4 (13), розташованими на бічній стінці корпусу 11.

Резистори R1, R3-R5 - струмообмежуючі. Резистор R2 (14) призначений для регулювання яскравості світіння світлодіодів EL1-EL3, він встановлений на задній стінці корпусу. У пристрої застосовані постійні резистори С2-23, МЛТ, змінний - СПО, СП4-1. Вимикач живлення SA1 - МТ1, вимикачі SA2-SA4 - кнопкові SPA-101, SPA-102, світлодіод АЛ307БМ можна замінити на КІПД24А-К

Оскільки видимі розміри виведених зображень залежать від характеристик використовуваної відеокарти і розмірів монітора, мікроскоп вимагає калібрування. Вона полягає в реєстрації тест об'єкта (прозора шкільна лінійка), розміри якого відомі (рис. 6). Вимірюючи відстань між штрихами лінійки на екрані монітора і віднісши їх з істинним розміром, можна визначити масштаб зображення (збільшення). В даному випадку 1 мм екрану монітора відповідає 20 мкм вимірюваного об'єкта.

За допомогою мікроскопа можна спостерігати різні явища і вимірювати об'єкти. На рис. 7 показано зображення лазерної перфорації грошової купюри номіналом в 500 руб. Середній діаметр отворів - 100 мкм, видно розкид отворів по формі. На рис. 8 представлено зображення маски кольорового кінескопа фірми Hitachi. Діаметр отворів становить близько 200 мкм.

Як приклади біологічних об'єктів обрані павучок, його лапка і вуса; вони показані на рис. 9 і рис. 10 відповідно (діаметр вуса становить близько 40 мкм), волосся автора (діаметр - 80 мкм) - на рис. 11, луска риби - на рис. 12. Цікаво спостерігати процеси розчинення речовин у воді. Як приклад наведено процеси розчинення солі та цукру. На рис. 13, а і рис. 14, а показані частки сухої солі і кристали цукру відповідно, а на рис. 13,6 і рис. 14,6 - процес їх розчинення у воді. Добре видно зони підвищеної концентрації речовин і ефекти фокусування світла в центрах розчинення.