Когда мы слышим слово «микроскоп» большинству на ум приходит тяжёлый громоздкий литой металлический штатив школьного биологического прибора, который помогал на уроках естествознания познавать внутренний мир живых клеток. Наверняка кто-то вспомнит медицинское оборудование, применяемое медиками в клинико-лабораторной диагностике, для примера, в центрах переливания крови и подобных: оно не располагает не то что к транспортировке, а даже к перемещению в пределах рабочего пространства. Технические специалисты и работники промышленных предприятий, уверен, знакомы с металлографическими микроскопами для микроанализа образцов металлов и сплавов: они сложной конструкции и совмещены с ПК, что не подразумевает их портативность. Но как быть, когда микроскопия требуется «здесь и сейчас», то есть там, где невозможно установить полноценный прибор? Тогда выходом становятся портативные решения того или иного типа: как полностью «аналоговые», вернее сказать, оптические, так с цифровой встроенной камерой высокого разрешения. У них обширное применение и много сфер, в которых оно оправдано.
Статья ставит перед собой цель дать описание с акцентом на функционал и применяемость приборов. Ещё мы рассмотрим, как они развивались и какие есть популярные разновидности. В заключении мы проведем обзор разных моделей из типичных представителей этого класса.
Время чтения: 23 минуты
Портативный микроскоп? Это очень просто!
История развития
Это устройство не новое. Свою родословную начинает ещё с начала XVIII века: это время характерно высокими темпами прогресса в науке, потребовавшей совершенных устройств, а также бурно развивающейся технической мыслью, готовой предложить эти самые новые разновидности.
Разрабатывали их многие конструкторы и инженеры, определившие принципы работы своих детищ. Одним из известнейших приборостроителей был англичанин Бенджамин Мартин (1704-1772), который впервые показал несколько миниатюрных проектов.
Его заслуженно считают величайшим конструктором и производителем микроскопов своего времени. Он оказал значительное влияние на развитие оптической и механической составляющих и сложных приборов в целом. Инженер начал карьеру школьным учителем, а также занимался публикацией книг по точным наукам, например, математике, и собственных трудов по микроскопии, которой был крайне увлечён. В наивысшей точке развития своего научно-технического творчества он открыл магазин научных инструментов и оптики в Лондоне, в лаборатории которого занимался разработкой своих многочисленных конструкций.
В 1738 году им был разработан первый универсальный прибор, ставший олицетворением нового микроскопа, который должен был стать портативным и поддерживать широкую область применения. Продуманная конструкция дала удобство установки объектов как для вертикального, так и для горизонтального метода наблюдения. Центральным конструктивным элементом выступает резьбовая опора, к которой крепятся столик и корпус. Его перемещением по резьбе добивались точной фокусировки, причём положение было произвольным (его даже удерживали в руках). В то время это было значительным шагом развития мини-приборов.
В том же 1738 году он представил новый вариант микроскопа, названный им «карманным» из-за его лёгкости и габаритов. Эта удачная конструкция стала популярной и позже была скопирована по всей Европе в нескольких вариациях, известных под общими названиями «барабанные микроскопы» или «карманные микроскопы системы Бенджамина Мартина». Основными элементами в них были две трубки («барабаны»): внутренней, в которой расположен пара двояковыпуклых линз, и внешней, служащей подставкой. Последняя производилась из картона и покрывалась окрашенной кожей морского ската — тогда популярного декоративного материала. Фокусировка выполнялась перемещением внутренней трубки вверх-вниз. Он относительно компактен: всего около шести дюймов (порядка 15 сантиметров) в высоту с полностью выдвинутой сердцевиной. Внешняя трубка с большим отверстием в передней части основания для освещения вогнутым зеркалом, вставленным в её днище. Исследуемые образцы устанавливались на специальный столик, обычно из слоновой кости или дерева и располагавшийся в небольшом отверстие в задней части. Более «дорогие» разновидности собирались из твёрдого чёрного африканского дерева или медных сплавов (латуни и подобных). Использовалось несколько сменных объективов различной степени увеличения. Также поздние модели отличает наличие микрометрических винтовых передач, чтобы делать точную фокусировку и перемещение образцов. Принципы и конструкция, заложенная в этом нём, стали основой для устройств, выпускаемых до сегодняшнего момента.
