Реклама на портале

Мой самодельный микроскоп из веб-камеры. Как сделать микроскоп из веб-камеры своими руками

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! ;)

В связи с сумасшедшими темпами развития радиотехники и электроники в сторону миниатюризации, всё чаще при ремонте аппаратуры приходится иметь дело с SMD радиокомпонентами, которые без увеличения, порой, даже рассмотреть невозможно, не говоря уж об аккуратном монтаже и демонтаже.

Итак, жизнь заставила поискать в интернете прибор, типа микроскопа, который можно было бы изготовить своими руками. Выбор пал на USB-микроскопы, самоделок которых предлагается очень много, но все они не могут быть использованы для пайки, т.к. имеют очень маленькое фокусное расстояние.

Я решил поэкспериментировать с оптикой и сделать USB-микроскоп, который бы удовлетворял моим требованиям.

Вот его фото:


Конструкция получилась довольно-таки сложной, поэтому подробно описывать каждый шаг изготовления не имеет смысла, т.к. это очень загромоздит статью. Опишу основные узлы и пошаговое их изготовление.

Итак, «не растекаясь мыслью по древу», начнём:
1. Я взял самую дешёвую веб-камеру A4Tech, честно скажу, мне её просто подарили из-за фигового качества изображения, на что мне было глубоко наплевать, лишь бы была исправной. Конечно, если бы я взял более качественную и, естественно, дорогую веб-камеру микроскоп получился бы с лучшим качеством изображения, но я, как Самоделкин, действую по правилу – «За неимением горничной, «любят» дворника», да и, к тому же, качество изображения моего USB-микроскопа для пайки меня устроило.




Новую оптику я взял из какого-то детского оптического прицела.



Чтобы крепить оптику в бронзовой втулке, я просверлил в ней (втулке) два отверстия ø 1,5 мм и нарезал резьбу М2.


В полученные отверстия с резьбой ввернул болтики М2, на концы которых приклеил бусинки для удобства откручивания и закручивания, чтобы менять положение оптики относительно пиксельной матрицы с целью увеличения или уменьшения фокусного расстояния моего USB-микроскопа.




Далее, я задумался о подсветке.
Конечно, можно было сделать светодиодную подсветку, например, из газовой зажигалки с фонариком, которая стоит копейки, или ещё из чего-нибудь с автономным питанием, но я решил не загромождать конструкцию и использовать питание веб-камеры, которое подаётся по USB кабелю от компьютера.

Для питания будущей подсветки, с USB кабеля, которым соединяется веб-камера с компьютером, я вывел два провода с мини-разъёмом (папа) – «+5v, от красного провода USB кабеля» и «-5v, от чёрного провода».



Чтобы минимизировать конструкцию подсветки, я решил использовать LED-светодиоды, которые выпаял из ленты LED-подсветки от разбитой матрицы ноутбука, благо, такая лента у меня давно лежала в «загашнике».


Изготовив при помощи ножниц, подходящего сверла и напильника кольцо нужного размера из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита и, вырезав с одной стороны кольцА дорожки для пайки LED-светодиодов и гасящих SMD-резисторов номиналом 150 ом, (в разрыв плюсового провода питания каждого светодиода поставил резистор 150 ом) спаял нашу подсветку. Для подключения питания с внутренней стороны кольца припаял мини-разъём (мама).



Чтобы соединить подсветку с объективом я применил (неиспользуемую для крепления стёкол объектива) круглую гайку с резьбой, которую припаял к внутренней стороне кольца подсветки (вот для чего я взял именно двухсторонний стеклотекстолит).


Итак, электронно-оптическая часть USB-микроскопа готова.



Теперь необходимо подумать о подвижном механизме для точной настройки резкости, подвижном штативе, основании и рабочем столике.
В общем, осталось придумать и создать механическую часть нашей самоделки.

Поехали…

2. В качестве подвижного механизма для точной настройки резкости я решил взять устаревший механизм для чтения дискет (в народе его называли «флопповод»).
Для тех, кто не застал сие «чудо техники», выглядит он вот так:




Короче, после полной разборки этого механизма, я взял ту часть, которая отвечала за движение считывающей головки, и, после механической доработки (обрезки, спиливания и обработки напильником) получилось вот что:




Для перемещения головки в флопповоде использовался микродвигатель, который я разобрал и взял из него только вал, закрепив его обратно на подвижный механизм. Для удобства вращения вала, на его конец, который был внутри корпуса двигателя, я надел ролик от скроллера старой компьютерной мышки.

Всё получилось, как я хотел, движение механизма было плавным и точным (без люфтов). Ход механизма составил 17 мм, что идеально для точной настройки резкости микроскопа при любом фокусном расстоянии оптики.

При помощи двух болтов М2 я закрепил электронно-оптическую часть USB-микроскопа на подвижный механизм для точной настройки резкости.




