Хотите посмотреть на амебу размером с кошку? Это не так уж сложно. Еще в 1799 году гастролировавший в Лондоне фокусник Катерфелло поражал зрителей, демонстрируя на экране во много раз увеличенных «крохотных насекомых». Он уверял, что они вызывают инфлюэнцу, и тут же показывал, как они мгновенно погибают всего от одной капли микстуры доктора Биттса. Все желающие, а их после сеанса набиралось немало, сразу же покупали микстуру за солидные деньги…
В основе фокуса Катерфелло был «волшебный фонарь», или по-нашему, диапроектор, казавшийся в то время чудом техники. Его значительно улучшил в начале прошлого века биолог В.В.Левченко и применил для показа микроорганизмов на экране. Необходимое для этого устройство (рис. 1) мог сделать любой учитель сельской школы.
В фанерном ящике размером 25x25x30 см располагается обычная лампа накаливания на 100–150 Вт. В боковой стенке ящика проделано отверстие диаметром 12 см. В нем укреплена сферическая колба, наполненная чистой водой. За нею на подставке укреплена еще одна колба с водой. Ее можно передвигать с тем, чтобы проходящий через нее свет ярко и равномерно осветил микропрепарат, закрепленный на вертикальной доске. На ней же установлен объектив от микроскопа.
Прибор в принципе может дать очень большое увеличение. Но чем оно больше, тем меньше яркость. (Зависимость здесь такая: если кратность увеличить вдвое, яркость изображения уменьшится в четыре раза; если кратность увеличить в три раза, яркость уменьшится в девять раз. Иными словами, яркость обратно пропорциональна квадрату кратности увеличения.)
Поэтому практически при полном затемнении удается получить увеличение не более ста крат. Этого обычно маловато, но зато микропроектор Левченко предельно дешев и прост. Вот как он работает.
Колбы с водой — это собирающие линзы. Система из двух этих линз образует конденсор — устройство для концентрации света. Чтобы увеличить яркость, а значит, и получить более высокое увеличение, необходимо пойти на некоторые усложнения. Начнем с источника света.
Бытовая лампа накаливания имеет длинную спиралевидную нить. Даже если колбы с водой заменить настоящими конденсорными линзами, собрать весь ее свет на освещаемом препарате невозможно. Это объясняется тем, что любые линзы или их комбинации свет не собирают, а дают лишь изображение источника света на освещаемом объекте. Если это изображение полностью совпадает с ним по форме, то можно считать, объект освещен наилучшим образом. Изображение спирали бытовой лампы накаливания выглядит как бесформенная зигзагообразная, местами расплывчатая структура. Из нее для освещения микропрепарата можно взять лишь небольшую равномерно освещенную часть. Около 90 % света при этом теряется.
Поэтому для проекционных устройств разработаны специальные лампы. Их спираль свернута в компактный прямоугольник. Эти лампы чаще всего бывают рассчитаны на 12 В, но встречаются и на напряжение 220 В.
Одна только замена бытовой лампы накаливания проекционной позволяет увеличить освещенность экрана в 2–3 раза. Она возрастет еще раза в 4, если вместо колб с водой применить специальные конденсорные линзы. Их можно взять, например, из старых фотоувеличителей. Но тут возникнет новая и, скажем прямо, основная проблема, ограничивающая возможности всех микропроекторов — чрезмерный нагрев микропрепарата. Более 90 % энергии лампа излучает в форме невидимых инфракрасных тепловых лучей.
Если «срезать» эту невидимую часть излучения лампы, то, соответственно, во много раз уменьшится и нагрев. К сожалению, сделать светофильтр, который бы пропускал только свет и полностью задерживал тепловое излучение, не удается.
В проекторе Левченко эту задачу можно решить добавлением в воду, залитую в колбы, сернокислого железа. В микропроекторах, где вместо колб с водой применяются линзы, на пути света нередко ставят кювету с раствором сернокислого железа. Однако этот раствор задерживает не только инфракрасные, но и часть световых лучей. Одновременно с уменьшением нагрева снижается и освещенность объекта, а значит, и экрана.
Гораздо лучше задерживают тепловые лучи специальные фильтры из стекла с добавлением золота. В продаже они бывают редко, но их можно найти в старых диапроекторах «Этюд» или «Свет». В этих приборах вся часть, ответственная за освещение диапозитива, устроена весьма совершенно. Лампа накаливания в них снабжена вогнутым зеркалом. Оно улавливает обычно теряемый свет, идущий от задней стороны тела накала, и отражает его таким образом, что действительное изображение витков спирали попадает в промежутки между витками тела накала.
Далее свет улавливают конденсорные линзы. Они дают увеличенное, слегка размытое изображение тела накала на плоскости слайда. Проходящий через рамку слайда свет улавливает высокосветосильный объектив, который и создает изображение кадра на экране. Однако даже в такой, казалось бы, идеальной оптической системе до экрана доходит не более 10–15 % света лампы.
Можно сделать кювету для установки в диапроекторе на место слайда. В нее можно заливать различные растворы, наблюдать кристаллизацию, электролитические процессы. На расстоянии 3–5 м от экрана при стандартном объективе с фокусным расстоянием 58 мм можно получить увеличение 50–80 крат. Если в кювету налить воду с дафниями, то на экране каждая из них будет размером с мышь. Вероятно, это те самые зловредные насекомые, которыми Катерфелло пугал легковерных зрителей. Диапроектор позволяет их наблюдать почти без затемнения. Но кадровое окно этого проектора приспособлено для слайдов 35-мм пленки и поэтому имеет размеры 40x40 мм. Между тем микропрепарат, например, крылышко комара или инфузории, под покровным стеклом обычно занимает участок 10x10 мм. Таким образом через него проходит лишь шестнадцатая часть всего света.
Гораздо лучше подходит для микропроекции старый узкопленочный кинопроектор. Когда-то это был довольно дорогой прибор. Но с появлением видеомагнитофонов и других средств записи изображения надобность в них отпала. Поэтому вам не так уж трудно будет получить его в свое распоряжение.
Особенно удобны для наших целей кинопроекторы типа «Луч» или «Русь» для 8-мм кинопленки. Они имеют кадровое окно размером 4x6 мм, надежный фильтр теплового излучения и вентилятор, охлаждающий кадровое окно и лампу.
Чтобы использовать кинопроектор для показа микропрепаратов, необходимо прежде всего снять резиновые пассики, соединяющие мотор с лентопротяжным механизмом. Если поставить в кадровое окно микропрепарат, благодаря объективу с фокусным расстоянием 12–16 мм можно в обычной классной комнате получить увеличение в 300–500 крат. Благодаря хорошему источнику света и объективу с большим относительным отверстием изображение получается столь ярким, что его можно смотреть без затемнения. Для крепления микропрепарата необходимо сделать простейший держатель (рис. 2).
Рис. 2. Держатель для установки микропрепаратов в проекторы типа «Луч» или «Русь».
Он представляет собою пластину с отверстиями, к которой приклепаны две пары упругих пластин из жести. Одна пара служит для крепления покровного стекла с препаратом, другая — для крепления самой приставки. Собственно препарат может представлять собою, например, каплю болотной воды с инфузориями, заключенную под тонким покровным стеклом обычным способом при помощи замазки.
К сожалению, яркий свет, даже вполне лишенный инфракрасного излучения, сам по себе вызывает быструю гибель микроорганизмов.
Способ борьбы с этим явлением только один — применение чувствительной телекамеры, подключенной к видеопроектору. Но сегодня такие системы для школ слишком дороги. Правда, есть надежда, что скоро она станет значительно дешевле.
А. ВАРГИН
Рисунки автора