Ни для кого не секрет, что окружающий нас мир имеет тонкие структуры, организацию и строение которых невозможно различить человеческим глазом. Целая вселенная оставалась недосягаемой и непознанной, пока не был изобретен микроскоп.
Это устройство всем нам известно со школы. В нем мы рассматривали бактерий, живые и мертвые клетки, предметы и объекты, которые все мы видим каждый день. Через узкий смотровой объектив они чудесным образом превращались в модели из решеток и мембран, нервных сплетений и кровеносных сосудов. В такие моменты осознаешь, насколько этот мир велик и многогранен.
С недавнего времени микроскопы начали делать цифровыми. Они намного удобней и эффективнее, ведь теперь не надо пристально вглядываться в объектив. Достаточно взглянуть на экран монитора, и перед нами предстает увеличенное цифровое изображение рассматриваемого объекта. Представьте, что такое чудо техники можно сделать своими руками из обычной веб-камеры. Не верите? Предлагаем вам убедится в этом вместе с нами.

Необходимые ресурсы для изготовления микроскопа

Материалы:

• Перфорированные пластина, уголок и кронштейны для крепления деревянных деталей;
• Отрезок профильной трубы 15х15 и 20х20 мм;
• Небольшой фрагмент стекла;
• Веб-камера;
• Светодиодный фонарик;
• Болт М8 с четырьмя гайками;
• Винты, гайки.

Инструменты:

• Электродрель или шуруповерт со сверлом на 3-4 мм;
• Плоскогубцы;
• Отвертка крестовая;
• Термоклеевой пистолет.

Собираем микроскоп – пошаговая инструкция

Для штативной основы микроскопа используем перфорированные пластины и уголки из металла. Их используют для соединения деревянных изделий. Они легко скрепляются болтами, а множество отверстий позволяет это сделать на требуемом уровне.

Шаг первый – монтируем основание

Плоскую перфорированную пластину обкладываем с тыльной стороны мягкими мебельными подпятниками. Их просто наклеиваем по углам прямоугольника.

Следующим элементом будет кронштейн или уголок с разносторонними полками. Скрепляем короткую полку кронштейна и пластину-основание болтом с гайкой. Подтягиваем их плоскогубцами для надежности.

Два мелких кронштейна монтируем на край пластины по обеим ее сторонам. К ним прикрепляем еще два уголка подлиннее так, чтобы у нас образовалась небольшая рамка. Это будет основание для смотрового стекла микроскопа. Его можно сделать из небольшого отрезка тонкого стекла.

Шаг второй — делаем штатив

Штатив делаем из отрезка квадратной профильной трубы 15х15 мм. Его высота должна быть около 200-250 мм. Больше нет смысла делать, поскольку превышение отступа от смотрового стекла снижает качество изображения, а меньшее рискует быть засвеченным и некорректным.
Штатив крепим к перфорированному кронштейну, а поверх него насаживаем небольшой отрезок трубы 20х20 таким образом, чтобы он свободно двигался по этой стойке.

Из двух кронштейнов, совмещенных между собой внахлест, делаем открытую рамку. Болты выбираем подлиннее, чтобы их хватило на поджим этой рамки вокруг подвижного отрезка трубы. Насаживаем на них пластину с двумя отверстиями по бокам, и гайками фиксируем ее.

Для настройки отступа рамки от смотрового стекла используем болт М8х100 мм. Нам понадобится две гайки под размер болта, и две большего размера. Берем эпоксидный клей, и в трех местах приклеиваем гайки болта к штативу. Закрученную на конец болта гайку также можно зафиксировать эпоксидкой.

Шаг третий – изготавливаем объектив

На месте тубуса с окуляром в нашем микроскопе будет располагаться обычная вебкамера. Разрешение чем больше-тем лучше, подключение к компьютеру может быть, как проводным (USB 2.0, 3.0), так и через Wi Fi или Bluetooth.
Освобождаем камеру от корпуса, откручивая отверткой материнскую плату с матрицей.

Снимаем защитный колпак, и выкручиваем объектив с линзами и светофильтром. Все что необходимо сделать – это разместить его на том же месте, перевернув на 180 градусов.

Обматываем стык объектива камеры с цилиндрическим корпусом изолентой. При желании его можно дополнительно проклеить термоклеевым пистолетом. На этом этапе измененный объектив уже можно проверить в действии.

