diff --git a/config/redirects.js b/config/redirects.js index 09eb97497..cc005e90d 100644 --- a/config/redirects.js +++ b/config/redirects.js @@ -1,16 +1,37 @@ const redirectsMinimal = [ { from: "/docs/Toolboxes/DiscoveryCore/ENGLISH/", - to: "/usage/disc/corebox/en/", + to: "/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/", }, { from: "/docs/Toolboxes/DiscoveryCore/ENGLISH/coreBOXen", - to: "/usage/disc/corebox/en/core_intro", + to: "/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/core_intro", }, { from: "/docs/Toolboxes/DiscoveryCore/ITALIAN/coreBOXit", - to: "/usage/disc/corebox/it/core_intro", + to: "/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/core_intro", }, + // 2026-07 CoreBox Diataxis migration: old en/it pages moved to ARCHIVE/ + { + from: "/usage/disc/corebox/en/", + to: "/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/", + }, + { + from: "/usage/disc/corebox/it/", + to: "/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/core_intro", + }, + ...["core_intro", "CoreLens", "CoreTelescope", "coreMicroscope", + "Smartphone Microscope", "coreTroubleshoot", + "Showcasing Smartphone Microscope Images"].map((id) => ({ + from: `/usage/disc/corebox/en/${id}`, + to: `/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/${id}`, + })), + ...["core_intro", "CoreLensIT", "CoreTelescopeIT", "coreMicroscopeIT", + "Smartphone MicroscopeIT", "coreTroubleshootIT", + "Showcasing Smartphone Microscope ImagesIT"].map((id) => ({ + from: `/usage/disc/corebox/it/${id}`, + to: `/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/${id}`, + })), { from: "/docs/Toolboxes/ElectronicsBox/", to: "/usage/disc/electronics-addon/", diff --git a/docs/usage/README.mdx b/docs/usage/README.mdx index 81362c597..032dbc5a6 100644 --- a/docs/usage/README.mdx +++ b/docs/usage/README.mdx @@ -40,7 +40,7 @@ openUC2's [Professional Line](./pro/README.md) consists of ready-to-use imaging openUC2's [Discovery Line](./disc/README.mdx) consists of entry-level kits which help you to learn about and prototype with optics, microscopy, imaging, mechanics, electronics, and software. - Standalone kits: educational kits using openUC2's approachable modular optics system. - - [CoreBox](./disc/corebox/README.md) + - [CoreBox](./disc/corebox/index.md) - [QBox](./disc/qbox/README.mdx) {/* build:exclude=minimal */} - [QBox](https://docs.openuc2.com/usage/disc/qbox/) {/* build:exclude=full */} - [HoloBox](./disc/holobox/index.md) diff --git a/docs/usage/disc/README.mdx b/docs/usage/disc/README.mdx index 253293012..9889bbe34 100644 --- a/docs/usage/disc/README.mdx +++ b/docs/usage/disc/README.mdx @@ -23,7 +23,7 @@ Perfect for classrooms, workshops, and self-learners. * Telescope assembly * Smartphone microscope -📄 [Documentation →](./corebox/README.md) +📄 [Documentation →](./corebox/index.md) --- diff --git a/docs/usage/disc/boxes/Didaktikkonzept CoreBox - Version 1 (1).md b/docs/usage/disc/boxes/Didaktikkonzept CoreBox - Version 1 (1).md new file mode 100644 index 000000000..50c808af6 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/Didaktikkonzept CoreBox - Version 1 (1).md @@ -0,0 +1,1521 @@ +# Didaktikkonzept – CoreBox openUC2 {#didaktikkonzept-–-corebox-openuc2} + +# + +# *Lichtwelten entdecken –* + +# *Optische Systeme verstehen, bauen und anwenden* + +**Material:** +openUC2 CoreBox \- modularer Optikbaukasten + +**Zielgruppe:** + +* Sekundarstufe I +* Sekundarstufe II + +**Umfang:** +1-8 Unterrichtsstunden (modular); geeignet fĂŒr: + +* Einzelstunden +* Doppelstunden +* Projekttage +* AGs/Forscherkurse/MINT-Labore + +**Fachbereiche:** +Physik, Biologie, Technik, Sachunterricht, Informatik + +**Version:** +Lehrwerksstandard + +# **Inhaltsverzeichnis** {#inhaltsverzeichnis} + +[**Didaktikkonzept – CoreBox openUC2 1**](#didaktikkonzept-–-corebox-openuc2) + +[**Inhaltsverzeichnis 2**](#inhaltsverzeichnis) + +[**1\. Einleitung 4**](#1.-einleitung) + +[1.1 Ziel dieses Konzepts 4](#1.1-ziel-dieses-konzepts) + +[1.2 Zielgruppe & Einsatzszenarien 5](#1.2-zielgruppe-&-einsatzszenarien) + +[1.3 Warum Optik mit der CoreBox statt mit einem “klassischen Mikroskop"? 5](#1.3-warum-optik-mit-der-corebox-statt-mit-einem-“klassischen-mikroskop"?) + +[1.4. Aufbau des Konzepts 7](#1.4.-aufbau-des-konzepts) + +[1.5 Hinweise zur praktischen Umsetzung 7](#1.5-hinweise-zur-praktischen-umsetzung) + +[**2\. Didaktische Einordnung 7**](#2.-didaktische-einordnung) + +[2.1 Bildungs- und Kompetenzen 8](#2.1-bildungs--und-kompetenzen) + +[2.2 Lernvoraussetzungen der SchĂŒler\*innen 9](#2.2-lernvoraussetzungen-der-schĂŒler*innen) + +[2.3 Didaktische Leitprinzipien 10](#2.3-didaktische-leitprinzipien) + +[2.4 Differenzierte Einstiege in die Optik 12](#2.4-differenzierte-einstiege-in-die-optik) + +[2.5 BegrĂŒndung des Methodenmixes 12](#2.5-begrĂŒndung-des-methodenmixes) + +[2.6 Lernumgebung & Organisation 12](#2.6-lernumgebung-&-organisation) + +[2.7 Fazit didaktische Einordnung 13](#2.7-fazit-didaktische-einordnung) + +[**3\. Sachinformationen & Arbeiten mit der CoreBox 13**](#3.-sachinformationen-&-arbeiten-mit-der-corebox) + +[3.1 Grundprinzip der CoreBox 14](#3.1-grundprinzip-der-corebox) + +[3.2 Komponenten der CoreBox 14](#3.2-komponenten-der-corebox) + +[3.3 So arbeitet man mit der CoreBox 15](#3.3-so-arbeitet-man-mit-der-corebox) + +[3.4 Grundprinzipien optischer Systeme in der CoreBox 17](#3.4-grundprinzipien-optischer-systeme-in-der-corebox) + +[3.5 Arbeiten im Unterricht mit der CoreBox 18](#3.5-arbeiten-im-unterricht-mit-der-corebox) + +[3.6 Sicherheit, Robustheit, Nachhaltigkeit 19](#3.6-sicherheit,-robustheit,-nachhaltigkeit) + +[3.7 Pflege & Aufbewahrung 19](#3.7-pflege-&-aufbewahrung) + +[**4\. Experimente mit der CoreBox 20**](#4.-experimente-mit-der-corebox) + +[Experiment 1: Optik \- Lupe 20](#experiment-1:-optik---lupe) + +[Experiment 2: Optik \- Linsen 24](#experiment-2:-optik---linsen) + +[Experiment 3: Optik \- Der Projektor 28](#experiment-3:-optik---der-projektor) + +[Experiment 4: Optik \- Galilei-Teleskop 31](#experiment-4:-optik---galilei-teleskop) + +[Exkurs: Einen WĂŒrfel auseinander bauen 34](#exkurs:-einen-wĂŒrfel-auseinander-bauen) + +[Experiment 5: Optik \- Kepler Teleskop 34](#experiment-5:-optik---kepler-teleskop) + +[Experiment 6: Mikroskopie \- Lichtmikroskop mit Unendlich- keitsoptik 37](#experiment-6:-mikroskopie---lichtmikroskop-mit-unendlich--keitsoptik) + +[Experiment 7: Mikroskopie \- Lichtmikroskop mit Endlichkeits- optik 41](#experiment-7:-mikroskopie---lichtmikroskop-mit-endlichkeits--optik) + +[Experiment 8: Mikroskopie \- Das Smartphone Mikroskop 46](#experiment-8:-mikroskopie---das-smartphone-mikroskop) + +[**5\. Unterrichtsstunden 51**](#5.-unterrichtsstunden) + +[Stunde 1 \- Einstieg in die Optik: Die Lupe 51](#stunde-1---einstieg-in-die-optik:-die-lupe) + +[Stunde 2 \- Sammel- und Zerstreuungslinsen 52](#stunde-2---sammel--und-zerstreuungslinsen) + +[Stunde 3 \- Bildentstehung: Der Projektor 53](#stunde-3---bildentstehung:-der-projektor) + +[Stunde 4 \- Vertiefung Bildentstehung & Sicherung 54](#stunde-4---vertiefung-bildentstehung-&-sicherung) + +[Stunde 5 \- Fernrohre: Galilei & Kepler 55](#stunde-5---fernrohre:-galilei-&-kepler) + +[Stunde 6 \- Das klassische (endliche) Mikroskop 56](#stunde-6---das-klassische-\(endliche\)-mikroskop) + +[Stunde 7 \- Das moderne Mikroskop: Unendlichkeitsoptik 57](#stunde-7---das-moderne-mikroskop:-unendlichkeitsoptik) + +[Stunde 8 \- Smartphone-Mikroskopie 58](#stunde-8---smartphone-mikroskopie) + +## + +# 1\. Einleitung {#1.-einleitung} + +Optische PhĂ€nomene gehören zu den faszinierendsten Bereichen der Naturwissenschaften – gleichzeitig aber zu denen, die SchĂŒler\*innen oft nur abstrakt kennenlernen. Begriffe wie *Brennweite*, *Linsenfunktion* oder *Bildentstehung* werden im Unterricht behandelt, ohne dass Lernende erleben, **wie** optische Abbildungen tatsĂ€chlich entstehen. Meist wird mit fertigen GerĂ€ten gearbeitet, deren innerer Aufbau fĂŒr Lernende verborgen bleibt. Genau das möchten wir Ă€ndern. + +Mit der **openUC2 CoreBox** erhalten Schulen ein modulares Optiksystem, das es Lernenden ermöglicht: + +* optische GerĂ€te **selbst zu konstruieren**, +* Wirkprinzipien wie Brennweite oder VergrĂ¶ĂŸerung **experimentell zu erkunden**, +* Fehlerquellen und Grenzen optischer Systeme **authentisch zu erfahren**, +* und mithilfe digitaler EndgerĂ€te (z. B. Smartphones) **moderne Mikroskopie** durchzufĂŒhren. + +Die Leitidee des Moduls lautet daher: + **„Optik begreifen, indem man sie baut.“** + +Damit unterstĂŒtzt die CoreBox einen Unterricht, indem SchĂŒler\*innen zu aktiven Forschenden werden, die sehen, was sie bauen, und verstehen, was sie sehen. + +## 1.1 Ziel dieses Konzepts {#1.1-ziel-dieses-konzepts} + +Diese Handreichung bietet ein **vollstĂ€ndiges, kompetenzorientiertes Unterrichtskonzept** fĂŒr den Einsatz der CoreBox ab Sekundarstufe I. + +Sie enthĂ€lt: + +* didaktische Hintergrundinformationen, +* eine klare Kompetenzstruktur nach KMK-Standards, +* vollstĂ€ndige Unterrichtseinheiten mit StundenverlĂ€ufen, +* Experimente in verschiedenen Schwierigkeitsstufen, +* Kopiervorlagen fĂŒr SchĂŒler\*innen, +* Differenzierungsangebote fĂŒr leistungsheterogene Lerngruppen, + +Die Materialien ermöglichen LehrkrĂ€ften, Optik als Hands-on Wissenschaft zu vermitteln – nachvollziehbar, sicher und praxisnah. + +## 1.2 Zielgruppe & Einsatzszenarien {#1.2-zielgruppe-&-einsatzszenarien} + +Diese Handreichung und die zugehörigen Experimente sind ausgelegt fĂŒr: + +### Sekundarstufe I (Klasse 5-10) + +* EinfĂŒhrung in geometrische Optik +* Linsen, Brennweite, Bildentstehung +* optische GerĂ€te (Lupe, Mikroskop, Kamera) +* qualitative und quantitative Experimente +* digitale Auswertung (Smartphone) + +### Sekundarstufe II (optional erweiterbar) + +* prĂ€zise Strahlenoptik +* Linsengleichung +* Abbildungsmaßstab +* reale optische Systeme + +### Typische Einsatzformen + +* RegulĂ€rer Physikunterricht +* Naturwissenschaftliche Vertiefungskurse +* Projektunterricht / Profilfach MINT +* SchĂŒlerlabore und AGs +* Forschertage / naturwissenschaftliche Workshops +* Optional: RegulĂ€rer Biologie Unterricht +* Optional: RegulĂ€rer Informatik Unterricht + +## 1.3 Warum Optik mit der CoreBox statt mit einem “klassischen Mikroskop"? {#1.3-warum-optik-mit-der-corebox-statt-mit-einem-“klassischen-mikroskop"?} + +Die CoreBox bietet fĂŒr den Unterricht mehrere entscheidende Vorteile: + +### 1\. Lernende bauen reale optische GerĂ€te selbst + +Sie konstruieren: + +* Lupen +* Projektoren +* Teleskope +* Weitere Linsenaufbauten +* Mikroskope + +Das schafft ein tieferes VerstĂ€ndnis, als die Arbeit mit fertigen Aufbauten. + +### 2\. ModularitĂ€t ermöglicht Experimentieren + +Lernende können in den Aufbauten sĂ€mtliche Faktoren selbst verĂ€ndern und damit experimentieren, welche VerĂ€nderungen im Aufbau welche VerĂ€nderungen im Ergebnis nach sich ziehen. Beispiele sind die VerĂ€nderung von AbstĂ€nden, Linsen oder Beleuchtungen. + +### 3\. Ideal auf Kompetenzorientierung (KMK) abgestimmt + +Die CoreBox unterstĂŒtzt alle prozessbezogenen Kompetenzen: + +* Erkenntnisgewinn (Hypothesen → Experiment → Auswertung) +* Kommunikation (Beschreibungen, Diagramme, Kommunikation miteinander) +* Bewertung + +### 4\. Digitale Integration + +Die CoreBox ermöglicht es, die Zusammenarbeit von Optik & digitaler Arbeit zu erleben. Durch die Einbindung von Tablets wird Mikroskopie so digital durchgefĂŒhrt, wie dies heute selbstverstĂ€ndlich auch in der Praxis durchgefĂŒhrt wird. DarĂŒber hinaus können weiterfĂŒhrende Kompetenzen in Programmierung ĂŒber Addons, wie das Interferometer, vermittelt werden. + +### 5\. Fehler werden sichtbar \- und lehrreich + +Falsch gesetzte Linsen, unpassende AbstĂ€nde oder schlechte Beleuchtung erzeugen sofort erkennbare Effekte im Ergebnis. Lernende lernen dadurch Ursachenanalyse, Anpassung wissenschaftlicher Aufbauten und iterative Problemlösung. Fehler werden zu Lerngelegenheiten, die die Lernenden (zusammen) lösen, nicht zu Frustrationspunkten. + +## 1.4. Aufbau des Konzepts {#1.4.-aufbau-des-konzepts} + +Die Struktur folgt etablierten Standards von Lehrerhandreichungen und ist modular aufgebaut: + +1. Einleitung +2. Didaktische Einordnung +3. Sachinformationen & Arbeiten mit der CoreBox +4. Experimente mit der CoreBox +5. Unterrichtseinheiten & StundenverlĂ€ufe +6. Arbeitsmaterialien +7. Anhang (Materiallisten, Troubleshooting, Lehrplan-Mapping) + +LehrkrĂ€fte können einzelne Experimente auswĂ€hlen oder eine komplette Optik-Reihe durchfĂŒhren. DarĂŒber hinaus kann die CoreBox in fĂ€cherĂŒbergreifenden Kontexten zwischen Physik, Biologie und Informatik eingesetzt werden. + +## 1.5 Hinweise zur praktischen Umsetzung {#1.5-hinweise-zur-praktischen-umsetzung} + +Hier abschließende Hinweise zur praktischen Arbeit mit der CoreBox: + +* Optische Aufbauten sind in wenigen Minuten erstellt. +* Die Bauteile sind robust und fĂŒr die Sek I uneingeschrĂ€nkt geeignet. +* Tablets treffen die Lebenswelt der SchĂŒler\*innen und steigern Motivation. +* Gruppenarbeit (2–3 pro Box) ist optimal. +* Der Raum sollte gut beleuchtet oder kontrolliert abdunkelbar sein, je nach Experiment. + +# 2\. Didaktische Einordnung {#2.-didaktische-einordnung} + +Optik ist ein Kerngebiet des Physikunterrichts in der Sekundarstufe I. Das Thema bietet eine ausgezeichnete Möglichkeit, fachliche Inhalte mit experimentellen Kompetenzen zu verbinden. Besonders in der Optik gilt: + +**Wer selbst aufbaut, versteht mehr.** +**Wer sieht, was er gebaut hat, versteht es dauerhaft.** + +Die CoreBox knĂŒpft genau hier an: Sie macht optische Systeme sichtbar, verĂ€nderbar und begreifbar. Dieses Konzept ĂŒbersetzt den technischen Baukasten in ein didaktisches Gesamtkonzept, das an den KMK-Bildungsstandards und den LehrplĂ€nen der BundeslĂ€nder ausgerichtet ist. + +## 2.1 Bildungs- und Kompetenzen {#2.1-bildungs--und-kompetenzen} + +Die CoreBox fördert alle drei prozessbezogenen Kompetenzbereiche der KMK-Standards Physik: + +### A. Erkenntnisgewinnung + +Lernende sollen: + +* Beobachtungen strukturieren, beschreiben und vergleichen, +* Hypothesen formulieren, begrĂŒnden und ĂŒberprĂŒfen, +* Experimente planen und durchfĂŒhren, +* Variablen kontrollieren (Abstand, Linsenwahl, Beleuchtung), +* Modelle anwenden (z. B. Strahlenmodell der Lichtausbreitung), +* Messergebnisse auswerten. + +Damit ist das modulare und offene Prinzip der CoreBox ideal geeignet, da es ermöglicht, selbst zu experimentieren und jede Änderung im Aufbau ein klar wahrnehmbar anderes Ergebnis erzeugt. + +### B. Fachwissen + +Lernende sollen: + +* die Wirkungsweise von Sammel- und Zerstreuungslinsen erklĂ€ren können, +* Brennweite und VergrĂ¶ĂŸerung qualitativ (Sek I) und quantitativ (Sek II) erfassen, +* StrahlenverlĂ€ufe konstruieren und interpretieren, +* Funktionsprinzipien optischer GerĂ€te (Lupe, Mikroskop, Teleskop) verstehen, +* Reale optische Systeme mit Schulbuchmodellen vergleichen, +* Lichtausbreitung und Bildentstehung in eigenen Worten beschreiben. + +Die CoreBox liefert hier einen passenden Werkzeugkasten, um sowohl einen qualitativen wie auch einen quantitativen Zugang zu Optik zu geben. Insbesondere dadurch, dass der Aufbau sich bereits durch Form und Offenheit in der Anmutung deutlich von klassischen Mikroskopen unterscheidet, kann ein vertieftes Interesse fĂŒr die optischen Prozesse, die im Mikroskop vor sich gehen geweckt und ein tieferes VerstĂ€ndnis vermittelt werden. + +### C. Kommunikation + +Lernende sollen: + +* optische Aufbauten zeichnen, +* StrahlenverlĂ€ufe beschreiben, +* Fachbegriffe korrekt nutzen (Brennebene, VergrĂ¶ĂŸerung, Zwischenbild), +* Messergebnisse und Beobachtungen dokumentieren, +* Lösungen im Team abstimmen, Ergebnisse prĂ€sentieren. + +Die CoreBox sollte grundsĂ€tzlich in Kleingruppen genutzt werden, womit die Kommunikation im Team bereits beim Aufbau unerlĂ€sslich ist. Dies wird im Laufe der Experimente weiter verstĂ€rkt. Dazu ermöglicht das offene System ein klareres VerstĂ€ndnis der zu zeichnenden Aufbauten und StrahlenverlĂ€ufe. + +### D. Bewertung + +Lernende sollen: + +* Nutzen und Grenzen optischer GerĂ€te beurteilen, +* Fehlerquellen analysieren, +* Die Rolle von Optik in Alltag und Technik diskutieren (Kameras, Mikroskope,..), +* Entscheidungen ĂŒber experimentelle Vorgehen begrĂŒnden können. + +Auch hier hilft der selbststĂ€ndige Aufbau, insbesondere die Prinzipien und damit auch ihre Grenzen zu verstehen, sowie die Entscheidungen zu experimentellen Vorgehen zu begrĂŒnden. + +## 2.2 Lernvoraussetzungen der SchĂŒler\*innen {#2.2-lernvoraussetzungen-der-schĂŒler*innen} + +Die CoreBox knĂŒpft an folgende Vorkenntnisse an: + +### Zwingend nötig (Basics aus Klasse 5-6) + +* Licht breitet sich geradlinig aus +* Helle vs. dunkle FlĂ€chen, Schattenbildung +* Beobachtungen beschreiben können +* Grundlegende Arbeitstechniken im Experimentieren + +### Hilfreich, aber nicht zwingend: + +* Erste Erfahrungen mit Lupen, Teleskopen