В 1760 году предоставили новую итерацию. Модель изготавливали из высокопрочных пород дерева и латуни. Она стала флагманской среди своего класса продавалась с автографом создателя на поверхности. Внутренняя трубка скользила вверх и вниз, предоставляя фокусировку изображения. Будучи поздней моделью «карманных» приборов, они тоже разрешали оперировать образцами при микроскопии. А ещё были оборудованы сменными латунными объективами, по конструкции схожими с современными.
В том же 1760 году вышел в свет новый световой компакт-микроскоп, ставший предтечей современных устройств со встроенным жидкокристаллическим дисплеем. Да, вы не ослышались. Достоинства: небольшие размеры и вес, система линз и зеркал, чтобы производить наблюдение одновременно несколькими людьми. Она проецировала картинку на мини-экран для непосредственного наблюдения через основное зеркало. Солнечный свет использовался для освещения и создания светового потока, формирующего изображение. В основании находится большое зеркало (для отражения света внутрь оптики), с опцией регулирования для оптимизации освещения. Корпус был изготовлен из картона, покрытого зелёной кожей акулы, и в основании содержит собирательную линзу. Предметный столик был расположен не под внутренней выдвижной трубкой-объективом, а, наоборот, в верхней его части и состоял из тонкой стеклянной пластины и механизмов для её точного перемещения и фиксации. Смена уровня увеличения достигалась путём перестановки объективов. Фокусировка приобрела высокую точность за счёт реечной передаче, управляемой шестернёй с ручкой.
Описанные модели были самыми совершенными в своё время и ещё многие десятилетия после.
Усложнение с совокупности с ограниченным набором доступных материалов и несовершенство технологии создания компактных линз поставили крест на серьёзное развитие на два столетия. Сегодня их аналоги делают из лёгких и прочных пластиков, оснащены компактными точечными светодиодными лампами, системой линз сложных форм, недоступных для изготовления в предыдущие столетия и/или цифровые камеры с дисплеями, серьёзным образом повлиявшие на портативность. Инженеры и конструкторы XVIII-XIX века не обладали такими технологиями.
В начале и середине XX века мини-микроскопы были распространены и использовались для специфических задач, к примеру, для быстрого анализа поверхности ювелирки или драгоценностей. Но уже конце столетия ситуация стала резко меняться с появлением высокопрочных пластиков, применяющихся для ускоренного и недорогого изготовления линз любой, даже очень сложной формы и корпусных изделий, и, что главное, широкое внедрение аналоговой и электронной базы. Это стало своеобразным периодом «ренессанса», когда они получили новые и очень перспективные направления развития. Теперь подробнее.
Разновидности портативных микроскопов
В настоящее время существует два чётких вектора развития: полностью оптические и оптико-электронные (как аналоговые, так и цифровые). Каждая со своим конструктивом, преимуществами и недостатками.
Полностью оптические микроскопы
Они без электронных частей, поэтому формирование изображения выполняется системой, в составе которой линзы и зеркала. Простые «карманные микроскопы», как правило, без предметного столика, так как размещаются непосредственно над объектом на нужном расстоянии и под необходимым углом. Старшие модели получили как его, так и более совершенную систему фокусировки, выполненную с помощью микровинтовых передач. Все они снабжены точечным источником света, основанным на сверхъярких светодиодных лампах белого свечения.
Составными частями являются:
- Окуляр. Непосредственно формирует изображение и нужен для наблюдения за объектом.
- Объектив. Отображает наблюдаемый объект, оптически его увеличивая.
- Предметный столик. Для размещения объекта. Может отсутствовать.
- Зеркало. Для отражения картинки на линзе. Может отсутствовать.
- Система фокусировки и изменения увеличения. Изменяет резкость и кратность. У простых моделей она ручная. Усовершенствованные оборудуются электроприводами.
