Au cours de ses près de 300 ans d’histoire, le microscope est probablement devenu l’un des instruments optiques les plus populaires, largement utilisé dans tous les domaines de l’activité humaine. Il est particulièrement difficile de surestimer son rôle dans l'enseignement aux écoliers qui découvrent de leurs propres yeux le micromonde qui les entoure.
Une caractéristique distinctive du microscope proposé est l'utilisation « non standard » d'une caméra Web conventionnelle. Le principe de fonctionnement est d'enregistrer directement la projection des objets étudiés sur la surface de la matrice CCD lorsqu'ils sont éclairés par un faisceau de lumière parallèle. L'image résultante est affichée sur un moniteur PC.
Par rapport à un microscope conventionnel, la conception proposée ne comporte pas de système optique constitué de lentilles, et la résolution est déterminée par la taille des pixels de la matrice CCD et peut atteindre plusieurs microns. L'apparence du microscope est montrée sur la Fig. 1 et fig. 2. Le modèle « Wcam 300A » de Mustek, doté d'une matrice CCD couleur avec une résolution de 640 x 480 pixels, a été utilisé comme caméra Web. La carte électronique avec la matrice CCD (Fig. 3) est retirée du boîtier et, après des modifications mineures, est installée au centre du boîtier étanche à la lumière avec un couvercle ouvrant.La modification de la carte a consisté à ressouder le connecteur USB afin de permettre d'installer un verre de protection supplémentaire sur la surface de la matrice CCD et de sceller la surface de la carte.
Un trou traversant est pratiqué dans le couvercle du boîtier, au centre duquel se trouve un bloc de trois LED différentes couleurs de lueur (rouge, vert, bleu), qui est une source de lumière. Bloc LED, à son tour, est recouvert d'un boîtier résistant à la lumière. Emplacement distant LED de la surface de la matrice permet de former un faisceau de lumière approximativement parallèle sur l'objet à mesurer.
La matrice CCD est connectée au PC à l'aide d'un câble USB. Le logiciel est standard et inclus avec la caméra Web.
Le microscope fournit un grossissement d'image de 50 à 100 fois, avec une résolution optique d'environ 10 microns et un taux de rafraîchissement d'image de 15 Hz.
La conception du microscope est présentée sur la Fig. 4 (pas à l'échelle).
Pour le protéger des dommages mécaniques, un verre de protection en quartz 6 de dimensions 1x15x15 mm est installé sur la fenêtre d'entrée de la matrice CCD 7 pour la protéger des dommages mécaniques. La protection de la carte électronique contre les liquides et les dommages mécaniques est assurée en scellant sa surface avec du mastic silicone 8. L'objet étudié 5 est placé sur la surface du verre de protection 6. Éclairage LED 2 sont installés au centre du trou du couvercle 4 et sont recouverts de l'extérieur d'un boîtier en plastique résistant à la lumière 3. La distance entre l'objet étudié et le bloc LED est d'environ 50...60 mm.
Les LED d'éclairage (Fig. 5) sont alimentées par la batterie 12 de trois cellules galvaniques connectées en série avec une tension de 4,5 V.L'alimentation est mise sous tension à l'aide de l'interrupteur SA1, la LED HL1 (1 sur la Fig. 4) est un voyant lumineux situé sur le boîtier de protection et signale la présence de tension d'alimentation. Les LED d'éclairage EL1 à EL3 sont allumées et ainsi la couleur d'éclairage est sélectionnée à l'aide des interrupteurs SA2 à SA4 (13) situés sur la paroi latérale du boîtier 11.
Les résistances R1, R3—R5 limitent le courant. La résistance R2 (14) est conçue pour régler la luminosité des LED EL1-EL3, elle est installée sur la paroi arrière du boîtier. L'appareil utilise des résistances constantes S2-23, MLT, des résistances variables - SPO, SP4-1. Interrupteur d'alimentation SA1 - MT1, interrupteurs SA2 - SA4 - bouton-poussoir SPA-101, SPA-102, LED AL307BM peuvent être remplacés par KIPD24A-K
Étant donné que la taille apparente des images de sortie dépend des caractéristiques de la carte vidéo utilisée et de la taille du moniteur, le microscope nécessite un étalonnage. Elle consiste à recenser un objet à tester (règle scolaire transparente) dont les dimensions sont connues (Fig. 6). En mesurant la distance entre les traits de la règle sur l'écran du moniteur et en les corrélant avec la taille réelle, vous pouvez déterminer l'échelle de l'image (grossissement). Dans ce cas, 1 mm de l'écran du moniteur correspond à 20 microns de l'objet mesuré.
À l'aide d'un microscope, vous pouvez observer divers phénomènes et mesurer des objets. En figue. La figure 7 montre une image de perforation laser d'un billet de 500 roubles. Le diamètre moyen des trous est de 100 µm, et une variation dans la forme des trous est visible. En figue. La figure 8 montre une image d'un masque de tube cathodique couleur Hitachi. Le diamètre des trous est d'environ 200 microns.
Une araignée, sa patte et sa moustache ont été choisies comme exemples d'objets biologiques ; ils sont montrés sur la Fig. 9 et fig. 10, respectivement (le diamètre de la moustache est d'environ 40 microns), les cheveux de l'auteur (le diamètre est de 80 microns) - sur la Fig.11, écailles de poisson - sur la Fig. 12. Il est intéressant d'observer les processus de dissolution des substances dans l'eau. Les procédés de dissolution du sel et du sucre sont donnés à titre d'exemple. En figue. 13,a et fig. 14a montre respectivement des particules de sel sec et des cristaux de sucre, et la Fig. 13.6 et fig. 14.6 - le processus de leur dissolution dans l'eau. Les zones de concentration accrue de substances et les effets de la lumière focalisée sur les centres de dissolution sont clairement visibles.
