4 июля 2014 в 14:36

DIY для детей. Собираем USB-микроскоп

• DIY или Сделай сам

Вряд ли этот аппарат поможет вам паять микросхемы или рассматривать что-то серьезное. Но такой самодельный микроскоп точно понравится вашему ребенку, а сам процесс сборки – чудесная возможность провести вместе время и показать, что у папы руки растут из нужного места.

Итак, совместный досуг с ребенком на выходные – собираем usb-микроскоп из веб-камеры.

Увеличиваем

Осталось научиться ловить фокусное расстояние. Это самое трудное во всем процессе! У меня оно получилось крайне маленьким (1-3 мм). Винт, при закручивании, не направлял линзу строго вертикально - ее болтало из стороны в сторону, это тоже добавило трудностей. Однако увеличение получилось весьма приличным.


1. Крыло мухи
2. Ножка мухи
3. Тоже ножка мухи, но под другим ракурсом.
4. Волос с головы автора

А это видео, снятое таким же микроскопом, но с 1,2-мегапиксельной матрицей камеры. Личинка комара:

Видео процесса сборки:

Бюджет:

Веб-камера 100 рублей
Клей-карандаш 20 рублей
Ночной фонарик 38 рублей
Инструменты не в счет.

Теперь вы знаете чем можно занять себя и своего ребенка на выходных. Удачных экспериментов!

Эмиссионные приборы являются наиболее распространенными. Их используют, когда требуется изучить более-менее крупный объект. В эмиссионном микроскопе изображение получается благодаря электронам, которые испускает исследуемый объект. Для получения качественного изображения необходимо более интенсивное излучение, поэтому объект помещают в мощное электрическое поле. Другой способ повышения интенсивности излучения - нагревание предмета исследований до высокой температуры. Подобные условия может выдержать достаточно надежный прибор. Отражательные микроскопы по принципу работы напоминают эмиссионные, разница лишь в способе излучения. Оба данных типа микроскопов вряд ли подойдут для « » исследований.

Растровые и зеркальные электронные микроскопы

Растровый тип приборов представляет собой генератор электронного луча. Управляя им, можно считывать информацию с поверхности исследуемого объекта. Здесь, по сути, луч играет роль сканера: когда изучение предмета заканчивается, вы получаете полную информацию о его структуре. Если вам необходимо исследовать объект, не имеющий ярко выраженного магнитного или электрического поля, то лучше всего подойдет зеркальный электронный микроскоп. Он также формирует луч и проводит сканирование поверхности. Отличие от растрового прибора заключается в том, что луч неподвижен, - т.е. доступным для изучения будет только участок рядом с лучом. В результате получается не очень качественное изображение, которое можно улучшить посредством применения усилителя света.

Вихревый электронный микроскоп

Это одна из последних разработок ученых, - купить сегодня подобный прибор непросто. Суть новинки – в формировании вращающегося электронного луча, который в работе начинает напоминать вихрь, . В конструкции прибора используется экран, покрытый нитридом натрия. Это обеспечивает свободный проход электронов (поглощения не происходит), которые, сдвигая фазы, превращаются в вихрь. В результате мощность луча возрастает, если сравнивать с другими типами электронных микроскопов.

Электронные микроскопы USB

Это современные приборы, которые можно подключать к компьютеру в . Такие микроскопы лучше всего подходят для любительских исследований. Покупая устройство, обратите внимание на несколько главных технических характеристик. Это:
- разрешение;
- кратность;
- тип питания;
- особенности подсветки.

Параметр «разрешение» относится к камере. Кстати, в большинстве приборов данного типа ее можно использовать, как обычную веб-камеру. Если вы не собираетесь изучать микроорганизмы, то достаточно кратности 400. При выборе конкретной модели старайтесь отказаться от покупки дешевых китайских приборов, - как правило, заявленные в паспортах эксплуатационные характеристики не соответствуют действительным.

