Сидел я тут недавно перед монитором и размышлял чем бы себя ещё порадовать, а надо сказать, что порадовать меня не так просто (смайл). Долго я размышлял и решил остановить свой выбор на… микроскопе. Почему бы и нет? У меня уже давно стояло в планах оснастить лабораторию подобным инструментом.
И вот этот девайс неожиданно не просто меня порадовал, а вызвал настоящий вау-эффект. Это реально просто обалденная штука (простите за мой французский) и у меня возник только один вопрос — почему я не купил его раньше?
Далее я попробую простыми словами описать что это такое и приведу примеры фото и видео с этого микроскопа, после которых вы всё бросите закажете себе такой же (или даже лучше).
❯ Зачем это нужно
Микросхемы и SMD компоненты с каждым годом становятся всё меньше и меньше. Хорошим примером тут может служить плата EBYTE MA01-AACX2240 на которой я долго пытался найти микроконтроллер, который в последствии оказался моделью HC32F005C6UA размером 3х3 мм с шагом выводов 0,4 мм и самими выводами 0,2 мм. Рассмотреть такое без микроскопа просто нереально. А ведь этот чип ещё и содержит маркировку!
Соответственно, при помощи микроскопа можно увидеть сверхмелкую маркировку компонентов и устройство самих компонентов, например микро-разъёмов для подключения антенн на беспроводных модулях или устройство датчиков и светодиодных сборок и т. п.
Кроме этого, при помощи подобного микроскопа можно рассмотреть качество и сохранность микро-дорожек на платах и дисплеях и прочего подобного.
Также при помощи него удобно паять мелкие детали, хорошо и ясно видя их во всех подробностях на большом экране монитора.
В общем, если вы электронщик (или сочувствующий) то наличие той или иной модели микроскопа в вашей лаборатории можно назвать необходимым атрибутом.
Если речь идёт не об электронике, то микроскоп пригодиться для рассматривания любых мелких предметов, например устройства механизма часов, структуры различных материалов и пр.
Ну и при помощи микроскопа можно исследовать окружающий мир (природу), нужно только обратить внимание на нужную вам степень увеличения.
❯ Микроскоп с подключением к монитору
Вообще, существует большое количество типов и моделей микроскопов. Например, у профессиональных электронщиков пользуются популярностью оптические бинокулярные микроскопы. Я посмотрел различные варианты и оптимальным мне показался микроскоп с возможностью подключения к монитору по HDMI (VGA/DVI) или USB, беспроводным IR управлением и возможностью записи фото и видео на microSD карту памяти.
Действительно, подобные ТТХ, особенно в сочетании с относительно небольшой ценой, являются оптимальными (по крайней мере для меня) и поэкспериментировав с микроскопом я даже не знаю, что бы ещё пожелать. Вернее, пожелать можно многое, но в практическом плане то, что есть удовлетворяет меня на 100% и даже, я бы даже сказал, на 101%.
Итак, перечислю основные плюсы:
Монитор. Не нужно покупать отдельный монитор или переплачивать за комплектацию микроскопа монитором — можно использовать ваш имеющийся (отличный) монитор с любым интерфейсом: HDMI, VGA или DVI (через переходники). Картинка большая и чёткая, никаких задержек сигнала, как по мне, — на порядок удобнее, чем каждый раз наклоняться к окулярам микроскопа.
Модульная конструкция. Один раз купив нужную вам комплектацию, можно по мере необходимости модернизировать микроскоп: видео-головки, объективы и станины и пр. стандартизированы и можно например, купить новую головку с большим разрешением или новыми функциями или докупить объектив с большим или меньшим увеличением и т. п.
Запись фото и видео. При помощи IR пульта дистанционного управления можно одним нажатием кнопки записать фото или видео на microSD карту памяти, то есть получить фото и видео материалы исследований в максимальном разрешении до 4K.
Металлическая станина. Я был приятно удивлён надёжностью конструкции: основание, стойка, подвижный механизм и даже объектив и головка микроскопа оказались полностью металлическими и сделанными довольно добротно и надёжно.
Степень увеличения. В моём случае увеличение объектива составляет 180x, при помощи линз Барлоу его можно модифицировать от 0,3x до 2x, то есть получить увеличение до 360x. При таком увеличении можно рассмотреть все нюансы устройства электронных компонентов.
В целом, микроскоп производит впечатление любительского инструмента, но сделанного достаточно хорошо, настолько, что задумываться о чём-то более профессиональном даже не хочется — меня тут всё более чем устраивает.
Ну и отдельно я бы отметил удобство использования — перед вами на полном экране электронные платы в безупречном качестве и с просто роскошным увеличением.
❯ Моя модель
Далее речь пойдёт о семействе так называемых «HDMI микроскопов», одним из которых и является моя модель. Микроскопы такого типа выпускаются различными китайскими компаниями и сами комплекты довольно сильно различаются между собой как по составу компонентов и их функционалу, так и по качеству — это могут быть «брендовые» модели, их реплики и просто откровенные «no name». Соответственно, цены на внешне похожие модели могут значительно различаться и в каждом конкретном случае нужно разбираться что именно предлагает вам продавец.
Разобраться во всём этом разнообразии довольно сложно без специальной подготовки и мне понадобилось некоторое время и некоторые усилия, чтобы выбрать оптимальный для меня вариант по критериям «брендовость, комплектация, характеристики, возможности, цена».
❯ Видео-головка
Видео-головка официально презентуется как «YIZHAN 48MP 4K USB HDMI VGA». Что это значит мы попробуем разобраться далее, но навскидку опции «48MP» и «4K» должны убедить потенциального покупателя в том, что это как раз то, что ему нужно.
Далее в материалах продавца указывается, что головка сделана на основе 1/2,33 дюймовой 48 мегапиксельный CMOS матрицы Panasonic (размер пикселя 1,335x1,335 мкм). Так это или не так большой вопрос — в отзывах покупателей на Али встречаются различные опровергающие утверждения. В частности утверждается, что там стоит Sony IMX291 2,13 MP Full HD Sensor вместо 48-мегапиксельной матрицы Panasonic.
Косвенно о том, что с видео-головкой не всё так просто говорит и то, что при подключении по USB она определяется как «H1600 Cam». Вообще, при попытке определить «откуда растут ноги» у всей этой технологии, мы упираемся в «брендовый» сайт компании Hayear и похоже она и является родоначальником всего этого направления, а прочие изделия на рынке — это реплики оригиналов Hayear. Так это или не так я не знаю, это только моё предположение.
Но что касается самой головки, то поскольку она выдаёт совершенно потрясающую картинку, то копать эту тему дальше и выяснять, что же там стоит на самом деле я не стал — это как раз тот редкий случай когда (по крайней мере мне) совершенно безразлично что стоит внутри этого «чёрного ящика».
Подключение HDMI/VGA
Наружу головка выдаёт 1080P 60 FPS по HDMI и 1080P 30 FPS (MJPG) по USB 2.0. В моём конкретном случае микроскоп подключался к VGA входу монитора через переходник HDMI-VGA. Картинка в этом режиме отличная, никаких артефактов, проблем и задержек сигнала нет.
Поскольку этот режим меня полностью устраивает, то экспериментировать с USB подключением я не стал. Отмечу только, что в этом режиме микроскоп определяется как «H1600 Cam» и может работать без использования блока питания. В отзывах покупателей на Али указывается, что в USB режиме для работы с микроскопом подходит программа S-EYE той же компании Hayear.
Запись фото и видео
Для записи фото и видео используется microSD карта памяти 10 класса объёмом до 64 ГБ. Самим процессом можно управлять либо кнопками на головке, либо с IR пульта управления, что предпочтительнее, поскольку в этом случае исключается тряска передаваемого изображения при нажатии кнопок.
Производителем заявляется возможность записи видео в разрешении до 4K @60 Гц и сохранении 48-мегапиксельных фото в формате JPG и с разрешением 4608x3456. Хотя сами цифры разрешения прозрачно намекают, что речь идёт о 16-мегапиксельных фото. В чём тут дело тоже сказать сложно, возможно речь идёт о «строенных» пикселях, или китайцы вообще берут эти цифры с потолка. Но как и в случае с матрицей, поскольку картинка выдаётся отличного качества, далее разбираться с этими цифрами я не вижу особого смысла.
Цифровое увеличение
Софт головки поддерживает 5-кратное цифровое увеличение. При необходимости можно и воспользоваться этой функцией, но лучше воспользоваться дополнительными линзами Барлоу (см. подробнее ниже).
Настройки картинки
Головкой также поддерживаются различные режимы ручной и автоматической настройки выдаваемой картинки (экспозиция, баланс белого, регулировка по R, G, B каналам и пр.).
Есть также возможность вывода центрального перекрестья с (абстрактными) рисками и возможность отрисовки 8 линий с изменяемыми цветом, толщиной и положением на экране. Это может пригодиться для работы с какими-то технологическими процессами.
Прочие параметры
Поддерживается сохранение настроек при выключении. Головка питается от напряжения 5-12 В.
Головка сделана качественно и аккуратно, имеет металлический корпус и вообще производит очень благоприятное впечатление. Весит она целых 189 грамм.
Примечание. Нужно отметить, что рассматриваемая головка является хорошим выбором по соотношению цена/качество, но на рынке существует множество гораздо более продвинутых (и более дорогих) моделей с более качественными матрицами и расширенным функционалом. Например, существуют модели с автофокусом (конструкция микроскопа модульная и заменить одну головку на другую не составляет никаких проблем).
❯ Объектив
Объективы в этой системе подключаются по распространённому C-mount интерфейсу и тоже могут легко быть заменены один на другой.
Типовым для целей пайки электронных плат является объектив т. н. «130Х». Это недорогая модель с оптимальным для целей пайки увеличением.
Но я выбрал более продвинутый (и более дорогой) вариант «180X», поскольку он мне показался более универсальным и подходящим для различных применений. И всё-таки увеличение 180X поинтереснее и подразумевает больший диапазон возможностей.
Надо сказать, что объектив 180Х выглядит очень солидно — он раза в два больше самой головки, сделан из металла и весит почти полкило (!), а также выдаёт просто отличную картинку с отличным увеличением.
В случае использования объектива 180Х несколько уменьшается расстояние от платы до его нижней комки и несколько сужается его поле зрения (это плата за большее увеличение). Но эту проблему легко решить покупкой дополнительных линз Барлоу, которые меняют фокусное расстояние, или покупкой того же самого объектива 130Х, благо он стоит немного дороже дополнительных линз.
❯ Станина
Микроскопы комплектуются различными видами станин и даже вместо станин кронштейнами (от микрофонов). Последний вариант не очень серьёзный и лучше сразу ориентироваться на нормальное основание для крепления микроскопа.
Мой вариант станины можно оценить на «четвёрку с плюсом» — она полностью металлическая и обеспечивает надёжное и удобное управление микроскопом (хотя в продаже есть более качественные и дорогие станины.
Из недостатков моей станины можно отметить неполное прилегание двух частей основания друг к другу (решается небольшой доработкой) и не очень большая высота стойки (30 см).
А вот юстировочная часть станины порадовала — она полностью металлическая и обеспечивает очень надёжное, удобное, плавное и точное управление микроскопом.
❯ Сборка и включение
Сборка микроскопа занимает пять минут и доступна совершенно неподготовленному пользователю — в несколько операций собирается станина, подключается блок питания и интерфейсный кабель от монитора — это всё, подробно описывать этот процесс я не вижу смысла — чтобы тут что-то сделать не так или что-то сломать — нужно иметь руки, растущие совсем не из того места.
Прелесть всего этого процесса заключается ещё и в том, что и программных настроек особо производить не нужно — всё работает так как надо и так как и ожидалось прямо из коробки. Буквально — собрал и пользуйся.
❯ Линзы Барлоу
При помощи линз Барлоу можно изменять фокусное расстояние объектива и тем самым менять увеличение и поле видимости. В случае объектива 180Х этими линзами можно в два раза увеличить детализацию (2Х) или в два раза увеличить поле видимости платы (0,5Х). Существуют также линзы с другими коэффициентами.
В базовом варианте штанга микроскопа имеет длину 30 см, что позволяет работать с объектами на расстоянии примерно от 10 до 20 см (вполне удобно для пайки). В случае использования линзы Барлоу 0,5Х длины одной штанги уже не хватает и нужно докупить вторую (они имеют резьбу для соединения). В этом случае длина штанги будет уже 60 см.
Ну и совет по использованию: чтобы летучие продукты пайки не оседали на линзах самого объектива, можно купить нейтральную линзу 0Х и не забывать про вентиляцию (с боковым удалением дыма).
❯ Примеры работы микроскопа
Теперь переходим к самому интересному — примерам использования микроскопа. Начнём с классики — линейного стабилизатора AMS1117. Берём типовой Ардуино-модуль — сам по себе стабилизатор довольно мелкий и без лупы хорошо его рассмотреть проблематично.
Базовый вариант с комплектным объективом 180Х, без дополнительных линз, максимально возможное поле видимости, расстояние от платы до объектива около 20 см.
Максимально возможное увеличение с комплектным объективом 180Х, расстояние от объектива до платы около 5 см.
Фрагмент вывода чипа AMS1117. Максимально возможное увеличение объектив 180Х плюс линза Барлоу 2Х.
