顯微鏡與手機(jī)的巧妙組合

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）。

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。

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題，可通過把支架分成手機(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）。

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）。

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）。

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）。

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，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）。

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）。

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。