Который мне любезно предоставил интернет-магазин Telescop.by. Данный микроскоп подойдет для начального и любительского уровня. Будет очень полезным не только учащимся в школах, ССУЗах и ВУЗах, но и всем увлекающимся наукой и микромиром. Он познакомит вас с невидимым, глазу недоступному, миром, давая при этом возможность рассмотреть подробно детали увеличенные вплоть до 640 раз. Микроскоп предназначен не только для наблюдения прозрачных объектов в проходящем и отраженном свете, но и для непрозрачных в том числе. В комплекте с микроскопом идёт цифровая камера Levenhuk DEM 35 , которую можно подключить к компьютеру и запечатлевать увиденное вами как в фото, так и в видео формате.

Микроскоп упакован в яркую красочную упаковку общим весом 2 кг.

Открывается сверху, легко. Внутри лежит руководство по эксплуатации и небольшая инструкция на многих языках, в том числе и на русском. Коробка с дополнительным оборудованием и сам микроскоп в специальной упаковке из пенопласта, что защищает его от ударов и падений при транспортировке.

В небольшой коробке с дополнительным оборудованием лежит компакт диск с драйверами для камеры, программой Levenhuk ToupView для просмотра видео и фото в реальном времени, обработки их, и руководство пользователя, также провод для подключения камеры к компьютеру и цифровая камера.

Пора, наконец, раскрыть наш «белый сундук». Отклеиваем скотч, открываем и видим: сам микроскоп , сетевой адаптер, окуляр 16х и три пальчиковых батарейки. Батарейки нужны, если вы будете использовать микроскоп без возможности использования сетевого адаптера, например, в полевых условиях. Тогда необходимо открутить нижнюю панель микроскопа, 4 винтика, и вставить батарейки.

Сетевой адаптер переменного тока 5.5В и 200мА. Простой, доступный, ничего необычного.

А теперь, представляю вашему вниманию микроскоп Levenhuk D2L NG .

Качество потрясающее. Сразу чувствуется надежность. Корпус полностью железный, но при этом не тяжелый, ничего нигде не скрипит. Ход фокусировки очень плавный, все переключатели, кнопки срабатывают без задержки. Вращение револьвера с объективами вообще понравилось. Для каждого из объективов 4х, 10х, 40х есть специальная небольшая «ямка» для его фиксации. Разработчики Levenhuk на лицевой стороне нанесли логотип и небольшую надпись под ней «Zoom&Joy».

Характеристики

Характеристики приведены ниже в виде таблицы и взяты с официального сайта компании-разработчика Levenhuk.

Баланс белого	авто/ручной
Вес, кг	2
Возможность записи видео	есть
Диапазон перемещения предметного столика, мм	0-15
Диапазон рабочих температур, °С	-30… 70
Источник питания камеры	через USB-кабель
Контроль экспозиции	авто/ручной
Линейное поле зрения, мм	18
Модель камеры	DEM35
Объективы	4х, 10х, 40х
Окуляры	16х
ПО, драйверы	USB 2.0 драйвер, программа Levenhuk ToupView
Подсветка	светодиодная
Предметный столик, мм	95х95
Программные возможности	размер изображения, яркость, время выдержки
Системные требования	Windows 2000/XP/2003/Vista/7/8; USB порт
Скорость	30 кадров в сек
Спектральный диапазон, нм	400-650
Способ экспозиции	ERS (электронная моментальная фотография)
Увеличение, крат	64-640
Формат изображения	*.bmp, *.jpg,*.jpeg,*, *.png, *.tif, *.tiff, *.gif, *.psd, *.ico, *.emf, и др.
Число мегапикселей	0,3
Чувствительный элемент	1/4
Источник питания	Сетевой адаптер

Подключение и наблюдение

Налюбовавшись внешним видом, узнав характеристики, прочитав пару страниц инструкции по эксплуатации микроскопа пришло время установить его на рабочую поверхность и подключить к источнику питания. Я использовал сетевой адаптер.

Установлен, подключен и готов к использованию

По техническому паспорту микроскоп необходимо использовать при температуре помещения от 10 до 35 градусов Цельсия выше нулевой отметки и с влажностью в помещении не больше 80%. Рекомендуется установить прибор на твердую поверхность, которая не будет подвергаться качению или вибрации в процессе наблюдения. Разбирать объективы и окуляры запрещается. Запомните — никогда не смотрите в микроскоп на источник яркого света и лазерного излучения. Напоследок, я должен добавить, что нельзя касаться пальцами поверхностей оптических деталей.

