Текущая версия на 13:42, 25 декабря 2021

Статья в трёх частях
часть 1	часть 2	часть 3

Содержание

1 Участники проекта
2 Видеомикроскоп на основе EKEN H9

Участники проекта

Сергей (идея, реализация, подбор/поиск компонентов, сборка)
avp (моделирование, 3D-печать)

Видеомикроскоп на основе EKEN H9

Матрица

Конструкция разработана на основе информации предоставленной Максимом Коржавиным (@LitLageR)

В первой версии видеомикроскопа используется action-камера EKEN H9, скорее всего можно использовать и другие модели action-камер. ПО EKEN H9 имеет проблемы, отсутствует возможность сделать снимок при выводе изображения через hdmi на внешний монитор. Если вы подберете более подходящую модель камеры -- сообщите в Telegram-группу @cadr_hackerspace или в нашу Matrix-комнату (#cadr-hackerspace:matrix.org).

EKEN H9

На основе теории описанной в 1-й части статьи.

Для фиксированного значения разрешения характеристики лучше у матрицы большей площади. Меньше шумов т.к. меньше плотность пикселей. Больше чувствительность к свету, т.к. площадь больше. Но объектив нужно приближать сильнее к рабочей плоскости для заполнения кадра, это уменьшает рабочее расстояние и грип. Грип можно увеличить, уменьшая апертуру сильнее, это позволяет сделать матрица большей площади, т.к. дифракционный лимит дальше. А рабочее расстояние можно увеличить используя объектив с большим фокусным расстоянием. Но чем больше матрица, тем больше аберраций она захватывает по краям кадра, соответственно нужен более качественный/дорогой объектив с минимальными аберрациями.

В конструкции используется объектив Гелиос-44М и Волна-9.

Разрешающая способность объективов серии Гелиос в центре выше, чем по краю, описано в документации.

В обзорах отмечается наличие аберраций на периферии кадра.

Разрешающая способность объектива Волна-9 в центре выше, чем по краю, описано в документации ("Разрешающая способность по ТУ (центр/край): 42/30 линий/мм")

Учитывая, что особенность выбранных объективов - наличие аберраций на периферии кадра нужно выбирать матрицу меньше, чем площадь кадра которую проецирует объектив, т.е. кропнутую матрицу.

В конструкции используется матрица от action камеры eken h9 с размером 1/3", диагональ 5,64мм, физические размеры 4,8мм × 3,6мм, кроп-фактор 7,5, разрешение в режиме видео 1920 x 1080 (https://www.avito.ru/rossiya?q=eken).

Объектив

EKEN H9

Подробнее о выборе объектива -- в первой части, в разделе объектив.

В конструкции протестированы объективы:

Гелиос-44М - с переключателем диафрагма ручная/автомат, объектив который имеет только диафрагму автомат не подходит для этой конструкции.
Волна-9 https://radojuva.com/2012/11/obzor-ms-volna-9-2-850-macro/

https://www.avito.ru/rossiya?q=%D0%BE%D0%B1%D1%8A%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2

Поляризационный фильтр

Marumi Circular PL 52mm

В конструкции используется фильтр:

"Поляризационный фильтр Marumi Circular PL 52mm"

https://www.avito.ru/rossiya?q=cpl+52mm

Монитор

ProLite XB2483HSU

В этой конструкции используется монитор ProLite XB2483HSU.

Разрешение в соответствии с разрешением матрицы 1920 x 1080.

HDMI-интерфейс для вывода изображения напрямую с камеры.

https://www.avito.ru/rossiya?q=hdmi+hd+%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BE%D1%80

Штатив

Фотоувеличитель УПА-601

В этой конструкции используется штатив от фотоувеличителя УПА-601

В нем много лишних деталей, при сборке оставить только отмеченные на фото.

https://www.avito.ru/rossiya/fototehnika?q=%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%83%D0%B2%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C

Переходник для крепления

Переходник m42 canon eos

На штатив нужно установить переходник для крепления объектива с резьбой м42

https://www.avito.ru/rossiya/fototehnika?q=m42+canon+eos

Макрокольца

Макрокольца "Зенит"

В этой конструкции используются макрокольца "Зенит"

https://www.avito.ru/rossiya/fototehnika?q=%D0%BC%D0%B0%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%B0+%D0%B7%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%82

Реверсивное оборотное кольцо

КО-42/52

http://kamepa.ru/adapter.htm#cat_4 Реверсивные макрокольца (оборачивающие) 42х52

Рабочий стол

Штатив от УПА-601 надежно без люфтов фиксирует объектив, но конструкция в сборе весит около 3кг. Для надежного крепления лучше использовать рабочий стол с деревянной столешницей от 1см толщиной.

Сборка штатива

Используем штатное крепление, которое идет в комплекте с фотоувеличителем для крепления на чемодан, переворачиваем его, чтобы получить дополнительную высоту штатива.

Просверливаем отверстия в основании и закрепляем на поверхности используя винты и металлическое основание.

Устанавливаем первую часть штатива и пластиковую шайбу, с ней штатив плавно вращается вокруг своей оси.

Дорабатываем action камеру Eken H9R для установки на штатив.

Разбираем камеру до матрицы по инструкции на видео: https://youtu.be/QfiuazFaVEU

С задней части объектива скручиваем светофильтр, без него мы получим искаженные цвета на видео.

Наращиваем толщину корпуса с помощью 2-х витков скотча.

Устанавливаем в крепление для объектива.

Собираем камеру обратно по инструкции на видео, но без объектива.

Вырезаем из тонкого металла/картона/пластика диск. Вырезаем в нем отверстие для объектива (разметка с помощью циркуля). Закрепляем на нем винтами переднюю съемную стенку камеры.

