Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2008 № 06
Телевизионные микроскопы сегодня непомерно дороги, да и в продаже их найти нелегко. Между тем сами по себе телекамеры в наши дни не редкость. Многим знакомы Веб-камеры, с помощью которых по Интернету можно вести разговор и видеть при этом собеседника. Часто встречаются и телекамеры, применяемые в качестве глазка в двери. И те и другие можно использовать для того, чтобы превратить компьютер в микроскоп.
Для наших опытов мы выбрали недорогую Веб-камеру фирмы «Логитех» в сферическом корпусе. Для начала попробовали ее с обычной лупой и легко получили увеличение. Если взять толстое увеличительное стекло от очков, то заметно, что большое увеличение сопровождается значительным искажением формы предмета и появлением на изображении радужной каймы. Лупу можно заменить объективом от фотоаппарата. В этом случае можно получить увеличение более двадцати крат при полном отсутствии искажений.
Казалось бы, камере доступно все, что видит наш глаз. Но попробуйте настроить микроскоп и направить свою телекамеру в окуляр микроскопа, туда, куда обычно смотрит наш глаз. На экране компьютера появится небольшое круглое пятно с очень невнятным изображением.
Попытки решить проблему наскоком, путем смены и разборки окуляров, добавления наугад каких-то линз, ничего не дают. В чем же дело?
Понять наши трудности поможет схема хода световых лучей в микроскопе, взятая из довольно редкого справочника Н.И. Кошкина «Элементарная физика» (Москва, 1991 г.). Здесь в отличие от многих других схем показан полный ход лучей — от точки на предмете до точки на сетчатке глаза. В нашем случае роль глаза будет выполнять телекамера (ее объектив — это как бы хрусталик глаза), а светочувствительная ПЗС-матрица камеры исполняет роль сетчатки.
Как можно понять из схемы, очень важно различие фокусных расстояний глаза и камеры. У глаза оно принимается равным 50 мм, а у обычных телекамер лежит в пределах от 6 до 12 мм. Поэтому большая часть лучей, идущих от точек предмета, обходят объектив камеры и на ее матрицу попадает лишь часть изображения. Для того чтобы все лучи попали в объектив камеры, нужно либо уменьшить фокусное расстояние окуляра, либо увеличить фокусное расстояние объектива камеры. И то и другое требует сложного расчета и специального подбора линз. Добавим к этому, что в описаниях телекамер параметры объективов не сообщаются, а зачастую определить их самостоятельно довольно трудно.
Ход световых лучей в микроскопе с присоединенной к нему телекамерой.
Старинный микроскоп и современная телекамера.
Но есть способ все эти трудности обойти. Ведь объектив микроскопа вначале создает действительное изображение. Его лучи «перехватывают» линзы окуляра и направляют в глаз. Но, если удалить окуляр, то простой фокусировкой это изображение можно получить на стене или на потолке. Этим иногда пользуются на лекциях, чтобы показать детали микропрепарата сразу целой аудитории. Но для получения достаточно яркого изображения здесь требуется столь сильное освещение объекта, что в большинстве случаев живые клетки погибают.
Проделаем такой опыт. Вывернем из телекамеры объектив, удалим окуляр и присоединим саму камеру к отверстию тубуса микроскопа (микроскопы всегда имеют так называемую «револьверную» головку с набором сменных объективов). Поставим объектив с самым малым увеличением и начнем аккуратно вращать ручку грубой настройки. Вскоре на всем экране компьютера мелькнет сильно увеличенное изображение препарата. Для того чтобы сделать его четким, покрутите рукоятку тонкой настройки (кремальерного механизма). Увеличения масштаба изображения на мониторе мы добьемся сменой объективов при повороте револьверной головки.
Сразу же станет заметно, что очень сильного освещения препарата не требуется. Чувствительность камеры достаточно велика. В наших опытах при освещении прозрачного объекта при помощи луча света лампы 100 Вт, расположенной на расстоянии 1,5 м (луч направляется в отверстие предметного столика плоским зеркалом), ПЗС-матрица как бы «захлебывалась», переходила на нелинейный режим. В средней части экрана появлялось желто-оранжевое пятно, лишенное деталей изображения. Для устранения даже приходилось «сбивать», намеренно ухудшать освещение до такого уровня, который для обычного наблюдения через окуляр считается недостаточным. Несмотря на это, изображение на экране получается превосходным. При помощи телекамеры удается вести длительное наблюдение живых клеток, не опасаясь их гибели.