oder Mikroskopen +* Kenntnis einfacher Fachbegriffe (Strahl, Objekt, Bild,...) +* BasisverstĂ€ndnis von Maßzahlen (mm, cm) + +### Nicht nötig: + +* Linsengleichungen +* mathematische Modellierung +* Fachwissen ĂŒber optische Systeme + +Ziel ist es, die CoreBox auch in heterogenen Gruppen problemlos einsetzbar zu machen. + +## 2.3 Didaktische Leitprinzipien {#2.3-didaktische-leitprinzipien} + +Das wichtigste Leitprinzip unserer CoreBox ist, dass Lernende die Optik verstehen, in dem sie selbst damit experimentieren können und all die Dinge sehen, anfassen und ausprobieren können, die in einem normalen Mikroskop nicht sichtbar sind. Unser Weg, dies umzusetzen, ist, **Optik modular zu machen**. Diese ModularitĂ€t ist die Grundlage dafĂŒr, dass Variationen direkt sichtbar sind und Hypothesen- und Problemlösungskompetenz sowie Neugier gefördert werden. + +Im Detail basiert das Konzept auf 5 zentralen Prinzipien: + +### 1\. Lernen durch Konstruktion + +Optische GerĂ€te werden nicht nur benutzt, sondern gebaut. So konstruieren die Lernenden Strahlenwege und Funktionsweisen selbst. + +### 2\. Variation als Lernmotor + +Durch die ModularitĂ€t der CoreBox können verschiedenste Setups und Variationen gebaut werden. Bereits kleine Änderungen wie AbstĂ€nde oder Nutzung unterschiedlicher Linsen fĂŒhren zu direkt sichtbaren Effekten. Diese Variation ist ein zentrales didaktisches Element. Sie erzeugt Neugier, macht ZusammenhĂ€nge tatsĂ€chlich erfahrbar und fördert Hypothesenbildung und Fehleranalyse. + +### 3\. Fehlersensitives Lernen + +Auch wenn der Aufbau so gestaltet ist, dass verschiedene Setups schnell und einfach gebaut werden können, kann trotzdem etwas “schiefgehen” \- und das ist gut so. Es bereitet Lernende darauf vor, mit Problemen und Fehlern umzugehen, wie sie auch in ihrem spĂ€teren Leben an der Tagesordnung stehen werden. Beispiele fĂŒr solche Fehler im Setup sind: + +* Wenn etwas unscharf ist, gibt es eine Ursache, die es zu finden gilt +* Wenn das Bild auf dem Kopf steht, gibt es einen Grund dafĂŒr im Lichtweg + +Fehler werden produktiv genutzt, fĂŒr fortgeschrittene Lernende können auch bewusst Schwierigkeiten oder unerwartete Ergebnisse (wie bspw. ein auf dem Kopf stehendes Bild) erzeugt werden, um ihre Problemlösungs- und Hypothesenbildungskompetenz zu fördern. + +### 4\. Kompetenzorientierung + +Alle Lernmodule fördern mehrere Kompetenzen parallel: + +* Fachkompetenz durch Strahlenoptik +* Methodenkompetenz durch Experimentieren +* Digitalkompetenz durch Einbeziehung von Tablets und (optional) Software/Programmierung +* Sozialkompetenz durch Gruppenarbeit + +### 5\. Alltags- und Technikorientierung + +Die CoreBox ist grundsĂ€tzlich so gestaltet, dass sie Lernende auf das vorbereitet, was sie spĂ€ter im Berufsleben oder Alltag erwartet \- in der Optik, aber auch außerhalb. Beispiele sind: + +* Sie lernen, wo ĂŒberall Optik wesentlich ist (Biologie, Physik, aber auch bspw. der Bau von Chips). Es wird beispielsweise aufgezeigt, dass auch ihr Smartphone nicht existieren wĂŒrde, ohne dass optische Forschung betrieben wurde. +* Sie arbeiten mit einem digitalen Mikroskop \- wie sie es auch in der Wissenschaft oder Praxis tun wĂŒrden. +* Sie lernen, Technik zu hinterfragen und zu verstehen, was “hinter dem Vorhang” passiert. + +## 2.4 Differenzierte Einstiege in die Optik {#2.4-differenzierte-einstiege-in-die-optik} + +Unsere CoreBox ermöglicht verschiedene spielerische Einstiege in die Welt der Optik. Möglichkeiten sind bspw.: + +* Einstieg ĂŒber Lupe (alltagsnah & niedrigschwellig) +* Einstieg ĂŒber Brennweiten (eher theoretischer Einstieg) +* Einstieg ĂŒber Teleskope (“Warum steht das Bild Kopf?”) +* Einstieg ĂŒber Mikroskopie auf Tablet (“Wow-Faktor”) + +DarĂŒber hinaus empfehlen wir immer, in einer Unterrichtseinheit darauf einzugehen, wo ĂŒberall Optik im Alltag relevant ist. Wir selbst setzen dies bspw. hĂ€ufig direkt zu Beginn um, indem wir bspw. ein Smartphone, einen Corona-Test und einen Computerchip herumreichen und fragen, was diese Dinge gemeinsam haben: Sie alle wĂ€ren ohne optische Forschung nie erfunden worden. Damit kann meistens direkt zu Beginn Aufmerksamkeit gesichert werden und dann das “basteln” beginnen. + +## 2.5 BegrĂŒndung des Methodenmixes {#2.5-begrĂŒndung-des-methodenmixes} + +***Erleben statt nur beobachten.*** + +Physik und Optik im Besonderen leben von direkten Erfahrungen. Daher wird in den Unterrichtseinheiten ein breiter Methodenmix genutzt, um dieses Erleben bestmöglich zu gestalten und zu nutzen: + +* **Demonstration (kurze Impulse):** PhĂ€nomen eröffnen +* **Kontext (alternative):** PhĂ€nomen darĂŒber eröffnen, was alles Optik benötigt +* **Gruppenexperimente:** Selbstkoordination in Kleingruppen +* **Stationenlernen:** bei heterogenen Lerngruppen evtl. sinnvoll +* **Modellbildung:** in diesem Fall bspw. Skizzen und StrahlenverlĂ€ufe +* **(Digitale) Dokumentation:** Dokumentation der Experimente, evtl. auf Tablet +* **Reflexion:** GesprĂ€che nach den Experimenten + +Dieser Methodenmix ist kompatibel mit modernen Unterrichtsmodellen wie bspw. dem 5E-Modell (Engage, Explore, Explain, Elaborate, Evaluate). + +## + +## 2.6 Lernumgebung & Organisation {#2.6-lernumgebung-&-organisation} + +Der Großteil der benötigten Materialien befindet sich in der CoreBox bzw. dieser Anleitung. + +ZusĂ€tzlich benötigt wird: + +* Tablets der SchĂŒler +* Batterien fĂŒr Taschenlampe (3x AAA pro Box) +* Wenn gewĂŒnscht eigene Proben + +Im Anhang dieser Anleitung finden sich außerdem Beispiel-ArbeitsblĂ€tter & weitere Lernmaterialien. + +FĂŒr die Umsetzung empfehlen sich Kleingruppen von 2-4 SchĂŒler\*innen pro Box. Zur Vorbereitung mĂŒssen lediglich die Boxen und eventuell die weiteren Materialien an die Lernenden verteilt werden. FĂŒr einige Experimente (Projektor) ist es hilfreich, wenn der Raum sich abdunkeln lĂ€sst. + +## 2.7 Fazit didaktische Einordnung {#2.7-fazit-didaktische-einordnung} + +Die CoreBox ermöglicht bei der Nutzung im Unterricht: + +* ein tiefes VerstĂ€ndnis durch aktive Konstruktion +* Sichere Kompetenzentwicklung gemĂ€ĂŸ KMK +* motivierenden, handlungsorientierten und interaktiven Unterricht +* einfache Umsetzung mit hoher Fehlertoleranz +* Anwendbarkeit in verschiedenen Schulformen und UnterrichtsfĂ€chern + +Zu guter Letzt: Die CoreBox ist so konstruiert, dass das Risiko, dass Lernende etwas “kaputt machen", sehr gering ist. Sollte doch etwas kaputt gehen, erlaubt die ModularitĂ€t, einzelne Bauteile einfach und kostengĂŒnstig zu ersetzen. + +Damit bietet die CoreBox einen Optikbaukasten inklusive eines vollwertigen, modernen und digitalen Mikroskops, das fĂ€cherĂŒbergreifend nutzbar ist und weit ĂŒber klassische Versuche hinausgeht. + +# 3\. Sachinformationen & Arbeiten mit der CoreBox {#3.-sachinformationen-&-arbeiten-mit-der-corebox} + +Die CoreBox basiert auf einem modularen optischen System, das so gestaltet ist, dass LehrkrĂ€fte und SchĂŒler\*innen ohne Vorerfahrung optische GerĂ€te **bauen, verĂ€ndern, analysieren und verstehen** können. + +Im Unterschied zu klassischen ExperimentierkĂ€sten ist die CoreBox darauf ausgelegt, dass die Bauteile nicht nur prĂ€zise, sondern auch stabil, schnell (und auch extern) kombinierbar sowie fehlertolerant sind. + +## 3.1 Grundprinzip der CoreBox {#3.1-grundprinzip-der-corebox} + +Das optische System besteht aus **WĂŒrfeln**, **Linsenmodulen**, **Verbindungselementen** und **JustageflĂ€chen**, die sich wie Bausteine kombinieren lassen. Jeder WĂŒrfel kann: + +* ein optisches Element (Linse, Spiegel, Objektiv,..) +* eine Lichtquelle, +* einen Probenhalter +* oder digitale Komponenten (z. B. Smartphonehalterung) aufnehmen. + +Das macht die CoreBox vergleichbar mit einem **optischen LEGO-System**: Bauteile können in beliebiger Reihenfolge kombiniert werden, ohne zusĂ€tzliche Werkzeuge. + +## 3.2 Komponenten der CoreBox {#3.2-komponenten-der-corebox} + +Die CoreBox enthĂ€lt grundlegende optische Komponenten, mit denen SchĂŒler optische Systeme selbst zusammenbauen können. Diese sind: + +### WĂŒrfelmodule + +* 2x 45°-Spiegel (feststehend, FrontflĂ€che) +* 2x 50-mm-Linse +* 1x 100-mm-Linse +* 1x \-50-mm-Linse +* 1x Okular +* 1x universelle Smartphone-Halterung +* 1x Probenhalterung +* 1x Z-Stage (25 mm Verfahrweg) + +### ZusĂ€tzliches Zubehör + +* 10x Puzzle-Grundplatten +* 2x Biologische Probe in 1x Probenbox +* 1x Objektiv (4x, NA \= 0,1, endlich) +* 1x Taschenlampe mit Halterung +* Linsenreinigungstuch +* QR-Code (fĂŒr Dokumentation und Tutorials) + +*![][image1]* + +*Inhalt der CoreBox* + +## 3.3 So arbeitet man mit der CoreBox {#3.3-so-arbeitet-man-mit-der-corebox} + +### 1\. Der WĂŒrfel + +Das Kernelement des UC2-Projekts ist ein einfacher WĂŒrfel. Der WĂŒrfel besteht aus zwei HĂ€lften und beherbergt einen schiebbaren Einsatz. Der Einsatz kann verschiedene optische Komponenten aufnehmen (z.B. Linsen, Spiegel), was bedeutet, dass mit jedem WĂŒrfel unterschiedliche Funktionen implementiert werden können. + +![][image2] + +### 2\. Umbau der WĂŒrfel + +Die WĂŒrfelhĂ€lften können auseinandergenommen werden, so kann zum einen die ganze Funktion des WĂŒrfels geĂ€ndert werden, indem die optischen Komponenten vollstĂ€ndig ausgetauscht werden können. Zum anderen kann aber auch nur die Orientierung der optischen Komponente geĂ€ndert werden. Dies gilt fĂŒr alle WĂŒrfel der Corebox. + +![][image3] +*WĂŒrfel auseinander- und zusammenbauen* + +### 3\. Verbinden der WĂŒrfel + +Die einzelnen WĂŒrfel werden mittels der Grundplatte / Puzzleteile verbunden, sodass stabile optische Aufbauten (optical Setups \= OST) entstehen. Die Puzzleteile können als vertikale Verbindung genutzt werden, jedoch ist eine horizontale Verbindung vorteilhafter, da die einzelnen WĂŒrfel hierbei sowohl an der Unter- als auch der Oberseite der WĂŒrfel befestigt werden, was zu einer besseren Justage fĂŒhrt. + +![][image4] + +![][image5]![][image6] + +*Horizontale Verbindung Vertikale Verbindung* + +## 3.4 Grundprinzipien optischer Systeme in der CoreBox {#3.4-grundprinzipien-optischer-systeme-in-der-corebox} + +Die Optik in der CoreBox basiert auf einigen Grundprinzipien: + +1. **Licht breitet sich geradlinig aus** + Alle Aufbauten basieren auf diesem Grundprinzip. + +2. **Linsen verĂ€ndern Lichtwege** + Sammellinsen bĂŒndeln das Licht, Zerstreuungslinsen streuen es. + +3. **AbstĂ€nde bestimmen BildschĂ€rfe und VergrĂ¶ĂŸerung** + Variation dieser GrĂ¶ĂŸen durch Lernende ist ausdrĂŒcklich erwĂŒnscht. + +4. **Optische Achse als Leitlinie** + Ausrichtungsfehler erzeugen sichtbare Effekte. + +5. **Ein optisches GerĂ€t \= mehrere Module gekoppelt** + Eine Lupe besteht aus einer Linse, ein Projektor ist eine Lichtquelle kombiniert mit einer Linse, usw. + +## 3.5 Arbeiten im Unterricht mit der CoreBox {#3.5-arbeiten-im-unterricht-mit-der-corebox} + +Was LehrkrĂ€fte und SchĂŒler\*innen zur Arbeit mit der CoreBox wissen sollten. + +### 1\. LehrkrĂ€fte: Vorbereitung & Nachbereitung der Box + +Zur Vorbereitung sollte die VollstĂ€ndigkeit der Box geprĂŒft werden. Eine vollstĂ€ndige Box sollte die oben genannten Teile beinhalten und aussehen wie folgt: +![][image7] +*Gepackte CoreBox* +DarĂŒber hinaus sollte gecheckt werden: + +- [ ] **Taschenlampe**: Batterien vorhanden und geladen? +- [ ] **Proben:** 3 Proben in Probenbox vorhanden? Eventuell eigene Proben vorbereitet? +- [ ] **Tablet:** Sind alle Tablets geladen und funktionieren die Kameras? + +Zum Abschluss der Unterrichtseinheit sollte geprĂŒft werden, ob jede Box wie oben bebildert vollstĂ€ndig wieder gepackt wurde. + +### 2\. Typische Arbeit von Lernenden in Gruppen mit der CoreBox + +Sinnvoll ist bspw. eine Aufteilung von 3 SchĂŒler\*innen auf eine Box. So kann bspw. ein Lernender den Aufbau anleiten, einer diesen durchfĂŒhren und ein dritter Lernender dokumentiert die Beobachtungen. Diese Rollen können im Laufe der Unterrichtseinheit rotiert werden. + +## + +## 3.6 Sicherheit, Robustheit, Nachhaltigkeit {#3.6-sicherheit,-robustheit,-nachhaltigkeit} + +Die CoreBox ist grundsĂ€tzlich fĂŒr die Arbeit mit SchĂŒler\*innen konstruiert worden. Aus Sicherheits-Gesichtspunkten bedeutet dies: + +* Es sind **keine Laser** enthalten +* Es sind **keine WĂ€rmequellen** enthalten + +DarĂŒber hinaus sind sie so konstruiert, dass sie relativ viel “Fehlbedienung” oder Gewalt aushalten, bevor etwas kaputt geht. Sollte doch etwas kaputt gehen, können die entsprechenden Einzelteile durch die modulare Bauweise einfach und kostengĂŒnstig ausgetauscht oder repariert werden. So sichern wir auch Nachhaltigkeitsaspekte ab, indem Systeme repariert werden können, anstatt ein komplettes System bei Defekt ersetzen zu mĂŒssen. + +## + +## 3.7 Pflege & Aufbewahrung {#3.7-pflege-&-aufbewahrung} + +Die CoreBox ist grundsĂ€tzlich pflegeleicht konzipiert, einige Hinweise helfen aber, die Langlebigkeit zu erhöhen: + +* Linsen bei Beschmutzung mit beigelegten Mikrofasertuch reinigen +* Bauteile nur trocken lagern (falls etwas nass geworden ist) + +# 4\. Experimente mit der CoreBox {#4.-experimente-mit-der-corebox} + +Mit der CoreBox sind 8 verschiedene Experimente möglich. Diese unterteilen sich in die Bereiche **Optik & Mikroskopie**. + +**Anmerkung:** +Ob es didaktisch sinnvoller ist, mit den Brennweiten verschiedener Linsen oder mit der Lupe zu beginnen, muss die Lehrperson selbst festlegen. + +## + +## Experiment 1: Optik \- Lupe {#experiment-1:-optik---lupe} + +Das erste Experiment ist eine einfache Lupe. + +### Lernziel: + +Das Lernziel ist es, Interesse dafĂŒr zu wecken, wie Linsen und Brennweiten funktionieren. Dazu wird ein grundsĂ€tzliches VerstĂ€ndnis fĂŒr Sammellinsen vermittelt. Die Details zu Brennweiten folgen im zweiten Experiment. + +### Notwendige Bauteile: + +- [ ] WĂŒrfel mit 50mm Linse +- [ ] Kleiner gedruckter Text (hier angehĂ€ngt) +- [ ] Die Brennweite der Linse findet sich als aufgedruckte Zahl am Linsenhalter. + +### Aufbau: + +![][image8] +*Aufbau der Lupe* + +Hier muss noch gar nichts gebaut werden. Es wird einfach die 50mm Linse genommen und mit dieser der folgende Text betrachtet. +![][image9] +*Beispieltext zur Lupe* + +### DurchfĂŒhrung: + +* Der Abstand zwischen Linse und Objekt wird zunĂ€chst relativ groß gewĂ€hlt. +* Der Abstand wird schrittweise verringert. +* Die Bildwirkung wird bei unterschiedlichen AbstĂ€nden betrachtet. + +### Beobachtung: + +* Das Objekt erscheint aufrecht und vergrĂ¶ĂŸert, solange es sich innerhalb der Brennweite der Linse befindet. +* Mit abnehmendem Abstand zwischen Linse und Objekt nimmt die VergrĂ¶ĂŸerung zu. +* Bei falscher Zentrierung wird das Bild unscharf oder verzerrt. +* Überschreitet der Objektabstand die Brennweite, verschwindet der Lupeneffekt. + +### ErklĂ€rung: + +Bei Sammellinsen hĂ€ngen Bild und VergrĂ¶ĂŸerung von der Position des Objekts ab. +![][image10] +*Strahlengang Sammellinsen* + +* **Bildweite (b)** + Abstand zwischen Linsenebene und von Linse erzeugtem Bild. + +* **Gegenstandsweite (g)** + Abstand zwischen Objekt und Linsenebene. + +Der Abstand zwischen Objekt und Linse entscheidet darĂŒber, wie groß das Bild ist: + +* Abstand \> doppelte Brennweite → verkleinertes Bild +* Abstand \= doppelte Brennweite → gleich großes Bild +* Abstand \> Brennweite aber \< doppelte Brennweite → vergrĂ¶ĂŸertes Bild + +In diesen FĂ€llen entsteht ein *umgekehrtes, seitlich getauschtes, reales* Bild. FĂŒr den Lupeneffekt macht man sich ein *virtuelles* Bild zu Nutze. + +**Der Lupeneffekt** +Bei der Lupe ist der Abstand zwischen Objekt und Linse ***\<*** **der Brennweite** der Linse. Dadurch entsteht ein Bild welches: + +* *aufrecht* +* *richtig herum* +* *vergrĂ¶ĂŸert* +* *und virtuell* + +ist. +![][image11] +*Lupeneffekt* + +Die Lupe ist das einfachste aller optischen GerĂ€te, da sie nur aus einer einfachen Sammellinse mit geeigneter Brennweite besteht. + +Warum vergrĂ¶ĂŸert die Linse mit f’= 50 𝑚𝑚 den kleinen Text? Wenn das Objekt vor der Brennweite der Linse liegt – also weniger als 50 𝑚𝑚 vor der Linse – erzeugt die Linse ein virtuelles Bild, das hinter dem eigentlichen Objekt liegt. Das Auge nimmt es vergrĂ¶ĂŸert wahr. Die VergrĂ¶ĂŸerung der Lupe kann mit folgender Formel berechnet werden: +![][image12] +250 𝑚𝑚 ist der Abstand der klaren Sehweite – d. h. der Abstand zwischen dem Objekt und dem Auge, bei dem die meisten Menschen gut lesen können. Die VergrĂ¶ĂŸerung wird also **mit einem „bloßen Auge bei 250 mm verglichen**. Mehr dazu spĂ€ter bei der „Akkommodation“ des Auges. + +## Experiment 2: Optik \- Linsen {#experiment-2:-optik---linsen} + +### Lernziel: + +GrundsĂ€tzliches VerstĂ€ndnis dafĂŒr schaffen, wie Linsen funktionieren und welchen Einfluss positive und negative Brennweiten haben. + +### Notwendige Bauteile + +- [ ] WĂŒrfel mit 50mm Linse +- [ ] WĂŒrfel mit 100mm Linse +- [ ] WĂŒrfel mit \-50mm Linse +- [ ] Grafik aus dieser Anleitung + +Die Brennweite der Linse findet sich als aufgedruckte Zahl am Linsenhalter. + +### Aufbau: + +Erneut muss noch nichts im klassischen Sinne aufgebaut werden. Es werden