Для наших опытов мы выбрали недорогую Веб-камеру фирмы «Логитех» в сферическом корпусе. Для начала попробовали ее с обычной лупой и легко получили увеличение. Если взять толстое увеличительное стекло от очков, то заметно, что большое увеличение сопровождается значительным искажением формы предмета и появлением на изображении радужной каймы. Лупу можно заменить объективом от фотоаппарата. В этом случае можно получить увеличение более двадцати крат при полном отсутствии искажений.
Казалось бы, камере доступно все, что видит наш глаз. Но попробуйте настроить микроскоп и направить свою телекамеру в окуляр микроскопа, туда, куда обычно смотрит наш глаз. На экране компьютера появится небольшое круглое пятно с очень невнятным изображением.
Попытки решить проблему наскоком, путем смены и разборки окуляров, добавления наугад каких-то линз, ничего не дают. В чем же дело?
Понять наши трудности поможет схема хода световых лучей в микроскопе, взятая из довольно редкого справочника Н.И. Кошкина «Элементарная физика» (Москва, 1991 г.). Здесь в отличие от многих других схем показан полный ход лучей — от точки на предмете до точки на сетчатке глаза. В нашем случае роль глаза будет выполнять телекамера (ее объектив — это как бы хрусталик глаза), а светочувствительная ПЗС-матрица камеры исполняет роль сетчатки.
Как можно понять из схемы, очень важно различие фокусных расстояний глаза и камеры. У глаза оно принимается равным 50 мм, а у обычных телекамер лежит в пределах от 6 до 12 мм. Поэтому большая часть лучей, идущих от точек предмета, обходят объектив камеры и на ее матрицу попадает лишь часть изображения. Для того чтобы все лучи попали в объектив камеры, нужно либо уменьшить фокусное расстояние окуляра, либо увеличить фокусное расстояние объектива камеры. И то и другое требует сложного расчета и специального подбора линз. Добавим к этому, что в описаниях телекамер параметры объективов не сообщаются, а зачастую определить их самостоятельно довольно трудно.
Ход световых лучей в микроскопе с присоединенной к нему телекамерой.
Старинный микроскоп и современная телекамера.
Но есть способ все эти трудности обойти. Ведь объектив микроскопа вначале создает действительное изображение. Его лучи «перехватывают» линзы окуляра и направляют в глаз. Но, если удалить окуляр, то простой фокусировкой это изображение можно получить на стене или на потолке. Этим иногда пользуются на лекциях, чтобы показать детали микропрепарата сразу целой аудитории. Но для получения достаточно яркого изображения здесь требуется столь сильное освещение объекта, что в большинстве случаев живые клетки погибают.
Проделаем такой опыт. Вывернем из телекамеры объектив, удалим окуляр и присоединим саму камеру к отверстию тубуса микроскопа (микроскопы всегда имеют так называемую «револьверную» головку с набором сменных объективов). Поставим объектив с самым малым увеличением и начнем аккуратно вращать ручку грубой настройки. Вскоре на всем экране компьютера мелькнет сильно увеличенное изображение препарата. Для того чтобы сделать его четким, покрутите рукоятку тонкой настройки (кремальерного механизма). Увеличения масштаба изображения на мониторе мы добьемся сменой объективов при повороте револьверной головки.
Сразу же станет заметно, что очень сильного освещения препарата не требуется. Чувствительность камеры достаточно велика. В наших опытах при освещении прозрачного объекта при помощи луча света лампы 100 Вт, расположенной на расстоянии 1,5 м (луч направляется в отверстие предметного столика плоским зеркалом), ПЗС-матрица как бы «захлебывалась», переходила на нелинейный режим. В средней части экрана появлялось желто-оранжевое пятно, лишенное деталей изображения. Для устранения даже приходилось «сбивать», намеренно ухудшать освещение до такого уровня, который для обычного наблюдения через окуляр считается недостаточным. Несмотря на это, изображение на экране получается превосходным. При помощи телекамеры удается вести длительное наблюдение живых клеток, не опасаясь их гибели.