Укрепить телекамеру на тубусе микроскопа можно при помощи виниловой изоляционной ленты, как это показано на рисунке. Верхнюю кромку тубуса следует во избежание случайного контакта с элементами платы камеры оклеить изолентой с внутренней и наружной стороны.
А. ИЛЬИН
Рисунки автора
* * *Дорогие друзья, как и обещали, мы попросили ряд федеральных ведомств прокомментировать статью «Проблема поющего крюка», опубликованную в «ЮТ» № 2 за 2008 г.
В статье, напомним, речь шла о том, что электромагнитные поля радио- и телевизионных передатчиков могут многократно усиливаться строительными конструкциями и превышать безопасные для человека величины.
Заместитель руководителя Федерального агентства по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор) O.Л. Митволь (мы обратились к нему, полагая, что человек — это все же часть природы и условия его жизни нуждаются в постоянном наблюдении) от комментариев воздержался.
Министерство информационных технологий и связи Российской Федерации в письме за подписью заместителя министра Б.Д. Антонюка констатировало, что «радиочастотный спектр должен использоваться рационально, эффективно и экономично», и сослалось на другие ведомства, которые должны осуществлять контроль радиочастот. И лишь Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор) сообщила, что проблема переизлучения электромагнитных полей будет дополнительно исследована.
Проверить все дома страны, конечно, в один день не удастся, и потому мы публикуем сегодня еще одну конструкцию индикатора напряженности электромагнитного поля, разработанную профессором В.Т. Поляковым.
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Рамочный УКВ-индикатор поля
В простом индикаторе поля УКВ-радиовещательных и ТВ-станций, о котором мы рассказывали, антенной служил раздвижной телескопический диполь — комнатная ТВ-антенна. Пользоваться им не слишком удобно из-за больших размеров даже в диапазоне УКВ. Ведь длина диполя должна составлять около половины длины волны.
Приходящая радиоволна, как известно, создает в диполе электрические колебания тока I и напряжения U. На рисунке 1 показано распределение амплитуд этих колебаний. Видно, что ток максимален в середине диполя, а напряжение — на его концах. Если провод диполя разорвать посередине и подключить нагрузку (детектор, кабель снижения), то сопротивление — отношение напряжения к току — составит около 73 Ом. Вот потому в телевидении принят 75-омный стандарт на кабели.
Диодный детектор имеет значительно большее сопротивление, то есть ему нужно большее напряжение и меньший ток.
Рис. 1
А что, если согнуть полуволновый диполь в кольцо и сблизить его концы, как показано на рисунке? Тогда на концах, то есть в точке питания, будет максимально возможное напряжение!
Именно так поступил Генрих Герц, экспериментально обнаруживший электромагнитные волны, создаваемые искровым вибратором, в 1887 году. Детекторы еще не были изобретены. Маленькие шарики на концах приемного резонатора Герца были сближены на расстояние в доли миллиметра, и при работе вибратора между ними проскакивали искорки.
Размеры кольца удается еще уменьшить, подключив в точке питания конденсатор переменной емкости (КПЕ) С1 (см. рис.). У нас получится колебательный контур из одновитковой катушки L1 и КПЕ С1 и появится возможность настраивать антенну на разные частоты, не изменяя ее размеров, а только вращая ручку КПЕ. Принимать она будет менее эффективно, чем развернутый полуволновый диполь, но напряжение на выводах создаст большее, за счет резонансных свойств. Остается подключить описанный ранее мостовой детектор и измерительный прибор — индикатор поля готов.
Рис. 2
Получился простой детекторный УКВ-приемник. Он содержит рамку диаметром 20 см — один виток медного провода ПЭЛ 2,0 или более толстого. Изоляция провода значения не имеет. Воздушный КПЕ должен иметь максимальную емкость не более 15 пФ, он может содержать одну подвижную и две неподвижных (или одну неподвижную и две подвижных) пластины площадью менее 1 см2, а если площадь несколько больше, то всего пару пластин. Подойдут КПЕ точной настройки от транзисторных приемников с КВ-диапазоном. Еще в приемнике диодный мост 4хГД507, блокировочный конденсатор емкостью 1000 пФ (величина его емкости некритична) и тестер М-832.