lediglich die drei Linsen in den WĂŒrfeln benötigt. + +### DurchfĂŒhrung: + +![][image13] + +* Objekte werden durch die Sammellinsen (+50mm/+100mm) betrachtet. +* Der Abstand zwischen Objekt und Linse wird variiert. +* Anschließend wird mit der Zerstreuungslinse (-50mm) betrachtet. +* Auch hier wird der Objektabstand variiert. +* Die Bildwirkungen beider Linsen werden miteinander verglichen. + +### Beobachtung: + +* Die Sammellinse erzeugt unter geeigneten Bedingungen ein vergrĂ¶ĂŸertes Bild. +* Die Zerstreuungslinse erzeugt kein vergrĂ¶ĂŸertes reelles Bild. +* Bei der Zerstreuungslinse erscheint das Objekt verkleinert und weiter entfernt. +* Trotz gleichen Aufbaus unterscheiden sich die Bildwirkungen deutlich. + +### ErklĂ€rung: + +In der Strahlenoptik wird Licht als BĂŒndel von Strahlen (Pfeilen) dargestellt, was die physikalischen Eigenschaften des Lichts vereinfacht. Ein Strahl hat eine Richtung und wird daher mit einem Pfeil gezeichnet. Eine Linse „bricht“ den Strahl und Ă€ndert dessen Richtung. + +Die **Brennweite** einer Linse entspricht der Entfernung von der Linse zur Brennebene, auf der der Brennpunkt liegt. Sie wird in Millimetern angegeben (f \= mm). Es gibt Sammellinsen (positiv) und Zerstreuungslinsen (negativ). +![][image14] +Sammellinsen brechen die Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse verlaufen, in einem Punkt hinter der Linse, der realer Brennpunkt genannt wird. Zerstreuungslinsen brechen die Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse verlaufen, so, als ob sie von einem Punkt vor der Linse, dem virtuellen Brennpunkt, ausgingen. + +**Linsen “brechen” die Lichtstrahlen** +Die Sammellinse wird auch positive oder konvexe Linse genannt. Der mittlere Teil der Linse ist immer dicker als der Rand. Die Sammellinse vergrĂ¶ĂŸert das Bild. Die VergrĂ¶ĂŸerung unterscheidet sich zwischen der 50mm Linse und der 100mm Linse. Das Bild kann aufrecht oder invertiert sein. + +Die Streulinse wird auch negative oder konkave Linse genannt. Der mittlere Teil der Linse ist immer dĂŒnner als der Rand. Mit der negativen Linse (hier: \-50 mm Linse) wird das Bild immer verkleinert und immer aufrecht dargestellt. + +Wir gehen davon aus, dass unsere Linsen sogenannte „dĂŒnne Linsen“ sind. Das bedeutet, dass wir sie als eine Ebene betrachten können und uns nicht um ihre Dicke kĂŒmmern mĂŒssen. Das macht ErklĂ€rungen und Berechnungen viel einfacher. + +**Bild eines Objekts durch eine positive Linse** + +![][image15] +Nehmen wir die Sammellinse als Beispiel. Wir starten mit einem Objekt (**grĂŒner Pfeil**) und sehen, was mit den Strahlen passiert, die von der Spitze ausgehen. Es gibt unendlich viele Strahlen in alle Richtungen, aber fĂŒr die Zeichnung der Figur reichen die folgenden drei Strahlen aus: + +1. **Zentralstrahl** + Der Zentralstrahl (orange) passiert ungestört das Zentrum der Linse. + +2. **Fokusstrahl** + Der Fokusstrahl (gelb) startet ebenfalls von der Spitze des Pfeils, geht aber durch den objektseitigen Fokus bei Brennweite f. Nach der Linse geht er in gleicher Höhe, aber jetzt parallel zur optischen Achse weiter. + +3. **Parallelstrahl** + Der Parallelstrahl (rot) verlĂ€uft zunĂ€chst parallel zur optischen Achse, wird dann aber an der Linse so gebrochen, dass er durch den bildseitigen Brennpunkt bei Brennweite f verlĂ€uft. + +Das Bild entsteht dort, wo sich alle Strahlen schneiden. Dieses Prinzip wird fĂŒr alle Punkte oder die von ihnen ausgehenden Strahlen eines Objekts verwendet. Je nach verwendeter Linse und Position des Objekts Ă€ndern sich die Eigenschaften des Bildes, wie GrĂ¶ĂŸe, Orientierung und Position. + +**Bild eines Objekts durch eine negative Linse** +Im Fall der negativen Linse verwenden wir dieselbe Methode, um den Strahlengang abzubilden. +Anders als bei der Sammellinse ist das Bild immer verkleinert und virtuell. Die VergrĂ¶ĂŸerung hĂ€ngt von der Position des Objekts vor der Linse ab. Anders als bei der Sammellinse wird das Bild auf der Objektseite erzeugt und daher als virtuelles Bild bezeichnet. Sie können es direkt mit Ihren Augen sehen, aber nicht auf einen Bildschirm projizieren. +![][image16] + +Die Art, wie eine Linse ein Bild erzeugt, ist vorhersehbar, wenn man die Brennweite dieser Linse kennt. Daher muss ein bestimmter Abstand eingehalten werden, damit Sie die Schrift mit der angegebenen Linse auf dem vorherigen Blatt sehen können. + +Die VergrĂ¶ĂŸerung und der Ort, an dem das Bild entsteht, hĂ€ngen von der Brennweite der Linse und dem Abstand zwischen Linse und Objekt ab. Mit der Zerstreuungslinse (f \= \-50 mm) sehen Sie immer ein verkleinertes virtuelles Bild. Ein virtuelles Bild kann nur mit dem Auge betrachtet werden. + +## Experiment 3: Optik \- Der Projektor {#experiment-3:-optik---der-projektor} + +### Lernziel: + +Hier möchten wir einen ersten “Aha-Moment” kreieren: Die Lernenden können die VergrĂ¶ĂŸerung der Probe als Schattenbild an die Wand werfen. So erhalten sie ein anschauliches VerstĂ€ndnis von StrahlengĂ€ngen. +DarĂŒber hinaus lernen sie durch VerĂ€nderung der Position des gesamten Aufbaus sowie Vor- oder ZurĂŒckschieben der Linse oder Probe innerhalb der WĂŒrfel, welche Faktoren einen Einfluss auf das entstehende (Schatten-)Bild entwickeln. + +### Notwendige Bauteile: + +- [ ] Probenhalter mit Probe +- [ ] WĂŒrfel mit 50mm Linse +- [ ] Taschenlampenhalter +- [ ] Taschenlampe +- [ ] 4x Puzzle Teil + +### Aufbau: + +![][image17] + +* ZunĂ€chst werden zwei Puzzleteile zusammengesteckt +* Auf eines der Puzzleteile wird der Probenhalter inkl. Probe gesetzt +* Auf das andere Puzzleteil wird die 50mm Linse gesetzt +* Nun werden zwei weitere Puzzleteile oben auf die WĂŒrfel gesetzt, um die StabilitĂ€t zu erhöhen +* Die WĂŒrfel werden so ausgerichtet, dass die Linse auf eine Wand o.Ă€. zeigt, die als ProjektionsflĂ€che genutzt wird + +### — + +### DurchfĂŒhrung: + +Nachdem die WĂŒrfel ausgerichtet wurden, beginnt das Experiment damit, die Taschenlampe zu nutzen. + +* Nun die Taschenlampe in den Taschenlampenhalter einsetzen +* Diesen so auf der OberflĂ€che platzieren, dass die Taschenlampe von Seite des WĂŒrfels mit der Probe durch den Aufbau scheint +* Nun entsteht ein Schatten-(Bild) der Probe auf der ProjektionsflĂ€che + +Dieses Bild kann nun ĂŒber 3 Faktoren verĂ€ndert werden: + +* Position des Aufbaus zur ProjektionsflĂ€che +* Position des Probenhalters im WĂŒrfel +* Position der Linse im WĂŒrfel + +FĂŒr ein scharfes Bild sollten grob folgende Entfernungen eingestellt werden: + +* Abstand zwischen Probe & Linse: ca. 50 mm +* Abstand zwischen Probe & ProjektionsflĂ€che: ca. 200 mm + +### Beobachtung: + +* Auf der ProjektionsflĂ€che entsteht ein reelles Bild des Objekts. +* Das Bild ist gegenĂŒber dem Objekt auf dem Kopf stehend. +* Die BildgrĂ¶ĂŸe verĂ€ndert sich mit dem Abstand zwischen Linse und ProjektionsflĂ€che. +* Nur bei bestimmten Kombinationen der AbstĂ€nde erscheint das Bild scharf. + +### ErklĂ€rung: + +![][image18] *Entfernung **g** des Gegenstands Entfernung **b** des Bildes* + +**Wo ist das Bild?** +Wenn ein Objekt durch eine Sammellinse abgebildet wird, hĂ€ngen die Position und GrĂ¶ĂŸe des Bildes von der Entfernung (g) des Objekts zur Linse und deren Brennweite (f) ab. Die Linsengleichung beschreibt die Beziehung zwischen Bildweite (b) und Objektabstand (g): +![][image19] +**Wie groß ist das Bild?** +Die VergrĂ¶ĂŸerung des Objekts auf der Leinwand kann einfach mit der folgenden Formel berechnet werden: +![][image20] +Unsere Linse hat eine Brennweite von f= 40 mm. Damit können wir folgendes berechnen: + +* FĂŒr g \= 50mm → b \= 200mm +* FĂŒr g \= 60 mm → b \= 120 mm +* FĂŒr g \= 65 mm → b \= 104 mm + +Der Projektor erzeugt immer ein vergrĂ¶ĂŸertes, invertiertes (umgekehrtes) Bild. Die Position des Bildes und seine VergrĂ¶ĂŸerung hĂ€ngen von der Position und GrĂ¶ĂŸe des Objekts ab. + +## Experiment 4: Optik \- Galilei-Teleskop {#experiment-4:-optik---galilei-teleskop} + +### Lernziel: + +Nun arbeiten wir zum ersten Mal damit, Linsen zu kombinieren. Das Ziel ist es, den Lernenden ein VerstĂ€ndnis dafĂŒr zu vermitteln, welche optischen Effekte aus dieser Kombination entstehen. Ein Beispiel dafĂŒr ist, welchen Effekt die Distanz zwischen den Linsen auf die BildschĂ€rfe hat. + +In diesem Experiment bauen wir ein Galilei-Teleskop und zeigen damit auf, wie ein Teleskop dabei hilft, ferne Objekte optisch nĂ€her oder grĂ¶ĂŸer erscheinen zu lassen. + +### Notwendige Bauteile: + +- [ ] WĂŒrfel mit 100mm Linse +- [ ] WĂŒrfel mit \-50mm Linse +- [ ] 4x Puzzle Teil + +### Aufbau: + +* ZunĂ€chst werden zwei Puzzleteile zusammengesteckt +* 100mm WĂŒrfel auf eines der Teile setzen +* \-50mm WĂŒrfel auf das zweite Teil setzen +* Konstruktion durch weitere 2 Puzzleteile von oben stabilisieren + +![][image21] + +### DurchfĂŒhrung: + +ZunĂ€chst den Abstand zwischen der negativen und positiven Linse auf maximale Distanz justieren. +![][image22] +Nun durch den WĂŒrfel mit der **\-50mm Linse** auf ein weit entferntes Objekt blicken. Jetzt kann der Abstand zwischen den beiden Linsen justiert werden, um ein scharfes Bild zu sehen. + +### Beobachtung: + +* Entfernte Objekte erscheinen vergrĂ¶ĂŸert. +* Das Bild ist aufrecht. +* Bei falschem Linsenabstand ist das Bild unscharf oder verzerrt. +* Der optimale Abstand ist eindeutig erkennbar. + +### ErklĂ€rung: + +Ein Teleskop ist ein optisches Instrument, das entfernte Objekte um ein Vielfaches nĂ€her oder grĂ¶ĂŸer erscheinen lĂ€sst. Die Linse auf der Objektseite wird **Objektiv** genannt. +![][image23] +Die Linse, die dem Auge zugewandt ist, heißt **Okular**. +![][image24] +Die Formel zur Berechnung der VergrĂ¶ĂŸerung lautet: +![][image25] +Mit diesem Teleskop ist keine sehr hohe VergrĂ¶ĂŸerung möglich. Es ist jedoch sehr kompakt. Daher wird das Galilei-Teleskop u.a. auch in OpernglĂ€sern verwendet. +Das Bild ist immer + +* VergrĂ¶ĂŸert mit der VergrĂ¶ĂŸerung aus der obigen Formel +* Aufrecht +* Richtungsgetreu + +Das Sichtfeld ist klein. + +## Exkurs: Einen WĂŒrfel auseinander bauen {#exkurs:-einen-wĂŒrfel-auseinander-bauen} + +Wir haben bis jetzt gelernt, wie man WĂŒrfel miteinander kombinieren kann. Doch es ist auch möglich, die WĂŒrfel selbst auseinanderzubauen. Ein WĂŒrfel besteht aus zwei EinzelhĂ€lften. Diese können auseinandergezogen werden, so dass ausgetauscht werden kann, was sich in einem WĂŒrfel befindet. +![][image26] +*WĂŒrfel auseinanderbauen* + +Es gibt insbesondere zwei AnwendungsfĂ€lle, fĂŒr die ein WĂŒrfel auseinander genommen wird. Zum einen kann es notwendig sein, das Innenleben zu drehen \- bspw., wenn Linsen um 90° gedreht werden mĂŒssen. + +Der andere Fall ist, dass ein **leerer WĂŒrfel** benötigt wird \- so wie bei Experiment 5\. + +## Experiment 5: Optik \- Kepler Teleskop {#experiment-5:-optik---kepler-teleskop} + +### Lernziel: + +Hier sollten die Lernenden wieder einen Aha-Moment erleben: Der Aufbau schafft eine höhere VergrĂ¶ĂŸerung als das Galilei-Teleskop \- aber das Bild “steht Kopf”. Wir finden heraus, warum das so ist. + +### Notwendige Bauteile: + +- [ ] WĂŒrfel mit 100mm Linse +- [ ] WĂŒrfel mit 50mm Linse +- [ ] 8x Puzzle Teil +- [ ] 2x leerer WĂŒrfel + +### Aufbau: + +* ZunĂ€chst werden 4 Puzzleteile in Reihe zusammengesteckt +* Dann werden die LinsenwĂŒrfel jeweils an den Enden aufgesetzt +* Die 2 leeren WĂŒrfel auf den beiden mittleren Puzzleteilen platzieren. Diese helfen, das Teleskop zu stabilisieren. +* Aufbau mit den verbleibenden 4 Teilen von oben weiter stabilisieren + +![][image27] + +### DurchfĂŒhrung: + +Das Teleskop in die Hand nehmen und auf ein entferntes Objekt schauen. Dabei die Linsen so verschieben, dass das Bild scharf wird. Nun sollten die Lernenden feststellen, dass das Bild “auf dem Kopf steht”. + +### Beobachtung: + +* Entfernte Objekte erscheinen deutlich vergrĂ¶ĂŸert. +* Das Bild ist im Vergleich zum Objekt auf dem Kopf stehend. +* Die VergrĂ¶ĂŸerung ist stĂ€rker als beim Galilei-Teleskop. +* Der Aufbau reagiert empfindlicher auf AbstandsĂ€nderungen. + +### ErklĂ€rung: + +WĂ€hrend das Galilei-Teleskop aus einer Sammellinse (positive Brennweite) im Objektiv und einer Zerstreuungslinse (negative Brennweite) im Okular besteht, besteht das Kepler-Teleskop aus zwei Sammellinsen. Das Objektiv erzeugt ein reelles, umgekehrtes Bild. Das Okular vergrĂ¶ĂŸert dieses Bild nur – es dreht es nicht wieder zurĂŒck. +![][image28] + +**Im Detail:** + +1. Objektiv \= Sammellinse + Das Objektiv sammelt die (nahezu) parallelen Lichtstrahlen eines weit entfernten Objekts (z. B. Stern) und bildet sie in der Brennebene ab. + + Dabei entsteht ein reelles Bild, das auf dem Kopf steht (oben ↔ unten, links ↔ rechts). + +2. Warum steht dieses Bild auf dem Kopf? + Lichtstrahlen von der oberen Objektkante treffen unterhalb der optischen Achse zusammen – und umgekehrt. Das ist eine grundlegende Eigenschaft von Sammellinsen. + +3. Okular \= Lupe + Das Okular betrachtet dieses bereits vorhandene Bild wie eine Lupe. Es vergrĂ¶ĂŸert, aber invertiert nicht erneut. + +Die Formel zur VergrĂ¶ĂŸerung ist bei beiden identisch: +![][image25] +Kepler kann im Gegensatz zu Galilei ein reelles Zwischenbild erzeugen. Beim Galilei muss das Okular die Strahlen vor dem Fokus abfangen, was die mögliche VergrĂ¶ĂŸerung limitiert. Kepler erzeugt ein reelles Zwischenbild, womit diese Limitierung entfĂ€llt und eine höhere VergrĂ¶ĂŸerung möglich wird. Das Bild ist allerdings immer: + +* VergrĂ¶ĂŸert durch die VergrĂ¶ĂŸerung aus der obigen Formel +* Umgekehrt +* Seitlich vertauscht + +Kepler Teleskope sind sehr beliebt in der Astronomie \- Bei der Betrachtung von Sternen ist es unerheblich, ob das Bild “auf dem Kopf steht”. + +## Experiment 6: Mikroskopie \- Lichtmikroskop mit Unendlich- keitsoptik {#experiment-6:-mikroskopie---lichtmikroskop-mit-unendlich--keitsoptik} + +### Lernziel: + +Nun sehen die Lernenden zum ersten Mal, wie ein Mikroskop aufgebaut ist und wie es funktioniert. Sie erkennen auch, wie wichtig in diesem Aufbau die korrekten AbstĂ€nde zwischen den Linsen sind und dass man nur dann etwas sieht, wenn die Blickrichtung ganz genau ausgerichtet ist. + +### Notwendige Bauteile: + +- [ ] WĂŒrfel mit 100mm Linse +- [ ] WĂŒrfel mit 50mm Linse +- [ ] WĂŒrfel mit 50mm Linse (um 90° gedreht) +- [ ] 10x Puzzle Teil +- [ ] 1x 45°-Spiegel +- [ ] 2x leere WĂŒrfel +- [ ] Probenhalter mit Probe +- [ ] Taschenlampe + +### Aufbau: + +* ZunĂ€chst werden 5 Puzzleteile in Reihe zusammengesteckt +* ganz vorne wird der Probenhalter mit der Probe aufgesetzt. Darauf achten, dass die Probe mittig im Probenhalter platziert wird. +* Dahinter werden zwei LinsenwĂŒrfel platziert. ZunĂ€chst das 50mm Linsenmodul und anschließend das 100mm Linsenmodul. +* Es folgt ein leerer WĂŒrfel. +* Auf dem letzten Platz der Puzzle-Reihe wird ein 45°-Spiegel platziert, wobei die SpiegelflĂ€che nach oben ausgerichtet wird. +* Aufbau mit fĂŒnf weiteren Puzzle Teilen von oben weiter stabilisieren +* ĂŒber dem Spiegel kann nun das um 90° gedrehte 50mm Linsenmodul platziert werden. +* zuletzt wird die Taschenlampe hinter dem Probenhalter platziert + +![][image29] +*Unendlichkeits Mikroskop* + +### DurchfĂŒhrung: + +Die Taschenlampe einschalten und von oben durch die gedrehte 50mm-Linse (Okular) schauen. Dabei die anderen beiden Linsen (Objektiv und Tubuslinse) so verschieben, dass das Bild scharf wird. + +### Beobachtung: + +* Die Probe erscheint deutlich vergrĂ¶ĂŸert. +* Der Aufbau reagiert empfindlich auf AbstandsĂ€nderungen, Ă€hnlich wie beim Kepler-Teleskop +* Das Bild ist umgekehrt und seitenvertauscht + +### ErklĂ€rung: + +Ein Mikroskop ist ein GerĂ€t, das Objekte mit hoher VergrĂ¶ĂŸerung betrachtet oder abbildet. Dabei besteht es aus einem Objektiv, einer Tubuslinse und einem Okular. Das Bild hinter dem Okular ist umgekehrt, vergrĂ¶ĂŸert und virtuell. Das virtuelle Bild kann mit dem Auge gesehen werden. + +![][image30] + +**Im Detail:** +Der Strahlengang: +Das Objekt befindet sich im objektseitigen Brennpunkt des Objektivs. Dadurch werden alle einfallenden Strahlen hinter der Linse in ein **paralleles StrahlenbĂŒndel** umgewandelt. Das Objektiv hat eine kurze Brennweite. + +Die Tubuslinse erzeugt ein Zwischenbild, indem sie die parallelen Strahlen, die auf sie treffen, erneut in ihrem bildseitigen Brennpunkt fokussiert. Die Tubuslinse hat eine lĂ€ngere Brennweite als das Objektiv. Der gesamte Abstand zwischen den beiden Linsen wird TubuslĂ€nge genannt und ist die Summe beider Brennweiten. + +Der Spiegel faltet den optischen Weg, um die Arbeit komfortabler zu gestalten. Der Spiegel beeinflusst nicht die VergrĂ¶ĂŸerung, dreht aber das Bild in eine Richtung. + +Das Okular vergrĂ¶ĂŸert das Zwischenbild anschließend erneut und wandelt die einfallenden Strahlen hinter der Linse erneut in ein paralleles StrahlenbĂŒndel um. + +Das Bild hinter dem Okular ist umgekehrt, vergrĂ¶ĂŸert und virtuell. Das virtuelle Bild kann mit dem Auge gesehen werden. + +Wie groß ist die GesamtvergrĂ¶ĂŸerung? + +Der erste Teil des Mikroskops gleicht einem umgedrehten