- Свет. Встречается у большинства и выполняет точечное освещение наблюдаемого образца. Базируется на основе ярких светодиодов, испускающих белый свет.
- Питание. Как правило, это батарейки, реже литий-ионные аккумуляторные батареи. Держатель источника электропитания. Обычно вмонтирован в корпус, но выполняется и в виде отдельного блока.
Особенности их применения:
- Компактность и малый вес для применения в учебном процессе и образовательных целях, к примеру, изучать живую природу на уроках биологии.
- Большое увеличение для проверки ювелирных изделий и драгоценных камней.
- Возможность изменение расстояния и угла обзора — отличные качества для выявления дефектов фото- и киноплёнки, а также готовых фотографических снимков.
- Их использование оправдано в часовом деле и прочих высокоточных видах работ.
- В стоматологии и ортодонтии используют для микроскопического наблюдения за зубами или зубными протезами.
- Отлично подходят для микроанализа марок, денежных банкнот и остальных бумаг, имеющих защитные элементы.
- Для нумизматов он основной при изучении монет.
К плюсам можно отнести их крайнюю компактность, лёгкость и доступность. Применимы как профессионалами, так и любителями. Основной минус — ограниченное увеличение, связанное с технической невозможностью размещения сложной и эффективной оптики в столь компактном корпусе.
Оптико-электронные портативные микроскопы
Эта разновидность отличается тем, что оборудуется аналоговой или цифровой фото- и видеокамерой, а в некоторых случаях и ЖК-дисплеем. Камера повышает увеличение и качество. Базовые модели безштативные, а все оперирование ими происходит руками исследователя. Усовершенствованные версии получили легковесный штатив и созданы для анализа плат электроники и тому подобных образцов. Модели высшей ценовой категории с экраном, снимают фото и сохраняют видео, а также поддерживают геометрическое измерение.
В их состав включены:
- Объектив. Для получения изображения и его увеличения.
- Предметный столик. Им оборудованы некоторые модели, чтобы было где размещать образцы.
- Штатив (стойка). Для фиксации положения относительно объекта. Может отсутствовать.
- Аналоговая или цифровая камера. Узел базовый и именно он задаёт общее качество картинки. Повышенное разрешение светочувствительной матрицы увеличивает детализацию. Сегодня в большинстве вмонтированы цифровые фотовидеокамеры.
- Механизм фокусировки и установки увеличения. Помогает вручную задавать глубину резкости и необходимое масштабирование. Простые модели снабжены ручной системой. Более совершенные оборудуются электроприводом. Кроме того, дополнительное доступен не аппаратный, а программный способ увеличения (так называемый «цифровой зум»).
- Свет. Есть почти у всех устройств и нужен, чтобы точно освещать объекты. Основан на высокоярких LED-модулях нейтральной цветовой температуры.
- ЖК-дисплей. Для вывода картинки. Также его наличие повышает автономность. Модели без экрана требуют обязательного подключения к компьютеру или смартфону.
- Питание. В бездисплейных моделях выступает порт USB. При наличии дисплея питаются от литий-ионного аккумулятора.
Все они применимы в следующих задачах:
- Популярны там, где полнооптические приборы не могут дать требуемых характеристик, к примеру, при анализе дефектов (трещин) металлоизделий.
- Компактность с небольшим весом делает его подходящим для обучения. Например, школьникам помогает исследовать живую природу, используя возможность подключения к компьютеру и выводу результатов на «большой» экран или проектор.
- Фото- и видеокамера производит съёмку и запись, что особенно важно для наблюдения за изменяющимися процессами.
- Оптимален для украшений и драгоценностей.
- Производство электроники, электротехники и плат требует их применения для наблюдений, связанных с контролем качества.
- Исследователь может менять расстояние с углом обзора, что помогает найти артефакты на фотографической и киноплёнке, на фотоснимках.
- Популярен среди часовщиков и мастеров, занимающихся высокоточными операциями.
- Стоматологи и ортодонты применяют их, чтобы наблюдать за состоянием поверхности зубов или стоматологических протезов.
- Нумизматы применяют их как основной инструмент для проверки монет.
