顯微鏡與手機的巧妙組合
——顯微鏡手機轉(zhuǎn)接器的制作

■長沙市長郡芙蓉中學 陳水章 陳 鑫

生物實驗課通常需要用顯微鏡觀察生物體的微觀結(jié)構(gòu)，對于剛接觸顯微鏡的中小學生來說，要快速、準確地找到被觀察的目標具有一定難度，眼睛長時間對著顯微鏡的目鏡容易疲勞，教師做的示范鏡也不方便進行直觀演示。目前雖然有些學校配有“高大上”的數(shù)碼顯微鏡，能從一定程度上提高生物實驗教學的效果，但專業(yè)數(shù)碼顯微鏡的價格非常昂貴，對很多經(jīng)費不足的學校來說不太現(xiàn)實。

也有一些老師直接將手機攝像頭對準顯微鏡的目鏡拍照，或從網(wǎng)上購買手機支架，將手機架在顯微鏡的目鏡上方拍攝，但這些方法拍出的圖片質(zhì)量較差（如圖1）。

圖1

鑒于此，我們利用手機等移動智能終端設(shè)備與電腦同屏或互傳文件的功能，將顯微鏡的微觀影像直接投影到多媒體屏幕上，大大提升了生物實驗課的教學效果。

一、設(shè)計原理及方案

1.原理

利用透鏡成像原理，根據(jù)手機的廣角鏡頭與顯微鏡物鏡的焦距，制作能將顯微鏡與手機鏡頭無縫結(jié)合的轉(zhuǎn)接鏡頭，將顯微鏡視野內(nèi)的微觀影像放大，清晰地顯示在手機屏幕上。顯微鏡手機轉(zhuǎn)接鏡頭的光路簡圖如圖2。

圖2

2.方案

用三塊鏡片制作一個既能與手機鏡頭焦距配套，又能與顯微鏡物鏡焦距配套的轉(zhuǎn)接鏡頭。先將手機攝像頭與顯微鏡連接，把轉(zhuǎn)接鏡頭像安裝顯微鏡的目鏡一樣插入顯微鏡的鏡筒上端，再將手機攝像頭與轉(zhuǎn)接鏡頭連接，便能滿屏、清晰地對顯微鏡視野內(nèi)的微觀影像進行屏顯、拍照、攝像、實時投屏等，方便教學。

為使手機影像穩(wěn)定，可制作一個兩端帶卡槽的支架，將轉(zhuǎn)接鏡頭的上端與支架連接，就能將手機固定在顯微鏡鏡筒的上端。

針對不同手機攝像頭位置不同的問題，可通過把支架分成手機固定支架與轉(zhuǎn)接鏡頭支架實現(xiàn)。在手機固定支架上設(shè)置一條長滑槽，在轉(zhuǎn)接鏡頭支架一端焊接一個連接螺桿，可使轉(zhuǎn)接鏡頭支架與手機固定支架滑動與轉(zhuǎn)動，以調(diào)節(jié)不同的角度，讓不同手機的攝像頭都能快速對準轉(zhuǎn)接鏡頭。

還可將手機固定支架一端的卡槽設(shè)置成移動卡扣，使其能沿著滑槽移動，以調(diào)節(jié)手機固定支架的寬度，用來卡緊不同寬度的手機（如圖3）。

圖3

二、制作材料、工具及加工技法

1.材料

報廢的顯微鏡目鏡鏡片、目鏡筒、不銹鋼片、絨布、AB 膠、螺絲、防滑硅膠墊、塑料棒。

2.工具

激光切割機、打磨機、砂紙、鋼絲鉗、尺子、小鋼銼、起子、氬弧焊機、折彎機。

3.加工技法

激光切割、氬弧焊接、折彎、鉆孔、膠粘等。

三、制作過程

1.利用報廢顯微鏡目鏡的鏡片及目鏡筒，根據(jù)手機攝像頭與顯微鏡物鏡焦距，經(jīng)過反復組合調(diào)試，使其既能保證在手機上滿屏、清晰地顯示顯微鏡視野內(nèi)的影像，又方便與轉(zhuǎn)接支架連接。然后，用兩塊鏡片制作轉(zhuǎn)接鏡頭，將另一塊鏡片用微型螺絲固定在轉(zhuǎn)接鏡頭支架上，方便與鏡頭連接或分離。轉(zhuǎn)接鏡頭采用目鏡鏡筒，能使其如同安裝目鏡一樣方便地安裝在任何一臺顯微鏡上（如圖4）。