Перед началом работы необходимо вращением ручек фокусировки опустить предметный столик в самое нижнее положение. Включаем адаптер в розетку.

Вид сверху, на окуляр:

Важно — как вы могли, заметить в комплекте с микроскопом НЕ поставляются предметные стекла , без которых наблюдение не имеет смысл. Купить можно их на сайте telescop.by в соответствующем разделе . Я же, не имея их под рукой, выкрутился — взял тонкие прозрачные пластмассовые пластинки с рамки для фотографий. Они были не в идеальном состоянии, но это решило мою проблему и позволило мне вести наблюдение.

Первый объект для наблюдения нашелся мгновенно. Рядом сидел любопытный кот, которому, как и любому другому, очень нравятся коробки и их содержимое. Оторвал у него один ус и сразу же положил его на предметный столик, и закрепил его держателями для препаратов (шучу, ус выпал у него днем раньше 🙂).

Используя микроскоп первый раз, читаем внимательно инструкцию. Вращением револьверной головки вводим в ход лучей объектив увеличением 4х. Двигаем ус кота и стараемся его подвести под объектив максимально точно. После этого вращаем рукоятки фокусировки, при этом наблюдая сбоку за расстоянием между объективом и объектом, поднимаем предметный столик почти до соприкосновения с усом не забывая посматривать одним глазом в объектив. Как только объект (в нашем случае ус) стал резким — перестаем вращать рукоятку и наслаждаемся увиденным. Крайне рекомендуется исследование препарата начинать с объектива наименьшего увеличения. Таким образом будет легче отыскать объект. Старайтесь постоянно держать объект для наблюдения в центра объектива После такой настройки при переходе к объективам большего увеличения фронтальная линза не будет задевать объект.

Забегая немного вперед, покажу изображение этого уса увеличенного в 64 раза и сохраненного в программе Levenhuk ToupView при подключенной цифровой камеры, которая идет в комплекте, к компьютеру.

Ус кота, увеличенный в 64 раза

Пользоваться микроскопом одно удовольствие. Стоит на рабочей поверхности очень уверенно. Все вращающиеся и крепежные элементы работают без люфта и скрипа.

Объективы 4х, 10х, 40х

Перед подключением камеры, я сделал пару фотографий увеличенных объектов, используя мобильный телефон в качестве фотоаппарата. Поднес его объектив к окуляру. Пример переплетения волокон хлопка и рассыпанный грифель в 64х раза:

Волокна хлопка, 64х

Стружка грифеля 64х

Пора попробовать подключить цифровую камеру Levenhuk DEM 35 к компьютеру. Она разработана специально для использования с микроскопом. Вставляется вместо окуляра и через USB кабель изображение наблюдаемого объекта в точности передается на экран компьютера.

Цифровая камера Levenhuk DEM 35

Установив и подключив к компьютеру, запускаем программу ToupView . Программа есть на диске с драйверами. Устанавливаются обе версии, как для x64 так и для x86. Запускаем нужную. Программа ToupView предназначена для просмотра, сохранения и обработки статических и видеоизображений камер для микроскопов фирмы Levenhuk . Интерфейс тривиальный, в левой колонке выбираем нашу подключенную камеру (если не определилась, проверьте — установили ли драйвера, они есть на диске) и на экране появится изображение с камеры.

Микроскоп с подключенной камерой

Камера не обладает выдающимися характеристиками, например, 0.3 мегапикселя дают максимальное разрешение изображения 640х480 пх, но это достаточно для рассмотрения наблюдаемого объекта в целом. Сохранять изображения для дальнейшей обработки можно практически в любом формате (*.bmp, *.jpg,*.jpeg,*, *.png, *.tif, *.tiff, *.gif, *.psd, *.ico, *.emf, и др.). Непосредственно редактировать фотографии можно и в самой программе. На диске есть краткое руководство по использованию на русском языке и очень подробное, со всеми измерениями и подсчетами на 135 страниц на английском языке.

