Microscoop zonder lenzen.

Gedurende zijn bijna 300-jarige ontwikkelingsgeschiedenis is de microscoop waarschijnlijk een van de meest populaire optische instrumenten geworden, die op grote schaal wordt gebruikt op alle gebieden van menselijke activiteit. Het is vooral moeilijk om de rol ervan te overschatten bij het onderwijzen van schoolkinderen die met eigen ogen over de microwereld om hen heen leren.

Een onderscheidend kenmerk van de voorgestelde microscoop is het “niet-standaard” gebruik van een conventionele webcamera. Het werkingsprincipe is het direct registreren van de projectie van de te bestuderen objecten op het oppervlak van de CCD-matrix wanneer deze wordt verlicht door een parallelle lichtbundel. Het resulterende beeld wordt weergegeven op een pc-monitor.

Vergeleken met een conventionele microscoop heeft het voorgestelde ontwerp geen optisch systeem dat uit lenzen bestaat, en de resolutie wordt bepaald door de pixelgrootte van de CCD-matrix en kan verschillende microns bereiken. Het uiterlijk van de microscoop wordt getoond in Fig. 1 en afb. 2. Het model “Wcam 300A” van Mustek, dat een kleuren-CCD-matrix heeft met een resolutie van 640x480 pixels, werd gebruikt als webcamera. Het elektronische bord met de CCD-matrix (Fig. 3) wordt uit de behuizing verwijderd en, na kleine aanpassingen, in het midden van de lichtdichte behuizing geïnstalleerd met een openend deksel.De aanpassing van het bord bestond uit het opnieuw solderen van de USB-connector om het mogelijk te maken extra beschermend glas op het oppervlak van de CCD-matrix te installeren en het oppervlak van het bord af te dichten.

In het deksel van de behuizing is een doorgaand gat gemaakt, in het midden waarvan een blok van drie LED's verschillende kleuren gloed (rood, groen, blauw), wat een lichtbron is. Blok LED's, op zijn beurt, is bedekt met een lichtdichte behuizing. Afgelegen locatie LED's vanaf het oppervlak van de matrix kunt u een ongeveer evenwijdige lichtstraal op het meetobject vormen.

De CCD-matrix wordt via een USB-kabel op de pc aangesloten. De software is standaard en wordt meegeleverd met de webcam.

De microscoop biedt een beeldvergroting van 50...100 keer, met een optische resolutie van ongeveer 10 micron met een beeldverversingssnelheid van 15 Hz.

Het ontwerp van de microscoop wordt getoond in Fig. 4 (niet op schaal).

Om het tegen mechanische schade te beschermen, is kwartsbeschermglas 6 met afmetingen 1x15x15 mm op het invoervenster van de CCD-matrix 7 geïnstalleerd om het tegen mechanische schade te beschermen. Bescherming van het elektronische bord tegen vloeistoffen en mechanische schade wordt verzekerd door het oppervlak af te dichten met siliconenkit 8. Het te bestuderen object 5 wordt op het oppervlak van beschermend glas geplaatst 6. Verlichting LED's 2 worden in het midden van het gat in het deksel geïnstalleerd 4 en zijn van buitenaf afgedekt met een lichtdichte kunststof behuizing 3. De afstand tussen het te bestuderen object en het blok LED's bedraagt ongeveer 50...60 mm.

De verlichtings-LED's (Fig. 5) worden gevoed door batterij 12 van drie in serie geschakelde galvanische cellen met een spanning van 4,5 V.De stroom wordt ingeschakeld met behulp van schakelaar SA1, LED HL1 (1 in Fig. 4) is een indicatielampje, gelegen op de beschermende behuizing en signaleert de aanwezigheid van voedingsspanning. De verlichtings-LED's EL1–EL3 worden ingeschakeld en dus wordt de verlichtingskleur geselecteerd met behulp van schakelaars SA2–SA4 (13) die zich op de zijwand van de behuizing 11 bevinden.

Weerstanden R1, R3-R5 zijn stroombegrenzend. Weerstand R2 (14) is ontworpen om de helderheid van LED's EL1-EL3 aan te passen; deze is op de achterwand van de behuizing geïnstalleerd. Het apparaat maakt gebruik van constante weerstanden S2-23, MLT, variabele weerstanden - SPO, SP4-1. Aan/uit-schakelaar SA1 - MT1, schakelaars SA2 - SA4 - drukknop SPA-101, SPA-102, LED AL307BM kan worden vervangen door KIPD24A-K

Omdat de schijnbare grootte van de uitgevoerde beelden afhangt van de kenmerken van de gebruikte videokaart en de grootte van de monitor, moet de microscoop worden gekalibreerd. Het bestaat uit het registreren van een testobject (transparante schoolliniaal), waarvan de afmetingen bekend zijn (Fig. 6). Door de afstand tussen de liniaalstreken op het beeldscherm te meten en deze te correleren met de ware grootte, kunt u de beeldschaal (vergroting) bepalen. In dit geval komt 1 mm van het beeldscherm overeen met 20 micron van het gemeten object.

Met een microscoop kun je verschillende verschijnselen waarnemen en objecten meten. In afb. Figuur 7 toont een afbeelding van laserperforatie van een bankbiljet van 500 roebel. De gemiddelde diameter van de gaten is 100 µm en er is een variatie in de vorm van de gaten zichtbaar. In afb. Figuur 8 toont een afbeelding van een Hitachi-kleurenbeeldbuismasker. De diameter van de gaten is ongeveer 200 micron.

Een spin, zijn poot en snor werden gekozen als voorbeelden van biologische objecten; ze worden getoond in Fig. 9 en afb. 10, respectievelijk (de diameter van de snorhaar is ongeveer 40 micron), het haar van de auteur (diameter is 80 micron) - in Fig.11, visschubben - in Fig. 12. Het is interessant om de processen van het oplossen van stoffen in water te observeren. Als voorbeeld worden de processen van het oplossen van zout en suiker gegeven. In afb. 13,a en afb. 14a toont respectievelijk deeltjes droog zout en suikerkristallen, en in Fig. 13.6 en afb. 14.6 - het proces van hun oplossing in water. Zones met een verhoogde concentratie van stoffen en de effecten van lichtfocus op oplossingscentra zijn duidelijk zichtbaar.