Проект "USB-Микроскоп своими руками"

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Волгоградский колледж машиностроения и связи»

«Цифровой USB –микроскоп своими руками»

Работу выполнили: Соловьев Евгений Александрович Группа 4-СТ-19

Андреев Георгий Игоревич Группа 17-МТР-19

Руководители проекта: Якубов Виктор Вадимович,

Коновалова Людмила Александровна,

преподаватели физики

Волгоград 2020

Актуальность нашей работы, заключается в том, что собранный прибор является универсальным, то есть может быть использован не только для учебной дисциплины «Физика», но и химии, биологии и т.д., что в условиях дефицита лабораторного оборудования имеет существенное значение.

Мир — окружающий нас вокруг, полон множества микроскопических элементов, которые невозможно увидеть человеческим глазом. Для этих целей люди используют микроскоп, позволяющий изучать то, что скрыто обычному взору.

Отличительной особенностью нашего прибора состоит в том, что им можно работать не только в дневное время, но и ночное время суток (очень важно при специальных исследованиях образцов).

Целями проекта - создание микроскопа и исследование его возможности.

Перед нами стояли следующие задачи:

- изучение литературы по теории оптических законов для работы микроскопа;

- изучение устройства и разнообразие видов микроскопов;

- поиск деталей и изготовление устройства;

- демонстрация работы прибора.

Микроскоп – (от лат. micros - малый и scopein - рассматривать, наблюдать) это оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов, не видимых невооруженным глазом. Функциональные и конструктивно-технологические части микроскопа предназначены для обеспечения работы микроскопа и получения устойчивого, максимально точного, увеличенного изображения объекта.

С точки зрения экономии материальных средств на изготовление USB-микроскопа использовался объектив Helios44m от старого фотоаппарата и web-камера Genius. Изготовленный прибор USB –микроскоп имеет следующие технические характеристики:

• увеличение изучаемых объектов в 10, 50 и 500 крат;

• способность фотографировать рассматриваемый объект;

• сохранять, распечатывать, делать коллекции готовых фото- и видеоматериалов.

Теперь давайте посмотрим, из чего же состоит предлагаемый микроскоп: в первую очередь это матрица web-камеры, крепление объектива, сам объектив, Helios44m, удлинительные кольца и подставка.

Этапы работы над проектом условно можно разделить на три составляющие, оптическая; механико-регулировочная; программная:

В-первую очередь мы использовали объектив «Гелиос 44М» (Helios44m) от зеркального фотоаппарата «Зенит» с фокусным расстоянием 58 мм с количеством 4 линз, находящихся в корпусе. При использовании объектива для микроскопа должна откликаться диафрагма на изменение значения апертуры на кольце диафрагмы, поэтому был заблокирован толкатель диафрагмы в зажатом положении, для чего был снят хвост-крепление объектива.

Затем переделке подлежала Web-камера Genius. С этой целью аккуратно был разобран корпус веб-камеры, чтобы добраться до её матрицы.

Первым делом необходимо было разобрать корпус — сняв кожух с передней полусферы, вынув резиновую заглушку, закрывающую посадочное место крепежного винта и выкрутив сам винт. Для выполнения указанных операций потребовалась тонкая крестовая отвертка.

Самым ответственным и главным шагом при переделке Web-камеры состояло в извлечении ИК-фильтра. Данный фильтр препятствует прохождения инфракрасной области спектра с длиной волны от 740 нм до 2500 нм (нанометров), а это могло препятствовать работе оптической части микроскопа. При удалении данного фильтра с целью безопасности использовались специальные защитные очки, так как ИК-фильтр стеклянный и мелкие кусочки стекла могли разлететься и прилететь в глаз.

Для трансформированной Web камеры был изготовлен специальный многослойный корпус, который обеспечивал устойчивое фиксирование самой матрицы камеры ее электронной начинки и выходного USB провода для сопряжения с компьютером.

Не менее главным конструктивно-механическим блоком микроскопа является механическая часть - штатив. Штатив включает в себя следующие основные блоки: основание и тубусодержатель.

Основание представляет собой блок, на котором крепится весь микроскоп. Оптическая часть закреплялась на механической части сопряженной с подставкой из пластика.

Тубусодержатель представляет собой блок, на котором закрепляются практически все оптические элементы микроскопа.

Увеличение и фокусировка микроскопа достигалась перемещением оптической части вдоль направляющей трубы с помощью вращения винта по боковой рейке.

Программное обеспечение включало драйвера для матрицы камеры сопряженной с операционной системой компьютера и универсальной программы обработки видеосъемки.

Сделанный нами микроскоп позволяет:

- увеличивать изучаемые объекты от 10 крат до 300 крат;

- фотографировать рассматриваемый объект в дневное и ночное время;

- снимать видеофильмы;

- изменять, сохранять, распечатывать, делать коллекции готовых фото- и видеоматериалов

Использование в образовательном  процессе нацелено:

- для повышения уровня мотивации и познавательной деятельности;

- для проведения лабораторных и практических работ, групповым методом и фронтально с использованием мультимедийного проектора, научно-исследовательской деятельности обучающихся;

- для организации исследовательской деятельности

Преимущества использования:

- изучать исследуемый объект не одному студенту, а группе одновременно, так как информация выводится на монитор компьютера;

- использовать изображения объектов в качестве демонстрационных таблиц для объяснения темы или при опросе обучающихся;

- изучать объект в динамике;

- создавать презентационные фото и видеоматериалы по изучаемой теме;

использовать изображения объектов на бумажных носителях.

Наш микроскоп прост в использовании, безопасен для зрения и затраты на его производство значительно меньше нежели цена на оптический или электронный микроскоп.

Этапы работы над проектом условно можно разделить на три составляющие, оптическая; механико-регулировочная; программная:

1. Разбор web-камеры, для извлечения пиксельной матрицы

2. Подставка для USB-микроскопа

3. Объектив с креплением в собранном виде

4.Сопряжение фокусера (устройство при помощи, которой изображение в окуляре наводят на резкость) с линзами фотообъектива Гелиос 44М через механические устройства (регулировочный кронштейн - обеспечивает увеличение и фокусировку мелких предметов от 10 крат до 500 крат, подкладки и т.д.).

4. Составление программного обеспечения, из существующих, методом установки необходимых драйверов и программ.

5. Интегрирование программного обеспечения с оптико-механической частью.

Собранный микроскоп позволяет использовать его в образовательном  процессе и способствует:

- повышению уровня мотивации и познавательной деятельности;

- проведению лабораторно-практических работ, групповым методом и фронтально с использованием мультимедийного проектора,

- научно-исследовательской деятельности студентов;

Преимущества использования:

- изучать исследуемый объект не одному студенту, а группе студентов одновременно, так как информация выводится на монитор компьютера;

- использовать изображения объектов в качестве демонстрационных таблиц для объяснения темы или при опросе обучающихся;

- изучать объект в динамике;

- создавать презентационные фото и видеоматериалы по изучаемой теме;

использовать изображения объектов на бумажных носителях.

Наш микроскоп прост в использовании, безопасен для зрения и затраты на его производство значительно меньше нежели цена на оптический или электронный микроскоп. Это одно из новейших направлений применения информационных технологий в современном образовательном учреждении. Оно способствует более прочному усвоению знаний, учебный процесс становится более доступным, наглядным, интересным.