Если сама программа проста и многофункциональна, то о надежности я положительно отозваться не могу. Я сделал более 20 снимков разных объектов, когда нажал сохранить — программу «выбило» и она некорректно закрылась, потеряв все мои старания. Поэтому — каждый сделанный кадр или видео сразу сохраняйте на компьютер , это обезопасит и сохранит ваши наблюдения. К сожалению, большую часть прекрасных снимков я показать не могу, но парочкой похвастаюсь.

На подоконнике нашел какого-то маленького жучка, размером не более 3мм. Смотрите как он выглядит под микроскопом.

Жук увеличенный в 64х и 160х раз

Первое изображение сфотографировал на телефон, два правых — это фотографии через цифровую камеру, подключенную к компьютеру. Как это делают многие, сделал пару штрихов карандашом и ручкой, сфотографировал через цифровую камеру и вывел на экран (64х).

След от карандаша и ручки в 64х

Видео снимает также разрешением 640х480 в несжатом виде в формате avi (хотя перед записью можно сделать некоторые преднастройки). Пятнадцати секундный ролик занимает больше 100Мб. Для примера я перекодировал и загрузил видео на Youtube. В первом ролике всё этот же грифель, я пробовал двигать площадку для наблюдения, некоторая смазанность, но качество достойное для 0.3 мегапиксельной камеры. Второе видео — это одна маленькая капля моющего средства Fairy, которая растекается по поверхности (желательно смотреть с 20 секунды, там движение быстрее и отчетливо видно). Оба наблюдаемых объекта увеличены в 64 раза.

Должен заметить, что один и тот же объект если наблюдать в окуляр и использовать цифровую камеру при одном и том же увеличении выглядят несколько иначе. Камера добавляет некоторое увеличение и объект кажется больше (ещё ближе). Для наглядности привожу изображение 1 маленькой песчинки сахара, увеличенной в 160 раз. Слева на фото — изображение в окуляр, справа — изображение выведенное на экран, используя камеру.

Слева — через окуляр, справа — используя камеру

Конечно, можно подумать так это и здорово, что ещё увеличивает. Но не стоит забывать, что увеличение сказывается и на качестве, резкости и глубине изображения. Также теряется и поглощается достаточное количество света — объект становится очень темным. Не спасает даже светодиодная подсветка над и под объектом наблюдения. Поэтому, как мне кажется, заявленная в характеристике максимальная величина увеличения микроскопа в 640 раз (!) — это слегка маркетинговый ход и вряд ли вам удастся что-нибудь рассмотреть при таком увеличении. Объект выглядит очень-очень темным.

Наблюдать в микроскоп одно удовольствие, глаза не устают, он прост в обращении, надежен, качество картинки отличное.

Жук увеличенный в 64 раза

Вы должны понимать, что через него нельзя будет увидеть объекты наномира. Что никакие движущиеся бактерии ещё не доступны на таких увеличениях, но, то, что это полезный, необходимый для увлеченных наукой людей прибор — однозначно можно дать утвердительный ответ.

Заключение

Подводя итоги, хотелось бы сделать несколько выводов, чтобы помочь вам определиться с выбором и непременно позвонить в интернет-магазин telescop.by и сделать заказ.

Плюсы:

• Качество сборки.
• Доступная цена.
• Прост в использовании. Не требует дополнительных научных знаний.
• Отличного качества объективы и окуляр.
• В комплекте вместе с микроскопом поставляется цифровая камера.
• Возможность использования как от сети так и на батарейках.
• Яркая, но не слепящая нижняя и верхняя светодиодная подсветка. Что позволяет смотреть как прозрачные так и непрозрачные объекты.
• Яркость подсветки регулируется и есть возможность использовать только верхнюю, только нижнюю, обе или работать без подсветки вообще.
• Несколько режимов диафрагмы, путем вращения бокового колесика можно выбрать необходимую для наблюдения.
• Руководство пользования на русском языке.
• Официальная гарантия 3 года.

Минусы:

• Как писал выше, недостаточность освещения при максимальном увеличении.
• Отсутствие в комплекте предметных стекол (докупаются отдельно).
• Ненадежная программа для просмотра и сохранения изображений на компьютер.
• Слабоватая камера (её разрешение) для возможности рассмотреть мельчайшие детали на экране монитора.

