Собираем цифровой микроскоп для паяльных работ — лучше, чем делают китайцы

В этом артикле я расскажу, как можно с минимумом затрат (менее $70) сделать цифровой микроскоп для паяльных работ, который будет обеспечивать комфорт и качество работы, недоступные для промышленного решения, даже с ценником на порядок больше.

Чем хорош капитализм? – доступно почти всё, и за любую цену. Но часто, реальное качество и практичность, сильно отличается от заявленного в рекламе. Не обошла и такая маркетинговая «оптимизация», и цифровые микроскопы для паяльных работ – устройство выглядит красиво, картинки на экране нарисованы интересные, но сильно хромает практичность – разрешение и размер экранчика крохотные, расстояние от объектива до платы минимальное, часто паяльником и не подлезть, плату над обязательно класть на столик, заявлены какие-то нереальные возможности увеличения и разрешения, и стоит такое чудо не баксов 15, как и должно стоить, а стоит от 50 долларов и выше.  Такая дискотека мне не подходила, поэтому, я решил сделать ход конём, и собрать всё с нуля, как всегда, минимизировав затраты, как физические, так и финансовые, и максимизировав качество конечного продукта.

Начну со списка необходимых компонентов.

ЖК монитор с удобной для вас диагональю – можно и 15 дюймов поставить, а можно и побольше. Для этой цели я купил 17 дюймовый ЖК монитор ($11)– на местной барахолке это было наиболее доступный вариант в шаговой близости от меня.

Модуль камеры с VGA/DVI/HDMI выходом – зависит от типа входа вашего монитора. Я брал самый бюджетный вариант на таобао, два мегапикселя, VGA выход, $30.

Советский объектив с фокусным расстоянием 40-60мм. Подходят практически любые, главное, чтоб стекло не было совсем убитым, и диафрагма работала.

Переходник с CS Mount на M42 (или М39, зависит от модели, купленного объектива)

Макрокольца на М42 или М39, опять, это зависит от модели выбранного объектива.

Что-то массивное, для использования в качестве подставки. Я использовал шасси от старого лабораторного твердомера, которое купил в пункте сдачи металлолома по цене этого самого металлолома по весу.

«Рука», на которой будет крепится камера. Я использовал кусок прямоугольной алюминиевой трубы сечением 5х2см и длиной около метра.

Угловой кронштейн, для поворота камеры, который крепится на «руке» и к которому крепится сама камера.

Винты, гайки, VGA кабель, скотч, и прочие «мелочи жизни», которые наверняка у вас уже есть.

А теперь, небольшая дополнительная информация по некоторым компонентам.

Монитор: В принципе, можно брать любой, даже с кинескопом (но он будет жутко мерцать, я пробовал). Но есть две особенности, на которые стоит обратить внимание – это формат экрана (обычный или широкий), и углы обзора (чем больше, тем лучше). Формат экрана в принципе, зависит больше от типа камеры – Большинство модулей умеют только соотношение сторон 4:3 и 5:4 и не умеют «широкие» разрешения, в результате, картинка выглядит растянутой. Так что если вы берёте модуль с «обычным» выходом, то и монитор надо брать соответствующий. Хотя, существуют и универсальные модули – сами выставляют нужный формат, в зависимости от информации, полученной с монитора. И второй, не менее важный момент – углы обзора монитора. Рекомендовать мониторы на IPS/PLS/MVA матрицах не буду по очевидно-финансовым причинам, но постарайтесь не покупать очень старый монитор, у них обычно, вертикальные углы просто ужасные, и на них, тёмные детали будут частично сливаться с фоном. Если же у монитора вертикальные углы плохие, вас эстетика не смущает, или монитор механически поддерживает переворот, то можно его повернуть на 180 градусов, а картинку повернуть в самой камере – картинка будет более «читаемой».

Модуль камеры: Не стоит гнаться за многомегапиксельным разрешением – у вас монитор с конечным разрешением в 1-2мегапикселя, и если купите модуль на 5мп, то улучшения картинки не получите, зато получите увеличение шумов, так как диагональ матрицы будет та же, но вот размер пикселей будет поменьше, и соответственно, шумов будет больше.

Модули камеры также можно поделить на два типа – с крепежными отверстиями (для посадки на стандартный штатив или фотовинт) либо без оных, для прямой «посадки» на микроскоп, объектив и так далее (у меня как раз такой). В принципе, это не столь уж и большая проблема, в моем конкретном случае, свелась к выкручиванию 4х винтов, сверлению кронштейна и закрепления камеры, но мое дело – предупредить.

Еще важный момент – какая посадочная резьба у модуля камеры. Большинство имеют стандартную, C/CS Mount резьбу, но могут быть и варианты. В моем конкретном случае, у камеры была посадочная резьба в 27мм, но после моего уточнения, продавец (бесплатно), дополнил посылку переходной шайбой на C mount.