Шаг четвертый – окончательная сборка микроскопа

Собираем камеру в обратном порядке, сажая ее корпус на горячий клей к рамке штатива. Объектив при этом должен быть направлен вниз, на смотровое стекло микроскопа. Шлейф из проводки можно поджать нейлоновыми стяжками к стойке штатива.
Невысокий светодиодный фонарик приспосабливаем под осветитель смотрового стекла. Он должен свободно влезать под смотровую панель микроскопа. Подключаем камеру к компьютеру, и через некоторое время изображение появится на экране монитора.

Сборка готова, ее можно проверить на любом объекте, например, рассмотреть кристаллическую решетку грифеля карандаша или пиксельную структуру экрана своего смартфона. Популярным направлением сегодня является применение таких самодельных или недорогих микроскопов для контроля пайки мелких деталей на электронных платах. Он несомненно понравится и вашему ребенку, и возможно пробудит интерес к познанию окружающего нас мира.

Попробую рассказать, как я сделал камеру для микроскопа из дешёвой веб-камеры Canyon CNR-WCAM820. Камера сделана на матрице 1/3", 2МР. Эту камеру я выбрал, прежде всего из-за её удобной для переделки на коленках конструкции. При этом камера остаётся не поврежденной, можно всё вернуть назад и использовать как обычную веб-камеру.

ПРЕДУПРЕЖДАЮ! Всё ниже изложенное вы можете повторить на свой страх и риск, и я не несу никакой ответственности за испорченные вами вещи. При этом вы лишаетесь гарантии на веб камеру!

Итак, начнём:

1. Разбираем камеру и выкручиваем всё ненужное (держатель и объектив)

2. Измеряем диаметр фланца объектива и из тонкого (1мм) алюминия вытачиваем кольцо такого же внешнего диаметра. Внутренний диаметр кольца равен диаметру оправы применяемой линзы редуктора фокуса. Я взял глазную линзу видоискателя старого фотоаппарата Зенит-Е. Эта линза плосковыпуклая одиночная. По стечению обстоятельств получилось, что она отлично подошла для моих апохроматов ЛОМО. Хроматизм увеличения компенсируется этой линзой довольно неплохо. Для ахроматов надо бы ахроматическую склейку, но и эта неплохо работает. Хотя хроматизм немного заметнее. Можно использовать первую (коллективную) линзу из окуляра 7х. Но тогда с конструкцией крепления придётся повозиться самому. :D

3. Из фольгированного текстолита 1.5мм (не обязательно фольгированного, может быть другой прочный материал) я вырезал второе кольцо. Его внешний диаметр должен быть таким, чтобы входил во внутрь макрокольца (у меня М39) и прижимался вторым таким макрокольцом. А внутреннее отверстие под оправу нашей линзы редуктора. Оба кольца надо покрасить чёрной матовой краской.

4. Теперь собираем "бутерброд". На оправу линзы надеваем алюминиевое кольцо и прижимаем гайкой от линзы видеоискателя. Поверх гайки приклеиваем текстолитовое кольцо. Лучше бы прикрутить такой же гайкой, но к сожалению в Зените она одна.

5. Ставим полученный редуктор на место объектива камеры, перед этим одеваем на камеру одно макро кольцо, и собираем корпус камеры. Выпуклая сторона линзы должна смотреть наружу.

6. Для крепления камеры к микроскопу (Биолам, МБР, МБИ) надо изготовить переходник из двух длинных макроколец. Я использовал всего 1 набор колец М42 и 2 набора М39. Этого вполне хватает как для крепления этой камеры, так и для крепления зеркалок. Итак берутся два длинных кольца и склеиваются сторонами с внутренней резьбой друг к другу. Для надёжности я клеил эпоксидной смолой, оборачивая тонкой синтетической тканью. Такой переходник выдержит многое. Переходник думаю можно сделать вклеив тонкое макро кольцо в переднюю часть выпотрашенного объектива Гелиос-44. В этом случае появится возможность плавного изменения длины тубуса для достижения правильного положения камеры относительно объектива.

7. Для установки камеры на микроскоп снимаем тубус, скручиваем с него конусное крепление и прикручиваем к нашему переходнику. К другому концу переходника прикручиваем одно тонкое макро кольцо, на него ставим нашу камеру и прижимаем кольцом, которое надето у нас на камеру. Скручиваем, но не затягиваем до конца. После подключения камеры к компьютеру и запуску программы (я использую замечательную и бесплатную программу Micam-1.4), получаем изображение на экране монитора. (Перед этим надо микроскоп настроить на резкость с окуляром и поместить какой ни будь объект в центр поля зрения). Тогда двигая камеру в стороны центрируем изображение. Затягиваем. Резкость должна быть примерно в том же положении как и с окуляром. Если положение фокусировки сильно отличается, надо подобрать общую высоту трубы из макро колец.