Вердикт:

Достойный микроскоп Levenhuk D2L NG (с камерой) для начинающих и любителей, но недостаточно мощный для профессионального наблюдения. Стоящий, отличного качества и полностью оправдывающий свою цену. Сравнивая и вспоминая свои школьные годы и наблюдения в микроскоп в школе, о таком микроскопе мог только мечтать.

Микроскоп - очень важная и полезная вещь. Возможно, на первый взгляд это может показаться не так, но если вдуматься, то становится понятно, что данный прибор просто необходим во многих отраслях. Он не просто помогает рассмотреть невидимые глазу предметы, а открывает целый неопознанный мир. На сегодняшний день невозможно представить какие-либо исследование в науке, медицине, промышленности без микроскопа.

Современные приборы устроены таким образом, что полученное увеличенное изображение сохраняется и передается на персональный компьютер. Результат исследования можно подробно рассмотреть и изучить на мониторе. Для того чтобы такой вариант стал доступен, цифровая камера подключается к микроскопу специальным адаптером.

Определившись с выбором микроскопа и цифровой камеры, можно посмотреть , пользователь часто интересуется: каково будет увеличение на мониторе компьютера, как его рассчитать?

Максимальное увеличение микроскопа рассчитывается по формуле: значение увеличения объектива умножают на значение увеличения окуляра. Например, изображение, полученное из микроскопа с параметрами объектива 4х и окуляра 10х, будет в 40 раз больше исследуемого предмета.

Но есть несколько нюансов при расчетах величин увеличения. При рассмотрении изображения на мониторе окуляр не используется, а применяется дополнительная линза - адаптер. Помимо этого, картинка сначала проецируется на матрицу камеры, а за тем передается на экран. Поэтому, для получения наиболее корректного результата, вводятся дополнительные величины.

Величины для настройки монитора

Первая - увеличение адаптера . С учетом того, что сенсор камеры обычно меньше, чем поступающая с микроскопа картинка, используется уменьшающий адаптер (с увеличением меньшим единицы). К примеру, при применении камеры с форматом чувствительного элемента 1/2" используют адаптер 0.5х.

Вторая величина - соответствие размеров сенсора и монитора компьютера . Для ее расчета вводится специальный индекс увеличения. Он определяется довольно просто: размер диагонали монитора разделить на размер матрицы камеры. Возьмем стандартный монитор с диагональю 19" и камеру с сенсором 1/2". Для удобства расчетов дюймы переведем в миллиметры (1 дюйм = 25.4 мм), итого 19 * 25.4 = 482.6мм - это размер экрана. Диагональ сенсора можно определить из ниже приведенной таблицы:

• сенсор 1/3"- диагональ 6 мм;
• сенсор 1/2,5"- диагональ 7 мм;
• сенсор 1/2"- диагональ 8 мм;
• сенсор 2/3"- диагональ 11 мм;
• сенсор 1"- диагональ 16 мм.

В нашем случае камера имеет диагональ 8 мм, из чего следует, что индекс увеличение получаем такого размера: 482.6/8 = 60.325

С учетом всех выше перечисленных параметров, мы получаем итоговое увеличение монитора: объектив 4х * адаптер 0,5 * индекс увеличения (4*0.5*60.325). Итого получается число 120.65, что означает увеличение в 120,65 раз.

Стандартный биологический микроскоп имеет в комплекте объективы 4х, 10х, 40х, 100х. Соответственно, подставив в формулу каждое значение поочередно, мы получаем увеличенные изображения на мониторе в 120, 300, 1200, 3000 крат!

Исключением из данной формулы являются просчеты величин, получаемых со стереоскопических микроскопов, которые имеют плавный зум.

Для корректных расчетов вводится дополнительный множитель - увеличение трансфокатора.

Для сравнения возьмем все предыдущие параметры величин неизменными, только микроскоп поменяем на стереомикроскоп. Например, популярную модель Альтами СМ0745-Т. Без использования дополнительных расширяющих диапазон увеличения линз, (0.37х, 0.5х, 0.7х, 1.5х, 2х) с увеличением объектива равном единице. Минимальное значение трансфокатора этой модели - 0.7х. Теперь остается перемножить все просчитанные ранее величины с учетом нового значения: 1 х 0.7 х 0.5 х 60.325 = 21.11х. Если установить трансфокатор в максимальное положение (4.5), то получается: 1 х 4.5 х 0.5 х 60.325 = 135.73х. Если дополнительно применяются еще какие-либо линзы, то в данной формуле значение их увеличения подставляется вместо объектива 1х.

