Mikroskop ohne Linsen.

Im Laufe seiner fast 300-jährigen Entwicklungsgeschichte hat sich das Mikroskop wohl zu einem der beliebtesten optischen Instrumente entwickelt, das in allen Bereichen der menschlichen Tätigkeit weit verbreitet ist. Es ist besonders schwer, seine Rolle beim Unterrichten von Schulkindern zu überschätzen, die mit eigenen Augen etwas über die Mikrowelt um sie herum lernen.

Eine Besonderheit des vorgeschlagenen Mikroskops ist die „nicht standardmäßige“ Verwendung einer herkömmlichen Webcam. Das Funktionsprinzip besteht darin, die Projektion der untersuchten Objekte auf die Oberfläche der CCD-Matrix bei Beleuchtung durch einen parallelen Lichtstrahl direkt zu registrieren. Das resultierende Bild wird auf einem PC-Monitor angezeigt.

Im Vergleich zu einem herkömmlichen Mikroskop verfügt das vorgeschlagene Design nicht über ein optisches System bestehend aus Linsen, und die Auflösung wird durch die Pixelgröße der CCD-Matrix bestimmt und kann mehrere Mikrometer erreichen. Das Aussehen des Mikroskops ist in Abb. dargestellt. 1 und Abb. 2. Als Webcam wurde das Modell „Wcam 300A“ von Mustek verwendet, das über eine Farb-CCD-Matrix mit einer Auflösung von 640x480 Pixeln verfügt. Die Elektronikplatine mit der CCD-Matrix (Abb. 3) wird aus dem Gehäuse entnommen und nach geringfügigen Modifikationen in der Mitte des lichtdichten Gehäuses mit aufklappbarem Deckel eingebaut.Die Modifikation der Platine bestand darin, den USB-Anschluss neu zu verlöten, um die Anbringung eines zusätzlichen Schutzglases auf der Oberfläche der CCD-Matrix und die Versiegelung der Platinenoberfläche zu ermöglichen.

Im Gehäusedeckel ist eine Durchgangsbohrung angebracht, in deren Mitte sich ein Dreierblock befindet LEDs verschiedene Glühfarben (Rot, Grün, Blau), die eine Lichtquelle darstellen. Block LEDs, wiederum ist mit einer lichtdichten Hülle abgedeckt. Remote-Standort LEDs von der Oberfläche der Matrix ermöglicht es, einen annähernd parallelen Lichtstrahl auf das Messobjekt zu richten.

Die CCD-Matrix wird über ein USB-Kabel mit dem PC verbunden. Die Software ist standardmäßig im Lieferumfang der Webcam enthalten.

Das Mikroskop bietet eine 50- bis 100-fache Bildvergrößerung mit einer optischen Auflösung von etwa 10 Mikrometern und einer Bildwiederholfrequenz von 15 Hz.

Der Aufbau des Mikroskops ist in Abb. dargestellt. 4 (nicht maßstabsgetreu).

Zum Schutz vor mechanischer Beschädigung ist auf dem Eingangsfenster der CCD-Matrix 7 ein Quarzschutzglas 6 mit den Maßen 1x15x15 mm angebracht, um es vor mechanischer Beschädigung zu schützen. Der Schutz der Elektronikplatine vor Flüssigkeiten und mechanischen Beschädigungen wird durch die Versiegelung der Oberfläche mit Silikondichtstoff 8 gewährleistet. Das Untersuchungsobjekt 5 wird auf die Oberfläche des Schutzglases 6 gelegt. Beleuchtung LEDs 2 werden in der Mitte des Lochs in der Abdeckung 4 installiert und von außen mit einer lichtdichten Kunststoffhülle 3 abgedeckt. Der Abstand zwischen dem Untersuchungsobjekt und dem Block LEDs beträgt ca. 50...60 mm.

Die Beleuchtungs-LEDs (Abb. 5) werden von der Batterie 12 aus drei in Reihe geschalteten galvanischen Zellen mit einer Spannung von 4,5 V gespeist.Das Einschalten erfolgt über den Schalter SA1, LED HL1 (1 in Abb. 4) ist eine Kontrollleuchte, die sich am Schutzgehäuse befindet und das Vorhandensein von Versorgungsspannung signalisiert. Das Einschalten der Beleuchtungs-LEDs EL1–EL3 und damit die Wahl der Beleuchtungsfarbe erfolgt über die Schalter SA2–SA4 (13) an der Seitenwand des Gehäuses 11.

Die Widerstände R1, R3–R5 sind strombegrenzend. Der Widerstand R2 (14) dient zur Einstellung der Helligkeit der LEDs EL1-EL3 und ist an der Gehäuserückwand angebracht. Das Gerät verwendet konstante Widerstände S2-23, MLT, variable Widerstände - SPO, SP4-1. Netzschalter SA1 – MT1, Schalter SA2 – SA4 – Taster SPA-101, SPA-102, LED AL307BM kann durch KIPD24A-K ersetzt werden

Da die scheinbare Größe der ausgegebenen Bilder von den Eigenschaften der verwendeten Grafikkarte und der Größe des Monitors abhängt, muss das Mikroskop kalibriert werden. Dabei wird ein Testobjekt (transparentes Schullineal) registriert, dessen Abmessungen bekannt sind (Abb. 6). Indem Sie den Abstand zwischen den Linealstrichen auf dem Monitorbildschirm messen und sie mit der tatsächlichen Größe korrelieren, können Sie den Bildmaßstab (Vergrößerung) bestimmen. In diesem Fall entspricht 1 mm des Monitorbildschirms 20 Mikrometer des gemessenen Objekts.

Mit einem Mikroskop können Sie verschiedene Phänomene beobachten und Objekte vermessen. In Abb. Abbildung 7 zeigt ein Bild der Laserperforation einer 500-Rubel-Banknote. Der durchschnittliche Durchmesser der Löcher beträgt 100 µm und es ist eine Variation in der Form der Löcher sichtbar. In Abb. Abbildung 8 zeigt ein Bild einer Hitachi-Farbbildröhrenmaske. Der Durchmesser der Löcher beträgt etwa 200 Mikrometer.

Als Beispiele für biologische Objekte wurden eine Spinne, ihr Bein und ihr Schnurrbart ausgewählt; sie sind in Abb. dargestellt. 9 und Abb. 10 (der Durchmesser des Whiskers beträgt etwa 40 Mikrometer), das Haar des Autors (Durchmesser beträgt 80 Mikrometer) - in Abb.11, Fischschuppen - in Abb. 12. Es ist interessant, die Auflösungsprozesse von Stoffen in Wasser zu beobachten. Als Beispiel werden die Prozesse des Auflösens von Salz und Zucker angeführt. In Abb. 13,a und Abb. 14a zeigt Partikel aus trockenem Salz bzw. Zuckerkristallen und in Abb. 13.6 und Abb. 14.6 - der Prozess ihrer Auflösung in Wasser. Deutlich erkennbar sind Zonen erhöhter Stoffkonzentration und die Wirkung der Lichtfokussierung auf Auflösungszentren.