Создание подвижного штатива у меня не вызвало особых трудностей.

3. С времён СССР у меня в сарае валялся увеличитель УПА-63М, детали которого я и решил использовать. Для стойки штатива я взял вот такую готовую штангу с креплением, которая была в комплекте увеличителя. Данная штанга изготовлена из алюминиевой трубки с наружным ø 12 мм и внутренним ø 9,8 мм. Для её крепления к основанию я взял болт М10, ввернул его на глубину 20 мм (с усилием) в штангу, а остальную часть резьбы оставил, отрезав шляпку болта.






Крепление пришлось немного доработать, чтобы соединить его с подготовленными во 2 пункте деталями микроскопа. Для этого конец крепления (на фото) я изогнул под прямым углом и в отогнутой части просверлил отверстие ø 5,0 мм.



Далее всё просто – болтом М5 длиной 45 мм через гайки соединяем предварительно собранную часть с креплением и надеваем на стойку, закрепив стопорным винтом.



Теперь основание и столик.

4. С давних времён лежал у меня кусок полупрозрачной пластмассы светло-коричневого цвета. Поначалу я думал, что это оргстекло, но при обработке понял, что нет. Ну, да ладно – решил я его применить для основания и столика моего USB-микроскопа.


Исходя из габаритов ранее получившейся конструкции, и желании сделать большой столик для надёжного крепления плат при пайке, я вырезал из имеющейся пластмассы прямоугольник размером 250х160 мм, просверлил в нём отверстие ø 8,5 мм и нарезал резьбу М10 для крепления штанги, а так же отверстия для крепления основания столика.





К нижней части основания приклеил ножки, которые вырезал из подошвы от старых ботинок самодельным сверлом.


5. Столик выточил на токарном станке (на моём бывшем предприятии, у меня, конечно же, нет токарного станка, хотя есть 5-й разряд токаря) размером 160 мм.


В качестве основания для столика взял подставку для выравнивания

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.

Помните школьные уроки биологии, на которых мы рассматривали подкрашенные йодом клеточки лука в микроскоп? Каким таинственным казалось тогда проникновение в этот загадочный невидимый мир!

Оказывается, каждому из нас под силу сделать настоящий микроскоп из веб-камеры своими руками. Для этого не нужны специальные знания, достаточно нескольких предметов, которые найдутся в любом доме. При этом веб-камеру мы не испортим, она сможет работать так же, как работала раньше. Итак, нам понадобится:

USB веб-камера;
. скотч;
. ножницы;
. стойка (стержень, укрепленный на основании вертикально), способная работать как штатив;
. предметный столик, на котором мы будем раскладывать объекты наших будущих исследований;
. подсветка - любой источник света достаточной яркости, можно использовать даже фонарик мобильного телефона.

Итак, начнем! Первый шаг - превращение самой камеры в микроскоп. Для этого просто выкрутите ее объектив и вставьте обратно, но другой стороной. Получается потрясающий эффект увеличения. Хорошо, если камера для микроскопа хотя бы мегапиксельная. Можно взять и меньше, но коэффициент увеличения соответственно тоже будет меньше.


Следующий шаг - штатив. Чем он устойчивее, тем проще будет настроить микроскоп из веб-камеры. Лучше выбрать для него жесткий стержень, который надо укрепить на краю основания достаточного размера, со стороной примерно сантиметров 20.

На штативе, на высоте около 10 см делаем предметный столик размером с пачку сигарет. В его центре нужно сделать отверстие для подсветки снизу. Для столика подойдёт плотный картон, который на штативе легко закрепить с помощью Г-образного уголка и скотча. Уголок можно взять готовый или вырезать из тонкой жестянки, например консервной банки.

Остается закрепить на штативе, собственно, сам микроскоп из веб-камеры. Учтите, что объектив должен свободно приближаться к предмету всего на несколько мм, поэтому если форма передней части корпуса этого не позволяет, то его нужно снять. Веб-камера-микроскоп крепится по аналогии с предметным столиком, но не к самому штативу, а к шариковой ручке или к чему-нибудь подобному. А уже после этого ручку закрепляем на штативе так, чтобы была возможность продвинуть ее вверх или вниз на пару сантиметров для настройки фокуса. Закрепить можно тонкой медной проволокой.


Наш микроскоп из веб-камеры почти готов. Теперь обязательно нужно подсветить предметный столик снизу. Если вы не нашли ничего подходящего, воспользуйтесь маленьким зеркальцем. Устройте его под столиком под углом так, чтобы оно отбрасывало зайчика от источника света на предметный столик. Источником света может быть или фонарик.

Теперь нужно сфокусировать камеру. Подключите ее. На предметный столик положите лист бумаги с напечатанным текстом и, передвигая веб-камеру на наших импровизированных салазках, настройте резкость. Теперь вы знаете примерное

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.