簡(jiǎn)易數(shù)碼顯微鏡制作

摘要 在中學(xué)應(yīng)用顯微鏡的相關(guān)教學(xué)中，受學(xué)生的能力和經(jīng)驗(yàn)限制，對(duì)一些顯微結(jié)構(gòu)的觀察師生間往往不能配合，影響教學(xué)效果。單獨(dú)指導(dǎo)會(huì)增大教師的工作量，并且相當(dāng)數(shù)量的學(xué)校受經(jīng)費(fèi)制約，不能購(gòu)置數(shù)碼顯微鏡。這種情況下教師自己動(dòng)手。利用普通生物顯微鏡與視頻攝像頭可以自制一臺(tái)簡(jiǎn)易數(shù)碼顯微鏡，則可實(shí)現(xiàn)減少投入。達(dá)到數(shù)碼顯示顯微結(jié)構(gòu)的目的，方便教學(xué)活動(dòng)，減輕教師的工作，從而顯著提高顯微實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞 顯微鏡 目鏡 視頻攝像頭

中圖分類號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文件編號(hào)：1003－7586(2011)03－0046－02

在生物實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，顯微鏡是最常使用的工具之一。教師常常有這樣的體會(huì)，學(xué)生制作、使用的玻片標(biāo)本不可能統(tǒng)一，一些學(xué)生常常請(qǐng)教師單獨(dú)指導(dǎo)，一堂課下來(lái)教師的顯微鏡觀察時(shí)間最長(zhǎng)，常常將教師累得暈頭轉(zhuǎn)向。現(xiàn)在電腦、多媒體投影儀已經(jīng)步入學(xué)校課堂，如果應(yīng)用數(shù)碼顯微鏡則可以完美地解決這一問(wèn)題。但由于受經(jīng)費(fèi)等原因限制，很多學(xué)校特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)校還沒(méi)有數(shù)碼顯微鏡，如果教師能自己動(dòng)手制作一臺(tái)簡(jiǎn)易的數(shù)碼顯微鏡，即能方便教學(xué)，又可為學(xué)校節(jié)省一筆經(jīng)費(fèi)。

想要實(shí)現(xiàn)這一目的，制作者最好先簡(jiǎn)單了解一下光學(xué)顯微鏡的成像原理，以防止制作過(guò)程中走彎路。

1 顯微鏡的成像原理

顯微鏡實(shí)際上是一個(gè)復(fù)式放大鏡，它是把穿過(guò)微小物體的透射光經(jīng)過(guò)兩組凸透鏡進(jìn)行放大，以供人眼觀察。物體位于物鏡前方，離開(kāi)物鏡的距離大于物鏡的焦距，但小于兩倍物鏡焦距。所以，穿過(guò)物體的透射光經(jīng)物鏡以后，必然形成一個(gè)倒立的放大的實(shí)像A′B′，再經(jīng)目鏡放大為虛像A″B″后供眼睛觀察。目鏡的作用與放大鏡一樣。所不同的只是眼睛通過(guò)目鏡所看到的不是物體本身，而是物體被物鏡所成的已經(jīng)放大了一次的像。如果在眼球的位置放上底片或感光元件，則可在此處進(jìn)行拍攝。其明視距離為眼球到物像的距離，一般為250mm，明視距離是自制數(shù)碼顯微鏡計(jì)算放大倍數(shù)時(shí)的一個(gè)參數(shù)。光學(xué)顯微鏡其基本成像原理如圖1示。

所謂的數(shù)碼顯微鏡就是將光學(xué)顯微鏡中所看到的物像用攝像頭將其拍攝或錄制下來(lái)，根據(jù)圖1所示的顯微鏡成像原理，理論上任何攝像頭經(jīng)一定的處理后都可以安置在顯微鏡上，代替眼球的位置，進(jìn)行顯微電子拍照或錄像。

專業(yè)的電子目鏡是一種針對(duì)顯微鏡成像專門研制而成的光電顯微轉(zhuǎn)換裝置，使用CMOS或CCD芯片感光成像，可以方便地應(yīng)用于生物顯微鏡中，從而給觀察、教學(xué)、科研帶來(lái)了極大的快捷和便利。

根據(jù)這上述原理，教師可以利用性能較好的光學(xué)顯微鏡與去掉鏡頭的電腦視頻攝像頭對(duì)接實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，這樣顯微鏡就成了視頻攝像頭的鏡頭，視頻攝像頭的感光元件(CCD或CMOS)就替代了人的眼球。制作的數(shù)碼顯微鏡其實(shí)只有目鏡是真正的電子部分，而電子目鏡的接口制作就成了關(guān)鍵。

2 電子目鏡制作

自制電子目鏡步驟包括：顯微鏡及目鏡選擇、攝像頭選擇、接口制作、攝像頭與目鏡對(duì)接四個(gè)部分。

2.1顯微鏡及目鏡選擇

帶有聚光器的顯微鏡由于對(duì)光線及分辨率有很好的調(diào)節(jié)作用，是該制作的首選，但經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，如果要求不高，簡(jiǎn)易調(diào)光裝置的顯微鏡也可以。再有，由于攝像裝置的重力關(guān)系，顯微鏡應(yīng)盡量選用中學(xué)最常用的直立式單筒顯微鏡，一般不宜采用斜式單筒顯微鏡，也不宜采用雙目顯微鏡。目鏡：可取自普通中學(xué)用生物顯微鏡。如有可能最好單獨(dú)買一放大10倍以上目鏡，以保證原顯微鏡的非電腦顯示使用。

2.2攝像頭選購(gòu)

一般家用視頻頭即可，但需要達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：

(1)外形要求：結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，最好為柱形，以方便與顯微鏡對(duì)接；