В общем надоело мне в увеличительное стекло разглядывать SMD элементы, маркировку на них и осматривать дорожки на предмет повреждений и качество пайки. Плюс всегда одна рука занята. Кто-то скажет про бинокулярные очки, ув. стекло на подставке… Бинокуляры далеко не лучшее решение, зрение садится быстро от них + качество далеко от идеала, из тех что доводилось щупать. (Есть идея заделать бинокуляры с линзой от детектора валют. Но это пока только эксперимент в стадии макета.) Увеличительное стекло на подставке часто мешает и не всегда удобно + немного искажает по краям. Можно юзать микроскоп, но с большими платами не подходит. Да и далеко не дешевая игрушка. Так же как и заводские камеры для таких дел. Так что будет как всегда… Будем делать сами

Купил самую дешевую вебку из тех что были. Вроде за 35 грн ($ 4,37). Еще одну мертвую взял у знакомого на донорские запчасти. Вот такая чисто китайская вебка:

Далее из донора выкручиваем объектив и удаляем из него все линзы. Вместо родных линз попробовал прикрепить линзу от CD привода (от DVD привода не пробовал, она там сильно маленького диаметра). Вкручиваем в вебку, на[одим фокус…Результат не подошел. Так как оптический прицел я делать не собирался. На расстоянии около полуметра было видно мелкие цифры и буквы на наклейке от старого харда, прилепленной на стенке. Фото для примера:

И при удалении объектива от самой камеры, увеличивал на более большие дистанции… В принципе такой результат в будущем тоже может пригодится.

Далее после поиска по коробкам был найден окуляр от микроскопа или чего-то похожего. Раньше в него разглядывал маркировку на SMD. Для пробы прикрепил его на «термосопли», (В данный момент окуляр жестко зафиксирован в теле старого объектива. Немного подогнал внутренний диаметр и посадил с натягом. Плюс укоротил само тело старого объектива со стороны вебки) Теперь результат меня устроил на все 100%. Фото того что вышло:

Бревно в кадре, это кончик деревянной зубочистки

Фото объектива и линзы (Внизу родной, без переделок. Справа, линза от CD привода).

Осталось сделать жесткий штатив на стену, перевернуть плату камеры в корпусе чтобы показывала адекватно. Выкинуть родной кабель и припаять тонкий. А то родной жесткий и толстый. Ну и подсветку нормальную прицепить, а то родная только мешает. Если вернуть на место родной объектив то можно использовать вебку по прямому назначению

Если использовать вебку с более лучшими характеристиками, то и соответственно изображение будет более качественным. Раз попалась мне в руки цифровая мыльница с функцией веб камеры. Жаль не помню марку и модель Можно было бы заюзать в таком же варианте.

Кстати если прицепить такой окуляр или линзу от CD к камере телефона, то будет похожий результат. Китайцы уже вроде на всю штампуют чехлы с объективом для айфонов. Попадались недавно мне в китайском магазине. Наверно у меня с контакта идею передрали Я так еще год-полтора назад на старую нокию фотки делал

Эту процедуру проделал еще полгода назад, но сегодня для описания «разложил по полочкам» что и как тогда вышло.

Как сделать микроскоп из веб-камеры

Если разобрать подходящую (с настраиваемым фокусом) веб-камеру, то можно снять объектив и перевернуть его. В этом случае камера превращается в... микроскоп!

Я использовал вот такую камеру (на чипсете VC0345 с сенсором OmniVision OV7670 ) с объективом из двух линз:

Так как в кабеле камеры были добавлены провода для микрофона, что вызывало неудобства в использовании, то я отпаял штатный кабель и припаял другой USB -кабель:

В качестве предметного столика для наблюдения объектов на просвет я использую матовое стекло:

Стекло установлено на пластиковую трубку, а снизу я освещаю его белыми светодиодами фонарика:

Такой микроскоп представляет собой микроскоп проходящего света и позволяет наблюдать интересующий объект в проходящем свете в светлом поле. В результате получается теневое изображение объекта.