- Находят применение в технике для наблюдения за состоянием деталей машин и механизмов, а также для контроля труднодоступных узлов без их демонтажа.
- Подходят для микроисследования банкнот, марок и других видов защищаемых разными способами бумаг.
К плюсам можно отнести их высокую компактность, лёгкость и стоимость ниже цены стационарных аналогов. Бесспорным преимуществом стала недоступное полноптическим версиям увеличение, а также возможность фотографирования и видеозаписи с помощью ПК, телефона или на встроенную память. Применим как профессионалами, так и энтузиастами. Минус — необходимость внешнего приёмника видеосигнала. Возможностью непосредственного визуального наблюдения обладают только модели с LCD-дисплеем.
Обзор популярных моделей
Его отличает крайняя простота эксплуатации и доступность. Но между тем, устройство выполнено из качественного сверхпрочного пластика и снабжено отличной оптикой на 200 крат. Он снабжён встроенным светодиодным светильником белого света, питаемым тремя элементами LR1130, гарантирующим высокую яркость и длительность работы. Есть ручные регуляторы увеличения («зум») и корректировки фокуса, что даёт качественное изображения. Подойдёт для любых задач, а благодаря габаритам (85*25 мм.) и весу (50 гр.) легко всегда брать его с собой. Создан как для профессиональной микроскопии, так и в качестве учебного пособия для детей, к примеру, при изучении природы. Комплектуется чехлом.
- Недорогой.
- Качество сборки и материалов.
- Защитный чехол в комплекте.
- Отсутствуют
Его отличает наличие как белого, так и ультрафиолетового излучения. Белый свет нужен для подсветки образцов, а УФ-подсветка — исключительно при проверке банкнот, марок и других бумаг с защитой, светящейся в УФ-свете. Обладает средним увеличением от 30- до 60-крат. Питание от трёх элементов LR43, которые предоставляют яркую долговременную подсветку. Пригодится в профессиональной и любительской деятельности и станет вашим верным спутником в путешествии или при выездной работе. Комплектуется чехлом, шнурком, а также набором элементов питания.
- Невысокая стоимость.
- Высокое качество материалов.
- Наличие белой и УФ-подсветки.
- Чехол и шнурок в комплекте.
- Средне увеличивает изображения.
Это классический полностью оптический прибор для профессионалов в ювелирке, часовщиков и других областей, связанными с точностью. Обладает 40-кратным увеличением. Снабжён яркой LED-подсветкой. Корпус из прочного и лёгкого алюминиево-магниевого сплава; оптика изготовлена из полимерных линз превосходной чёткости. Окуляр снабжен наглазником из мягкого силиконового материала для удобной эксплуатации.
- Качественное изображение.
- Прочный корпус.
- Дорогой.
Его смело можно назвать удивительным. Позиционируется как детский учебный, но предлагает вашему ребёнку профессиональные возможности. Увеличивает до 250 крат, встроены яркие светодиоды. Создан для изучения частичек растений, насекомые и подобных. В комплекте много дополнительных аксессуаров, таких как держатель смартфона для рассматривания через камеру на экране аппарата, держатели образцов, футляр для их сбора и хранения, сумку и многие другие. Выполнен из высокопрочного ABS-пластика, совершенно безопасного. Он станет просто волшебным подарком для ребёнка, увлекающегося исследованием окружающего мира.
- Недорогой.
- Отличный вариант подарка.
- Качество комплектующих и безопасность эксплуатации.
- Отличная комплектация, включая в себя держатель, многофункциональный инструмент, кронштейн мобильного телефона, образец, сумку и заготовку для него, крышку, сумку для хранения растений, коробку для сбора насекомых, комплект наклеек.
- Отсутствуют.
Он исключительно для биологических исследований живых тканей и насекомых. Оборудован светопрозрачным столиком для препаратов, освещаемым LED-подсветкой снизу, как у стационарных версий. Он полнооптический, но увеличивает до рекордных 1000-крат. Особенностью стала возможность визуализации на экране планшета или смартфона с помощью камеры для записи фото и видео процесса.
- Качественные компоненты и сборка, безопасен.
