За свою майже 300-річну історіюрозвитку мікроскоп став, напевно, одним з наймасовіших оптичних приладів,широко використовуваним у всіх областях людської діяльності. Особливоважко переоцінити його роль у навчанні школярів, пізнають навколишніймікросвіт своїми очима.

Відмінною особливістюпропонованого мікроскопа є “нестандартне” використаннязвичайної Web-камери. Принцип дії полягає в безпосередній реєстраціїпроекції досліджуваних об’єктів на поверхню ПЗС матриці при освітленні їхпаралельним пучком світла. Отримане зображення виводиться на монітор ПК.

У порівнянні зі звичайниммікроскопом у пропонованій конструкції відсутня оптична система,складається з лінз, а дозвіл визначається розмірами пікселя ПЗЗ матриці іможе досягати одиниць мікрон. Зовнішній вигляд мікроскопа показано на рис. 1 і рис.2. В якості Web-камери використана модель “Wcam 300А” фірми Mustek,що має кольорову ПЗС матрицю роздільною здатністю 640×480 пікселів. Електронна плата зПЗС матрицею (рис. 3) демонтована з корпусу і після невеликого доопрацюваннявстановлена ​​в центрі світлонепроникного корпусу з кришкою.Доопрацювання плати полягала в перепайкі USB-роз’єму з метою забезпеченняможливості встановлення додаткового захисного скла на поверхню ПЗЗматриці і герметизації поверхні плати.

У кришці корпусу зроблено наскрізнийотвір, в центрі якого встановлений блок з трьох світлодіодів різного кольорусвітіння (червоний, зелений, синій), який є джерелом світла. Блок світлодіодів,у свою чергу, закритий світлонепроникним кожухом. Вилучений-ное розташуваннясвітлодіодів від поверхні матриці дозволяє сформувати приблизнопаралельний пучок світла на об’єкті вимірювання.

ПЗС матриця з’єднана з ПК здопомогою USB кабелю. Програмне забезпечення – штатний, що входить в комплектпоставки Web-камери.

Мікроскоп забезпечує збільшеннязображення в 50 … 100 разів, при оптичному дозволі близько 10 мкм з частотоюоновлення зображення 15 Гц.

 

Конструкція мікроскопа показанана рис. 4 (без дотримання масштабу).

На вхідне вікно ПЗС матриці 7для її захисту від механічних пошкоджень встановлено кварцове захисне скло6 розмірами 1x15x15 мм. Захист електронної плати від рідин та механічних пошкодженьзабезпечується герметизацією її поверхні силіконовим герметиком 8.Досліджуваний об’єкт 5 розміщують на поверхні захисного скла 6. Освітлювач-нісвітлодіоди 2 встановлені в центрі отвору кришки 4 і зовні закритісвітлонепроникним пластмасовим кожухом 3. Відстань між досліджуванимоб’єктом і блоком світлодіодів складає приблизно 50 … 60 мм.

 

Харчування освітлювальних світлодіодів(Рис. 5) здійснюється від батареї 12 з трьох послідовно з’єднанихгальванічних елементів напругою 4,5 В. Включення харчування здійснюютьвимикачем SA1, світлодіод HL1 (1 на рис. 4) – індикаторний, розташований назахисному кожусі і сигналізує про наявність живлячої напруги. Включенняосвітлювальних світлодіодів EL1-EL3 і тим самим вибір кольору освітлення здійснюютьвимикачами SA2-SA4 (13), розташованими на бічній стінці корпусу 11.

 

Резистори R1, R3-R5 – токообмежують. Резистор R2 (14) призначений для регулювання яскравості світіннясвітлодіодів EL1-EL3, він встановлений на задній стінці корпусу. У пристроїзастосовані постійні резистори С2-23, МЯТ, змінний – СПО, СП4-1. Вимикачівживлення SA1 – МТ1, вимикачі SA2-SA4 – кнопкові SPA-101, SPA-102, світлодіодАЛ307БМ можна замінити на КІПД24А-К.

Оскільки видимі розмірививедених зображень залежать від характеристик використовуваної відеокарти ірозмірів монітора, мікроскоп вимагає калібрування. Вона полягає в реєстраціїтест-об’єкта (прозора шкільна лінійка), розміри якого відомі (рис.6). Вимірюючи відстань між штрихами лінійки на екрані монітора і віднісши їхз істинним розміром, можна визначити масштаб зображення (збільшення). Вданому випадку 1 мм екрану монітора відповідає 20 мкм вимірюваного об’єкта.

За допомогою мікроскопа можнаспостерігати різні явища і вимірювати об’єкти. На рис. 7 показанозображення лазерної перфорації грошової купюри гідністю в 500 руб. Середовищ-нийдіаметр отворів – 100 мкм, видно розкид отворів по формі. На рис. 8представлено зображення маски кольорового кінескопа фірми Hitachi. Діаметротворів становить близько 200 мкм.

 

В якості прикладів біологічнихоб’єктів обрані павучок, його лапка і вуса; вони показані на рис. 9 і рис. 10відповідно (діаметр вуса складає близько 40 мкм), волосся автора (діаметр -80 мкм) – на рис. 11, луска риби – на рис. 12.

Цікаво спостерігати процесирозчинення речовин у воді. В якості прикладу наведені процеси розчиненнясолі і цукру. На рис. 13, а і рис. 14, а показані частині ци сухої солі ікристали цукру відповідно, а на рис. 13,6 і рис. 14,6 – процес їхрозчинення у воді. Добре видно зони підвищеної концентрації речовин і ефектифокусування світла в центрах розчинення.