Объектив: Главное для нас – фокусное расстояние и наличие диафрагмы. Самые массовые советские фотообъективы имеют фокусное расстояние в 50-60мм. При их применении, и удалении камеры приблизительно на 60см от наблюдаемого объекта, комфортная работа обеспечивается с SMD компонентами 0805 типоразмера, а с 0402 и 0201 работать можно, но уже сложно – сами детали различимы хорошо, но для контроля огрехов пайки, такого разрешения недостаточно. Так что, если исходить из фокусного расстояния в 50мм, то всякие «Гелиосы», «Веги», «Юпитеры», «Индустары» — вполне соответствуют требованиям. Я взял Индустар 50-3, как наиболее доступный по цене — $5 в хорошем состоянии. Никакого смысла гнаться за светосилой нет – объектив в любом случае, придётся диафрагмировать до F8-11, так что и «Индустар 50-3», и «ЗК 50/1.5» будут выдавать совершенно одинаковую картинку, но последний стоит раз в 10 дороже «Индустара». В принципе, можно взять и объективы от фотоувеличителей, типа «Вега-11», «И50У», «И90У» и так далее, но так как у них нет фокусирующего геликоида, фокус придётся подстраивать либо подбором высоты крепления, что может оказаться неудобным в практике, либо придётся докупать фокусировочный геликоид, который стоит от $20 и выше. При желании, можно поставить и зум-объектив, чтоб получить возможность менять приближение. Но такие объективы стоят обычно дорого и довольно громоздки, и у них есть ещё один минус – при изменении увеличения, «улетает» и фокус, так что так просто «призумится» — не получится, придётся каждый раз подстраивать фокус. Выход тут в использовании киносъемочных объективов, у них фокус не «уезжает» при использовании зума, но «благодаря» всяким VDSLR-шикам, цена таких объективов давно вышла за всякие разумные пределы. Единственный доступный по цене (но редкий по распространенности) вариант – если где найдёте объектив «Метеор 5-1» на М42 посадочную резьбу. Но к сожалению, мне такой в продаже не встречался, только под свой, специальный маунт, адаптер с которого, в принципе, можно сделать, но это довольно муторно.

Если же вам нужно большее увеличение, чем дают стандартные 50мм объективы, то стоит посмотреть в сторону 85мм и 135мм объективов – они обеспечат комфортную работу с типоразмерами деталей 0402 и 0201 соответственно. К сожалению, фокусное расстояние в 85мм в советских объективах представлено только светосильными и дорогими Гелиос 40-2, Юпитер-9, МС Волна-9, но можно взять объектив от фотувеличителя —  И90У, у него фокусное расстояние 75мм, но нет фокусировочного кольца. Если же вам нужно ещё большее увеличение, то стоит переходить на 135мм – советской (и не советской) оптики с этим фокусным расстоянием довольно много на вторичном рынке, и цены вполне доступные. В принципе, и с обычными, 50-60мм объективами можно добится нужного для пайки 0402 и 0201 увеличения, но для этого придётся ставить не одно, а два-три макрокольца, и сильно упадёт расстояние от камеры до детали – с 60см до 20-15см, что делает работу менее комфортной.

Про переходник ничего особенного сказать не могу. Главное, чтоб он, с одной стороны, подходил под вашу камеру, и с другой стороны – под ваш объектив. Процесс собирания микроскопа я бы начал с покупки объектива, а всё остальное – уже подбирать под стать ему. Я использовал самодельный переходник – купил на барахолке вместе с объективом. Разумеется, лучше купить заводской, если вам важен внешний вид.

Макрокольца вполне стандартный товар, продаются в комплекте из 3х штук, и стоят около $5. Цель этих колец – обеспечить возможность объектива фокусироваться на близко расположенных объектах. В зависимости от модели выбранного объектива и высоты подставки, может понадобится разное количество колец. В моем конкретном случае, хватило одного. Могу предложить один «лайфхак». По неизвестной мне причине, М39 макрокольца стоят в 2 раза дороже аналогичных на М42. Так что можно купить набор колец на М42, а ваш объектив на М39 закрепить в них через адаптер М39-М42, который обычно стоит в пределах 1$.

Вес и прочность подставки – решающие звена в вопросе по качеству картинки. Хлипкая подставка — картинка будет плыть и дрожать, комфорта в работе не будет.  так что, если у вас ничего подходящего купить не получается, вполне возможно воспользоваться несколькими кирпичами или шлакоблоками.

Аналогичные требования и к металлической трубе – она должна быть, с одной стороны, достаточно твёрдой, чтоб не прогибаться под весом камеры, и с другой стороны, она должна быть достаточно лёгкой, чтоб не опрокинуть подставку своим весом. При необходимости, можно снабдить трубу противовесом. Мне это не понадобилось, так как моя подставка весит в районе 20 кг.

Для установки камеры на кронштейн я использовал фрагмент какого-то фото штатива. Можно воспользоваться любым куском металла нужной формы. Эстеты могут использовать шариковую головку от штатива, или «волшебную руку».

На этом в принципе всё. Есть небольшая специфика по освещению. У меня рабочее место освещается сверху, стандартной LED панелью 60х60см, мощностью 40вт, но на светодиодах с Ra>97 и цветовой температурой 5500K. Такое освещение практически не даёт теней, и так как свет падает на плату практически прямо, то и отраженный свет тоже идёт прямо, и любые огрехи в пайке видны сразу. Но у такого подхода есть и минус — например, маркировка деталей, сделанная лазером, видна плохо, так как требует боковой подсветки для контраста. Но при боковой подсветке, могут появляться тени, что осложняет контроль за качеством пайки. В общем, решать вам, но в 99% случаев, верхний, рассеянный свет подходит для всех вариантов использования. Как всё это смотрится в реальной жизни, можете оценить на видео (с 0:49). Я специально снял его так, чтоб был бы вид как бы из головы — как вы будете видеть рабочее место и картинку на мониторе.