Kepler-Teleskop, daher werden zur Berechnung der VergrĂ¶ĂŸerung die beiden Brennweiten in ZĂ€hler und Nenner getauscht: + +VObjektiv \= fTubuslinsefObjektiv + +Anschließend folgt das Okular, das das zuvor entstandene Zwischenbild erneut vergrĂ¶ĂŸert. +Die VergrĂ¶ĂŸerungsformel ist hier die einer Lupe: + +VOkular \= 250 mmfOkular + +Die GesamtvergrĂ¶ĂŸerung ergibt sich aus dem Produkt der Objektiv- und OkularvergrĂ¶ĂŸerung: + +Vges \= fTubuslinsefObjektiv250 mmfOkular + +Warum heißt es „Unendlich-Optik“?: + +Weil der Abstand zwischen Probe und Objektiv so gewĂ€hlt ist, dass das Objektiv die Lichtstrahlen nicht fokussiert, sondern nach unendlich abbildet. Die Tubuslinse formt aus den parallelen Strahlen anschließend wieder ein Zwischenbild. + +Der Abstand zwischen Objektiv und Tubuslinse ist dabei **nicht wirklich unendlich**. +Er wird durch die mechanische Bauform des Mikroskops und die verwendeten Brennweiten begrenzt. Optisch ist dieser Abstand aber entkoppelt, weil das Licht zwischen Objektiv und Tubuslinse parallel verlĂ€uft. Diese Konfiguration ist sehr nĂŒtzlich in modernen Mikroskopen, da sie das EinfĂŒgen zusĂ€tzlicher Komponenten wie Filter zwischen Objektiv und Tubuslinse erlaubt, ohne den optischen Weg zu beeinflussen. + +## Experiment 7: Mikroskopie \- Lichtmikroskop mit Endlichkeits- optik {#experiment-7:-mikroskopie---lichtmikroskop-mit-endlichkeits--optik} + +### Lernziel: + +Die Lernenden können den Abstand zwischen den Linsen mithilfe einer mechanischen Z-Stage gezielt einstellen und beobachten, wie sich dies auf die Abbildung auswirkt. + +Die Lernenden verstehen die grundlegenden Funktionsprinzipien von Endlich- und Unendlich-Optiken und können deren praktische Unterschiede beschreiben. + +### Notwendige Bauteile: + +- [ ] mechanische Z-Stage +- [ ] 4x-Objektiv +- [ ] WĂŒrfel mit 50mm Linse (um 90° gedreht) +- [ ] 10x Puzzle Teil +- [ ] 1x 45°-Spiegel +- [ ] 2x leere WĂŒrfel +- [ ] Probenhalter mit Probe +- [ ] Taschenlampe + +### Aufbau: + +* ZunĂ€chst werden 5 Puzzleteile in Reihe zusammengesteckt +* ganz vorne wird der Probenhalter mit der Probe aufgesetzt. Darauf achten, dass die Probe mittig im Probenhalter platziert wird. +* Dann folgen drei leere WĂŒrfel. +* Auf dem letzten Platz der Puzzle-Reihe wird ein 45°-Spiegel platziert, wobei die SpiegelflĂ€che nach oben ausgerichtet wird. +* Um die Z-Stage zu platzieren, muss diese gegebenenfalls um 90° im WĂŒrfel rotiert werden. +* Anschließend wird das 4x-Objektiv in die RMS-Halterung der Z-Stage eingeschraubt. + * Die Wahl der richtigen RMS-Halterungen + * Die Z-Stage hat zwei RMS-Halterungen, die um 5mm zueinander versetzt sind. Welche Halterung verwendet wird, ist davon abhĂ€ngig, ob sich zwischen dem Z-Stage Modul und dem anschließenden Modul ein Puzzleteil befindet oder nicht. In diesem Aufbau befindet sich ein Puzzleteil zwischen den beiden Modulen, daher muss die Halterung gewĂ€hlt werden, die 5mm nĂ€her am Rand liegt. +* Platziere die Z-Stage mit Objektiv wie abgebildet ĂŒber dem ersten der leeren WĂŒrfel. DafĂŒr muss die obere WĂŒrfelhĂ€lfte zunĂ€chst gelöst werden. + Anschließend muss ein Puzzleteil auf der oberen WĂŒrfelhĂ€lfte platziert werden. + Nun wird das Objektiv in Richtung der Probe durch die WĂŒrfelhĂ€lfte gefĂ€delt. + Die Z-Stage wird auf dem Puzzleteil fixiert. + Jetzt kann die obere WĂŒrfelhĂ€lfte wieder auf der unteren platziert werden. +* Nun wird der Aufbau mit vier weiteren Puzzle Teilen von oben weiter stabilisiert +* ĂŒber dem Spiegel kann nun das um 90° gedrehte 50mm Linsenmodul platziert werden. +* zuletzt wird die Taschenlampe hinter dem Probenhalter platziert + +![][image31] + +### + +### DurchfĂŒhrung: + +Die Taschenlampe einschalten und von oben durch die gedrehte 50mm-Linse (Okular) schauen. Dabei die anderen beiden Linsen (Objektiv und Tubuslinse) so verschieben, dass das Bild scharf wird. + +### Beobachtung: + +* Die VergrĂ¶ĂŸerung ist stĂ€rker als beim vorherigen Mikroskop mit der “Unendlich-Optik” +* Das Sichtfeld ist kleiner als beim vorherigen Mikroskop. +* Der Aufbau reagiert empfindlich auf AbstandsĂ€nderungen, Ă€hnlich wie beim Kepler-Teleskop +* Das Bild ist umgekehrt und seitenvertauscht + +### ErklĂ€rung: + +Linsen aus Ă€lteren oder kleineren Mikroskopen sind meist sogenannte *endliche* Linsen. Sie verhalten sich wie eine Linse mit extrem kurzer Brennweite und erzeugen ein Zwischenbild hinter der Linse in einem Abstand, der durch die TubuslĂ€nge definiert ist. Diese LĂ€nge ist auf der Linse aufgedruckt und betrĂ€gt bei unserer Linse 160 mm. Dort entsteht ein reelles Zwischenbild, das anschließend durch das Okular vergrĂ¶ĂŸert wird. + +![][image32] + +Diese Mikroskope können fokussieren, indem entweder das Objekt oder die Linse bewegt wird. Hier wird die Linse ĂŒber einen einfachen Mechanismus bewegt. Die Drehung des Zahnrads fĂŒhrt zur Verschiebung des Objektivs. FĂŒr grĂ¶ĂŸere Bewegungen kann das Objekt verschoben werden. + +![][image33] + +**Im Detail:** +Wie groß ist die GesamtvergrĂ¶ĂŸerung? +Auch bei diesem Mikroskop wird das Bild zweimal vergrĂ¶ĂŸert. +Die VergrĂ¶ĂŸerung des Objektivs wird auf der Linse angegeben. In unserem Fall betrĂ€gt sie 4\. +VObjektiv \= 4 + +Die VergrĂ¶ĂŸerung des Okulars bleibt gleich: +VOkular \= 250 mmfOkular + +Die GesamtvergrĂ¶ĂŸerung ergibt sich aus dem Produkt der Objektiv- und OkularvergrĂ¶ĂŸerung: +Vges \= 4250 mmfOkular + +Vergleich zu “Unendlich-Optik” +![][image34] + +1. Das Bild ist grĂ¶ĂŸer als beim Mikroskop mit unendlicher Optik. Die ObjektivvergrĂ¶ĂŸerung betrĂ€gt hier 4\. WĂ€hrend die des vorherigen Mikroskops in unserem Beispiel nur 2 betrug. +2. Das Zwischenbild wird jetzt nur durch die Linse erzeugt und befindet sich 160 mm hinter ihr. + +Aufbau der Objektivlinse +Eine Linse ist ein optisches System, das ein vergrĂ¶ĂŸertes Bild eines Objekts erzeugt. +Die verschiedenen Zahlen auf der Linse haben unterschiedliche Bedeutungen: +![][image35] +Das verwendete 4x Objektiv ist auch eine Sammellinse mit kurzer Brennweite. Das 4 x Objektiv hat eine Brennweite von f \= 32 mm. Wenn es als Lupe verwendet wird, hat es eine höhere VergrĂ¶ĂŸerung als die 50mm Linse. Das Sichtfeld ist scharf, aber klein. + +Das 4x Objektiv besteht aus nur einer Linse Objektive mit stĂ€rkerer VergrĂ¶ĂŸerung sind ganze Linsensysteme (in der Abbildung sind es z.B. 4 Linsen). +![][image36] + +## + +## Experiment 8: Mikroskopie \- Das Smartphone Mikroskop {#experiment-8:-mikroskopie---das-smartphone-mikroskop} + +### Lernziel: + +Hier möchten wir den finalen Aha-Moment erzielen. Die Lernenden können ihr eigenes Smartphone oder Tablet als Mikroskop benutzen. Sie lernen dabei, wie ein digitales Optik-Setup mit Kamera aufgebaut ist. + +### Notwendige Bauteile: + +- [ ] WĂŒrfel + - [ ] 2x WĂŒrfel mit 45° Spiegel + - [ ] WĂŒrfel mit Z-Stage + - [ ] WĂŒrfel mit Okular + - [ ] 3 leere WĂŒrfel +- [ ] 10x Puzzleteile +- [ ] Smartphone-Halter +- [ ] Taschenlampen-Halter +- [ ] Taschenlampe +- [ ] Objektiv + +### Aufbau: + +Bevor mit dem eigentlichen Aufbau begonnen wird, muss die z-Stage innerhalb des WĂŒrfels um 90° gedreht werden: +![][image37] + +Der weitere Aufbau ist hier grafisch beschrieben: +![][image38] +![][image39] +![][image40] + +### DurchfĂŒhrung: + +**Teil 1: Probe einsetzen** +Nun kann eine Probe in den Probenhalter eingesetzt werden. DafĂŒr wird der obere Magnet angehoben, um eine Probe zwischen die Magneten zu schieben. Probe möglichst zentral einsetzen. Dann die Taschenlampe so einschalten, dass sie dauerhaftes Licht gibt. Die Lernenden können nun durch das Okular die Probe betrachten. + +**Teil 2: Smartphone einsetzen und fokussieren** +Anschließend muss nur noch das Smartphone in den Halter eingesetzt werden und die Kamera ĂŒber dem Okular platziert werden. Dies erfordert etwas Verschieben, bis ein Bild sichtbar ist. Nachdem man das Bild mittels der Z-stage scharf gestellt hat, kann man mit dem Smartphone noch weiter heranzoomen. + +**Teil 3:** +Nun wird das Ramsden-Okular durch die beiden 50mm Linsen ersetzt, wobei beide Linsen zusammen in einen WĂŒrfel platziert werden. Die Lernenden sollen nun ermitteln, welche Art von Okular fĂŒr das Smartphone und welche fĂŒr das menschliche Auge besser geeignet ist. + +### Beobachtung: + +* Mit dem Smartphone erhĂ€lt man eine bessere VergrĂ¶ĂŸerung als mit dem Auge. +* Dieser Unterschied wird durch das nachtrĂ€gliche Heranzoomen noch deutlicher. + +### ErklĂ€rung: + +Smartphone Kamera +Die Smartphone Kamera hat eine Linse mit sehr kurzer Brennweite, da diese in das dĂŒnne Smartphone passen muss. Die Linse erzeugt dann ein Bild auf dem Kamera-Sensor, dessen Eigenschaften dem menschlichen Auge Ă€hneln. + +Das Auge kann die Objekte sowohl aus der Ferne als auch aus der NĂ€he abbilden. Diese Eigenschaft heißt Akkomodation. +![][image41] + +Auch das Smartphone kann das – es nennt sich hier Autofokus. Das bedeutet, dass Objekte in unterschiedlichen Entfernungen scharf auf den Sensor abgebildet werden können. + +![][image42] + +Das Bild aus dem Okular besteht aus parallelen Lichtstrahlen – so, als kĂ€me es aus dem Unendlichen. Du beobachtest mit entspanntem Auge (wie beim Blick in die Ferne) oder mit einer Kamera, die auf Unendlich fokussiert ist. + +Ramsden \- Okular +Ein Okular ist eigentlich eine Lupe, da es das Zwischenbild vergrĂ¶ĂŸert. Das Okular, was wir hier verwenden, ist ein sogenanntes Ramsden-Okular. +Eine einzelne Linse kann auch als Okular benutzt werden. Allerdings ist bei dem, aus einem Linsensystem bestehenden, Ramsden- Okular das Sichtfeld besser, weil es weniger Fehler am Rand des Sichtfeldes erzeugt. Das Ramsden-Okular besteht aus zwei Linsen mit der gleichen Brennweite. Seine Brennweite betrĂ€gt: + +fRamsden-Okular= 3/4fLinse + +Das Sichtfeld ist grĂ¶ĂŸer und das Bild sieht mit dem Ramsden-Okular klarer aus. + +# + +# 5\. Unterrichtsstunden {#5.-unterrichtsstunden} + +## Stunde 1 \- Einstieg in die Optik: Die Lupe {#stunde-1---einstieg-in-die-optik:-die-lupe} + +### Ziel der Stunde + +EinfĂŒhrung in das Strahlenmodell des Lichts und erste Erfahrungen mit der Wirkung von Sammellinsen. + +### Vorbereitung der Stunde + +- [ ] CoreBoxen auf VollstĂ€ndigkeit prĂŒfen +- [ ] Benötigtes Experiment: **E1 – Lupe** +- [ ] Sammellinsen (z. B. 50 mm) bereitlegen +- [ ] Objekte mit feiner Struktur vorbereiten (Schrift, Raster, Papier) +- [ ] Gruppenbildung: 2–3 SchĂŒler\*innen pro Box +- [ ] Tafel/Beamer fĂŒr einfache Skizzen verfĂŒgbar + +### Kompetenzen + +* Lichtausbreitung qualitativ beschreiben +* VergrĂ¶ĂŸerung als optischen Effekt erkennen +* Beobachtungen strukturiert festhalten + +### Zentrale Experimente + +Experiment 1: Lupe + +### Stundenverlauf + +* Einstieg: Alltagsbeispiele von Lupen und VergrĂ¶ĂŸerung +* Experimentelle Phase: Aufbau und Variation der Lupe +* Sicherung: Zusammenfassung der Beobachtungen (aufrecht, vergrĂ¶ĂŸert, Abstand entscheidend) + +### Ergebnis der Stunde + +VergrĂ¶ĂŸerung entsteht durch geeignete Anordnung von Objekt und Sammellinse. + +## Stunde 2 \- Sammel- und Zerstreuungslinsen {#stunde-2---sammel--und-zerstreuungslinsen} + +### Ziel der Stunde + +Unterscheidung der Wirkung verschiedener Linsentypen. + +### Vorbereitung der Stunde + +- [ ] CoreBoxen vollstĂ€ndig +- [ ] Benötigtes Experiment: E2 – Sammel- vs. Zerstreuungslinse +- [ ] Sammel- und Zerstreuungslinsen bereitlegen +- [ ] Identische Beobachtungsobjekte fĂŒr alle Gruppen +- [ ] Gruppenbildung wie in Stunde 1 +- [ ] Möglichkeit zur Ergebnissicherung (Tafel / Plakat) + +### Kompetenzen + +* Optische Bauteile vergleichen +* Wirkungen systematisch untersuchen +* Ergebnisse begrĂŒndet gegenĂŒberstellen + +### Zentrale Experimente + +Experiment 2: Sammel- vs. Zerstreuungslinse + +### Stundenverlauf + +* Wiederholung: Lupe als Sammellinse +* Experimentelle Phase: Vergleich beider Linsen +* Sicherung: GegenĂŒberstellung der Bildwirkungen + +### Ergebnis der Stunde + +Sammellinsen bĂŒndeln Licht, Zerstreuungslinsen streuen Licht und erzeugen keine VergrĂ¶ĂŸerung. + +## Stunde 3 \- Bildentstehung: Der Projektor {#stunde-3---bildentstehung:-der-projektor} + +### Ziel der Stunde + +VerstĂ€ndnis fĂŒr reelle Bilder und Bildumkehr. + +### Vorbereitung der Stunde + +- [ ] CoreBoxen vollstĂ€ndig +- [ ] Benötigtes Experiment: E3 – Projektor +- [ ] Lichtquellen (Taschenlampe) prĂŒfen +- [ ] ProjektionsflĂ€chen bereitstellen (Wand oder Schirm) +- [ ] Raum ggf. leicht abdunkelbar +- [ ] Gruppenbildung festlegen + +### Kompetenzen + +* Reelle und virtuelle Bilder unterscheiden +* Zusammenhang zwischen AbstĂ€nden und BildgrĂ¶ĂŸe erkennen +* Optische Achse nutzen + +### Zentrale Experimente + +Experiment 3: Projektor + +### Stundenverlauf + +* Einstieg: Projektor im Alltag (Beamer, Kino) +* Experimentelle Phase: Bildprojektion auf Schirm +* Sicherung: Merkmale reeller Bilder + +### Ergebnis der Stunde + +Reelle Bilder entstehen nur bei bestimmten AbstĂ€nden und sind invertiert. + +## Stunde 4 \- Vertiefung Bildentstehung & Sicherung {#stunde-4---vertiefung-bildentstehung-&-sicherung} + +### Ziel der Stunde + +Festigung der Bildentstehung durch Variation und Wiederholung. + +### Vorbereitung der Stunde + +- [ ] CoreBoxen wie in Stunde 3 +- [ ] Benötigtes Experiment: E3 – Projektor (Vertiefung) +- [ ] Wiederholung der Aufbauten aus der Vorstunde +- [ ] Skizzenmaterial oder Tafel fĂŒr Zusammenfassung +- [ ] Raum weiterhin abdunkelbar + +### Kompetenzen + +* Experimente variieren +* Beobachtungen systematisieren +* Modelle ĂŒberprĂŒfen + +### Zentrale Experimente + +Experiment 3: Projektor (Vertiefung) + +### Stundenverlauf + +* Wiederholung Kernaussagen +* Erweiterte Variationen (AbstĂ€nde, BildgrĂ¶ĂŸe) +* Sicherung: Zusammenfassung der Bedingungen fĂŒr scharfe Bilder + +### Ergebnis der Stunde + +Bildentstehung folgt festen GesetzmĂ€ĂŸigkeiten, die experimentell ĂŒberprĂŒfbar sind. + +## Stunde 5 \- Fernrohre: Galilei & Kepler {#stunde-5---fernrohre:-galilei-&-kepler} + +### Ziel der Stunde + +Optische Fernrohre als Systeme aus Objektiv und Okular verstehen und die Unterschiede zwischen Galilei- und Kepler-Fernrohr hinsichtlich Bildorientierung, VergrĂ¶ĂŸerung und Systemaufbau erkennen. + +### Vorbereitung der Stunde + +- [ ] CoreBoxen auf VollstĂ€ndigkeit prĂŒfen +- [ ] Benötigte Experimente: E4 (Galilei) und E5 (Kepler) +- [ ] Sammellinsen (Objektiv) und Zerstreuungslinsen (Okular Galilei) bereitlegen +- [ ] ZusĂ€tzliche Sammellinse als Okular fĂŒr Kepler bereitlegen +- [ ] Geeignete entfernte Beobachtungsobjekte festlegen +- [ ] Ausreichend Platz fĂŒr lĂ€ngere optische Aufbauten einplanen +- [ ] Gruppenbildung: 2–3 SchĂŒler\*innen pro Box + +### Kompetenzen + +* Optische GerĂ€te als Kombination mehrerer Linsen analysieren +* Objektiv und Okular funktional unterscheiden +* Bildorientierung (aufrecht / invertiert) beschreiben und erklĂ€ren +* Technische Systeme vergleichen und bewerten + +### Zentrale Experimente + +Experiment 4: Galilei-Teleskop + +Experiment 5: Kepler-Teleskop + +### Stundenverlauf + +* Einstieg: Fernrohre in Astronomie, Seefahrt und Technik +* Wiederholung: Rolle von Objektiv und Okular +* Experimentelle Phase: Aufbau und Justage beider Fernrohre +* Vergleichsphase: systematischer Vergleich der Bildwirkungen +* Sicherung: ZusammenfĂŒhrung der Unterschiede im Plenum + +### Ergebnis der Stunde + +Fernrohre unterscheiden sich nicht nur in ihrer VergrĂ¶ĂŸerung, sondern vor allem im optischen Aufbau und in der Art der Bildentstehung. Die Wahl des Okulars bestimmt entscheidende Eigenschaften des Gesamtsystems. + +## Stunde 6 \- Das klassische (endliche) Mikroskop {#stunde-6---das-klassische-(endliche)-mikroskop} + +### Ziel der Stunde + +GrundverstĂ€ndnis der Mikroskopie und des Zwischenbildes. + +### Vorbereitung der Stunde + +- [ ] CoreBoxen vollstĂ€ndig +- [ ] Benötigtes Experiment: E7 – Endliches Mikroskop +- [ ] Probenmaterial vorbereiten +- [ ] Beleuchtungseinheiten prĂŒfen +- [ ] Stabile ArbeitsflĂ€chen bereitstellen +- [ ] Gruppenbildung festlegen + +### Kompetenzen + +* Mikroskop als optisches System erklĂ€ren +* Zwischenbild identifizieren +* VergrĂ¶ĂŸerung als Systemleistung verstehen + +### Zentrale Experimente + +Experiment 7: Endliches Mikroskop + +### Stundenverlauf + +* Einstieg: Mikroskope in Schule und Forschung +* Experimentelle Phase: Aufbau, Fokussierung, Beobachtung +* Sicherung: Skizze des Mikroskopaufbaus + +### Ergebnis der Stunde + +Ein Mikroskop erzeugt ein vergrĂ¶ĂŸertes Bild ĂŒber ein Zwischenbild. + +## Stunde 7 \- Das moderne Mikroskop: Unendlichkeitsoptik {#stunde-7---das-moderne-mikroskop:-unendlichkeitsoptik} + +### Ziel der Stunde + +Einblick in moderne Mikroskoptechnik. + +### Vorbereitung der Stunde + +- [ ] CoreBoxen vollstĂ€ndig +- [ ] Benötigtes Experiment: E6 – Unendlichkeitsmikroskop +- [ ] Modifiziertes Objektiv und Tubuslinse bereitlegen +- [ ] 45°-Spiegel prĂŒfen +- [ ] Probenmaterial wie in Stunde 6 +- [ ] Vergleichsmöglichkeit zum endlichen Mikroskop vorbereiten + +### Kompetenzen + +* Klassische und moderne