Как из камеры наблюдения сделать микроскоп. Микроскоп своими руками — пошаговая инструкция как сделать самодельное устройство для пайки

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.

Здравствуйте, хабрапользователи! В этом посте будет показано, как сделать из старой веб-камеры качественный микроскоп . Сделать это действительно просто. Если заинтересовало - продолжение под хабракатом.

Шаг 1: необходимые материалы

Собственно, сама веб-камера
Отвёртка
Суперклей
Пустая коробка
Мозг и немного свободного времени

Шаг 2: Вскрытие веб-камеры

Для начала вскройте вашу камеру. Но будьте осторожны, остерегайтесь повреждения датчика CMOS.

Нужно продлить провода кнопки захвата, чтобы получать неподвижные изображения. Я также достал провода включения/выключения светодиодов. Они были серого и жёлтого цветов (у вас может отличаться).

Шаг 3: Работа с объективом

Теперь нам нужно перевернуть объектив над сенсором CMOS. Поместите его в 2-3 мм от этого сенсора и закрепите (например, суперклеем).

Шаг 4: Собираем камеру

После переворачивания объектива, соберите камеру назад. Теперь она готова к использованию в качестве микроскопа.

Шаг 5: Финальный этап

Сейчас нужно закрепить камеру на коробке, как показано на фото. Теперь она готова к получению изображений!
Также можно положить зеркало, для того чтобы свет распространялся по всему «объекту исследования» и под ним. Теперь наш микроскоп полностью готов!

Несколько снимков, сделанных на эту веб-камеру/микроскоп

Наслаждайтесь! ;)

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

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

Тычинка и пестик цветка

Сейчас Web-камеры стали очень недорогими и доступными устройствами. Конечно, их можно использовать не только для общения в Интернете, ведь даже простейшая камера это все же какое-никакое устройство видеорегистрации. Матрицы современных камер очень малы - это позволяет снизить их стоимость и получить высокое разрешение. Этой особенностью можно с успехом воспользоваться, чтобы построить на основе Web-камеры несложный микроскоп. Принцип его действия основан на том, что чем меньше фокусное расстояние линзы, тем большее увеличение она обеспечивает, объективы же Web-камер рассчитаны на работу с очень маленькими матрицами и имеют, соответственно, очень короткое фокусное расстояние - обычно в пределах 3-4 мм. Чтобы обеспечить работу объектива камеры в режиме микроскопа его достаточно перевернуть передним концом к камере. Действительно, в нормальном положении задний край объектива распологается очень близко к камере, а объект съемки расположен относительно далеко. Перевернув объектив мы получаем возможность рассмотреть очень близко расположенный (вместо матрицы) предмет, сфокусировав его изображение на относительно удаленную матрицу и при этом объектив работает в нормальном для себя режиме, ведь ход лучей в линзовой системе обратим и, в общем, неважно, с какой стороны расположен предмет, а с какой - фотоприемник. (Кстати, этот прием перевернутого объектива широко используется и при макросъемке в классической фотографии)

Итак, нам нужна любая Web-камера с вывинчивающимся объективом, несколько деталей детского металлического конструктора для сборки основания и фокусировочного механизма, пара винтов и светодиод с батарейкой для подсветки. Для примера я использовал дешевую 1,3-мегапиксельную камеру Trust.

Чтобы камеру можно было легко вернуть в исходное состояние, объектив в перевернутом виде закреплен на камере с помощью декоративного кольца и резинки, конструкция фокусировочного механизма понятна из фотографии. Обратите внимание: рейки, на которых крепится камера в рабочем положении должны быть горизонтальны - иначе при наводке на резкость предмет будет смещаться в поле зрения.

Предметный столик, роль которого играют обычные бельевые прищепки с немного подпиленными зажимающими поверхностями подсвечен снизу белым светодиодом. Желательно предусмотреть возможность регулировки яркости подсветки.

Естественно, эта конструкция не является единственно возможной и разработка собственного варианта может стать очень увлекательной технической головоломкой.

Осталось только установить в держатели-прищепки предметное стекло с препаратом и подключить камеру к компьютеру.

Для оценки увеличения микроскопа проще всего сфотографировать пиксели на экране монитора - их реальный размер легко определить, зная размер монитора и его разрешение.

Для примера и оценки увеличения я привожу фрагмент снимка простейшего препарата, знакомого всем по урокам биологии - клеток лука. Впрочем, можно получить и большее увеличение - для этого нужно отодвинуть объектив от матрицы web-камеры с помощью дополнительной втулки.