Монтажный видеомикроскоп, часть 2

Материал из CADR
Перейти к: навигация, поиск
Статья в трёх частях
часть 1 часть 2 часть 3

Участники проекта

  • SergeyPRS (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.

Микроскоп-сборка-штатива-01.png

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

Микроскоп-сборка-штатива-02.png

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

Микроскоп-сборка-штатива-03.png
Микроскоп-сборка-штатива-04.png

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.

Микроскоп-сборка-штатива-05.png

Наращиваем толщину корпуса с помощью 2-х витков скотча.

Микроскоп-сборка-штатива-06.png

Устанавливаем в крепление для объектива.

Микроскоп-сборка-штатива-07.png

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

Микроскоп-сборка-штатива-08.png

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.

Микроскоп-сборка-штатива-09.png

Закрепляем.

Микроскоп-сборка-штатива-10.png

Собираем из деталей штатива крепление для камеры.

Микроскоп-сборка-штатива-11.png

Сверлим отверстия для крепления диска.

Микроскоп-сборка-штатива-12.png

Закрепляем камеру.

Микроскоп-сборка-штатива-13.png

Дорабатываем светильники для крепления на штативе:

Светодиодный с точечным светом.

Микроскоп-сборка-штатива-14.png

Светодиодный с рассеянным светом.

Микроскоп-сборка-штатива-15.png

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

Микроскоп-сборка-штатива-16.png

Сверление

Микроскоп-сборка-штатива-17.png

Сверлим отверстия в основной детали штатива и закрепляем переходник.

Микроскоп-сборка-штатива-18.png

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.

Микроскоп-сборка-штатива-19.png

Крепление матрицы

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

Микроскоп-сборка-штатива-20.png

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.

Микроскоп-сборка-штатива-21.png

Просверливаем отверстия для крепления кронштейнов светильников.

Микроскоп-сборка-штатива-22.png

Закрепляем светильники в кронштейне.

Микроскоп-сборка-штатива-23.png

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

Микроскоп-сборка-штатива-24.png

Закрепляем насадку с камерой.

Микроскоп-сборка-штатива-25.png

Конфигурация с минимальным увеличением

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/

Подключение монитора и питания

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.

Микроскоп-настройка-01.png

Регулируем фокус с помощью второго ролика, более точно.

Микроскоп-1.png

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

Микроскоп-настройка-03.png

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.

Микроскоп-результат-01.png

Минимальное увеличение

Максимальное увеличение