Systeme vergleichen +* Rolle der Tubuslinse verstehen +* Technische Weiterentwicklungen einordnen + +### Zentrale Experimente + +Experiment 6: Mikroskop mit Unendlichkeitsoptik + +### Stundenverlauf + +* Einstieg: Moderne Forschungseinrichtungen +* Experimentelle Phase: Aufbau und Variation +* Sicherung: Vergleich endliche vs. unendliche Optik + +### Ergebnis der Stunde + +Moderne Mikroskope nutzen Unendlichkeitsoptik fĂŒr flexible Erweiterbarkeit. + +## Stunde 8 \- Smartphone-Mikroskopie {#stunde-8---smartphone-mikroskopie} + +### Ziel der Stunde + +Übertragung der Optik auf digitale Bildgebung. + +### Vorbereitung der Stunde + +- [ ] CoreBoxen vollstĂ€ndig +- [ ] Benötigtes Experiment: E8 – Smartphone-Mikroskop +- [ ] Smartphone-Halterungen bereitlegen +- [ ] KlĂ€rung: Nutzung privater oder schulischer Smartphones +- [ ] Kamera-Apps vorab testen (Standardkamera ausreichend) +- [ ] Datenschutz-/Schulregelungen beachten +- [ ] Probenmaterial vorbereiten + +### Kompetenzen + +* Digitale und analoge Beobachtung vergleichen +* Medienkompetenz anwenden +* Mikroskopie alltagsnah erleben + +### Zentrale Experimente + +Experiment 8: Smartphone-Mikroskop + +### Stundenverlauf + +* Einstieg: Smartphone als MessgerĂ€t +* Experimentelle Phase: Aufnahme von Mikroskopieaufnahmen +* Sicherung: Vergleich der Beobachtungen + +### Ergebnis der Stunde + +VerstĂ€ndnis dafĂŒr, wie digitale Mikroskope funktionieren. + +[image1]: + +[image2]: + +[image3]: + +[image4]: + +[image5]: + +[image6]: + +[image7]: + +[image8]: + +[image9]: + +[image10]: + +[image11]: + +[image12]: + +[image13]: + +[image14]: + +[image15]: + +[image16]: + +[image17]: + +[image18]: + +[image19]: + +[image20]: + +[image21]: + +[image22]: + +[image23]: + +[image24]: + +[image25]: + +[image26]: + +[image27]: + +[image28]: + +[image29]: + +[image30]: + +[image31]: + +[image32]: + +[image33]: + +[image34]: + +[image35]: + +[image36]: + +[image37]: + +[image38]: + +[image39]: + +[image40]: + +[image41]: + +[image42]: \ No newline at end of file diff --git a/docs/usage/disc/boxes/corebox.md b/docs/usage/disc/boxes/corebox.md new file mode 100644 index 000000000..e4a28e67f --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/corebox.md @@ -0,0 +1,103 @@ +openUC2 GmbH +Search... +All Products +Discovery | CoreBox +Discovery | CoreBox +Discovery | CoreBox +Discovery | CoreBox +CORE BOX +CORE BOX +CORE BOX +Discovery | CoreBox +openUC2 CoreBox + +Discover Geometrical Optics Hands-On + +Unlock the fascinating world of geometrical optics with the openUC2 CoreBox, a comprehensive modular kit that enables you to explore, experiment, and understand the fundamental principles of lenses, mirrors, and optical systems. Whether you're a beginner or an enthusiast, this kit is designed to make optics accessible and engaging. Download our wonderful experiment guide here: + + OpenUC2 - CoreBox Experiments.pdf + + +Included Components +Cube Modules + +2x 45° Mirror (fixed, front surface) +2x 50mm Lens +1x 100mm Lens +1x -50mm Lens +1x Eyepiece +1x Universal Smartphone Carrier +1x Sample Mount +1x Z-stage (25mm travel) +Additional Accessories + +10x Puzzle Base-Plates +2x Sample in 1x Sample-Box +Sample Preparation Kit +1x M3 Screw driver +1x Objective Lens (4x, NA = 0.1, finite) +1x Torch +Lens Cloth +QR Code (for documentation and tutorials) +What You'll Learn +Begin with the basics: learn how to find the focal length of a simple lens and understand the foundational concepts of optics. Progress through increasingly complex setups to build and analyze optical systems: + +Telescopes: Understand magnification and field of view. +Microscopes: Create your first microscope and explore finite vs. infinite-corrected setups. +Digital Integration: Use your smartphone to capture and analyze data. +This kit is the foundation for all other openUC2 modules, giving you ample components to experiment, tinker, and build your own optical systems. + + + +Get Started with Optics Today + +Take your first steps into the world of light and lenses with the openUC2 CoreBox. It's not just a kit—it's a gateway to innovation and discovery. + +Learn More + +399.00 € VAT Excluded +1 +Documents + OpenUC2 - CoreBox Experiments.pdf +Terms and Conditions +Shipping: on stock, within 2 weeks! + + + + + +Why Choose the openUC2 CoreBox? +Fully modular and easy-to-use components +Open-source design with detailed online documentation +Perfect for workshops, classrooms, and personal projects +Expandable with additional kits to explore advanced topics like fluorescence and interferometry + + + + + +Useful Links +Home +About us +Products +Privacy Conditions +Terms & Conditions +Contact us +Cancellation policy +Imprint +About us +We are a team of passionate people whose goal is to improve everyone's life through disruptive products. We build great products to solve your business problems. + +Our products are designed for small to medium size companies willing to optimize their performance. + +Connect with us +hello@openuc2.com +Contact us + + + + +Copyright © 2022 - 2026 OpenUC2 GmbH. All Rights reserved. +Cookie Policy + +Powered by Odoo - The #1 Open Source eCommerce diff --git a/docs/usage/disc/boxes/electronics.md b/docs/usage/disc/boxes/electronics.md new file mode 100644 index 000000000..dcdae4877 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/electronics.md @@ -0,0 +1,91 @@ +openUC2 GmbH +Search... +All Products +Discovery | Electronics Add-On +Discovery | Electronics Add-On +Discovery | Electronics Add-On +IMG_6599.webp +IMG_6621-1.webp +IMG_6611.webp +Discovery | Electronics Add-On +openUC2 Electronics Add-On + + Does not work without CoreBox + +Automate Your Microscope with Ease + +The openUC2 Electronics Add-On is a modular and open-source toolkit designed to introduce you to the automation of traditional microscopes. With cutting-edge components like an ESP32 microcontroller, stepper motor drivers, and an advanced LED array, this kit provides everything you need to start exploring automated imaging workflows. + +Included Components +Cube Modules + +Electronic Z-Stage (NEMA 11 motor, RMS Thread, 25mm travel range, <1”m step size) +LED Array (for advanced illumination techniques) +Additional Accessories + +10x Puzzle Baseplates +1x Objective Lens (10x, NA=0.25, finite) +UC2 Electronics (ESP32-based, 2x2 cube, slots for TMC2209 stepper drivers, ports for LEDs, lasers, and other peripherals, compatible with UC2-eSP firmware) +Micro USB Cable and USB-C Cable +PS4-Compatible Controller (wireless control) +12V Power Supply +Features and Applications + + +ESP32 Microcontroller: Runs the UC2-eSP firmware for seamless integration with Python, JavaScript, and other programming interfaces. +Precision Automation: Achieve sub-micron accuracy with the Z-stage, enabling advanced tasks like autofocus by capturing contrast curves. +Remote Control: Use the PS4 controller for intuitive, wireless operation of the microscope. +LED Array: Test and experiment with digital contrast techniques, such as differential phase contrast (DPC). +Software Integration: Quickly integrate the electronics into the Python-based ImSwitch software for advanced control and imaging. + +Explore Advanced Automation Today + +Transform your microscope into a fully automated imaging system with the openUC2 Electronics Add-On. Experiment, innovate, and build workflows tailored to your research needs. + +Learn More + +549.00 € VAT Excluded +1 +Only 2 Units left in stock. +Terms and Conditions +Shipping: on stock, within 2 weeks! + + + + + +Expand Your Setup +This is an Add-On to be combined your openUC2 CoreBox for extended capabilities. While this set does not include a camera, upgrading to the Infinity Package adds imaging functionalities to complete your automated microscope. + + + + + + + + +Useful Links +Home +About us +Products +Privacy Conditions +Terms & Conditions +Contact us +Cancellation policy +Imprint +About us +We are a team of passionate people whose goal is to improve everyone's life through disruptive products. We build great products to solve your business problems. + +Our products are designed for small to medium size companies willing to optimize their performance. + +Connect with us +hello@openuc2.com +Contact us + + + + +Copyright © 2022 - 2026 OpenUC2 GmbH. All Rights reserved. +Cookie Policy + +Powered by Odoo - The #1 Open Source eCommerce diff --git a/docs/usage/disc/boxes/fluolaser.md b/docs/usage/disc/boxes/fluolaser.md new file mode 100644 index 000000000..06c157741 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/fluolaser.md @@ -0,0 +1,92 @@ +openUC2 GmbH +Search... +All Products +Discovery | Fluorescence Add-On (Laser, 488nm) +Discovery | Fluorescence Add-On (Laser, 488nm) +Discovery | Fluorescence Add-On (Laser, 488nm) +openUC2 Fluoresence Add-On Laser Edition + + Does not work without CoreBox, Electronics Add-On and Infinity Add-On + + +Upgrade to a professional Fluorescence Imaging System + +The openUC2 Fluoresence Add-On is designed to expand your microscope setup into a fully functional fluorescence microscopy system. This kit includes a fiber-coupled laser, optical components for beam shaping, and a beamsplitter for fluorescence imaging, enabling precise and efficient setups for fluorescence microscopy. + +Included Components +Cube Modules + +Beamsplitter (Dichroic/50:50 Beam Splitter with Emissionfilter included) +18mm Lens (for beam collimation) +Fiber Launcher (connects the FPC fiber connector to the cube system) +Fiber-Coupled Laser (488nm, single-mode fiber, 4”m core, ~35mW power, TTL-controlled) +Additional Accessories + +8xBaseplates +Features and Applications +This kit is ideal for constructing fluorescence microscopy systems for imaging fluorophores within the 488nm excitation range. It is suitable for biological imaging tasks, such as observing cells or tissues, and can be seamlessly integrated into your existing openUC2 setups for advanced experimentation. + +High-Quality Laser Illumination: The single-mode fiber-coupled laser provides a stable, homogeneous Gaussian beam profile with a central wavelength of 488nm and 35mW output, ideal for fluorescence applications. +Beam Shaping and Coupling: Use the 50mm lens to collimate the laser beam and the 100mm lens to focus it into the back focal plane of the objective, achieving Köhler illumination for optimal fluorescence imaging. +Efficient Light Path Design: The beamsplitter cube, integrated with an emission filter, enables efficient beam coupling and filtering for fluorescence imaging workflows. +Easy Assembly: The included baseplates facilitate stress-free and modular assembly of the entire optical setup. + + +Build Your Fluorescence Microscope Today + +Take the next step in your microscopy journey with the openUC2 Fluoresence Add-On Laser Edition, designed for accessible and efficient fluorescence imaging. + + + +Laser Module Shipping Policy +We do not offer shipping to switzerland due to national laser safety regulation! + +Customers are responsible for ensuring compliance with all local laws and import regulations in their destination country. We are not liable for any shipment refusals, seizures, or legal consequences resulting from non-compliant imports. + + + +Learn More + +1,199.00 € VAT Excluded +1 +Only 2 Units left in stock. +Self Created | Self Produced +Terms and Conditions +Shipping: on stock, within 2 weeks! + + + + + +Fluoresence Microscopy +Level up your Infinity-Microscope to create sophisticated fluoresent microscope solutions within minutes. The included 488nm Fibercoubled Laser makes this setup ideal for advanced research. + + + + + +Useful Links +Home +About us +Products +Privacy Conditions +Terms & Conditions +Contact us +Cancellation policy +Imprint +About us +We are a team of passionate people whose goal is to improve everyone's life through disruptive products. We build great products to solve your business problems. + +Our products are designed for small to medium size companies willing to optimize their performance. + +Connect with us +hello@openuc2.com +Contact us + + + + +Copyright © 2022 - 2026 OpenUC2 GmbH. All Rights reserved. +Cookie Policy + +Powered by Odoo - The #1 Open Source eCommerce diff --git a/docs/usage/disc/boxes/fluoled.md b/docs/usage/disc/boxes/fluoled.md new file mode 100644 index 000000000..cfd1fcf77 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/fluoled.md @@ -0,0 +1,84 @@ +openUC2 GmbH +Search... +All Products +Discovery | Fluorescence Add-On (LED, 488nm) +Discovery | Fluorescence Add-On (LED, 488nm) +Discovery | Fluorescence Add-On (LED, 488nm) +openUC2 Fluoresence Add-On LED Edition + + Does not work without CoreBox, Electronics Add-On and Infinity Add-On + + +Upgrade to a professional Fluorescence Imaging System + +Turn Your Microscope into a Fluorescence Imaging System using a 480nm High-Power LED. This setup eliminates the complexity and safety concerns of laser-based illumination while providing bright, stable fluorescence excitation, especially suited for GFP samples and offers a professional infinity-corrected fluorescence microscope. An adjustable iris facilitates Köhler illumination alignment and system optimization. + +Included Components +Cube Moduls + +Beamsplitter (Dichroic + Emission filter) +Exitationfilter +High-Power 480nm LED Module (with aspheric lens for collimation) +Additional Accessories + +8x Puzzle Baseplates +Features and Applications +Build Your Fluorescence Microscope Enhance your CoreBox setup with LED-based fluorescence imaging. The openUC2 FluoBox LED Edition offers a flexible, user-friendly path to building and customizing your fluorescence microscope, whether for advanced research, teaching labs, or hobby projects. + +LED-Based Excitation: Safer and simpler than traditional laser systems, reducing regulatory and handling concerns. +Optimized Beam Shaping: Collimation and focusing lenses enable precise illumination, suitable for high-quality fluorescence imaging. +Dichroic and Emission Filtering: Achieve clear separation of excitation light and emitted fluorescence for efficient detection. +Köhler Illumination Setup: The integrated iris helps with precise alignment, improving brightness uniformity and image contrast. +Infinity Microscopy: Combine with the Infinity Box for professional-grade, infinity-corrected imaging of fluorescent samples. + + +Build Your LED-Fluoresence Microscope Today + +Expand your microscopy capabilities with the openUC2 Fluoresence Add-On LED Edition and unlock professional-grade fluoresence imaging for your projects. + +Learn More + +699.99 € VAT Excluded +1 +Only 2 Units left in stock. +Self Created | Self Produced +Terms and Conditions +Shipping: on stock, within 2 weeks! + + + + + +LED powered Fluoresence​ +Level up your Infinity-Microscope to create sophisticated fluoresent microscope solutions within minutes. The included 60mA LED makes this setup ideal for every enviroment, without the need for laser-safety regulations. + + + + + + +Useful Links +Home +About us +Products +Privacy Conditions +Terms & Conditions +Contact us +Cancellation policy +Imprint +About us +We are a team of passionate people whose goal is to improve everyone's life through disruptive products. We build great products to solve your business problems. + +Our products are designed for small to medium size companies willing to optimize their performance. + +Connect with us +hello@openuc2.com +Contact us + + + + +Copyright © 2022 - 2026 OpenUC2 GmbH. All Rights reserved. +Cookie Policy + +Powered by Odoo - The #1 Open Source eCommerce diff --git a/docs/usage/disc/boxes/infinitybox.md b/docs/usage/disc/boxes/infinitybox.md new file mode 100644 index 000000000..d7b4933fa --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/infinitybox.md @@ -0,0 +1,87 @@ +openUC2 GmbH +Search... +All Products +Discovery | Infinity Add-On +Discovery | Infinity Add-On +Discovery | Infinity Add-On +IMG_6608.webp +IMG_6619.webp +image_1920 +Discovery | Infinity Add-On +openUC2 Infinity Optics Add-On + + Does not work without CoreBox and Electronics Add-On + +Upgrade to a professional Infinite-Corrected Microscope + +Transform your openUC2 CoreBox into a high-performance, infinite-corrected microscope with the InfinityBox. This kit introduces industry-grade components, enabling precise imaging and advanced microscopy workflows, making it ideal for cell studies and high-resolution imaging tasks. + +Included Components +Cube Modules + +HIK Vision Camera (Sony IMX179 monochrome sensor, USB3, industry-grade) +CCTV Lens (100mm, C-mount) +Infinity 10x Objective (RMS-threaded, infinite-corrected) +SK23 Diaphragm +Additional Accessories + +8x Puzzle Baseplates +USB-3 Camera cable +Features and Applications +This kit is perfect for building a professional-grade microscope for laboratory environments. Whether studying cells in an incubator (with a compatible light source) or performing high-resolution imaging, the Infinity Add-On equips you with the tools needed for precise and reproducible results. + +Professional Camera Setup: The HIK Vision camera, equipped with a monochrome Sony IMX179 sensor, delivers exceptional image quality, making it ideal for capturing fine cellular details. +Infinite-Corrected Optics: Learn the benefits of infinite-corrected objectives, enabling modular and scalable optical setups with enhanced image quality. +Expandable Design: Upgrade your smartphone-based microscope by replacing the eyepiece with the USB3 camera for advanced imaging. +Software Flexibility: Seamlessly integrate with ImSwitch for automation and analysis or use HIK's MVS software for standalone operation on your PC. Compatible with Docker for easy setup on various systems. + + +Build Your Infinite-Corrected Microscope Today + +Expand your microscopy capabilities with the openUC2 Infinity Add-On and unlock professional-grade imaging for your projects. + +Learn More + +749.00 € VAT Excluded +1 +Self Created | Self Produced +Documents + IMG_20241129_093654.webp +Terms and Conditions +Shipping: on stock, within 2 weeks! + + + + + +Infinity and beyond ​ +Combine the infinity Add-On, electronics Add-On and the coreBOX to create sophisticated microscope solutions within minutes. The included 10x objective lens gives superior image quality with the benefits from an infinity path between the lens and the tube lens. + + + + +Useful Links +Home +About us +Products +Privacy Conditions +Terms & Conditions +Contact us +Cancellation policy +Imprint +About us +We are a team of passionate people whose goal is to improve everyone's life through disruptive products. We build great products to solve your business problems. + +Our products are designed for small to medium size companies willing to optimize their performance. + +Connect with us +hello@openuc2.com +Contact us + + + + +Copyright © 2022 - 2026 OpenUC2 GmbH. All Rights reserved. +Cookie Policy + +Powered by Odoo - The #1 Open Source eCommerce diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/README.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/README.md new file mode 100644 index 000000000..3fe534230 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/README.md @@ -0,0 +1,230 @@ +# Discovery Boxes – Lern- und Lehrstruktur + +> **Status:** Parallele Struktur zum schrittweisen BefĂŒllen. Die bestehenden Shop-/Übersichtsseiten unter `docs/usage/disc/boxes/*.md` bleiben unverĂ€ndert. Inhalte werden hierher migriert und ergĂ€nzt, sobald sie ausgearbeitet sind. + +Diese Dokumentation strukturiert die openUC2 Discovery-Boxen nach dem [Diataxis-Framework](https://diataxis.fr/). Ziel ist, dass SchĂŒler\*innen, LehrkrĂ€fte, Technik-Interessierte und Forschende jeweils den passenden Einstieg finden – vom gefĂŒhrten Bauen einer Lupe bis zum VerstĂ€ndnis der Köhler-Beleuchtung. + +--- + +## 1. Diataxis – Wie hĂ€ngt die Struktur mit dem Framework zusammen? + +Das Diataxis-Diagramm spannt zwei Achsen auf: + +``` + ACTION (doing) + │ + TUTORIALS │ HOW-TO GUIDES + (Learning) │ (Goals) + │ + ────── Acquisition ─────────┌─────── Application ────── + │ + EXPLANATION │ REFERENCE + (Understanding) │ (Information) + │ + COGNITION (thinking) +``` + +**Jedes Dokument in dieser Struktur lĂ€sst sich auf einem dieser vier Felder einordnen.** Die Felder schließen sich nicht aus – ein Experiment-Dokument enthĂ€lt bewusst alle vier Abschnitte, aber mit klarer Gewichtung: + +| Diataxis-Typ | Achsen-Position | Wer liest es? | Wann? | Dokument-Typ hier | +|---|---|---|---|---| +| **Tutorial** | Action + Acquisition | Einsteiger\*innen, SchĂŒler\*innen | Beim ersten Kontakt, gefĂŒhrt | `experiments/0N_*.md` → Abschnitt „Schritt-fĂŒr-Schritt" | +| **How-To Guide** | Action + Application | Maker, Forschende, LehrkrĂ€fte | Konkrete Aufgabe lösen | `experiments/0N_*.md` → Abschnitt „Experimentieren & Variieren"; `advanced/` | +| **Explanation** | Cognition + Acquisition | Alle, die verstehen wollen | Nach dem Experiment, oder als Vorbereitung | `experiments/0N_*.md` → Abschnitt „Hintergrund"; `concept.md` | +| **Reference** | Cognition + Application | Industrie, Forschung, Entwickler\*innen | Beim Nachschlagen | `modules/*.md`; `hardware/cubes/` | + +### Konsequenz fĂŒr die Dateihierarchie + +``` +Box-Ordner (z. B. corebox/) +│ +├── index.md → Übersicht + Lernpfad (kein eigener Diataxis-Typ, Navigation) +├── concept.md → Didaktik, Theorie (Explanation-lastig) +├── experiments/ → pro Experiment eine Datei (alle vier Typen in Abschnitten) +└── modules/ → pro Cube-Modul eine Datei (Reference + kurze Explanation) +``` + +Die `hardware/`- und `advanced/`-Ordner (siehe unten) folgen derselben Logik, sind aber Box-ĂŒbergreifend. + +--- + +## 2. VollstĂ€ndige Ordnerstruktur + +``` +learn/ +├── README.md ← dieses Dokument (Navigation + Architektur-Entscheidungen) +│ +├── templates/ +│ ├── experiment.md ← Vorlage: alle vier Diataxis-Abschnitte +│ ├── module.md ← Vorlage: Reference + Explanation +│ └── box-concept.md ← Vorlage: Didaktikkonzept (Explanation) +│ +├── hardware/ ← Box-ĂŒbergreifend; fĂŒr Bildung UND Industrie +│ ├── index.md ← Einstieg: Was sind Cubes? Welche Kategorien? +│ ├── cube-mechanics.md ← Wie öffnet/dreht/montiert man einen Cube? +│ ├── cube-design-inserts.md ← Wie designt man eigene Inserts? (FreeCAD/OpenSCAD) +│ ├── baseplates.md ← Puzzle-Baseplate- und Solid-Baseplate-Arten +│ └── cubes/ ← ein File pro Cube (= modules/ in Box-Ordnern, +│ └── ... hier box-unabhĂ€ngige Referenzdokumentation) +│ +├── advanced/ ← Setups, die mehrere Boxen kombinieren +│ ├── index.md ← Übersicht aller Multi-Box-/Nicht-Produkt-Setups +│ ├── abbe-setup.md ← Abbe-Auflösungslimit-Setup (multi-box) +│ ├── fluo-microscope-full.md ← VollstĂ€ndiges Fluoreszenzmikroskop (CoreBox+Elec+Inf+Fluo) +│ └── ... ← weitere Setups nach Bedarf +│ +├── i18n/ ← Sprachstrategie-Dokument (kein Inhalt, nur Regeln) +│ └── README.md +│ +├── corebox/ +├── electronics/ +├── fluorescence/ +├── infinity/ +├── lightsheet/ +└── qbox/ +``` + +Jeder Box-Unterordner enthĂ€lt: + +- `index.md` – Überblick, Lernpfad, Liste der Experimente/Module +- `concept.md` – Didaktikkonzept (analog zur CoreBox-Vorlage) +- `experiments/` – ein File pro Experiment, basierend auf `templates/experiment.md` +- `modules/` – ein File pro Cube-Modul, basierend auf `templates/module.md` + +--- + +## 3. Aufbaulogik der Boxen (Produktpfad) + +``` +CoreBox ──â–ș Electronics ──â–ș Infinity ──â–ș Fluorescence ──â–ș LightSheet +(Optik) (Motoren, (Industrie- (LED oder Laser, (3D-Imaging, + ESP32, LED) Kamera, Dichroit, Filter) Zylinderlinse, + Tubuslinse) Probenkammer) +``` + +`QBox` ist eigenstĂ€ndig und nicht Teil des linearen Pfads. + +**Multi-Box-Setups**, die mehrere dieser Produkte kombinieren oder noch kein eigenes Produkt sind, landen unter `advanced/` (→ Abschnitt 6). + +--- + +## 4. Zielgruppen und Lesepfade + +| Zielgruppe | Einstieg | Diataxis-Schwerpunkt | +|---|---|---| +| SchĂŒler\*innen (Sek I) | CoreBox → `experiments/` → Tutorial-Abschnitte | Tutorial | +| SchĂŒler\*innen (Sek II) | CoreBox → `experiments/` → Hintergrund + Aufgaben | Tutorial + Explanation | +| LehrkrĂ€fte | `concept.md` → StundenverlĂ€ufe | Explanation + How-To | +| Maker / Hobbyisten | `hardware/` → Box-`index.md` → `experiments/` How-To | How-To + Reference | +| Industrie / Forschung | `hardware/cubes/` → Box-`modules/` | Reference + Explanation | +| Entwickler\*innen | `hardware/cube-design-inserts.md` + `dev/` | Reference + How-To | +| Fortgeschrittene (multi-box) | `advanced/` | How-To + Explanation | + +--- + +## 5. Hardware-Dokumentation (box-ĂŒbergreifend) {#hardware} + +> Datei: [hardware/index.md](hardware/index.md) + +Cube-Mechanik und -Design sind fĂŒr **alle** Boxen und alle Zielgruppen relevant. Deshalb sind sie **außerhalb** der einzelnen Box-Ordner abgelegt. Das vermeidet Duplizierung und erlaubt es, dieselbe Seite in verschiedenen Kontexten zu verlinken: + +- Eine Lehrkraft liest es kurz als „Wissenswertes zum System". +- Eine Industrieingenieurin nutzt es als technische Referenz. +- Ein SchĂŒler liest den Tutorial-Abschnitt „Wie baue ich einen Cube zusammen?". + +Die Datei `hardware/cube-mechanics.md` enthĂ€lt: +- Wie öffnet man einen Cube (Schrauben, Magnete)? +- Wie dreht man ein Insert (Orientierungspfeile)? +- Wie reinigt man optische FlĂ€chen? +- Wie montiert man Baseplates (Puzzle vs. Solid)? + +Die Datei `hardware/cube-design-inserts.md` enthĂ€lt: +- Maß­toleranzen, Cube-Innenmaß (CAD-Referenz). +- Empfohlene Werkstoffe (PLA, PETG, Resin) und deren Vor-/Nachteile. +- Schritt-fĂŒr-Schritt: FreeCAD → STL → Drucken → Montieren. +- Wo liegen Vorlagen? (Link zu UC2-Toolbox / GitHub). + +--- + +## 6. Nicht-Produkt-Setups und Multi-Box-Experimente {#advanced} + +> Datei: [advanced/index.md](advanced/index.md) + +Einige Setups existieren bereits als Aufbauten, sind aber (noch) kein eigenstĂ€ndiges Produkt oder erfordern mehr als eine Box. Diese landen unter `advanced/` – nicht unter einer einzelnen Box, weil sie: + +- mehrere Boxen kombinieren (und sonst doppelt erscheinen wĂŒrden), +- noch kein stabiles Produktangebot haben (Status: Prototyp / Community), +- eher fĂŒr fortgeschrittene Nutzer\*innen gedacht sind. + +**Entscheidungsbaum: Wo lege ich ein Setup ab?** + +``` +Ist das Setup ein einzelnes Produkt? +├── Ja ──â–ș Box-eigener experiments/-Ordner +└── Nein + ├── Kombiniert es genau zwei Boxen? + │ ├── Ja ──â–ș advanced/ + Hinweis in beiden Box-index.md + │ └── Nein (3+ Boxen oder Prototyp) ──â–ș advanced/ +``` + +Aktuelle und geplante `advanced/`-Seiten: + +| Datei | Setup | Benötigte Boxen | Status | +|---|---|---|---| +| `abbe-setup.md` | Abbe-Auflösungslimit demonstrieren | CoreBox + Infinity | Prototyp | +| `fluo-microscope-full.md` | VollstĂ€ndiges Fluoreszenzmikroskop | CoreBox + Elec + Inf + Fluo | Community-Build | +| *(mehr nach Bedarf)* | | | | + +--- + +## 7. Mehrsprachigkeit (i18n) {#i18n} + +> Strategie-Dokument: [i18n/README.md](i18n/README.md) + +### Ist-Stand im Repo + +Das Repo unterstĂŒtzt bereits Mehrsprachigkeit in Teilen (z. B. `archive/minibox/` hat `de/`, `en/`, `es/`, `fr/`, `ar/`, `it/`). Docusaurus selbst hat ein i18n-Plugin (`i18n/` im Projektstamm). + +### Strategie fĂŒr `learn/` + +**Kurzfassung: Englisch first, Übersetzungen per Pull Request.** + +| Schicht | Sprache | BegrĂŒndung | +|---|---|---| +| Quellwahrheit (`learn/`) | **Englisch** | GrĂ¶ĂŸte Reichweite, einfachere Reviews, Konsistenz mit Industrie/Forschung | +| Deutsche Übersetzung | PrioritĂ€t 1 | Kernzielgruppe Schulen DE/AT/CH; Didaktikkonzept bereits auf DE | +| Weitere Sprachen | Community-getrieben | Kein fester Zeitplan; PRs willkommen | + +### Technische Umsetzung (Docusaurus) + +``` +i18n/ +├── de/ +│ └── docusaurus-plugin-content-docs/ +│ └── current/ +│ └── usage/disc/boxes/learn/ ← deutsche Übersetzungen hier +├── fr/ +└── ... +``` + +Jede Übersetzungsdatei ist eine 1:1-Kopie der englischen Quelle mit ĂŒbersetztem Text. Bilder und Dateinamen bleiben unverĂ€ndert (Docusaurus-Konvention). + +### PrioritĂ€t pro Zielgruppe + +- **Tutorial-Abschnitte** (SchĂŒler\*innen) → immer ĂŒbersetzen, beginnend mit DE. +- **Reference / module.md** → Englisch reicht; Fachbegriffe sind international. +- **concept.md** (Didaktik) → DE primĂ€r, dann EN als Übersetzung. +- **advanced/** → Englisch reicht fĂŒr Forscher\*innen. + +### Hinweis fĂŒr Autor\*innen + +> Schreibe zuerst auf Englisch. Wenn ein Inhalt auf DE entstehen soll (z. B. StundenverlĂ€ufe fĂŒr Schulen), erstelle ihn in `i18n/de/` und verlinke die englische Entsprechung als „TODO: translate to EN". + +--- + +## 8. Migrationshinweise + +- Original CoreBox-Didaktikkonzept: [Didaktikkonzept CoreBox - Version 1 (1).md](../Didaktikkonzept%20CoreBox%20-%20Version%201%20%281%29.md) +- Shop-Beschreibungen: [corebox.md](../corebox.md), [electronics.md](../electronics.md), [fluoled.md](../fluoled.md), [fluolaser.md](../fluolaser.md), [infinitybox.md](../infinitybox.md), [lightsheet.md](../lightsheet.md), [qbox.md](../qbox.md) +- Inhalte werden referenziert, aber **nicht gelöscht**, bis die neue Struktur stabil ist. +- FĂŒr Modul-Dokumentation, die bereits in `dev/hw/` oder GitHub existiert: **verlinken, nicht kopieren**, bis ein Review stattgefunden hat. diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/advanced/abbe-setup.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/advanced/abbe-setup.md new file mode 100644 index 000000000..1a98164c6 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/advanced/abbe-setup.md @@ -0,0 +1,91 @@ +# Abbe-Auflösungslimit demonstrieren + +> **Status:** Prototyp +> **Diataxis:** Explanation + How-To +> **Benötigte Boxen:** CoreBox + Infinity Add-On (+ optional Electronics) +> **Zielgruppe:** Sek II, Hochschule, Forschung + +--- + +## Steckbrief + +| | | +|---|---| +| **Lernziel** | Verstehen, warum es eine physikalische Grenze fĂŒr die optische Auflösung gibt | +| **SchlĂŒsselbegriffe** | Abbe-Limit, Numerische Apertur, Beugung, KohĂ€renz, Raumfrequenz | +| **Dauer Aufbau** | ca. 30 min | +| **Sicherheitshinweis** | keine besonderen Anforderungen (keine Laser nötig) | + +--- + +## 1. Worum geht es? (Explanation) + +### Was ist das Abbe-Limit? + +*Leitfragen: Warum kann man mit Licht nicht beliebig kleine Strukturen auflösen? Was hat das Beugungsbild damit zu tun?* + +Ernst Abbe zeigte 1873, dass die minimale auflösbare Struktur $d$ eines Mikroskops von der **WellenlĂ€nge** $\lambda$ und der **Numerischen Apertur** NA abhĂ€ngt: + +$$d = \frac{\lambda}{2 \cdot \text{NA}}$$ + +Das ist keine GerĂ€teschranke, sondern eine **physikalische Fundamentalgrenze** – sie gilt unabhĂ€ngig davon, wie gut die Optik gefertigt ist. + +### Warum ist das wichtig? + +*Leitfragen: Was bedeutet das fĂŒr Biologie (Zellen, Viren), Halbleiterlithographie, Teleskope? Wie hat die STORM/STED-Nanoskopie dieses Limit umgangen?* + +
 + +### Welches Modell beschreibt das? + +*Leitfragen: Was ist die Fourier-Optik? Was ist der Zusammenhang zwischen dem Beugungsbild in der Brennebene und der Ortsfrequenz im Bild?* + +
 + +--- + +## 2. Aufbau (How-To) + +*Leitfragen: Wie wird ein Auflösungstest-Target (USAF 1951) in das Mikroskop gebracht? Wie wĂ€hlt man das richtige Objektiv? Wie vergleicht man 10×/NA 0.1 vs. 10×/NA 0.25?* + +### Benötigte Komponenten + +- CoreBox: Z-Stage, Taschenlampe, Puzzle-Baseplates +- Infinity Add-On: 10×/NA 0.25 Objektiv, HIK-Kamera, Tubuslinse, Iris +- Optional: CoreBox Objektiv 4×/NA 0.1 (zum Vergleich) +- Target: USAF-1951-Testchart (Glasversion empfohlen, Papierausdruck als Notlösung) + +### Aufbau-Schritte + +1. VollstĂ€ndiges Infinity-Mikroskop aufbauen (→ `infinity/experiments/01_endlich_vs_unendlich.md` *(noch anzulegen)*). +2. USAF-Target als Probe einlegen. +3. Grobe Fokussierung per Z-Stage. +4. Bild auf Kamera aufnehmen: Welche Liniengruppe ist noch aufgelöst? +5. Iris schrittweise schließen: NA sinkt → wie verĂ€ndert sich die sichtbare Liniengruppe? +6. Objektiv wechseln (NA 0.1 statt 0.25): dieselbe Messung wiederholen. + +--- + +## 3. Beobachtungs- und Auswertungsaufgaben + +- Aufgabe A: Bestimme die kleinste aufgelöste Liniengruppe fĂŒr NA 0.25 und NA 0.1. Stimmt das mit der Formel ĂŒberein? +- Aufgabe B: Plotte Auflösung vs. NA. Ist der Zusammenhang linear? +- Aufgabe C: Schließe die Iris bis auf Minimum. Was passiert mit dem Kontrast? Mit der Auflösung? + +--- + +## 4. Troubleshooting + +| Symptom | Ursache | Lösung | +|---|---|---| +| Alle Liniengruppen unaufgelöst | Fokus falsch | Z-Stage feiner justieren | +| Bild sehr dunkel bei geschlossener Iris | Erwartet | Belichtungszeit erhöhen | +| Kein Unterschied NA 0.1 vs. 0.25 | Target-QualitĂ€t | Glasversion statt Papierausdruck verwenden | + +--- + +## 5. WeiterfĂŒhrende Links + +- Infinity Add-On → `infinity/experiments/05_blende_aufloesung.md` *(noch anzulegen)* +- Theorie: Abbe (1873), Born & Wolf „Principles of Optics" +- Nanoskopie als Ausblick: Nobel­preis 2014 (Betzig, Hell, Moerner) diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/advanced/fluo-microscope-full.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/advanced/fluo-microscope-full.md new file mode 100644 index 000000000..b72afacea --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/advanced/fluo-microscope-full.md @@ -0,0 +1,138 @@ +# VollstĂ€ndiges Fluoreszenzmikroskop + +> **Status:** Community-Build +> **Diataxis:** Tutorial + How-To + Explanation +> **Benötigte Boxen:** CoreBox + Electronics Add-On + Infinity Add-On + Fluorescence Add-On (LED oder Laser) +> **Zielgruppe:** Fortgeschrittene SchĂŒler\*innen (Sek II), Hochschule, Forschung, Maker + +--- + +## Steckbrief + +| | | +|---|---| +| **Lernziel** | Ein vollstĂ€ndiges Epi-Fluoreszenz-Mikroskop aus Modulen zusammenbauen und verstehen | +| **SchlĂŒsselbegriffe** | Epi-Fluoreszenz, Dichroit, Emissionsfilter, Köhler-Beleuchtung, Signal/Rausch-VerhĂ€ltnis | +| **Dauer Aufbau** | ca. 45–60 min | +| **Sicherheit** | Laser-Edition: Laserschutzbrillen, Klasse-3B-Regeln; LED-Edition: keine besonderen Anforderungen | + +--- + +## 1. Worum geht es? (Explanation) + +### Was ist Epi-Fluoreszenz? + +*Leitfragen: Warum kommen Anregungs- und Detektionslicht beim Epi-Aufbau auf derselben Seite? Was unterscheidet das vom Durchlicht-Aufbau beim LightSheet?* + +