圖4

2.在電腦上利用激光切割機的軟件，按手機的尺寸及手機攝像頭的大小與位置，畫出激光切割機切割不銹鋼材料的尺寸及打孔的位置。將電腦上畫好的切割圖文件輸入激光切割機，由激光切割機進行切割及打孔加工，獲得制作支架的材料坯。然后將切好的不銹鋼材料坯在砂紙上拋光（如圖5）。

圖5

3.在拋光后的材料坯的一面涂滿AB膠，并將絨布鋪在膠上（使用絨布既可防滑，又可防止劃傷手機），用重物壓實，放置一晚后讓膠干固。接著用折彎機將材料坯兩端折好，用來固定手機（如圖6）。

圖6

因轉(zhuǎn)接鏡頭支架與移動卡扣需要滑動，不適合在手機固定支架上膠粘絨布，便在卡槽與移動卡扣的內(nèi)側(cè)面用AB 膠粘上硅膠防滑墊。然后，用氬弧焊機在轉(zhuǎn)接鏡頭支架的另一端底面與移動卡扣的底面分別焊上螺栓，將塑料棒鋸成1 厘米長的小段，用電鉆在塑料棒中間鉆孔，并用絲錐在孔內(nèi)攻絲，做成轉(zhuǎn)接鏡頭支架的鎖緊螺母與移動卡扣的鎖緊螺母。將螺栓從手機固定支架的滑槽內(nèi)穿過，并用鎖緊螺母擰緊固定。

4.在兩端折好卡槽的手機固定支架的打孔處將絨布挖孔，然后安裝轉(zhuǎn)接鏡頭的固定螺圈，并將轉(zhuǎn)接鏡頭擰緊固定。或?qū)⑥D(zhuǎn)接鏡頭支架、移動卡扣分別與手機固定支架用螺栓連接，顯微鏡手機轉(zhuǎn)接器便制作成功了（如圖7）。

圖7

四、使用方法

使用時，將手機插入手機固定支架的卡槽內(nèi)，將手機的攝像頭與支架上的轉(zhuǎn)接鏡頭對準，并固定手機，將裝好手機的顯微鏡手機轉(zhuǎn)接器的轉(zhuǎn)接鏡頭裝入顯微鏡的鏡筒上端，打開手機照相機，將待觀察的玻片標本放在載物臺上，轉(zhuǎn)動粗準焦螺旋，使鏡筒緩緩下降，待物鏡下端接近但不接觸標本后再慢慢使鏡筒上升，觀察手機屏幕視頻圖像區(qū)，直到看到物像，再轉(zhuǎn)動細準焦螺旋，使物像更清晰。

這時，便可通過手機對顯微鏡視野內(nèi)的影像進行拍照或攝像。同時，也可在手機上啟用相關(guān)軟件與電腦互聯(lián)，上傳拍攝的影像文件，或?qū)崟r投屏，在電腦上顯示顯微鏡中的微觀影像資料。此外，還可在大屏幕上展示教師的示范鏡，也可直接插入任何一個學生的顯微鏡的鏡筒上端，展示學生的實驗成果（如圖8）。

圖8

五、創(chuàng)新點

1.根據(jù)手機攝像頭與物鏡的焦距制作配套的轉(zhuǎn)接鏡頭，利用光學放大的原理，能大大提高投屏影像的質(zhì)量。

2.制作可調(diào)節(jié)的支架和轉(zhuǎn)接鏡頭，將手機與顯微鏡結(jié)合，不但能穩(wěn)定地利用手機對顯微鏡內(nèi)的微觀影像進行屏顯、拍照、攝像、投屏等，而且能滿足不同款式手機的需求，使其如同安裝目鏡一樣方便地裝在任何一臺顯微鏡上。

3.將轉(zhuǎn)接鏡頭與支架分離，利用固定在支架上的單塊鏡片，可使本轉(zhuǎn)接器變成一款手機數(shù)碼放大鏡，做到一物多用。

4.本轉(zhuǎn)接器為現(xiàn)代信息技術(shù)的智能移動終端在生物實驗教學中的應用提供了示范與參考。