Микроскоп без линз (на базе веб-камеры)

August 27, 2012 by admin Комментировать »

За свою почти 300-летнюю ис­торию
развития микроскоп стал, наверное, одним из самых массовых оптических приборов,
широко используемым во всех областях человеческой дея­тельности. Особенно
трудно переоценить его роль в обуче­нии школьников, познающих окружающий
микромир своими глазами.

Отличительной особенностью
предлагаемого микроскопа яв­ляется “нестандартное” исполь­зование
обычной Web-камеры. Принцип действия состоит в непосредственной регистрации
проекции исследуемых объек­тов на поверхность ПЗС матри­цы при освещении их
парал­лельным пучком света. Полу­ченное изображение выводится на монитор ПК.

По сравнению с обычным
микроскопом в предлагаемой конструкции отсутствует опти­ческая система,
состоящая из линз, а разрешение опреде­ляется размерами пикселя ПЗС матрицы и
может достигать единиц микрон. Внешний вид микроскопа показан на рис. 1 и рис.
2. В качестве Web-каме­ры использована модель “Wcam 300А” фирмы Mustek,
имеющая цветную ПЗС матрицу разрешением 640×480 пиксе­лей. Электронная плата с
ПЗС матрицей (рис. 3) демонтиро­вана из корпуса и после не­большой доработки
установле­на в центре светонепроницае­мого корпуса с открывающейся крышкой.
Доработка платы состояла в перепайке USB- разъема с целью обеспечения
возможности установки допол­нительного защитного стекла на поверхность ПЗС
матрицы и герметизации поверхности платы.

В крышке корпуса сделано сквозное
отверстие, в центре которого установлен блок из трех светодиодов разного цвета
свечения (красный, зеленый, синий), являющийся источни­ком света. Блок светодиодов,
в свою очередь, закрыт светоне­проницаемым кожухом. Удален­ное расположение
светодиодов от поверхности матрицы позво­ляет сформировать приблизи­тельно
параллельный пучок света на объекте измерения.

ПЗС матрица соединена с ПК с
помощью USB кабеля. Программное обеспечение — штатное, входящее в комплект
поставки Web-камеры.

Микроскоп обеспечивает увеличение
изображения в 50…100 раз, при оптическом разрешении около 10 мкм с частотой
обнов­ления изображения 15 Гц.

 

Конструкция микроскопа по­казана
на рис. 4 (без соблюде­ния масштаба).

На входное окно ПЗС матри­цы 7
для ее защиты от механи­ческих повреждений установ­лено кварцевое защитное стек­ло
6 размерами 1x15x15 мм. Защита электронной платы от жидкостей и механических по­вреждений
обеспечивается герметизацией ее поверхности силиконовым герметиком 8.
Исследуемый объект 5 раз­мещают на поверхности за­щитного стекла 6. Осветитель­ные
светодиоды 2 установлены в центре отверстия крышки 4 и снаружи закрыты
светонепро­ницаемым пластмассовым ко­жухом 3. Расстояние между ис­следуемым
объектом и блоком светодиодов составляет при­мерно 50…60 мм.

 

Питание осветительных све­тодиодов
(рис. 5) осуществ­ляется от батареи 12 из трех последовательно соединенных
гальванических элементов на­пряжением 4,5 В. Включение питания осуществляют
выключа­телем SA1, светодиод HL1 (1 на рис. 4) — индикаторный, распо­ложен на
защитном кожухе и сигнализирует о наличии питаю­щего напряжения. Включение
осветительных светодиодов EL1—EL3 и тем самым выбор цвета освещения осуществляют
выключателями SA2—SA4 (13), расположенными на боковой стенке корпуса 11.

 

Резисторы R1, R3—R5 — токо
ограничивающие. Резистор R2 (14) предназначен для регули­ровки яркости свечения
свето­диодов EL1—EL3, он установлен на задней стенке корпуса. В устройстве
применены постоян­ные резисторы С2-23, МЯТ, пере­менный — СПО, СП4-1. Выклю­чатель
питания SA1 — МТ1, вы­ключатели SA2—SA4 — кнопоч­ные SPA-101, SPA-102, светоди­од
АЛ307БМ можно заменить на КИПД24А-К.

Поскольку видимые размеры
выводимых изображений зави­сят от характеристик исполь­зуемой видеокарты и
размеров монитора, микроскоп требует калибровки. Она заклю­чается в регистрации
тест-объекта (прозрач­ная школьная линейка), размеры которого изве­стны (рис.
6). Измеряя расстояние между штри­хами линейки на экране монитора и соотнеся их
с истинным размером, можно определить мас­штаб изображения (уве­личения). В
данном слу­чае 1 мм экрана монито­ра соответствует 20 мкм измеряемого объекта.

С помощью микроско­па можно
наблюдать раз­личные явления и изме­рять объекты. На рис. 7 показано
изображение лазерной перфорации денежной купюры досто­инством в 500 руб. Сред­ний
диаметр отверстий — 100 мкм, виден разброс отверстий по форме. На рис. 8
представлено изо­бражение маски цветного кинескопа фирмы Hitachi. Диаметр
отверстий со­ставляет около 200 мкм.

 

В качестве примеров биологических
объектов выбраны паучок, его лап­ка и усы; они показаны на рис. 9 и рис. 10
соот­ветственно (диаметр уса составляет около 40 мкм), волос автора (диаметр —
80 мкм) — на рис. 11, чешуя рыбы — на рис. 12.

Интересно наблюдать процессы
растворения ве­ществ в воде. В качестве примера приведены про­цессы растворения
соли и сахара. На рис. 13,а и рис. 14,а показаны части цы сухой соли и
кристаллы сахара соот­ветственно, а на рис. 13,6 и рис. 14,6 — процесс их
растворения в воде. Хорошо видны зоны повышенной концентрации веществ и эффекты
фокусировки света в центрах растворения.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты