"Блошиное стекло" в современном исполнении - Intel Play QX3

"Блошиное стекло" представляет собой одну из самых ранних форм простого микроскопа. Впервые оно было описано Афанасием Кирхером в 1646 году. В качестве игрушки "блошиное стекло" было широко распространено до конца 18 века. В картонную трубочку длиной около 2 см вставлялась с одного конца двояковыпуклая линза, а с другой – плоское стекло с прикрепленным к нему объектом. Считается, что нюрнбергские мастера игрушек начали изготовлять свои дешевые, картонно-деревянные, простые и сложные микроскопы, оклеенные цветной или черной бумагой, около 1750 года. Следует отметить, что игрушечный микроскоп – это не макет, а действующий инструмент, используемый как игрушка. И вот через два с половиной столетия, на рубеже 21 века фирма Intel продолжает традиции выпуска игрушечных микроскопов, причем, как и нюрнбергские мастера, затейливо оклеивавшие свои микроскопы бумагой с красным или зеленым шашечным рисунком, фирма Intel уделила особое внимание броскому оформлению своей игрушки. Полупрозрачный корпус нового микроскопа Intel Play QX3 далек от функциональности и выполнен в модном сейчас стиле iMAC.

За свою почти 300-летнюю историю микроскоп стал, наверное, самым массовым и известным оптическим прибором. Почти все встречались с ним, хотя бы на уроках биологии и физики. Несмотря на столь древнюю историю, его развитие продолжалось и в ушедшем 20 веке. За изобретение фазоконтрастного микроскопа в 1953 году Нобелевская премия по физике была присуждена Фрицу Цернике. Понятно, что на сравнение с современными научными микроскопами данная игрушка не претендует, однако и в своем классе у нее много конкурентов. Поэтому есть, с чем сравнить. В этой статье мы попытаемся сравнить возможности нашего героя и результаты, полученные при использовании детского микроскопа "Натуралист", микроскопа фирмы Carl Zeiss начала века и обычного сканера, с помощью которого тоже можно получить увеличенное изображение довольно мелких объектов.

Рассматриваемая игрушка предназначена для получения картинок мелких объектов, а не их прямого наблюдения глазом. Поэтому для корректного сравнения мы производили съемку через оптический микроскоп с помощью разных цифровых и видео камер. Для полноты описания напомню оптическую схему микроскопа и основные способы съемки через микроскоп.

На приведенных рисунках даны оптические схемы микроскопа: а) при визуальном наблюдении (старейшая схема из двояковыпуклого объектива и плосковыпуклого окуляра, как полагают, предложенная Дреббелем в 1617-1619 годах), б) при микрофотосъемке объективом микроскопа, в) при микрофотосъемке с использованием окуляра, г) при микрофотосъемке с использованием объектива фотоаппарата, д) при микрофотосъемке с использованием гомали. В микроскопе Intel Play QX3 используется вариант б). Поскольку у большинства дешевых цифровых фото и видео камер объектив несъемный, то для получения снимков через обычный микроскоп для нас наиболее актуальным является вариант г). При микрофотосъемке камерой с несъемным объективом важнейшим элементом для получения качественного изображения становится окуляр. Если первичное изображение, создаваемое объективом микроскопа, находится чуть выше переднего фокуса окуляра, то из него будут выходить расходящиеся пучки лучей. Они, встретив положительную оптическую систему (объектив камеры), дадут изображение чуть дальше главной фокальной плоскости этой системы. Микроскоп в этом случае играет роль афокальной насадки к фотокамере. Поэтому рассмотрим основные типы окуляров.

Особый интерес для нас представляет симметричный окуляр д). Он состоит из двух одинаковых симметрично расположенных линз одинакового диаметра. Каждая линза ахроматическая и склеена из двух элементов. Если подобного окуляра достать не удается, то заметим, что его оптическая конструкция очень напоминает конструкцию многих стандартных фотографических объективов, которые могут при необходимости быть использованы вместо окуляра.

Теперь об объектах, которые мы рассматривали. Поскольку я давно успешно завершил борьбу с тараканами, моль поймать не удалось, а на дворе зима, то живых подходящих объектов у нас не было, и мы воспользовались теми препаратами, которые в лучших традициях "блошиных стекол" были приложены к микроскопу. Микропрепараты были изготовлены почти в стиле 18 века и представляли собой картонные пластинки с 4 круглыми окошками, где между двух прозрачных пластинок были заключены объекты для микроскопирования. Итак, нам предложили посмотреть: вошь, кусочек фазаньего пера, лапку и крылышко пчелы, шерсть, тельце дрозофилы, икринки креветки, фрагмент губки (беспозвоночного животного), нить водоросли спирогиры, споры папоротника, волокна бумаги и кусочек собачей шерсти.

Cканер NEUHAUS 9600


Intel Play QX3 (приведен весь кадр целиком)


FujiFilm FinePix 4700 + микроскоп Carl Zeiss (фрагмент снимка)

Что у нас получилось, можно посмотреть на приведенных фотографиях, а снимки через микроскопы Натуралист и Carl Zeiss с окулярами Гюйгенса, сделанные с помощью камеры Fuji, напечатаны в статье : FujiFilm FinePix 4700

Снимки других объектов, сделанные через микроскоп МБР-1 с помощью камеры Casio QV 3000, где в качестве окуляра использовался объектив Юпитер 3, можно найти в статье в статье: ПЗС матрица SONY ICX252AQ, а через цейссовский микроскоп и видеокамеру Sony CCD-F370E - в статье 97 года: Визуализированная реконструкция ...

Из приведенных снимков объект-микрометра видно, что, написав на микроскопе увеличение в 200 раз, конструкторы несколько "погорячились". Можно, конечно, сделать телевизионный экран размером в стену, но кроме линейных размеров экрана нужно еще и соответствующее число точек.

Считается, что разрешающая способность глаза около 0,1 мм. Тогда, чтобы сравнить увеличения оптического микроскопа и нашего устройства, надо напечатать снимок с разрешением 10 пикселей на мм или 254 dpi на сублимационном принтере, обеспечивающем нерастровую печать с расстоянием между соседними точками менее 0,1 мм . Тогда размер объекта на отпечатке, отнесенный к его истинному размеру, и даст нам искомое увеличение. Итак, изображение объекта размером 0,1мм состоит из 55 пикселей и займет на отпечатке 5,5 мм, откуда получаем увеличение в 55 раз.

Микроскоп снабжен тремя объективами. Если говорить собственно об увеличении объективов, то для самого слабого из них увеличение, видимо, меньше 1, поскольку размер снимаемых объектов в несколько раз превышает предполагаемый размер матрицы. На мой взгляд, схема с 3 объективами здесь не очень оправдана. Плавное изменение увеличения за счет изменения расстояния между объективом и матрицей позволило бы получить примерно такой же диапазон изменений увеличения. Явным плюсом использования слабых объективов является огромное расстояние между объектом и объективом, что позволяет эффективно осуществлять верхнюю подсветку.

Еще несколько слов об освещении. Микроскоп от Intel снабжен двумя осветителями, позволяющими направлять освещение как сверху, так и снизу. В отличие от большинства современных микроскопов, снабженных конденсорами, собирательными оптическими системами, направляющими свет в объектив, здесь использован осветитель простейшего типа, состоящий из лампочки и матового стекла.

Наш герой рядом с микроскопом Левенгука. В наводке на резкость и увеличении он явно проигрывает, а так - всем хорош.

История развития микроскопа показывает, что собственно оптика – это даже не полдела. Как известно, короткофокусная линза в оправе, соединенная с штативным приспособлением для фиксирования объекта и фокусировки его, приобрела в руках Левенгука характер научно-исследовательского инструмента. Его преимущества по сравнению со сложными микроскопами того времени были настолько очевидны, что он надолго и прочно становится основным инструментом всех более тонких микроскопистов. Поэтому в конструкции микроскопа очень много внимания уделялось усовершенствованию механической конструкции. Механика же нашего микроскопа вряд ли превосходит механику 18 века.

Чем же хорош данный микроскоп?

В отличие от блошиного стекла, он позволяет в реальном времени рассматривать изображение объекта сразу нескольким наблюдателям. Причем, в очень удобном и комфортном положении, сидя за экраном компьютера, а не проецируя изображение на потолок в темной комнате, как можно было бы сие осуществить с обычным микроскопом. Кроме того, есть возможность в любой момент зафиксировать объект, подписать его и ... подрисовать, что осуществляется с помощью прилагаемого в микроскопу программного обеспечения. Эта программа сразу переключает ваш компьютер в экранный режим 800 х 600, где в окне 512 х 384 видно изображение объекта, а остальное пространство заполнено кнопками управления микроскопом и обработки изображения.

Устройство должно было быть востребованным, и насколько работа с ним оправдала ожидания пользователей, об этом впечатления непредвзятого наблюдателя.

Впервые о возможности увидеть на экране создаваемое в микроскопе изображение я услышала еще в теперь уже далеких восьмидесятых, в университете г. Свердловска (ныне Екатеринбурга). Для народных умельцев все было просто: достали по случаю телевизионную камеру, подсоединили - и теперь студенты на практикуме по микробиологии в микроскоп и не заглядывают, смотрят себе на экран – красота! Впечатление было сильным, и в душе надолго осталась мечта – нам бы такой. Лет через десять и на нашу университетскую улицу пришел праздник. Композиция, полученная в результате объединения микроскопа со встроенным осветителем, черно-белой видеокамеры и монитора, внесла в практикум по микробиологии, как казалось, свежую революционную струю, позволив одновременно показывать всем студентам препарат и сообща обсуждать увиденное, будучи при этом уверенным, что все видят одно и то же, а не фокусируют под свой глаз разные плоскости препарата или разглядывают разные части поля зрения, как нередко бывает, когда в окуляр микроскопа по очереди заглядывают несколько человек. Особенно удобной оказалась конструкция для наблюдения за живыми объектами (бактериями, простейшими, водорослями, дрожжами), наблюдения за движением микроорганизмов, процессами добычи и заглатывания пищи и т.д. Не случайно наша композиция быстро завоевала признание на практике по экологии микроорганизмов и даже успешно выдержала путешествие до Полярного круга и обратно (на Беломорскую биологическую станцию МГУ). Правда, в этом случае для уменьшения веса и объема вместо солидного монитора был взят маленький черно-белый телевизор Veras, на экране которого, почти "в прямом эфире", мы рассматривали и анализировали свежесобранные пробы. Реакция аудитории на "мир в капле воды", увиденный в столь крупном масштабе, почти всегда непосредственно-восторженная. И сразу задумываешься, как здорово было бы показать его и учителям-биологам, и школьникам, и просто любознательным детишкам. Эта затянувшаяся преамбула позволит, надеюсь, понять, насколько востребованным был предложенный микроскоп и с каким интересом, нетерпением и надеждой мы ждали результатов тестирования. Первое впечатление почти сказочное – действительно дизайн хорош: необыкновенно, красиво и завлекательно, так и тянет манипулировать изображением на экране.

Впечатление второе: попытка рассмотреть привычные (и наиболее крупные) для микробиолога объекты - мелкие водоросли, нитчатые цианобактерии (синезеленые водоросли), актиномицеты – оканчивается разочарованием. Кроме самых общих расплывчатых контуров, можно сказать, ничего не видно. Такой же результат, ко всеобщему огорчению, был получен и с коловратками - микроскопическими паразитами аквариумного краба. Характерно сокращающееся существо, хотя и прозрачное, но отлично видимое в обычный микроскоп, превратилось на экране в бесформенную тучку, слегка меняющую свои неясные очертания. Итак, попытка рассмотреть в микроскоп типичные микробы вызвала лишь чувство горького неудовлетворения.

Впечатление третье: смотрим все подряд, авось что-нибудь разглядим. Ну, прежде всего, приложенные к микроскопу препараты (мелкие насекомые, лапки, крылышки, икринки, которые, к слову отметим, в десятки и сотни раз крупнее выбранных нами микробов). Здесь ситуация гораздо лучше, можно, пусть не идеально, сфокусировать и рассматривать объекты целиком или хотя бы по частям.

Здесь, наверное, стоит сказать несколько слов о предложенных препаратах. Выбор, рассчитанный на юного натуралиста, довольно логичен, с одной стороны, и довольно стандартен, с другой. Явно неудачным представляется препарат зеленой водоросли Spirogyra, имеющей довольно крупные нити с хорошо заметными клеточными перегородками и знаменитым спиральным ярко-зеленым хроматофором. На препарате же хроматофора не видно, нити бесцветны и почти бесформенны. В остальном, препараты сделаны приемлемо и объекты соответствуют приведенным в подписях тривиальным названиям, хотя, на мой взгляд, при добавлении традиционных для биологии латинских названий эти подписи смотрелись бы более солидно. Тем более, что микроскоп, судя по всему, рассчитан не только на англоязычный рынок, а точно перевести тривиальные названия не всегда просто.

Можно добавить, что полученные на экране изображения выглядят несколько иначе, чем в поле зрения светового микроскопа, но это даже интересно, возникает ощущение такого фантастического, виртуального компьютерного мира, в который попали объекты из мира реального. Это, наверное, неплохой толчок к пробуждению детской фантазии.

Еще интереснее оказалось рассматривать довольно крупные вещи, оказавшиеся под рукой: изящное ювелирное украшение, засиявшее какими-то новыми, неизвестными гранями, камни, иголку кактуса, срез листа комнатного растения. Пожалуй, именно подобные объекты, казалось бы, достаточно хорошо видимые и невооруженным глазом, оказались наиболее подходящими для данного микроскопа: на экране монитора они меняют свой облик, обогащаются новыми деталями, ну, и, в общем-то, на мой взгляд, стимулируют любознательность. В этом отношении, конечно, очень хороша возможность верхней подсветки. Так что, в конечном счете, впечатление оптимистичное.

Впечатление четвертое. Микроскоп разъемный, и, оказывается, вовсе не обязательно всовывать препарат на предметный столик, а можно снять микроскоп со штатива, помахать в воздухе и поднести почти к произвольному объекту: руке, обивке дивана, оконному стеклу. Возможности микроскопа чрезвычайно расширяются. Ну, а что еще можно посмотреть, пусть придумают сами малолетние пользователи.

Впечатление пятое. Возвращаясь к преамбуле, безусловным достоинством игрушки является возможность одновременного коллективного просмотра, общей игры, а также общего творчества, поскольку объект можно не только увидеть, но и "зарисовать", изменить на рисунке, сделать композицию, подписать. Итак, поможет ли он адекватно познавать мир, - не знаю, вряд ли, как к оптическому инструменту, к нему можно предъявить серьезные претензии, но как красивая, увлекательная, развивающая игрушка, он имеет много неоспоримых достоинств.