- Идеален для биологических наблюдений.
- Относительно высокая стоимость.
Такие модификации называют бестселлерами. Они универсальные и функциональные, что сочетается со скромными габаритами и весом. Оптика из специального стекла предоставляет увеличение до 1000Х. Изображение через камеру поступает на компьютер. В комплекте программы для визуализации наблюдений, фото- и видеофиксации, некоторых измерительных и калибровочных работ. Система светодиодной подсветки для верной цветопередачи. Увеличение регулируется как ручным, так и программным способом. Фокусировка выполняется только вручную. Габариты предельно невелики и составляют 112*33 мм; вес около 100 грамм, что помогает без труда переносить его в кармане.
- Небольшая цена.
- Качество изображения.
- Программа с высоким функционалом.
- Простота эксплуатации.
- Отсутствуют.
Он создан для профессионалов. Его отличает оптика до 500-крат, а также сверхмегапиксельная камера, формирующая детализированное изображение и точную цветопередачу. Оборудован сменным объективом и заменяемым блоком точечной LED-подсветки. ПО поддерживает калибровку и настройку, делает фото и пишет видео исследовательского процесса в HD-разрешении и в различных форматах файлов.
- Превосходное качество.
- Высокофункциональное ПО.
- Сменный объектив.
- Дорогой.
Он откроет вашему ребёнку новый удивительный макромир живых тканей, растений, насекомых и просто мелких предметов, внутреннее устройство которых недоступно нашему зрению. Предлагает 1000-кратное увеличение, дающее превосходную детализацию. Встроенная подсветка, выполненная на ярких качественных светодиодах гарантирует равномерное освещение объекта и верную цветопередачу. Камера производит фото- и видеозапись, а карта памяти на 32 гигабайта, идущая в комплекте, позволяет сохранять полученные снимки и записи. Цветной 2-дюймовый экран из ЖК-модуля для увлекательного и комфортного процесса исследования.
- Отличное качество.
- Мощное увеличение.
- Множество интересных препаратов в комплекте.
- Отсутствуют.
Пригодный для эксплуатации как энтузиастом, так и профессионалом. Подходит как и для изучения живой природы при обучении, так и в занятости учёных-биологов, энтомологов и в прочих направлениях, в исследовании банкнот, монет, ювелирки. Ещё деталей машинерии, требующих оценки качества рабочих поверхностей. Снабжён многопиксельной цифровой камерой и качественным поворотным жидкокристаллическим HD IPS-дисплеем диагональю 2 дюйма. Литий-ионный аккумулятор ёмкость 700 мА/час способен дать до 2,5 часа непрерывной эксплуатации. Зарядка аккумуляторной батареи идёт от порта USB.
- Отличная стоимость.
- Встроенный LCD IPS-экран.
- Влагонепроницаемая сумка в комплекте.
- Отсутствуют.
Это сочетание качества и эргономики. Устройство наследует дизайн от профессиональных цифровых видеокамер, удобных для пользователя. С камерой с HD-разрешением и поворотным ЖК-экраном с диагональю 4 дюйма, он даёт превосходное качество визуализации. Применим в проверке и изучении монет, печатей, текстиля, микрогравировке и контроле драгоценностей, печатных плат, ремонте часов, исследованиях в ботанике, энтомологии и других отраслях. Оптика увеличивает от 80- до 800-крат, что в сочетании с матрицей HD-разрешения гарантирует качество картинки.
- Есть дисплей.
- Чехол, ремешок, набор соединительных кабелей в комплекте.
- Цена
Портативный микроскоп — важный инструмент в тех областях человеческой занятости, где требуется микроскопия с живыми тканями, драгоценными и малогабаритными объектами с гарантией точности. Биологические и энтомологические исследования, анализ деталей и частей электроники, контроль подлинности банкнот и монет, осмотра кино- и фотоплёнок и готовых снимков и многие другие области науки и техники доступны оптическим и оптико-электронным девайсам.
Сегодня была описана эволюция приборов и освещены их конфигурации. В заключительной части дан обзор популярных модификаций и версий устройств.