(2)參數(shù)要求：視投入的費(fèi)用而定，分辨率越高成像越清晰，應(yīng)在130萬(wàn)像素以上；自動(dòng)白平衡；幀速度30幀／S；信噪比優(yōu)于48dB；24位真彩；USB2.0接口；手動(dòng)調(diào)焦功能即可。

2.3攝像頭接口制作

接口的外形呈“工”字形，是實(shí)現(xiàn)攝像頭與目鏡對(duì)接的關(guān)鍵部件之一。

方法一：找車床加工：用直徑小于接近鏡簡(jiǎn)直徑的金屬或塑料材料加工成兩個(gè)內(nèi)外的筒狀結(jié)構(gòu)，兩筒分別車上螺絲扣，能夠旋轉(zhuǎn)對(duì)接，可調(diào)整放大倍數(shù)；總長(zhǎng)度宜在10cm以內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，方便調(diào)整。在筒狀結(jié)構(gòu)上下端用萬(wàn)能膠或焊錫焊上螺絲墊(內(nèi)徑10mm以上，外徑小于鏡筒直徑，自行車的螺墊既可)，以方便與攝像頭及目鏡對(duì)接。注意保持兩螺絲墊片平行且與接口中心軸垂直；或者直接車成能套接的“工”字形接口。

方法二：用顯微鏡鏡筒蓋一只，用8mm鉆頭在上端蓋板中心打一通光孔備用，優(yōu)點(diǎn)是取材方便，但放大倍數(shù)較小。

方法三：因地制宜，采用日常生活能接觸到的材料，如機(jī)動(dòng)車零配件；水暖、潔具零配件等進(jìn)行相類似的制作；或采用直徑在1.5～2cm的不透明塑料管截成不等長(zhǎng)的幾段，分別放在目鏡上，用去掉鏡頭的攝像頭連接電腦按對(duì)接后的方式進(jìn)行測(cè)試，選取成像最佳的一段備用。

上述三種方法制得的接口其切面必須與中心軸垂直，以保證成像清晰。接口長(zhǎng)度越長(zhǎng)，放大倍數(shù)越大，但成像越暗，連接后的牢固性也越差。完工后一定要進(jìn)行清潔處理，以防污染目鏡或攝像頭感光芯片，影響成像質(zhì)量。

2.4組裝對(duì)接

在潔凈室內(nèi)將攝像頭鏡頭(片)小心卸掉保存好，視頻攝像頭鏡筒邊緣小心涂勻“二合一”快干萬(wàn)能膠，與上述方法之一制作的接口上端對(duì)接粘牢，粘牢后用鏡頭刷或洗耳球仔細(xì)除去攝像頭感光芯片和目鏡的灰塵。然后在接口的下端也同樣涂用萬(wàn)能膠與目鏡對(duì)接粘牢，組裝時(shí)要盡量保持各組件的光軸一致，膠水用量不宜過(guò)多，以免污染目鏡。至此，關(guān)鍵步驟完成。

3 軟件

電子目鏡制作完成后，還需拍照或錄像軟件支持，才能方便地應(yīng)用于常規(guī)顯微實(shí)驗(yàn)。可用的軟件很多，如電腦攝像機(jī)(3hpcnxji－v1.1)；攝像頭錄像專家(HXCap Video V33)等，即能夠進(jìn)行拍照，又能進(jìn)行錄像，這類軟件網(wǎng)上很多，可在大型網(wǎng)站中下載試用，使用前進(jìn)行病毒查殺。

4 使用

組裝后的攝像頭附帶目鏡按正常方法安裝在顯微鏡鏡筒上，將攝像頭的數(shù)據(jù)線按使用方法與電腦USB對(duì)接，如需驅(qū)動(dòng)的則安裝好攝像頭驅(qū)動(dòng)程序，啟動(dòng)攝像軟件。然后進(jìn)行按普通的顯微鏡使用操作，用普通日光燈光源或自然光就能達(dá)到要求。如果出現(xiàn)鏡筒下滑現(xiàn)象，可按顯微鏡的維修方法對(duì)旋粗準(zhǔn)焦螺旋或在齒條及齒輪間加上潤(rùn)滑油脂進(jìn)行解決。觀察到的物像可通過(guò)電腦屏幕或多媒體投影儀顯示給學(xué)生，即方便，又直觀；還可進(jìn)行拍照或錄像，保存在電腦中，以備后用。當(dāng)學(xué)校購(gòu)置成品的數(shù)碼顯微鏡后，可將自制的電子目鏡分解，如接口是用“二合一”萬(wàn)能膠膠合而成的，可適當(dāng)?shù)挠猛饬饶芡瓿赡跨R、接口與攝像頭的分解，恢復(fù)原狀，繼續(xù)發(fā)揮原有功能。

5 放大倍數(shù)計(jì)算

由于數(shù)碼設(shè)備所成的圖像大小與像素有很大關(guān)系，所以屏幕所顯示的放大倍數(shù)與顯微鏡的放大倍數(shù)并不一致，可參考用以下方式計(jì)算：

(1)用顯微鏡專用的測(cè)微尺對(duì)實(shí)際物體的大小進(jìn)行測(cè)量，再將自制數(shù)碼顯微鏡拍攝的物像按原尺寸打印，再進(jìn)行計(jì)算，求出放大倍數(shù)。

(2)可以用以下公式參考計(jì)算：

放大倍數(shù)=物鏡放大倍數(shù)×目鏡放大倍數(shù)×目鏡到攝像頭感光芯片距離(毫米)÷明視距離(明視距離為250mm)。

注意：該公式計(jì)算的放大倍數(shù)只是在數(shù)碼感光元件上物像的放大倍數(shù)，并不是指屏幕所看到的圖像的放大倍數(shù)。