❯ SMD конденсатор
Теперь посмотрим насколько мой комплект микроскопа может увеличить SMD компонент. В данном случае конденсатор 0805 (примерно 2х1 мм). В реальности очень мелкий и хоть как-то рассмотреть его можно только через лупу.
То, что выдаёт микроскоп со штатным объективом 180Х меня ну просто очень порадовало — работа с электроникой приобретает новое измерение.
А то, что микроскоп выдаёт с линзой Барлоу 2Х уже больше похоже на исследовательскую микроскопию, а не на работу с электронными компонентами.
❯ Антенный разъём ESP32
В качестве ещё одного примера впечатляющей работы этого комплекта микроскопа рассмотрим увеличение IPEX разъем модуля ESP32 (примерно 3х3 мм).
3х3 мм — это размер его основания, само металлическое кольцо имеет размер около 2х2 мм (центральный пин вообще просто микроскопический).
Тут можно отметить одну особенность при работе с большими увеличениями — глубина резкости очень мала и мы можем сфокусировать изображение либо на основании разъёма, либо на его металлическом кольце, но не на обоих объектах сразу. Внизу фото с фокусировкой на основании разъёма.
Фокусировка на окантовке металлического кольца разъёма и торце центрального пина (штатный объектив 180Х).
Добавляем линзу Барлоу и можем во всех подробностях рассмотреть торец центрально пина. Результат выше всех похвал — тут видно даже структуру и качество обработки металла (а это центральный пин разъёма, который и сам целиком без сильной лупы не рассмотришь).
❯ Датчик SHT31
Обладая таким отличным инструментом, мы можем позволить себе полюбопытствовать и заглянуть туда, куда никогда не заглядывает солнце (а именно, внутрь микросхемы SHT31).
Опять же, исходная позиция — даже сам датчик крайне мал (2,4х2,4 мм), но мы попытаемся заглянуть внутрь отверстия (!) где находится сам чувствительный CMOS элемент.
Хорошо видны два стандартных 2,54 мм пина и (просто гигантская при таком увеличении) головка шурупа, который крепит модуль к плате. Шаг пинов датчика 0,5 мм, а ширина самих пинов 0,25 мм.
Заглядываем в отверстие датчика SHT31 при помощи штатного объектива 180Х. Размер отверстия примерно 0,75 мм. Размер центральной части примерно 0,1 мм.
При помощи линзы Барлоу 2Х можно ещё больше увеличить изображение. Здесь отверстие 0,75 мм уже занимает почти весь экран и можно более подробно рассмотреть устройство датчика. Напомню, что размер самого чипа SHT31 составляет 2,4х2,4 мм и его самого плохо видно без лупы.
❯ LED WS2812B
Ну и классика жанра — рассматриваем устройство светодиодов WS2812B. Внутренности залиты прозрачным компаундом и хорошо доступны для исследования.
Кое-что можно рассмотреть даже при помощи фотоаппарата. Но до микроскопа фотоаппарату далеко (смайл).
То, что можно рассмотреть при помощи штатного объектива 180Х. Уже видны детали и структура интегрированного в светодиод чипа.
Добавляем линзу Барлоу 2Х и уже можем более детально рассмотреть саму структуру чипа. Напомню, что при таком увеличении очень маленькая глубина резкости и мы можем чётко видеть либо сам чип, либо подключённые к нему проводники, но не то и другое одновременно.
❯ Экран смартфона
Несколько фотографий экрана смартфона под микроскопом (IPS, 720х1600). Общий вид иконки на весь экран.
Чуть крупнее с объективом 180Х (не максимальное увеличение).
Максимальное увеличение: объектив 180Х плюс линза Барлоу 2Х.
❯ Видео
Ну и напоследок видео работы механизма наручных часов (общий диаметр 3,5 см) в разных разрешениях. Для начала общий вид часов на столе микроскопа и стрелка, указывающая на район, который будем увеличивать.
На видео сначала общий вид механизма при использовании объектива 180Х, затем его максимально возможное увеличение и затем максимальное увеличение 180Х + 2Х с линзой Барлоу.
❯ Заключение
Итого, совершенно (не побоюсь этого слова) бомбический девайс, по соотношению цена/вау-эффект далеко оставляющий позади все мои недавние покупки. И эту картину не портят даже мелкие косяки и недоработки производителя. Единственное, что тут можно ещё пожелать — такой же микроскоп, но с увеличением в 1000 раз больше (смайл).
