数码显微镜是将显微镜看到的实物图像显示在屏幕上。传统的光学显微镜只能供一人使用,要分享显微镜的影像很困难,而数码显微镜可以与电脑连接,除了在电脑上显示外,也可以通过投影机播放,让更多的人观看。

我们可以利用闲置的电脑摄像头自制数码显微镜,其成像原理和微距摄影类似。

摄像头使用时物体离镜头的距离一般都大于2f(f是镜头的焦距),镜头到图像传感器的距离(镜头等价于一个凸透镜)在f到2f之间,因此在图像传感器上成的像总比原物体小。如果使镜头到图像传感器的距离大于2f,那么物体到镜头的距离就能在f到2f之间了,这时在图像传感器上成的像就大于原物体了。

我以前在单反相机上使用镜头倒置(用一个转接环把镜头反过来装)拍过微距照片,其原理是一般镜头都有前后透镜组成,其后透镜(靠近图像传感器的透镜)的焦距比前透镜组短,因此如果把镜头倒置则相当于把等价的凸透镜前移了,增加了凸透镜到图像传感器的距离,所以成的像就能变大了。

经拆解,发现电脑摄像头的镜头是一种广角镜头的结构:前透镜为凹透镜,后透镜为凸透镜,镜头倒置后拍摄微距的效果更明显。因此可以使用镜头倒置的方法将摄像头改制成数码显微镜。

改装摄像头

用于改装的摄像头

1.拆开摄像头

2. 取下镜头

3. 倒置安装镜头,用AB胶粘接

4. 组装

  将改装好的摄像头接在电脑上就可以测试效果了。经测试,显微镜的放大倍数约为1000。放大作用有两部分组成:一是在图像传感器上成的像比原物体大;二是图像传感器成的像通过电脑显示器显示又被放大了(放大倍数为显示器尺寸和图像传感器尺寸的比值)。总的放大倍数为上述两个放大倍数之积。

观看头发

观看百元钞票票面

观看手机屏幕,其红、绿、蓝发光点非常清晰。手机屏幕的每一个发光点都是由红、绿、蓝三种颜色组成的,利用三基色原理发出需要的颜色。

  在使用中发现聚焦比较困难,如果要稳定地观察生物标本,必须制作机架和照明装置,即做一个完整的数码显微镜。

下面介绍制作过程。

使用3D打印制作部件

制作照明电路板,由一只560欧电阻和一只发白光的LED串联而成,通过电脑USB接口取电。

组装

在发光孔上帖一块白色的有机玻璃,以得到均匀的光线。

装标本平台

装摄像头

组装完成

观察部分生物标本的效果

花粉萌芽

洋葱鳞片叶表皮

玉米种子纵切

植物根尖纵切

百合子房切片

蛔虫卵

蚯蚓横切

胃壁切片

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