 + +### Warum ist das Fluoreszenzmikroskop in der Biologie so wichtig? + +*Leitfragen: Welche Strukturen in Zellen kann man mit Fluoreszenz sichtbar machen, die im Hellfeld unsichtbar sind? Was ist GFP? Welchen Nobelpreis hat das gewonnen?* + +
 + +--- + +## 2. Aufbau (Tutorial) + +*Leitfragen: In welcher Reihenfolge baue ich den Strahlengang auf? Was ist der Vorteil, mit der Detektion zu beginnen und die Anregung zuletzt einzufĂŒgen?* + +### Benötigte Komponenten + +**CoreBox:** +- Puzzle-Baseplates (10×) +- Z-Stage (manuell) + +**Electronics Add-On:** +- ESP32-Board +- Z-Stage (motorisiert, NEMA 11) – optional fĂŒr Autofokus +- LED-Array – optional fĂŒr Durchlicht-Übersicht + +**Infinity Add-On:** +- 10×/NA 0.25 Infinity-Objektiv +- 100 mm CCTV-Tubuslinse +- HIK USB3-Kamera (IMX179) +- Iris SK23 + +**Fluorescence Add-On (LED oder Laser):** +- Dichroit-Beamsplitter-Cube (+ Emissionsfilter) +- 480 nm LED-Modul + AsphĂ€re + Anregungsfilter *(LED-Edition)* +- 488 nm Faserlaser + Fiber-Launcher + 18 mm Linse *(Laser-Edition)* + +### Strahlengang (schematisch) + +``` +Lichtquelle (LED/Laser) + │ + â–Œ + Anregungsfilter + │ + â–Œ + Dichroit (Reflexion → Objektiv) + │ ↑ + â–Œ └──── emittiertes Fluoreszenzlicht (Transmission durch Dichroit) + Objektiv │ + │ â–Œ + Probe Emissionsfilter + │ + â–Œ + Tubuslinse + │ + â–Œ + Kamera +``` + +### Schritt-fĂŒr-Schritt + +1. Infinity-Mikroskop ohne Fluoreszenz vollstĂ€ndig aufbauen und scharf stellen. +2. Durchlicht-LED-Array einschalten → Probe im Hellfeld fokussieren (leichter als direkt in Fluoreszenz). +3. Dichroit-Cube zwischen Objektiv und Tubuslinse einsetzen. Orientierung: Anregungsstrahl wird **reflektiert** → Richtung Probe; Fluoreszenz­emission wird **transmittiert** → Richtung Kamera. +4. Anregungs-Cube (LED oder Laser) auf der Seite des Dichroi einbauen. Beam entlang der Anregungsachse ausrichten. +5. Durchlicht abschalten. Anregung einschalten. Probe suchen. +6. Belichtungszeit auf Kamera anpassen (Fluoreszenz ist viel dunkler als Hellfeld: typisch 50–500 ms statt 1–10 ms). + +--- + +## 3. QualitĂ€tskontrolle und Optimierung (How-To) + +### Wie erkenne ich ein gutes Fluoreszenzbild? + +*Leitfragen: Wie sieht das Signal-Rausch-VerhĂ€ltnis aus? Was sind typische Artefakte (Streulicht, Bleaching)?* + +### Wie stelle ich Köhler-Beleuchtung ein? + +→ Verweis auf `fluorescence/experiments/04_koehler.md` *(noch anzulegen)* + +### Wie vergleiche ich LED- vs. Laser-Edition? + +*Leitfragen: Gleiche Probe, gleiche Belichtungszeit. Wo ist der Unterschied in Helligkeit, HomogenitĂ€t, Hintergrund?* + +--- + +## 4. Troubleshooting + +| Symptom | Ursache | Lösung | +|---|---|---| +| Kein Fluoreszenz­signal | Dichroit falsch orientiert | Reflektion muss in Richtung Probe zeigen | +| Sehr heller Hintergrund | Emissionsfilter fehlt oder falsch | Emissionsfilter prĂŒfen, Streulicht abschirmen | +| Signal schwach | Belichtungszeit zu kurz, VerstĂ€rkung zu niedrig | Kameraeinstellungen anpassen | +| Bild unscharf | Fokus nicht auf Fluoreszenzebene | Hellfeld-Fokussierung vor Fluoreszenz | + +--- + +## 5. Didaktische Einbettung + +*Leitfragen: FĂŒr welche Unterrichtsform eignet sich dieses Setup? Ab wann ist es fĂŒr SchĂŒler\*innen sinnvoll (Sek II, Hochschulpraktikum)?* + +- Sek II-Kontext: Nach CoreBox-Grundlagen und Infinity-Modul; als Krönung einer Projekt­woche. +- Hochschule: Als Praktikumsversuch zur Epi-Fluoreszenz (2–3 h). +- Forschung: Einstieg fĂŒr Gruppen, die auf openUC2-Hardware umsteigen möchten. + +--- + +## 6. WeiterfĂŒhrende Links + +- [fluorescence/index.md](../fluorescence/index.md) +- [infinity/index.md](../infinity/index.md) +- `electronics/experiments/06_autofokus.md` *(noch anzulegen)* – motorisierter Autofokus fĂŒr dieses Setup diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/advanced/index.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/advanced/index.md new file mode 100644 index 000000000..b19fed762 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/advanced/index.md @@ -0,0 +1,50 @@ +# Advanced Setups – Multi-Box & Community-Experimente + +> **Diataxis:** How-To + Explanation +> **Voraussetzung:** Die nötigen Boxen sind jeweils angegeben. +> **Status:** Setups hier sind entweder noch kein eigenstĂ€ndiges Produkt, kombinieren mehrere Boxen, oder sind Community-BeitrĂ€ge. Sie werden in die offizielle Struktur aufgenommen, sobald sie produktreif sind. + +--- + +## Warum ein eigener Bereich? + +Manche Setups lassen sich keiner einzelnen Box zuordnen: + +- Sie nutzen Cubes aus **mehreren Boxen** gemeinsam. +- Sie existieren als **Prototyp oder Community-Build**, aber noch nicht im Shop. +- Sie erfordern **deutlich mehr Erfahrung** als die Einstiegsexperimente. + +Diese Setups hier zu verwalten verhindert, dass sie halb-fertig in Box-Ordnern verstreut werden. Sobald ein Setup reif genug fĂŒr eine eigene Box oder Produkt-Integration ist, wird es dorthin verschoben. + +--- + +## Entscheidungsbaum: Wohin gehört ein neues Setup? + +``` +Ist es ein einzelnes Produkt / gehört zu genau einer Box? +├── Ja ──â–ș experiments/-Ordner der jeweiligen Box +└── Nein + ├── Kombiniert 2+ Boxen, ist ausreifend? ──â–ș advanced/ (hier) + └── Ist es noch ein frĂŒher Prototyp? ──â–ș advanced/ (mit Status: Prototyp) +``` + +--- + +## Aktuelle Setups + +| Datei | Kurzname | Benötigte Boxen | Status | +|---|---|---|---| +| [abbe-setup.md](abbe-setup.md) | Abbe-Auflösungslimit | CoreBox + Infinity | Prototyp | +| [fluo-microscope-full.md](fluo-microscope-full.md) | VollstĂ€ndiges Fluoreszenzmikroskop | CoreBox + Electronics + Infinity + Fluorescence | Community-Build | +| *(weitere ergĂ€nzen)* | | | | + +--- + +## Status-Definitionen + +| Status | Bedeutung | +|---|---| +| **Prototyp** | Aufbau funktioniert, aber Dokumentation unvollstĂ€ndig; keine garantierte Reproduzierbarkeit | +| **Community-Build** | Gut dokumentiert; von mehreren Gruppen nachgebaut; kein Produkt-Support | +| **Beta** | Stabil; in Vorbereitung zur Box-Integration | +| **Produkt** | Wird in eine Box-Familie aufgenommen; Datei wird dorthin verschoben | diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/corebox/index.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/corebox/index.md new file mode 100644 index 000000000..486bd3553 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/corebox/index.md @@ -0,0 +1,325 @@ +# CoreBox – Lernpfad + +> **Status:** Umgesetzt. Diese Skizze wurde als DiĂĄtaxis-Dokumentation unter +> [`usage/disc/corebox`](../../../corebox/index.md) ausgerollt (Tutorials, How-tos, +> Explanation mit generierten Strahlengang-Figuren, Reference, For-Teachers-Seite). +> Diese Seite bleibt als Planungsnotiz erhalten. +> Quelle fĂŒr Komponenten: [corebox.md](../../corebox.md). Quelle fĂŒr Didaktik: [Didaktikkonzept CoreBox - Version 1 (1).md](../../Didaktikkonzept%20CoreBox%20-%20Version%201%20%281%29.md). + +Die CoreBox ist der Einstieg in alle Discovery-Boxen. Sie deckt die geometrische Optik vollstĂ€ndig ab – von der Lupe bis zum Smartphone-Mikroskop – und ist Voraussetzung fĂŒr Electronics, Infinity, Fluorescence und LightSheet. + +## Lernpfad (empfohlen) + +``` +Lupe ─â–ș Linsen ─â–ș Projektor ─â–ș Galilei-Teleskop ─â–ș Kepler-Teleskop + │ + â–Œ + Endlich-Mikroskop ─â–ș Unendlich-Mikroskop ─â–ș Smartphone-Mikroskop +``` + +## Experimente + +Jeder Eintrag folgt dem [Experiment-Template](../templates/experiment.md). Solange ein Experiment noch keine eigene Datei hat, dient der Abschnitt hier als Sammelort fĂŒr Notizen und Leitfragen. + +### 1. Lupe (Tutorial-Einstieg) + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was passiert, wenn du ein Objekt langsam nĂ€her an die Linse heranbewegst – ab wann wechselt es von vergrĂ¶ĂŸert zu unscharf?* +- *Welches allĂ€gliche Werkzeug nutzt dasselbe Prinzip (Leseglas, Uhrmacherlupe, Handylens)?* + +**Aufbau** +- *Welche Teile brauchst du fĂŒr die einfachste Lupe, und wie setzt du sie in den Cube ein?* +- *An welcher Position muss das Objekt relativ zur Linse sitzen, damit du ein aufrechtes virtuelles Bild siehst?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie findest du die Brennweite einer unbekannten Linse mit Hilfe eines Schirms und einer Lichtquelle?* +- *Wie berechnet sich die WinkelvergrĂ¶ĂŸerung $M = 250\,\text{mm} / f$, und was bedeutet „25 cm Nahpunktabstand"?* + +**Variation** +- *Was beobachtest du, wenn du die Linse gegen eine mit f = 100 mm oder f = 25 mm austauschst?* +- *Wie Ă€ndert sich das Gesichtsfeld, wenn du die Pupille nĂ€her an die Linse hĂ€ltst?* + +**Fehleranalyse** +- *Wann und warum entsteht chromatische Aberration (Farbrand), und bei welcher Linsenform ist sie stĂ€rker?* +- *Warum ist das Bild am Rand schĂ€rfer als in der Mitte (oder umgekehrt) – was ist sphĂ€rische Aberration?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie beschreibt die Abbildungsgleichung $\frac{1}{f} = \frac{1}{b} - \frac{1}{g}$ (fĂŒr das virtuelle Bild) den Sachverhalt?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek I: ErklĂ€re, warum eine Lupe vergrĂ¶ĂŸert, mit einer selbst gezeichneten Strahlenkonstruktion.* +- *Sek II / Vertiefung: Bestimme die Brennweite durch Messung von drei Objekt-Bild-Abstandspaaren und trage $1/g$ gegen $1/b$ auf.* + +- → Datei: `experiments/01_lupe.md` (noch anzulegen) + +### 2. Sammel- vs. Zerstreuungslinsen + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was passiert mit einem Lichtstrahl, der parallel zur optischen Achse auf eine Sammellinse trifft – und was bei einer Zerstreuungslinse?* +- *HĂ€ltst du eine −50-mm-Linse vor eine Lichtquelle: Wo entsteht das Bild, und warum kann es nicht auf einem Schirm erscheinen?* + +**Aufbau** +- *Wie unterscheiden sich die Randformen der +50-mm- und der −50-mm-Linse visuell, und was schließt man daraus?* +- *Wie setzt du beide Linsen hintereinander in Cubes, um den Parallelstrahl zu testen?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie bestimmst du die Brennweite der Sammellinse direkt (Schirmmethode) und die der Zerstreuungslinse indirekt (Kombination mit bekannter Sammellinse)?* +- *Welche kombinierte Brennweite ergibt sich aus $1/f_\text{ges} = 1/f_1 + 1/f_2$ fĂŒr +50 mm und −50 mm?* + +**Variation** +- *Was siehst du, wenn du eine +50-mm- vor eine −50-mm-Linse schaltest – ist das System konvergent oder divergent?* +- *Ändert sich etwas, wenn du die Reihenfolge der Linsen vertauschst?* + +**Fehleranalyse** +- *Warum liegt das Bild einer Sammellinse bei weißem Licht nicht exakt in einem Punkt (chromatische Aberration)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *ErklĂ€re mithilfe des Brechungsgesetzes, warum eine Randkante dicker Linsen den Strahl zur Mitte hin bricht.* +- *Was bedeutet Diopter als Maß: $D = 1/f[\text{m}]$?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek I: Welche Linsenform steckt in einer Lesebrille, welche in einem Brillenglas fĂŒr Kurzsichtige?* +- *Sek II / Vertiefung: Leite die Linsenmacherformel her und erklĂ€re den Einfluss der KrĂŒmmungsradien.* + +- → `experiments/02_linsen.md` + +### 3. Projektor + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Wann entsteht auf einem Schirm ein scharfes, reelles, umgekehrtes Bild – und wann nicht?* +- *Was ist der Unterschied zwischen dem Bild im Zimmerprojektor und dem in einer Lupe?* + +**Aufbau** +- *Welche Komponenten (Lichtquelle, Dia/Maske, Linse, Schirm) brauchst du, und in welcher Reihenfolge?* +- *Wie weit muss das Objekt (Maske) von der Linse entfernt sein, damit das Bild auf dem 50-cm-Schirm scharf ist?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Miss Objekt- und Bildweite, und ĂŒberprĂŒfe $\frac{1}{f} = \frac{1}{g} + \frac{1}{b}$ quantitativ.* +- *Wie groß ist der Abbildungsmaßstab $\beta = b/g$, und wie Ă€ndert er sich beim Verschieben des Schirms?* + +**Variation** +- *Was passiert, wenn du eine Kondensorlinse vor die Lichtquelle setzt – warum wird das Bild heller?* +- *Wie beeinflusst eine Lochblende (kleines Loch statt Linse) SchĂ€rfe und Helligkeit?* + +**Fehleranalyse** +- *Woran erkennst du unscharfes Bild durch falsche Objekt- vs. Bildweite, und wie korrigierst du es?* +- *Warum zeigt weißes Licht am Bildrand FarbsĂ€ume?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie beschreibt die Linsengleichung den Übergang von $g > 2f$ (verkleinertes Bild) ĂŒber $g = 2f$ (1:1) zu $f < g < 2f$ (vergrĂ¶ĂŸertes Bild)?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek I: Zeichne den Strahlengang fĂŒr drei ausgezeichnete Strahlen (Parallelstrahl, Brennpunktstrahl, Mittelpunktstrahl).* +- *Sek II / Vertiefung: Berechne die nötige Linsenbrennweite fĂŒr einen Kino-Projektor (Bildschirm 10 m, Dia 35 mm).* + +- → `experiments/03_projektor.md` + +### 4. Galilei-Teleskop + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Wie stark vergrĂ¶ĂŸert das Galilei-Teleskop, wenn du aus dem Fenster schaust?* +- *Warum steht das Bild aufrecht – und bei Kepler auf dem Kopf?* + +**Aufbau** +- *Welche zwei Linsen (welche Brennweiten) brauchst du, und wie groß ist der Abstand?* +- *Wie verĂ€nderst du den Abstand, um ein scharfes Bild fĂŒr dein Auge zu erzeugen (Akkommodation)?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie berechnet sich die VergrĂ¶ĂŸerung $M = -f_\text{Obj} / f_\text{Ok}$ aus den Brennweiten?* +- *Miss den Abstand zwischen Objektiv und Okular bei Scharfstellung auf Unendlich.* + +**Variation** +- *Was Ă€ndert sich, wenn du Okular und Objektiv vertauschst?* +- *Welche VergrĂ¶ĂŸerung erreichst du maximal mit den vorhandenen Linsen?* + +**Fehleranalyse** +- *Warum ist das Gesichtsfeld (Sehfeld) des Galilei-Teleskops kleiner als das des Kepler-Teleskops?* +- *Was bedeutet „Vignettierung", und wann tritt sie auf?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie erklĂ€rt das Strahlendiagramm (zwei Brennebenen zusammenfallen) das aufrechte Bild?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek I: Nenne drei GerĂ€te, die das Galilei-Prinzip nutzen (Oper, Theater, Fernglas-Typ).* +- *Sek II / Vertiefung: Leite die VergrĂ¶ĂŸerungsformel aus dem Strahlendiagramm her.* + +- → `experiments/04_galilei_teleskop.md` + +### 5. Kepler-Teleskop + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Warum dreht das Kepler-Teleskop das Bild um – und warum akzeptieren Astronomen das?* +- *Kannst du mit dem Kepler einen Zwischenbildpunkt erzeugen und ihn auf einem Papier sehen?* + +**Aufbau** +- *Welche zwei Sammellinsen brauchst du, und wie lang ist das Tubus-System?* +- *Wo genau liegt das Zwischenbild, und wie kannst du es durch Verschieben zeigen?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Miss die VergrĂ¶ĂŸerung durch Vergleich: Halte beide Augen offen und schĂ€tze ab.* +- *Berechne die VergrĂ¶ĂŸerung aus den Brennweiten und vergleiche mit deiner Messung.* + +**Variation** +- *Was passiert mit VergrĂ¶ĂŸerung und Sehfeld, wenn du das Okular gegen ein kĂŒrzeres (f = 25 mm) tauschst?* +- *Wie baust du aus dem Kepler-Teleskop mit einer dritten Linse ein terrestrisches Teleskop (aufrechtes Bild)?* + +**Fehleranalyse** +- *Warum wird das Bild bei zu starker VergrĂ¶ĂŸerung dunkel und unscharf?* +- *Was bewirkt es, die Austrittspupille nicht mit der eigenen Pupille zur Deckung zu bringen?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *ErklĂ€re den Unterschied zwischen Austrittspupille, Sehfeld und DĂ€mmerungszahl als teleskopische KenngrĂ¶ĂŸen.* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek I: Wo wird das Kepler-Prinzip genutzt (Astro-Fernrohr, Marine-Fernrohr mit Umkehrlinse)?* +- *Sek II / Vertiefung: Berechne die nötige Öffnung, um den Jupiterdurchmesser von 50 Bogensekunden auf 1° zu vergrĂ¶ĂŸern.* + +- → `experiments/05_kepler_teleskop.md` + +### 6. Endlich-korrigiertes Lichtmikroskop + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Wie viel grĂ¶ĂŸer erscheint eine Zelle, wenn du durch das 4×-Objektiv mit dem Okular schaust?* +- *Was siehst du anders als beim Smartphone-Foto derselben Probe?* + +**Aufbau** +- *Welche Teile bauen Beleuchtung, Objektiv, Zwischenbild und Okular auf?* +- *Wie positionierst du die Z-Stage, um den Fokus zu finden?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie groß ist die Gesamt-VergrĂ¶ĂŸerung (Objektiv × Okular)?* +- *Wie misst du die effektive VergrĂ¶ĂŸerung mit einem Linienraster oder Maßstab?* + +**Variation** +- *Was Ă€ndert sich im Bild, wenn du den Beleuchtungsabstand variierst (kritische vs. Köhler-artige Beleuchtung)?* +- *Wie wirkt eine Lochblende statt der Taschenlampe?* + +**Fehleranalyse** +- *Woran erkennst du, dass Objekt, Objektiv und Okular nicht auf derselben Achse sitzen?