Μικροσκόπιο χωρίς φακούς.

Κατά τη διάρκεια της σχεδόν 300χρονης ιστορίας ανάπτυξής του, το μικροσκόπιο έχει γίνει πιθανώς ένα από τα πιο δημοφιλή οπτικά όργανα, που χρησιμοποιείται ευρέως σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Είναι ιδιαίτερα δύσκολο να υπερεκτιμηθεί ο ρόλος του στη διδασκαλία των μαθητών που μαθαίνουν για τον μικρόκοσμο γύρω τους με τα μάτια τους.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του προτεινόμενου μικροσκοπίου είναι η «μη τυπική» χρήση μιας συμβατικής κάμερας Web. Η αρχή της λειτουργίας είναι η άμεση καταγραφή της προβολής των υπό μελέτη αντικειμένων στην επιφάνεια της μήτρας CCD όταν φωτίζεται από μια παράλληλη δέσμη φωτός. Η εικόνα που προκύπτει εμφανίζεται σε μια οθόνη υπολογιστή.

Σε σύγκριση με ένα συμβατικό μικροσκόπιο, το προτεινόμενο σχέδιο δεν έχει οπτικό σύστημα που αποτελείται από φακούς και η ανάλυση καθορίζεται από το μέγεθος των pixel της μήτρας CCD και μπορεί να φτάσει αρκετά μικρά. Η εμφάνιση του μικροσκοπίου φαίνεται στο Σχ. 1 και εικ. 2. Ως web κάμερα χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο “Wcam 300A” της Mustek, το οποίο έχει έγχρωμη μήτρα CCD με ανάλυση 640x480 pixels. Η ηλεκτρονική πλακέτα με τη μήτρα CCD (Εικ. 3) αφαιρείται από τη θήκη και, μετά από μικρές τροποποιήσεις, τοποθετείται στο κέντρο της στεγανής θήκης με ανοιγόμενο καπάκι.Η τροποποίηση της πλακέτας συνίστατο στην επανασυγκόλληση του βύσματος USB προκειμένου να καταστεί δυνατή η εγκατάσταση πρόσθετου προστατευτικού γυαλιού στην επιφάνεια της μήτρας CCD και η σφράγιση της επιφάνειας της πλακέτας.

Μια διαμπερής οπή δημιουργείται στο κάλυμμα του περιβλήματος, στο κέντρο της οποίας ένα μπλοκ των τριών LED διαφορετικά χρώματα λάμψης (κόκκινο, πράσινο, μπλε), που είναι μια πηγή φωτός. ΟΙΚΟΔΟΜΙΚΟ ΤΕΤΡΑΓΩΝΟ LED, με τη σειρά του, καλύπτεται με ένα αδιάβροχο περίβλημα. Απομακρυσμένη τοποθεσία LED από την επιφάνεια της μήτρας σας επιτρέπει να σχηματίσετε μια περίπου παράλληλη δέσμη φωτός στο αντικείμενο μέτρησης.

Η μήτρα CCD συνδέεται με τον υπολογιστή χρησιμοποιώντας ένα καλώδιο USB. Το λογισμικό είναι στάνταρ και περιλαμβάνεται στην κάμερα Web.

Το μικροσκόπιο παρέχει μεγέθυνση εικόνας 50...100 φορές, με οπτική ανάλυση περίπου 10 microns με ρυθμό ανανέωσης εικόνας 15 Hz.

Ο σχεδιασμός του μικροσκοπίου φαίνεται στο Σχ. 4 (όχι σε κλίμακα).

Για την προστασία του από μηχανικές βλάβες, τοποθετείται προστατευτικό γυαλί χαλαζία 6 με διαστάσεις 1x15x15 mm στο παράθυρο εισόδου της μήτρας CCD 7 για προστασία από μηχανικές βλάβες. Η προστασία της ηλεκτρονικής πλακέτας από υγρά και μηχανικές βλάβες διασφαλίζεται με τη σφράγιση της επιφάνειάς της με στεγανωτικό σιλικόνης 8. Το αντικείμενο υπό μελέτη 5 τοποθετείται στην επιφάνεια προστατευτικού γυαλιού 6. Φωτισμός LED 2 είναι εγκατεστημένα στο κέντρο της οπής στο κάλυμμα 4 και καλύπτονται από το εξωτερικό με ένα ανθεκτικό στο φως πλαστικό περίβλημα 3. Η απόσταση μεταξύ του υπό μελέτη αντικειμένου και του μπλοκ LED είναι περίπου 50...60 mm.

