I løpet av sin nesten 300 år lange utviklingshistorie har mikroskopet trolig blitt et av de mest populære optiske instrumentene, mye brukt i alle områder av menneskelig aktivitet. Det er spesielt vanskelig å overvurdere dens rolle i å undervise skolebarn som lærer om mikroverdenen rundt dem med egne øyne.
Et særtrekk ved det foreslåtte mikroskopet er "ikke-standard" bruk av et konvensjonelt webkamera. Operasjonsprinsippet er å direkte registrere projeksjonen av objektene som studeres på overflaten av CCD-matrisen når de er opplyst av en parallell lysstråle. Det resulterende bildet vises på en PC-skjerm.
Sammenlignet med et konvensjonelt mikroskop har det foreslåtte designet ikke et optisk system bestående av linser, og oppløsningen bestemmes av pikselstørrelsen til CCD-matrisen og kan nå flere mikron. Utseendet til mikroskopet er vist i fig. 1 og fig. 2. Modellen “Wcam 300A” fra Mustek, som har en farge CCD-matrise med en oppløsning på 640x480 piksler, ble brukt som webkamera. Det elektroniske kortet med CCD-matrisen (fig. 3) fjernes fra kassen og, etter mindre modifikasjoner, installeres i midten av den lystette kassen med et lokk som kan åpnes.Modifikasjonen av brettet besto av omlodding av USB-kontakten for å gjøre det mulig å installere ekstra beskyttelsesglass på overflaten av CCD-matrisen og forsegle overflaten av brettet.
Et gjennomgående hull er laget i husdekselet, i midten av hvilket en blokk på tre LED-er forskjellige farger av glød (rød, grønn, blå), som er en lyskilde. Blokkere LED-er, på sin side er dekket med et lystett hus. Avsidesliggende sted LED-er fra overflaten av matrisen kan du danne en tilnærmet parallell lysstråle på måleobjektet.
CCD-matrisen er koblet til PC-en ved hjelp av en USB-kabel. Programvaren er standard og følger med webkameraet.
Mikroskopet gir bildeforstørrelse på 50...100 ganger, med en optisk oppløsning på ca. 10 mikron med en bildeoppdateringsfrekvens på 15 Hz.
Utformingen av mikroskopet er vist i fig. 4 (ikke i skala).
For å beskytte den mot mekanisk skade, er kvartsbeskyttelsesglass 6 med dimensjoner 1x15x15 mm installert på inngangsvinduet til CCD-matrisen 7 for å beskytte det mot mekanisk skade. Beskyttelse av det elektroniske kortet mot væsker og mekanisk skade sikres ved å forsegle overflaten med silikonforsegling 8. Objektet under studie 5 er plassert på overflaten av beskyttelsesglass 6. Belysning LED-er 2 er installert i midten av hullet i dekselet 4 og er dekket fra utsiden med et lystett plasthus 3. Avstanden mellom objektet som studeres og blokken LED-er er omtrent 50...60 mm.
Lysdiodene (fig. 5) drives av batteri 12 av tre seriekoblede galvaniske celler med en spenning på 4,5 V.Strømmen slås på ved hjelp av bryteren SA1, LED HL1 (1 i fig. 4) er en indikatorlampe, plassert på beskyttelseshuset og signaliserer tilstedeværelsen av forsyningsspenning. Lysdiodene EL1–EL3 slås på, og dermed velges lysfargen med bryterne SA2–SA4 (13) plassert på sideveggen av huset 11.
Motstander R1, R3—R5 er strømbegrensende. Motstand R2 (14) er designet for å justere lysstyrken til lysdiodene EL1-EL3; den er installert på bakveggen av kabinettet. Enheten bruker konstante motstander S2-23, MLT, variable motstander - SPO, SP4-1. Strømbryter SA1 - MT1, brytere SA2 - SA4 - trykknapp SPA-101, SPA-102, LED AL307BM kan erstattes med KIPD24A-K
Siden den tilsynelatende størrelsen på utgangsbildene avhenger av egenskapene til skjermkortet som brukes og størrelsen på skjermen, krever mikroskopet kalibrering. Den består i å registrere et testobjekt (gjennomsiktig skolelinjal), hvis dimensjoner er kjent (fig. 6). Ved å måle avstanden mellom linjalstrekene på LCD-skjermen og korrelere dem med den sanne størrelsen, kan du bestemme bildeskalaen (forstørrelsen). I dette tilfellet tilsvarer 1 mm av monitorskjermen 20 mikron av det målte objektet.
Ved hjelp av et mikroskop kan du observere ulike fenomener og måle objekter. I fig. Figur 7 viser et bilde av laserperforering av en 500 rubel seddel. Gjennomsnittlig diameter på hullene er 100 µm, og en variasjon i formen på hullene er synlig. I fig. Figur 8 viser et bilde av en Hitachi fargebilderørmaske. Diameteren på hullene er omtrent 200 mikron.
En edderkopp, dens ben og bart ble valgt som eksempler på biologiske gjenstander; de er vist i fig. 9 og fig. 10, henholdsvis (diameteren på værhåren er omtrent 40 mikron), forfatterens hår (diameteren er 80 mikron) - i fig.11, fiskeskjell - i fig. 12. Det er interessant å observere prosessene for oppløsning av stoffer i vann. Prosessene for å løse opp salt og sukker er gitt som et eksempel. I fig. 13,a og fig. 14a viser partikler av henholdsvis tørre salt- og sukkerkrystaller, og i fig. 13.6 og fig. 14.6 - prosessen med deres oppløsning i vann. Soner med økt konsentrasjon av stoffer og effekten av lysfokusering ved oppløsningssentre er tydelig synlige.