Главная проблема заключается в удержании веб-камеры на нужном расстоянии от наблюдаемого объекта, поэтому я делаю много кадров и выбираю лучший:

Для этого я использую написанную мной программу :

Увеличение моего самодельного цифрового микроскопа

Визуальное (геометрическое) увеличение показывает во сколько раз наблюдаемый объект на экране компьютера больше, чем в натуральную величину. Для оценки этого параметра можно использовать, например, расстояние между штрихами штангенциркуля. Это увеличение зависит от используемого монитора и определяется произведением увеличения объектива на собственное увеличение камеры.
Собственное увеличение камеры определяется отношением размера картинки на экране (например, диагонали) на размер светоприемной матрицы.

Для моего микроскопа на экране ноутбука расстояние между соседними штрихами штангенциркуля (1 миллиметр) составляет 9 сантиметров:

Таким образом, увеличение моего самодельного микроскопа составляет 90 крат .

Оптическое увеличение микроскопа определяется апертурным числом объектива. Апертурное число $F$ (англ. F-number , optical speed - оптическая скорость) прямо пропорционально фокусному расстоянию объектива $f$ и обратно пропорционально диаметру $D$ его входного зрачка: $F = { f \over D }$. Эта величина теоретически (из-за волновой природы света) не может превысить 1500 раз.

Для определения линейных размеров предметов в увеличенном виде я определил, что расстояние между штрихами штангенциркуля (1 мм) на снимке составляет 365 пикселей:

Пиксели ЖК-дисплеев

С помощью такой "модифицированной" камеры я получил вот такие изображения пикселей LCD -панели ноутбука:

Слева показано, что при наведении объектива камеры область монитора с белым цветом светятся все три группы субпикселей - красные (R ), зеленые (G ) и синие (B ).
При этом сам пиксель имеет квадратную форму, хотя субпиксели являются прямоугольными, а длина стороны пикселя составляет около 0,25 мм.
На левом изображении видно, что ширина промежутка между красными и синими пикселями больше, чем между синими и зелеными и между зелеными и красными. Но изображение перевернуто, т.е. истинный порядок следования субпикселей RGB . Это подтверждается тестом .
Справа показано, что для создания желтого цвета пикселя светятся только красные (R ) и зеленые (G ) субпиксели.

А вот изображение субпикселей монитора другого ноутбука при свечении белым цветом вместе с фрагментом символа:

А вот такую картинку я получил для белого цвета на экране телефона Nokia 2710 Navigation Edition :

Вот такая интересная форма у пикселей ЖК-телевизора (воспроизводится голубой цвет):

Минералы

Поваренная соль

Песок

Глина

Биологические объекты

Человек

Слюна

Слюна является одним из популярных объектов наблюдения под микроскопом. Как утверждается, по слюне можно выполнять диагностику.

Волос

Животные

Комар

Перо птицы

Видна структура пера - стержень, несущий бородки, которые держат бородочки.

Растения

Семя колокольчика

Семена колокольчика очень маленькие - масса одного семечка около 0,2 миллиграмма.

Лист винограда

Барак Адама 28 ноября 2012 в 01:48

Переделываем WEB-камеру в маленький да удаленький USB-микроскоп за гроши

Методом «научного тыка» выяснилось, что никакие посторонние линзы не нужны для достижения поставленной цели. Способ оказался до смешного прост.

И так, по пунктам:

1. Раскручиваем web-камеру;
2. Выкручиваем объектив(он на резьбе);
3. Переворачиваем объектив другой стороной;
4. Аккуратно по кругу приклеиваем скотчем или чем Вам удобно;
5. Немного растачиваем отверстие в корпусе для объектива;
6. Скручиваем web-камеру.

Раскручиваем корпус камеры.

Снимаем пластиковый объектив и выкручиваем его из держателя.

Сама матрица.

Приставляем объектив обратной стороной и приклеиваем. Затем прикручиваем на место.

Затем растачиваем надфилем или выцарапываем ножницами (кому что по душе) отверстие в передней крышке, что бы пролез наш удлинившийся объектив. После чего всё аккуратненько скручиваем на место.

Поздравляю, теперь Вы обладатель usb-микроскопа.

К сожалению много фотографий нету, так как ещё не сделал для него держатель, а с рук на микроскоп не пофотографируешь. Даже при не очень большом увеличении всё трясётся и смазывается. Однако что бы визуально оценить его кратность одну фотографию покажу, с трудом но удалось её сделать.

На фотографии пиксели дисплея ноутбука.

К сожалению лучшего качества мне получить пока не удалось, это требует больше телодвижений, да и качество CMOS матрицы оставляет желать лучшего, но что хотеть от микроскопа за 3,4$.

Продолжение следует…

Теги: usb-микроскоп, web-камера