1. строительство
2. Оставшиеся 70% контента доступны только подписчикам.

Основным элементом описанного микроскопа является веб-камера. Лучше всего использовать самую дешевую веб-камеру, подключенную к вашему компьютеру через разъем USB.

Микроскоп подсознательно связан с функциональностью и точностью исполнения. Для получения хороших результатов необходимо использовать самые совершенные линзы и самые точно изготовленные механические элементы. Все это, очевидно, влияет на цену этого устройства: хороший микроскоп, как правило, не дешев, и наоборот. С точки зрения заинтересованных преподавателей, студентов, всех энтузиастов или даже профессиональных ученых, это часто является большой проблемой. Аргумент об отсутствии финансовых ресурсов часто также выдвигается руководителями школ в ответ на обвинения в том, что они не проводят практические занятия даже на уроках биологии.

Среди других причин в предыдущем выпуске «Биологии в школе» я описал простой метод визуализации микроорганизмов с использованием общедоступных лазерных индикаторов [1]. Этот метод, несомненно, работает и дает удивительно хорошие результаты - учитывая, конечно, простоту решения. Тем не менее изображение, полученное таким способом, не является идеальным, поскольку оно не обеспечивает воспроизведение деталей внутренней структуры наблюдаемых объектов, а только их формы. Этот опыт особенно полезен для пробуждения естественного любопытства. Однако для более глубокого анализа полученных результатов следует прибегнуть к решениям, которые обеспечат более детальную картину.

Поэтому на этот раз я хотел бы предложить читателю создать дешевый цифровой микроскоп, который позволит наблюдать за различными препаратами: от относительно крупных, как все насекомые, до действительно маленьких, таких как растительные клетки или одноклеточный эвкалипт.

На рынке есть электронные микроскопы с хорошими параметрами, которые обычно дешевле, чем обычные световые микроскопы. К сожалению, во многих случаях их цена запредельная. Самостоятельная конструкция такого устройства наверняка доставит много удовольствия каждому экспериментатору. Предлагаемое решение также достаточно экономично: стоимость моего устройства закрыта в размере нескольких десятков злотых. Вот почему я думаю, что даже с учетом некоторых ограничений игра стоит свеч.

строительство

Основным элементом описанного микроскопа является веб-камера. Лучше всего использовать самую дешевую веб-камеру, подключенную к вашему компьютеру через разъем USB. Низкая цена является здесь преимуществом, поскольку сокращение затрат производителями означает, что такие конструкции максимально упрощены с точки зрения механики. Это значительно облегчает необходимые модификации. Первое, что нам нужно сделать, это разобрать корпус камеры. Обычно это не сложно - просто откручиваем несколько маленьких винтов. К сожалению, иногда элементы корпуса клеятся. Тогда лучше использовать острый нож. Все описанные действия должны выполняться осторожно, чтобы не повредить чувствительные внутренние компоненты устройства.

Внутри корпуса обычно можно найти одну печатную плату, на которой размещены элементы, образующие электронную систему камеры, а также небольшую трубку с оптикой (фото 1). Конечно, есть также провода, подключенные к плате, которые представляют собой линии электропередач и сигнальный разъем USB, который используется для связи устройства с компьютером. Иногда есть и дополнительные провода, которые можно подключить, например, к маленькому электретному микрофону. Нам это не понадобится, поэтому вы можете просто отрезать лишние провода, чтобы они не мешали дальнейшей работе. Необходимо обеспечить отсутствие коротких замыканий.

Рис. 1. Веб-камера, использованная в статье, без корпуса

Давайте временно остановимся на этом, чтобы подумать о том, как работает эта камера. На рис. 1 я представляю его упрощенную схему.

Работа устройства довольно проста: изображение проецируется линзой на светочувствительную матрицу, а созданный в нем сигнал обрабатывается электронной системой и отправляется на компьютер. Читатель наверняка заметит аналогию со структурой и тем, как работает глаз. Веб-камеры обычно имеют дополнительный инфракрасный фильтр - его можно разместить перед или за объективом. Резкость изображения регулируется путем изменения расстояния объектива от светочувствительного элемента, путем завинчивания или отвинчивания объектива, снабженного резьбой с небольшим шагом. После снятия этого элемента вместе с объективом вы можете увидеть матрицу (фото 2), в более дешевых камерах обычно изготавливаются по технологии CMOS (дополнительный металлооксидный полупроводник).

Рис. 2. Камера после снятия оптических элементов, видимый светочувствительный датчик (отмечен стрелкой)

Рис. 1. Схема построения веб-камеры

Вы должны быть осторожны, чтобы не испачкать матрицу. Даже самые маленькие примеси или пыльца, присутствующие на его поверхности, будут сопровождаться значительным ухудшением качества
изображение.

Давайте теперь рассмотрим, как эту игрушку можно превратить в полезный учебный электронный микроскоп. Как я упоминал ранее, резкость здесь регулируется путем изменения расстояния объектива от матрицы. Чем ближе объектив к объективу, тем дальше от камеры можно сфотографировать объект, чтобы полученное изображение было четким. В нашем случае более важно, что при достаточно увеличенном расстоянии между матрицей и объективом становится возможным получить четкое изображение объектов, которые находятся очень близко к объективу! Это дает вам возможность получить довольно большое увеличение, конечно, для такой простой конструкции.

Необходимость приблизить объектив к наблюдаемому объекту на небольшом расстоянии приводит к необходимости небольшой переделки объектива. Объектив находится в его нижней части, поэтому он слишком длинный (фото 3А). Это может помешать расположению наблюдаемого объекта на достаточно коротком расстоянии от объектива.

Рис. 3. Объектив; A - до модификации, B - после модификации

Объектив должен быть укорочен передней частью, которая не содержит объектив. Этот элемент выполнен из пластика, поэтому его модификация не сложна. Лучше всего разрезать материал заколкой, стараясь не повредить линзу и оставшуюся нить. Полученный край следует сгладить мелкозернистой абразивной бумагой, а затем очистить линзу от полученной пыли.

Рис. 2. Схема поддержки и регулирования структуры микроскопа; описание в тексте

В случае камеры, использованной в эксперименте, длина объектива изначально составляла 17 мм, а после модификации
9 мм.
Подготовленную таким образом линзу следует поместить обратно в оправу со светочувствительным датчиком. Регулировка расстояния между матрицей и соц ...

Оставшиеся 70% контента доступны только подписчикам.

Что вы получите, купив подписку?

• 6 номеров журнала "Биология в Школе"
• Доступ ко всем архивным статьям в онлайн-версии
• ... и многое другое!

Похожие