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    顯微鏡與手機(jī)的巧妙組合
    ——顯微鏡手機(jī)轉(zhuǎn)接器的制作

    2020-07-15 06:29:08長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡芙蓉中學(xué)陳水章
    發(fā)明與創(chuàng)新 2020年30期
    關(guān)鍵詞:鏡筒目鏡卡扣

    ■長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡芙蓉中學(xué) 陳水章 陳 鑫

    生物實(shí)驗(yàn)課通常需要用顯微鏡觀察生物體的微觀結(jié)構(gòu),對(duì)于剛接觸顯微鏡的中小學(xué)生來(lái)說(shuō),要快速、準(zhǔn)確地找到被觀察的目標(biāo)具有一定難度,眼睛長(zhǎng)時(shí)間對(duì)著顯微鏡的目鏡容易疲勞,教師做的示范鏡也不方便進(jìn)行直觀演示。目前雖然有些學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果,但專業(yè)數(shù)碼顯微鏡的價(jià)格非常昂貴,對(duì)很多經(jīng)費(fèi)不足的學(xué)校來(lái)說(shuō)不太現(xiàn)實(shí)。

    也有一些老師直接將手機(jī)攝像頭對(duì)準(zhǔn)顯微鏡的目鏡拍照,或從網(wǎng)上購(gòu)買手機(jī)支架,將手機(jī)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(jī)等移動(dòng)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(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。

    一、設(shè)計(jì)原理及方案

    1.原理

    利用透鏡成像原理,根據(jù)手機(jī)的廣角鏡頭與顯微鏡物鏡的焦距,制作能將顯微鏡與手機(jī)鏡頭無(wú)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(jī)屏幕上。顯微鏡手機(jī)轉(zhuǎn)接鏡頭的光路簡(jiǎn)圖如圖2。

    圖2

    2.方案

    用三塊鏡片制作一個(gè)既能與手機(jī)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(jī)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(jī)攝像頭與轉(zhuǎn)接鏡頭連接,便能滿屏、清晰地對(duì)顯微鏡視野內(nèi)的微觀影像進(jìn)行屏顯、拍照、攝像、實(shí)時(shí)投屏等,方便教學(xué)。

    為使手機(jī)影像穩(wěn)定,可制作一個(gè)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(jī)固定在顯微鏡鏡筒的上端。

    針對(duì)不同手機(jī)攝像頭位置不同的問(wèn)題,可通過(guò)把支架分成手機(jī)固定支架與轉(zhuǎn)接鏡頭支架實(shí)現(xiàn)。在手機(jī)固定支架上設(shè)置一條長(zhǎng)滑槽,在轉(zhuǎn)接鏡頭支架一端焊接一個(gè)連接螺桿,可使轉(zhuǎn)接鏡頭支架與手機(jī)固定支架滑動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng),以調(diào)節(jié)不同的角度,讓不同手機(jī)的攝像頭都能快速對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)接鏡頭。

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

    圖3

    二、制作材料、工具及加工技法

    1.材料

    報(bào)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(jī)、打磨機(jī)、砂紙、鋼絲鉗、尺子、小鋼銼、起子、氬弧焊機(jī)、折彎?rùn)C(jī)。

    3.加工技法

    激光切割、氬弧焊接、折彎、鉆孔、膠粘等。

    三、制作過(guò)程

    1.利用報(bào)廢顯微鏡目鏡的鏡片及目鏡筒,根據(jù)手機(jī)攝像頭與顯微鏡物鏡焦距,經(jīng)過(guò)反復(fù)組合調(diào)試,使其既能保證在手機(jī)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(tái)顯微鏡上(如圖4)。

    圖4

    2.在電腦上利用激光切割機(jī)的軟件,按手機(jī)的尺寸及手機(jī)攝像頭的大小與位置,畫出激光切割機(jī)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(jī),由激光切割機(jī)進(jìn)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(jī)),用重物壓實(shí),放置一晚后讓膠干固。接著用折彎?rùn)C(jī)將材料坯兩端折好,用來(lái)固定手機(jī)(如圖6)。

    圖6

    因轉(zhuǎn)接鏡頭支架與移動(dòng)卡扣需要滑動(dòng),不適合在手機(jī)固定支架上膠粘絨布,便在卡槽與移動(dòng)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(jī)在轉(zhuǎn)接鏡頭支架的另一端底面與移動(dòng)卡扣的底面分別焊上螺栓,將塑料棒鋸成1 厘米長(zhǎng)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(dòng)卡扣的鎖緊螺母。將螺栓從手機(jī)固定支架的滑槽內(nèi)穿過(guò),并用鎖緊螺母擰緊固定。

    4.在兩端折好卡槽的手機(jī)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?;?qū)⑥D(zhuǎn)接鏡頭支架、移動(dòng)卡扣分別與手機(jī)固定支架用螺栓連接,顯微鏡手機(jī)轉(zhuǎn)接器便制作成功了(如圖7)。

    圖7

    四、使用方法

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

    這時(shí),便可通過(guò)手機(jī)對(duì)顯微鏡視野內(nèi)的影像進(jìn)行拍照或攝像。同時(shí),也可在手機(jī)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(shí)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(gè)學(xué)生的顯微鏡的鏡筒上端,展示學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果(如圖8)。

    圖8

    五、創(chuàng)新點(diǎn)

    1.根據(jù)手機(jī)攝像頭與物鏡的焦距制作配套的轉(zhuǎn)接鏡頭,利用光學(xué)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(jī)與顯微鏡結(jié)合,不但能穩(wěn)定地利用手機(jī)對(duì)顯微鏡內(nèi)的微觀影像進(jìn)行屏顯、拍照、攝像、投屏等,而且能滿足不同款式手機(jī)的需求,使其如同安裝目鏡一樣方便地裝在任何一臺(tái)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(jī)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(dòng)終端在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用提供了示范與參考。

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