Mikroskop bez soczewek.

W ciągu prawie 300-letniej historii rozwoju mikroskop stał się prawdopodobnie jednym z najpopularniejszych instrumentów optycznych, szeroko stosowanych we wszystkich obszarach działalności człowieka. Szczególnie trudno przecenić jego rolę w nauczaniu uczniów, którzy na własne oczy poznają otaczający ich mikroświat.

Cechą charakterystyczną proponowanego mikroskopu jest „niestandardowe” zastosowanie konwencjonalnej kamery internetowej. Zasada działania polega na bezpośrednim rejestrowaniu projekcji badanych obiektów na powierzchnię matrycy CCD przy oświetleniu równoległą wiązką światła. Powstały obraz jest wyświetlany na monitorze komputera.

W porównaniu do konwencjonalnego mikroskopu, proponowana konstrukcja nie posiada układu optycznego składającego się z soczewek, a rozdzielczość wyznaczana jest przez wielkość piksela matrycy CCD i może sięgać kilku mikronów. Wygląd mikroskopu pokazano na ryc. 1 i rys. 2. Jako kamerę internetową wykorzystano model „Wcam 300A” firmy Mustek, który posiada kolorową matrycę CCD o rozdzielczości 640x480 pikseli. Płytka elektroniki z matrycą CCD (rys. 3) jest wyjmowana z obudowy i po drobnych modyfikacjach instalowana w środku światłoszczelnej obudowy z otwieraną pokrywą.Modyfikacja płytki polegała na przelutowaniu złącza USB w celu umożliwienia zamontowania dodatkowej szyby ochronnej na powierzchni matrycy CCD i uszczelnienia powierzchni płytki.

W pokrywie obudowy wykonany jest otwór przelotowy, pośrodku którego znajduje się blok po trzy Diody LED różne kolory blasku (czerwony, zielony, niebieski), który jest źródłem światła. Blok Diody LEDz kolei pokryty jest światłoszczelną obudową. Zdalna lokalizacja Diody LED z powierzchni matrycy pozwala na utworzenie w przybliżeniu równoległej wiązki światła na mierzonym obiekcie.

Matryca CCD podłączana jest do komputera PC za pomocą kabla USB. Oprogramowanie jest standardowe i dołączone do kamery internetowej.

Mikroskop zapewnia powiększenie obrazu 50...100 razy, rozdzielczość optyczną około 10 mikronów przy częstotliwości odświeżania obrazu 15 Hz.

Konstrukcja mikroskopu pokazana jest na ryc. 4 (bez skali).

Aby zabezpieczyć ją przed uszkodzeniami mechanicznymi, na okienku wejściowym matrycy CCD 7 montuje się kwarcowe szkło ochronne 6 o wymiarach 1x15x15 mm, które chroni ją przed uszkodzeniami mechanicznymi. Ochronę płytki elektronicznej przed cieczami i uszkodzeniami mechanicznymi zapewnia uszczelnienie jej powierzchni uszczelniaczem silikonowym 8. Badany obiekt 5 umieszcza się na powierzchni szkła ochronnego 6. Oświetlenie Diody LED 2 instaluje się pośrodku otworu w pokrywie 4 i przykrywa od zewnątrz światłoszczelną osłoną z tworzywa sztucznego 3. Odległość badanego obiektu od bryły Diody LED wynosi około 50...60 mm.

Diody LED oświetleniowe (rys. 5) zasilane są z baterii 12 składającej się z trzech połączonych szeregowo ogniw galwanicznych o napięciu 4,5 V.Załączenie zasilania odbywa się za pomocą wyłącznika SA1, dioda LED HL1 (1 na rys. 4) jest lampką kontrolną umieszczoną na obudowie ochronnej i sygnalizuje obecność napięcia zasilającego. Włączają się diody świecące EL1–EL3 i tym samym wyboru koloru świecenia dokonuje się za pomocą przełączników SA2–SA4 (13) umieszczonych na bocznej ściance obudowy 11.

Rezystory R1, R3–R5 ograniczają prąd. Rezystor R2 (14) przeznaczony jest do regulacji jasności diod LED EL1-EL3 i montowany jest na tylnej ściance obudowy. W urządzeniu zastosowano rezystory stałe S2-23, MLT, rezystory zmienne - SPO, SP4-1. Wyłącznik zasilania SA1 - MT1, przełączniki SA2 - SA4 - przycisk SPA-101, SPA-102, LED AL307BM można zastąpić KIPD24A-K

Ponieważ pozorny rozmiar obrazów wyjściowych zależy od właściwości używanej karty graficznej i wielkości monitora, mikroskop wymaga kalibracji. Polega na zarejestrowaniu obiektu testowego (przezroczystej linijki szkolnej), którego wymiary są znane (ryc. 6). Mierząc odległość pomiędzy pociągnięciami linijki na ekranie monitora i korelując je z rzeczywistym rozmiarem, można określić skalę (powiększenie) obrazu. W tym przypadku 1 mm ekranu monitora odpowiada 20 mikronom mierzonego obiektu.

Za pomocą mikroskopu można obserwować różne zjawiska i mierzyć obiekty. Na ryc. Ryc. 7 przedstawia obraz perforacji laserowej banknotu 500 rubli. Średnia średnica otworów wynosi 100 µm i widoczne są różnice w kształcie otworów. Na ryc. Rysunek 8 przedstawia obraz kolorowej maski kineskopowej Hitachi. Średnica otworów wynosi około 200 mikronów.

Jako przykłady obiektów biologicznych wybrano pająka, jego nogę i wąsy; są one pokazane na ryc. 9 i rys. 10 (średnica wąsa wynosi około 40 mikronów), włosy autora (średnica wynosi 80 mikronów) - na ryc.11, rybie łuski – na ryc. 12. Interesujące jest obserwowanie procesów rozpuszczania substancji w wodzie. Jako przykład podano procesy rozpuszczania soli i cukru. Na ryc. 13,a i rys. 14a przedstawia odpowiednio cząstki suchej soli i kryształki cukru, a na ryc. 13.6 i ryc. 14,6 - proces ich rozpuszczania w wodzie. Wyraźnie widoczne są strefy zwiększonego stężenia substancji oraz skutki skupiania światła w centrach rozpuszczania.