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| 显微镜与手机的巧妙组合 | 发布于:2021/02/03 | |
| 生物实验课通常需要用显微镜观察生物体的微观结构，对于刚接触显微镜的中小学生来说，要快速、准确地找到被观察的目标具有一定难度，眼睛长时间对着显微镜的目镜容易疲劳，教师做的示范镜也不方便进行直观演示。目前虽然有些学校配有“高大上”的数码显微镜，能从一定程度上提高生物实验教学的效果，但专业数码显微镜的价格非常昂贵，对很多经费不足的学校来说不太现实。 也有一些老师直接将手机摄像头对准显微镜的目镜拍照，或从网上购买手机支架，将手机架在显微镜的目镜上方拍摄，但这些方法拍出的图片质量较差（如图1）。 鉴于此，我们利用手机等移动智能终端设备与电脑同屏或互传文件的功能，将显微镜的微观影像直接投影到多媒体屏幕上，大大提升了生物实验课的教学效果。 一、设计原理及方案 1.原理 利用透镜成像原理，根据手机的广角镜头与显微镜物镜的焦距，制作能将显微镜与手机镜头无缝结合的转接镜头，将显微镜视野内的微观影像放大，清晰地显示在手机屏幕上。显微镜手机转接镜头的光路简图如图2。 2.方案 用三块镜片制作一个既能与手机镜头焦距配套，又能与显微镜物镜焦距配套的转接镜头。先将手机摄像头与显微镜连接，把转接镜头像安装显微镜的目镜一样插入显微镜的镜筒上端，再将手机摄像头与转接镜头连接，便能满屏、清晰地對显微镜视野内的微观影像进行屏显、拍照、摄像、实时投屏等，方便教学。 为使手机影像稳定，可制作一个两端带卡槽的支架，将转接镜头的上端与支架连接，就能将手机固定在显微镜镜筒的上端。 针对不同手机摄像头位置不同的问题，可通过把支架分成手机固定支架与转接镜头支架实现。在手机固定支架上设置一条长滑槽，在转接镜头支架一端焊接一个连接螺杆，可使转接镜头支架与手机固定支架滑动与转动，以调节不同的角度，让不同手机的摄像头都能快速对准转接镜头。 还可将手机固定支架一端的卡槽设置成移动卡扣，使其能沿着滑槽移动，以调节手机固定支架的宽度，用来卡紧不同宽度的手机（如图3）。 二、制作材料、工具及加工技法 1.材料 报废的显微镜目镜镜片、目镜筒、不锈钢片、绒布、AB胶、螺丝、防滑硅胶垫、塑料棒。 2.工具 激光切割机、打磨机、砂纸、钢丝钳、尺子、小钢锉、起子、氩弧焊机、折弯机。 3.加工技法 激光切割、氩弧焊接、折弯、钻孔、胶粘等。 三、制作过程 1.利用报废显微镜目镜的镜片及目镜筒，根据手机摄像头与显微镜物镜焦距，经过反复组合调试，使其既能保证在手机上满屏、清晰地显示显微镜视野内的影像，又方便与转接支架连接。然后，用两块镜片制作转接镜头，将另一块镜片用微型螺丝固定在转接镜头支架上，方便与镜头连接或分离。转接镜头采用目镜镜筒，能使其如同安装目镜一样方便地安装在任何一台显微镜上（如图4）。 2.在电脑上利用激光切割机的软件，按手机的尺寸及手机摄像头的大小与位置，画出激光切割机切割不锈钢材料的尺寸及打孔的位置。将电脑上画好的切割图文件输入激光切割机，由激光切割机进行切割及打孔加工，获得制作支架的材料坯。然后将切好的不锈钢材料坯在砂纸上抛光（如图5）。 3.在抛光后的材料坯的一面涂满AB胶，并将绒布铺在胶上（使用绒布既可防滑，又可防止划伤手机），用重物压实，放置一晚后让胶干固。接着用折弯机将材料坯两端折好，用来固定手机（如图6）。 因转接镜头支架与移动卡扣需要滑动，不适合在手机固定支架上胶粘绒布，便在卡槽与移动卡扣的内侧面用AB胶粘上硅胶防滑垫。然后，用氩弧焊机在转接镜头支架的另一端底面与移动卡扣的底面分别焊上螺栓，将塑料棒锯成1厘米长的小段，用电钻在塑料棒中间钻孔，并用丝锥在孔内攻丝，做成转接镜头支架的锁紧螺母与移动卡扣的锁紧螺母。将螺栓从手机固定支架的滑槽内穿过，并用锁紧螺母拧紧固定。 4.在两端折好卡槽的手机固定支架的打孔处将绒布挖孔，然后安装转接镜头的固定螺圈，并将转接镜头拧紧固定。或将转接镜头支架、移动卡扣分别与手机固定支架用螺栓连接，显微镜手机转接器便制作成功了（如图7）。 四、使用方法 使用时，将手机插入手机固定支架的卡槽内，将手机的摄像头与支架上的转接镜头对准，并固定手机，将装好手机的显微镜手机转接器的转接镜头装入显微镜的镜筒上端，打开手机照相机，将待观察的玻片标本放在载物台上，转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，待物镜下端接近但不接触标本后再慢慢使镜筒上升，观察手机屏幕视频图像区，直到看到物像，再转动细准焦螺旋，使物像更清晰。 这时，便可通过手机对显微镜视野内的影像进行拍照或摄像。同时，也可在手机上启用相关软件与电脑互联，上传拍摄的影像文件，或实时投屏，在电脑上显示显微镜中的微观影像资料。此外，还可在大屏幕上展示教师的示范镜，也可直接插入任何一个学生的显微镜的镜筒上端，展示学生的实验成果（如图8）。 五、创新点 1.根据手机摄像头与物镜的焦距制作配套的转接镜头，利用光学放大的原理，能大大提高投屏影像的质量。 2.制作可调节的支架和转接镜头，将手机与显微镜结合，不但能稳定地利用手机对显微镜内的微观影像进行屏显、拍照、摄像、投屏等，而且能满足不同款式手机的需求，使其如同安装目镜一样方便地装在任何一台显微镜上。 3.将转接镜头与支架分离，利用固定在支架上的单块镜片，可使本转接器变成一款手机数码放大镜，做到一物多用。 4.本转接器为现代信息技术的智能移动终端在生物实验教学中的应用提供了示范与参考。作者：陈水章 陈鑫 来源：发明与创新·中学生 |
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