Οι λυχνίες LED φωτισμού (Εικ. 5) τροφοδοτούνται από μπαταρία 12 τριών γαλβανικών κυψελών συνδεδεμένων σε σειρά με τάση 4,5 V.Η τροφοδοσία ενεργοποιείται χρησιμοποιώντας το διακόπτη SA1, το LED HL1 (1 στο Σχ. 4) είναι μια ενδεικτική λυχνία, που βρίσκεται στο προστατευτικό περίβλημα και σηματοδοτεί την παρουσία τάσης τροφοδοσίας. Τα LED φωτισμού EL1–EL3 ανάβουν και έτσι το χρώμα του φωτισμού επιλέγεται χρησιμοποιώντας τους διακόπτες SA2–SA4 (13) που βρίσκονται στο πλευρικό τοίχωμα του περιβλήματος 11.

Οι αντιστάσεις R1, R3—R5 περιορίζουν το ρεύμα. Η αντίσταση R2 (14) έχει σχεδιαστεί για να ρυθμίζει τη φωτεινότητα των LED EL1-EL3· είναι εγκατεστημένη στο πίσω τοίχωμα της θήκης. Η συσκευή χρησιμοποιεί σταθερές αντιστάσεις S2-23, MLT, μεταβλητές αντιστάσεις - SPO, SP4-1. Διακόπτης ισχύος SA1 - MT1, διακόπτες SA2 - SA4 - μπουτόν SPA-101, SPA-102, LED AL307BM μπορούν να αντικατασταθούν με KIPD24A-K

Δεδομένου ότι το εμφανές μέγεθος των εικόνων εξόδου εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της κάρτας βίντεο που χρησιμοποιείται και το μέγεθος της οθόνης, το μικροσκόπιο απαιτεί βαθμονόμηση. Αποτελείται από την καταχώρηση ενός αντικειμένου δοκιμής (διαφανής σχολικός χάρακας), οι διαστάσεις του οποίου είναι γνωστές (Εικ. 6). Μετρώντας την απόσταση μεταξύ των πινελιών του χάρακα στην οθόνη της οθόνης και συσχετίζοντας τα με το πραγματικό μέγεθος, μπορείτε να προσδιορίσετε την κλίμακα της εικόνας (μεγέθυνση). Σε αυτήν την περίπτωση, 1 mm της οθόνης της οθόνης αντιστοιχεί σε 20 μικρά του μετρούμενου αντικειμένου.

Χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο, μπορείτε να παρατηρήσετε διάφορα φαινόμενα και να μετρήσετε αντικείμενα. Στο Σχ. Το σχήμα 7 δείχνει μια εικόνα διάτρησης με λέιζερ ενός τραπεζογραμματίου των 500 ρουβλίων. Η μέση διάμετρος των οπών είναι 100 μm και είναι ορατή μια παραλλαγή στο σχήμα των οπών. Στο Σχ. Το σχήμα 8 δείχνει μια εικόνα μιας έγχρωμης μάσκας σωλήνα εικόνας Hitachi. Η διάμετρος των οπών είναι περίπου 200 μικρά.

Μια αράχνη, το πόδι της και το μουστάκι της επιλέχθηκαν ως παραδείγματα βιολογικών αντικειμένων. φαίνονται στο Σχ. 9 και εικ. 10, αντίστοιχα (η διάμετρος του μουστάκι είναι περίπου 40 μικρά), τα μαλλιά του συγγραφέα (διάμετρος είναι 80 μικρά) - στο Σχ.11, λέπια ψαριού - στο Σχ. 12. Είναι ενδιαφέρον να παρατηρήσουμε τις διαδικασίες διάλυσης ουσιών στο νερό. Οι διαδικασίες διάλυσης αλατιού και ζάχαρης δίνονται ως παράδειγμα. Στο Σχ. 13, α και εικ. Το 14α δείχνει σωματίδια ξηρού αλατιού και κρυστάλλων ζάχαρης, αντίστοιχα, και στο Σχ. 13.6 και εικ. 14.6 - η διαδικασία της διάλυσής τους στο νερό. Ζώνες αυξημένης συγκέντρωσης ουσιών και τα αποτελέσματα της εστίασης του φωτός στα κέντρα διάλυσης είναι ξεκάθαρα ορατά.