Подробнее о USB микроскопе с подсветкой, увеличивающем от 50 до 200 раз.

Конструкция устройства:

В комплект входит:

Цифровой USB микроскоп, подключаемый по USB порту к компьютеру

Кронштейн

Крышка - заглушка для объектива

Инструкция пользователя

342 0руб 2340 руб.

Инструкция пользователя:

1. Включение

Подключите кабель от USB микроскопа к USB порту вашего компьютерас установленной операционной системой Windows XP , Windows 7 (32- бит) . Дождитесь, пока система автоматически определит устройство и установит на него необходимые драйверы.

Проверка правильности установки драйверов - Пуск -> Мой Компьютер (на ярлыке нажимаем правой кнопкой мыши) -> Свойства -> Вкладка Оборудование -> Кнопка "Диспетчер устройств" -> В открывшемся окне раскрываем список "Устройства обработки изображений" (Для этого нажмите "+"):

2.Работа с устройством.

Для просмотра изображения с камеры микроскопа, необходимо сделать следующее:

Зайдите в Пуск -> Мой Компьютер. Среди ярлыков устройств найдите USB внешнюю камеру и нажмите на этом ярлыке два раза левой кнопкой мыши.

Откроется отдельное окно с изображением с камеры микроскопа.

3. Фокусирование изображения.

Фокусировка производиться с помощью прокручивания колёсика на корпусе USB микроскопа. Установите микроскоп над необходимым предметом и прокрутите колесо фокусировки в сторону, необходимого увеличения (в 50,или 200 раз). При прокручивании колеса необходимо следить за изображением в режиме реального времени на экране компьютера.

4. Захват изображения (фотографирование)

Для сохранения изображения с камеры микроскопа, во время его работы, нажмите однократно на корпусе устройства кнопку "Snap " (или в окне отображения изображения выберете пункт "Сделать новый снимок"), при этом изображение с камеры микроскопа сохраниться и появиться в списке изображений в нижней части окна:

5. Регулировка яркости подсветки.

Для регулировки яркости светодиодной подсветки используйте регулятор, находящийся на USB кабиле, идущем от USB микроскопа. Цифровой микроскоп для компьютера с LED подсветкой, увеличивающий от 50-500 раз.

6. Использование программы и драйверов с диска для записи видео с USB микроскопа.

Вставьте диск с П.О. входящий в комплект к USB микроскопу в CD привод вашего компьютера. Установите программу "Driver.exe" из папки Driver, расположенной на диске себе на компьютер. После установки программы, включите программу "CamApp" (Пуск-> Все программы->USB2.0 PC Camera-> CamApp)

Пункт"File " - выбор места сохранения видео \фото данных

Пункт "Device " - выбор устройства

Пункт "Option " - опции настройки видео (Яркость, контрастность и т.д.)

Capture - Still Image Capture - Сохранение фотографии

Capture - Still Capture Size - Время сохранения видеозаписи - от 2-х минут

Capture - Start Capture - начало видеозаписи

Capture - Video Format - Формат записи видео

Capture -Record Audio - Запись аудио - если стоит флажок

Capture -Record time limit - ограничение записи по времени

Технические характеристики USB микроскопа:

Диапазон увеличения - от 50 до 500 раз

Подсветка - 8 сверх ярких светодиода с возможностью регулировки яркости

Камера - CMOS , 1.3 Мп

Разрешение фото\видео - 640x480

Формат снимков - JPG , bmp

Совместимость с операционными системами - Windows XP, Vista (32 бита), Windows 7

Подключение к компьютеру - USB 2.0\1.1

Питание камеры и подсветки - от USB порта компьютера

Размеры устройства - 110x33 мм

Стоимость USB микроскопа, увеличивающего в 50 и 200 раз - 342 0руб 2340 руб.