Микроскоп без лещи.

През своята почти 300-годишна история на развитие микроскопът вероятно се е превърнал в един от най-популярните оптични инструменти, широко използван във всички области на човешката дейност. Особено трудно е да се надцени ролята му в обучението на ученици, които научават за микросвета около тях със собствените си очи.

Отличителна черта на предложения микроскоп е „нестандартното“ използване на конвенционална уеб камера. Принципът на действие е директно да регистрира проекцията на изследваните обекти върху повърхността на CCD матрицата при осветяване от паралелен лъч светлина. Полученото изображение се показва на компютърен монитор.

В сравнение с конвенционалния микроскоп, предложеният дизайн няма оптична система, състояща се от лещи, а разделителната способност се определя от размера на пикселите на CCD матрицата и може да достигне няколко микрона. Външният вид на микроскопа е показан на фиг. 1 и фиг. 2. За уеб камера е използван моделът “Wcam 300A” на Mustek, който има цветна CCD матрица с резолюция 640x480 пиксела. Електронната платка с CCD матрица (фиг. 3) се изважда от кутията и след малки модификации се монтира в центъра на светлонепроницаемата кутия с отварящ се капак.Модификацията на платката се състоеше в повторно запояване на USB конектора, за да може да се монтира допълнително защитно стъкло върху повърхността на CCD матрицата и да се запечата повърхността на платката.

В капака на корпуса е направен проходен отвор, в центъра на който блок от три светодиоди различни цветове на светене (червено, зелено, синьо), което е източник на светлина. Блокирайте светодиоди, от своя страна, е покрит със светлоустойчив корпус. Отдалечено място светодиоди от повърхността на матрицата ви позволява да формирате приблизително успореден лъч светлина върху обекта на измерване.

CCD матрицата се свързва към компютъра с помощта на USB кабел. Софтуерът е стандартен и е включен в уеб камерата.

Микроскопът осигурява увеличение на изображението 50...100 пъти, с оптична разделителна способност около 10 микрона с честота на опресняване на изображението 15 Hz.

Дизайнът на микроскопа е показан на фиг. 4 (не в мащаб).

За да го предпази от механични повреди, на входния прозорец на CCD матрицата 7 е монтирано кварцово защитно стъкло 6 с размери 1x15x15 mm, което го предпазва от механични повреди. Защитата на електронната платка от течности и механични повреди се осигурява чрез запечатване на повърхността й със силиконов уплътнител 8. Изследваният обект 5 се поставя върху повърхността на защитно стъкло 6. Осветление светодиоди 2 са монтирани в центъра на отвора в капака 4 и са покрити отвън със светлоустойчива пластмасова обвивка 3. Разстоянието между изследвания обект и блока светодиоди е приблизително 50...60 mm.

Осветителните светодиоди (фиг. 5) се захранват от батерия 12 от три последователно свързани галванични клетки с напрежение 4,5 V.Захранването се включва с помощта на превключвател SA1, LED HL1 (1 на фиг. 4) е светлинен индикатор, разположен върху защитния корпус и сигнализира за наличие на захранващо напрежение. Светодиодите за осветление EL1–EL3 се включват и по този начин цветът на осветлението се избира с помощта на превключватели SA2–SA4 (13), разположени на страничната стена на корпуса 11.

Резисторите R1, R3—R5 са токоограничаващи. Резистор R2 (14) е предназначен за регулиране на яркостта на светодиодите EL1-EL3, монтиран е на задната стена на кутията. Устройството използва постоянни резистори S2-23, MLT, променливи резистори - SPO, SP4-1. Силов ключ SA1 - MT1, ключове SA2 - SA4 - бутон SPA-101, SPA-102, LED AL307BM могат да бъдат заменени с KIPD24A-K

Тъй като видимият размер на изходните изображения зависи от характеристиките на използваната видеокарта и размера на монитора, микроскопът изисква калибриране. Състои се от регистриране на тестов обект (прозрачна училищна линийка), чиито размери са известни (фиг. 6). Чрез измерване на разстоянието между линиите на линийката на екрана на монитора и съпоставянето им с истинския размер, можете да определите мащаба на изображението (увеличението). В този случай 1 мм от екрана на монитора съответства на 20 микрона от измервания обект.

С помощта на микроскоп можете да наблюдавате различни явления и да измервате обекти. На фиг. Фигура 7 показва изображение на лазерна перфорация на банкнота от 500 рубли. Средният диаметър на дупките е 100 µm, като се вижда промяна във формата на дупките. На фиг. Фигура 8 показва изображение на маска на цветна тръба Hitachi. Диаметърът на дупките е около 200 микрона.

Като примери за биологични обекти бяха избрани паяк, неговият крак и мустаци; те са показани на фиг. 9 и фиг. 10, съответно (диаметърът на мустака е около 40 микрона), косата на автора (диаметърът е 80 микрона) - на фиг.11, рибени люспи - на фиг. 12. Интересно е да се наблюдават процесите на разтваряне на веществата във вода. Като пример са дадени процесите на разтваряне на сол и захар. На фиг. 13,а и фиг. 14а показва частици от суха сол и захарни кристали, съответно, а на фиг. 13.6 и фиг. 14.6 - процесът на тяхното разтваряне във вода. Ясно се виждат зони с повишена концентрация на вещества и ефектите от фокусирането на светлината в центровете на разтваряне.