Закрепляем.

Собираем из деталей штатива крепление для камеры.

Сверлим отверстия для крепления диска.

Закрепляем камеру.

Дорабатываем светильники для крепления на штативе:

Светодиодный с точечным светом.

Светодиодный с рассеянным светом.

Сборка и разметка

Циркуль, винты и гайки. Если делать отверстия сверлом по металлу диаметром на 0,5мм меньше диаметра винта, то винт можно вкручивать сразу в деталь, т.к. материал штатива - алюминий, достаточно мягкий, винт нарезает в нем резьбу без метчика. При этом гайки использовать не нужно.

Для сборки необходим крепёж:

Также необходим инструмент:

Разметка и установка крепления для объектива.

Замеряем радиус детали, выставляем на циркуле, размечаем окружности на листе, прикладываем деталь, отмечаем точки для сверления 3х отверстий.

Разметка

Сверление

Сверлим отверстия в основной детали штатива и закрепляем переходник.

Сверлим дополнительное отверстие, вкручиваем винт и устанавливаем насадку с камерой, регулируем по высоте, чтобы получить максимальное полезное рабочее расстояние. Этот узел будет выполнять 3 функции: 1. Адаптация рабочего отрезка для разных моделей объективов 2. Макрокольцо в фиксированном состоянии 3. Имитация макромехов, встроенный регулятор позволяет изменять расстояние от матрицы до объектива с точностью до 1мм.

Крепление матрицы

Для сборки микроскопа достаточно, чтобы центр матрицы и оптическая ось объектива совпали до 1мм, большая точность сборки на практике не потребовалась.

На фото крепление матрицы CCD, о ней подробнее в третьей части статьи.

Переворачиваем крепление на штативе, для этого разбираем узел с роликами, снимаем Г-образную деталь переворачиваем и снова собираем.

Просверливаем отверстия для крепления кронштейнов светильников.

Закрепляем светильники в кронштейне.

Собираем штатив, светильники разворачиваем под углом 45*(подробнее в разделе "Поляризационный фильтр" в первой части статьи).

Закрепляем насадку с камерой.

Конфигурация с минимальным увеличением

Объектив Гелиос-44М
Устанавливаем поляризационный светофильтр
Устанавливаем одно макрокольцо, задняя линза Гелиос-44М в крайнем положении упирается в корпус штатива и ее можно повредить если не установить макрокольцо.
Накручиваем
Закрепляем в штативе. На фото переключатель режима диафрагмы в ручном режиме, красная М.

Переходник для крепления светофильтра

После разворота объектива на 180* линза остаётся незащищенной. Для решения проблемы разработан и распечатан на 3D принтере переходник М42 на М52.

3D модель разработал и распечатал Артём "avp" Попцов.

Ссылка для скачивания: https://cloud.nntc.nnov.ru/index.php/s/oz9XLoAnikBBwfQ

Микроскоп-переходник-для-крепления-светофильтра-01.png

3D-модель

Конфигурация с максимальным увеличением

"Объектив МС Волна-9 2.8/50 MACRO в перевернутом положении с помощью реверсивного адаптера может снимать макро с увеличением 1:1."

https://radojuva.com/2012/11/obzor-ms-volna-9-2-850-macro/

Исходное состояние.
Накручиваем 3D-печатный переходник.
Вкручиваем светофильтр.
Переворачиваем.
Вкручиваем реверсивное кольцо.
В собранном виде.
Вкручиваем в штатив.

Подключение монитора и питания

Устанавливаем пилот, т.к. используется 4-5 разеток в зависимости от конфигурации.
Используя кабель hdmi - micro hdmi и micro usb подключаем монитор и питание.
Разъемы.
Видеомикроскоп в собранном состоянии без фокусировки.

Настройка

Устанавливаем объектив Гелиос-44М или Волна-9, см. выше. После небольшой практики вам будет понятно как получить нужное увеличение.

Если нужно максимальное увеличение поднимаем матрицу регулятором как можно выше и кольцом фокусировки выдвигаем переднюю линзу объектива.

Включаем камеру (управление штатными кнопками), включаем освещение, включаем монитор.

Основным роликом приближаем объектив к рабочей поверхности до появления фокуса, фиксируем винтом.

Регулируем фокус с помощью второго ролика, более точно.

Точную финальную регулировку фокуса делаем кольцом фокусировки на объективе. На экране появляется изображение.

Регулируем ГРИП с помощью диафрагмы, процесс описан в первой части в разделе "ГРИП".

Подбираем оптимальное расположение источников света: приближаем/отдаляем, выключаем один или включаем оба.

Ориентируясь на изображение вращаем поляризационный фильтр вокруг своей оси, подбираем положение в котором на изображении минимум бликов.

Принцип работы поляризационного объектива https://strobist.ua/blog/chto-takoe-polyarizatsionnyiy-filtr-cpl-i-dlya-chego-on-nuzhen/

Результат

Далее на фото для наглядности smd элементы в корпусе формфактора 01005, bga шарик 0,4мм и пятаки чипа диаметром 0,4мм.

Минимальное увеличение

Рабочее расстояние при этом максимальное.
игла шприца, bga шарик 0,4мм, smd в корпусе 01005 (Оригинал)
Инсулиновая игла и "пятаки" чипа 0,4мм (Оригинал)

Максимальное увеличение

Рабочее расстояние при этом минимальное.
игла шприца, bga шарик 0,4мм, smd в корпусе 01005 (Оригинал)
"пятаки" чипа 0,4мм (Оригинал)
Насекомое при максимальном увеличении (Оригинал)

Монтажный видеомикроскоп, часть 2 — различия между версиями