* +- *Warum erscheint das Bild eines endlich-korrigierten Objektivs unscharf, wenn du einen Filter in den Strahlengang bringst?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was bedeutet „fixe TubuslĂ€nge 160 mm", und wie hĂ€ngt das mit der Korrektionsoptik im Objektiv zusammen?* +- *Welche Grenzen setzt die numerische Apertur (NA 0.1) der Auflösung (Abbe-Formel)?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek I: Zeichne den zweistufigen Strahlengang (Objektiv → Zwischenbild → Okular → Auge).* +- *Sek II / Vertiefung: Warum kann ein endliches Objektiv keinen Filter ohne Bildversatz aufnehmen – leite es geometrisch her.* + +- → `experiments/06_mikroskop_endlich.md` + +### 7. Unendlich-korrigiertes Lichtmikroskop + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du, wenn du das Infinity-Objektiv ohne Tubuslinse vor eine Probe hĂ€ltst – und warum gibt es kein Bild?* +- *Woran merkst du im Alltag, dass moderne Mikroskope „infinity-corrected" sind (modulare Filterblöcke)?* + +**Aufbau** +- *Welche Reihenfolge haben Objektiv, freier paralleler Raum und Tubuslinse?* +- *Wie groß darf der Abstand zwischen Objektiv und Tubuslinse sein, ohne das Bild zu verschlechtern?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie beeinflusst die Wahl der Tubuslinsen-Brennweite (100 mm vs. 50 mm) die GesamtvergrĂ¶ĂŸerung?* +- *Miss und berechne: Wenn das Objektiv auf $f_\text{Obj}$ ausgelegt ist und die Tubuslinse $f_\text{TL}$ hat, wie lautet die VergrĂ¶ĂŸerung $M = f_\text{TL}/f_\text{Obj}$?* + +**Variation** +- *Schiebe einen Farbfilter in den parallelen Strahl – Ă€ndert sich die Bildlage?* +- *Was passiert, wenn du die Tubuslinse schrĂ€g stellst?* + +**Fehleranalyse** +- *Warum erscheint das Bild unscharf, wenn du ein endliches Objektiv mit einem Infinity-Tubus kombinierst?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was bedeutet „hintere Brennebene des Objektivs liegt im Unendlichen", und warum vereinfacht das die Konstruktion modularer Mikroskope (z. B. Filter, Strahlteiler, DIC-Prismen)?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Wie nutzen kommerzielle Mikroskop-Marken (Zeiss, Leica, Nikon) unterschiedliche Standard-TubuslĂ€ngen (200 mm / 160 mm / 180 mm)?* +- *Sek II / Vertiefung: Berechne den Strahlengang fĂŒr eine Kombination aus 10×/NA 0.25-Objektiv und 100-mm-Tubuslinse auf einem 1/2"-Sensor.* + +- → `experiments/07_mikroskop_unendlich.md` + +### 8. Smartphone-Mikroskop + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du auf deinem Handybildschirm, wenn du die Probe fokussierst – was fehlt im Vergleich zum Okular?* +- *Warum reicht das Smartphone-Objektiv allein nicht aus, um Zellen zu zeigen?* + +**Aufbau** +- *Wie setzt du Objektiv-Cube, Probenhalter, Taschenlampe und Smartphone-Halter zusammen?* +- *Wie richtest du das Smartphone aus, damit sein Objektiv mit der optischen Achse fluchtet?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie kalibrierst du die VergrĂ¶ĂŸerung mit einem Linienraster (Millimeterpapier oder Strichplatte)?* +- *Wie rechnest du Pixel in Mikrometer um, wenn du die PixelgrĂ¶ĂŸe deines Sensors kennst?* + +**Variation** +- *Was Ă€ndert sich, wenn du auf den 10×-Objektivblock wechselst?* +- *Wie beeinflusst die Beleuchtungsfarbe (weißes vs. blaues Licht) den Kontrast biologischer Proben?* + +**Fehleranalyse** +- *Warum erscheint das Bild am Rand dunkler als in der Mitte (Vignettierung durch Smartphone-Linse)?* +- *Wann „sĂ€ubert" die automatische HDR-Funktion das Bild, und warum ist das fĂŒr wissenschaftliche Aufnahmen problematisch?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie funktioniert ein CMOS-Bildsensor auf Pixelebene, und warum ist Quantenrauschen bei wenig Licht relevant?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek I: Dokumentiere eine selbst gesammelte Probe (BlĂŒtenstaub, Salzkristall) mit Foto und Beschriftung.* +- *Sek II / Vertiefung: Vergleiche Signal-Rausch-VerhĂ€ltnis und Dynamikbereich des Smartphones mit der Industrie­kamera aus dem Infinity Add-On.* + +- → `experiments/08_smartphone_mikroskop.md` + +### Exkurs: Einen WĂŒrfel auseinanderbauen + +**Aufbau und Mechanik** +- *Welche Schrauben löst du in welcher Reihenfolge, ohne das Insert zu beschĂ€digen?* +- *Welche Werkzeuge (Inbus-SchlĂŒssel, weiche Unterlage) brauchst du?* +- *Wie erkennst du die Ausrichtungsmarkierung, und was passiert, wenn du sie ignorierst?* + +**Beobachten und Verstehen** +- *Was siehst du im Inneren des Cubes – Schienen, Klemmsystem, optische FlĂ€chen?* +- *Wie ist das Insert gefertigt (3D-Druck, Spritzguss) und wo sitzt es im Cube?* + +**Variation / KreativitĂ€t** +- *Kannst du das Insert um 90° rotieren, und welche neue Funktion hat der Cube dann?* +- *Wie entwirfst du ein eigenes einfaches Insert (z. B. Filterhalter) nach dem Demontage-VerstĂ€ndnis?* + +**Fehleranalyse** +- *Welche typischen Montagefehler entstehen beim Wiedereinbauen (verkippt, zu fest, optische Achse versetzt)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was ist Toleranz in der Optik, und warum mĂŒssen Insert-Maße auf ±0.1 mm genau sein?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Wie gehen professionelle Hersteller (z. B. Thorlabs, Newport) bei modularen optischen Systemen mit denselben Herausforderungen um?* + +- → `experiments/exkurs_cube.md` + +## Cube-Module der CoreBox + +Quelle: Komponentenliste in [corebox.md](../../corebox.md). Jeder Eintrag folgt dem [Modul-Template](../templates/module.md). + +| Modul | Kurzbeschreibung | Datei | +|---|---|---| +| 45°-Spiegel (fest, frontbeschichtet) | Strahlumlenkung 90° | `modules/mirror_45_fixed.md` | +| 50 mm Linse | Kurzbrennweite, Lupe, Okular | `modules/lens_50.md` | +| 100 mm Linse | Tubuslinse, Projektor | `modules/lens_100.md` | +| −50 mm Linse | Zerstreuungslinse (Galilei) | `modules/lens_minus50.md` | +| Okular | Visuelle Beobachtung | `modules/eyepiece.md` | +| Smartphone-Halter (universal) | Bildaufnahme via Handy | `modules/smartphone_carrier.md` | +| Probenhalter | Aufnahme ObjekttrĂ€ger | `modules/sample_mount.md` | +| Z-Stage (manuell, 25 mm) | Fokussierung | `modules/z_stage_manual.md` | +| Objektiv 4× / NA 0.1 (endlich) | Mikroskop-Objektiv | `modules/objective_4x.md` | +| Taschenlampe | Beleuchtung Durchlicht | `modules/torch.md` | + +## Didaktikkonzept + +Bestehend, sehr ausfĂŒhrlich: [Didaktikkonzept CoreBox - Version 1 (1).md](../../Didaktikkonzept%20CoreBox%20-%20Version%201%20%281%29.md). + +Migrationsplan: Inhalte abschnittsweise in `concept.md` ĂŒbernehmen, sobald die Struktur stabil ist. + +## Offene Fragen / TODO + +- Bildmaterial pro Experiment vereinheitlichen (Foto + Strahlengang-Skizze). +- ArbeitsblĂ€tter und LösungsblĂ€tter als separate Dateien. +- Lehrplan-Mapping je Bundesland (Anhang in `concept.md`). diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/electronics/index.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/electronics/index.md new file mode 100644 index 000000000..b10ad2801 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/electronics/index.md @@ -0,0 +1,242 @@ +# Electronics Add-On – Lernpfad + +> **Status:** Skeleton. Quelle: [electronics.md](../../electronics.md). **Voraussetzung:** CoreBox. + +Das Electronics Add-On bringt Bewegung und programmierbare Beleuchtung in das CoreBox-System: ein ESP32-basiertes Board, eine motorisierte Z-Stage (NEMA 11, < 1 ”m) und ein LED-Array fĂŒr digitale Kontrasttechniken. + +## Lernpfad + +``` +Inbetriebnahme ESP32 ─â–ș Motor-Z-Stage manuell ─â–ș PS4-Controller / Joystick + │ + â–Œ + LED-Array Beleuchtung ─â–ș Software (ImSwitch / Python) ─â–ș Autofokus +``` + +## Experimente + +### 1. Inbetriebnahme der Elektronik + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was passiert, wenn du den ESP32 per USB anschließt – welche LEDs leuchten, was erscheint im seriellen Monitor?* +- *Welche Sicherheitsregeln (12 V Netzteil, Kurzschluss, ESD) solltest du kennen, bevor du anfĂ€ngst?* + +**Aufbau** +- *Wie verbindest du ESP32-Board, TMC2209-Treiber und LED-Array im Cube-System?* +- *Welche Kabel und Stecker brauchst du (USB-C, JST, Netzteil-Buchse)?* + +**Firmware flashen** +- *Wie flashst du die UC2-eSP-Firmware ĂŒber PlatformIO oder den UC2-Installer?* +- *Wie ĂŒberprĂŒfst du die Firmware-Version im seriellen Monitor?* + +**Messung / Diagnose** +- *Welchen HTTP-Endpunkt (z. B. `/motors`) oder seriellen Befehl nutzt du, um den Motor und die LEDs zu testen?* +- *Wie erkennst du im seriellen Log einen fehlerhaften Treiber vs. falsches Kabel?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn der Rechner den ESP32 nicht erkennt (Treiber, COM-Port, Kabel-Typ)?* +- *Wie reagierst du auf einen Motor, der zuckt aber nicht dreht (Strom zu niedrig, Schrittmodus falsch)?* + +**Erweiterung** +- *Wie öffnest du die ImSwitch-OberflĂ€che und bindest das Board als UC2-REST-GerĂ€t ein?* + +- → `experiments/01_inbetriebnahme.md` + +### 2. Motorisierte Z-Stage – erste Bewegungen + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Wie viele Schritte braucht die Stage, um 1 mm zu fahren – und was hörst du dabei?* +- *Was siehst du im Live-Bild, wenn du die Stage zu schnell verfahrst (Vibrations-Blur)?* + +**Aufbau** +- *Wie montierst du NEMA-11-Motor, Spindel und Gleiter in den Z-Stage-Cube?* +- *Wie schließt du die Motorkabel sicher an den TMC2209-Slot an?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie viele Mikrometer pro Schritt ergibt sich aus Spindelsteigung (z. B. 1 mm/U) und Microstepping (1/16)?* +- *Miss die tatsĂ€chliche Verfahrstrecke mit einem Messschieber und vergleiche mit dem Sollwert.* + +**Variation** +- *Wie Ă€ndert sich das GerĂ€usch, wenn du von 1/4 auf 1/16 Microstepping wechselst?* +- *Was passiert mit BildschĂ€rfe und GerĂ€usch, wenn du den Strom am Treiber erhöhst oder senkst?* + +**Fehleranalyse** +- *Woran erkennst du Backlash (Loses Spiel in der Spindel), und wie kompensierst du ihn in Software?* +- *Was tun, wenn die Stage an den Endlagen schleift – gibt es einen Software-Endschalter?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie funktioniert ein Schrittmotor (Magnetpole, Spulensequenz), und was ist der Unterschied zwischen Vollschritt und Microstepping?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Wo werden Schrittmotoren mit Sub-Mikrometer-PrĂ€zision eingesetzt (Halbleiterfertigung, MRT-Bett, 3D-Drucker)?* + +- → `experiments/02_zstage_motorisiert.md` + +### 3. Steuerung per PS4-Controller + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was passiert, wenn du den Joystick des Controllers leicht neigst vs. ganz durchdrĂŒckst – Ă€ndert sich die Geschwindigkeit?* +- *Welchen Vorteil hat haptisches Feedback (Vibration) beim Fokussieren im Unterricht?* + +**Aufbau / Pairing** +- *Wie koppelst du den PS4-Controller per Bluetooth mit dem Rechner oder dem ESP32?* +- *Welche Software (ImSwitch, eigenes Skript) nimmt Joystick-Events entgegen?* + +**Mapping** +- *Wie konfigurierst du, welcher Stick oder welche Taste welche Stage-Achse und welche Geschwindigkeit steuert?* +- *Wie sicherst du, dass ein versehentlicher Knopfdruck nicht in die Endlage fĂ€hrt?* + +**Variation** +- *Wie Ă€nderst du die Empfindlichkeit (”m/Joystick-Einheit)?* +- *Kannst du zusĂ€tzlich die LED-Array-Helligkeit per Trigger steuern?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn der Controller verbunden scheint, aber die Stage sich nicht bewegt (Treiber, Port-Konflikte)?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Wie werden Gamepad-Controller in der Robotik (Fernerkundung, Chirurgie-Roboter) eingesetzt?* +- *Sek II / Vertiefung: Schreibe einen eigenen Joystick-Handler in Python (pygame oder evdev).* + +- → `experiments/03_joystick_steuerung.md` + +### 4. LED-Array & Hellfeld-/Dunkelfeld-Beleuchtung + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du im Bild, wenn nur die Ă€ußersten LEDs leuchten – und was, wenn nur die zentralen?* +- *Welche Probe profitiert von Dunkelfeld-Beleuchtung (z. B. transparente Diatomeen)?* + +**Aufbau** +- *Wie setzt du das LED-Array so ein, dass es auf die hintere Brennebene des Objektivs abbildet?* +- *Welchen Abstand braucht das Array zum Objekt, um Kohler-Ă€hnliche Beleuchtung zu erzielen?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie misst du den Kontrast im Hellfeld- vs. Dunkelfeld-Bild (normierte Graustufendifferenz)?* +- *Wie hĂ€ngt der Dunkelfeld-Ring-Radius mit der NA des Objektivs zusammen?* + +**Variation** +- *Welche Muster (obere Halbkreis, untere Halbkreis, Diagonal) erzeugst du fĂŒr DPC?* +- *Wie Ă€ndert sich der Kontrast transparenter Proben mit dem Beleuchtungsmuster?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn einzelne LEDs nicht leuchten (Adressierungsfehler, IÂČC-Timeout)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie erklĂ€rt die Fourier-Optik, dass axiale Beleuchtung Strukturen anders betont als schiefe Beleuchtung?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Welche Prinzipien des LED-Arrays findet man in Licht-Feld-Kameras und Computational Photography?* + +- → `experiments/04_led_array.md` + +### 5. Differential Phase Contrast (DPC) + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Warum erscheinen transparente, ungefĂ€rbte Proben im Hellfeld fast unsichtbar – und wie hilft DPC?* +- *Was zeigt ein DPC-Bild im Vergleich zu einem normalen Hellfeldbild an denselben Zellen?* + +**Aufbau / Software** +- *Welche vier Halbkreis-Muster (links, rechts, oben, unten) musst du nacheinander aufnehmen?* +- *Wie berechnest du das DPC-Bild: $\text{DPC}_\text{LR} = (I_L - I_R)/(I_L + I_R)$?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie quantifizierst du das Phasengradient-Signal im Vergleich zum Hellfeldkontrast?* +- *Welche Ortsfrequenzen werden durch DPC besonders betont?* + +**Variation** +- *Wie kombinierst du LR und TB-DPC zu einem Phasenbild?* +- *Was verĂ€ndert sich bei unterschiedlichen Beleuchtungs-NAs?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn die vier Bilder nicht gleich hell sind (LED-IntensitĂ€tsungleichmĂ€ĂŸigkeit)?* +- *Warum entstehen Artefakte an Probenkanten, und wie minimierst du sie?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie beschreibt die optische Transfer-Funktion (OTF) den Übergang von Phasenobjekt zu DPC-Bild?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Welche Rolle spielt DPC in der computergestĂŒtzten Pathologie und in Smartphone-Mikroskopen?* + +- → `experiments/05_dpc.md` + +### 6. Autofokus ĂŒber Kontrastkurve + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Wie sieht die Kontrastkurve ĂŒber einen Z-Scan aus – hat sie eine klare Spitze oder ein breites Plateau?* +- *Warum funktioniert Kontrastautofokus nicht bei einer gleichmĂ€ĂŸig grauen Probe?* + +**Aufbau / Software** +- *Wie schreibst du einen Z-Scan-Loop: Motor schrittweise fahren, Bild aufnehmen, Metrik berechnen?* +- *Welche SchĂ€rfemetrik nutzt du (Varianz, Laplace-Varianz, Tenengrad), und warum?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie breit ist die SchĂ€rfentiefe deines Objektivs in ”m, und wie viele Schritte entsprechen ihr?* +- *Wie schnell ist dein Autofokus (Scans/s) im Vergleich zu einem kommerziellen System?* + +**Variation** +- *Wie verbessert ein grob-fein-Suchalgorithmus die Geschwindigkeit?* +- *Wie wirkt sich Rauschen im Bild auf die Metrik und damit auf die Fokusgenauigkeit aus?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tun, wenn der Autofokus konsequent in einer Randzone festhĂ€ngt (lokales Maximum)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was ist der Zusammenhang zwischen SchĂ€rfentiefe, NA und WellenlĂ€nge: $\text{DOF} \approx \lambda / \text{NA}^2$?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Wie funktioniert der Autofokus einer DSLR oder eines Handy-Kamerasystems (Phasendetektion, Kontrastdetektion)?* +- *Sek II / Vertiefung: Implementiere einen Hill-Climbing- und einen Golden-Section-Suchalgorithmus und vergleiche.* + +- → `experiments/06_autofokus.md` *(setzt Infinity-Add-On voraus)* + +### 7. Programmierung – Python / JavaScript + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was passiert, wenn du im Browser `http:///motor?steps=100` aufrufst?* +- *Was ist der Unterschied zwischen HTTP-REST und seriellem JSON-Protokoll?* + +**Aufbau / Entwicklungsumgebung** +- *Wie installierst du `pyserial` / `requests` und testest die Verbindung in einem Jupyter-Notebook?* +- *Wie ist die UC2-REST-API aufgebaut (Endpunkte fĂŒr Motor, LED, Kamera)?* + +**Schreibe dein erstes Skript** +- *Schreibe ein „Hello, Motor"-Skript: Fahre 500 Schritte vor, dann 500 zurĂŒck, und messe die Zeit.* +- *Wie steuerst du die LED-Array-Farbe per RGB-Wert ĂŒber die REST-API?* + +**Integration in ImSwitch** +- *Wie registrierst du das UC2-Board als Hardware-GerĂ€t in der ImSwitch-Konfigurationsdatei?* +- *Wie schreibst du ein einfaches ImSwitch-Plugin, das einen Z-Scan auslöst?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du bei HTTP-Timeout-Fehlern – ist das WLAN instabil, oder hat der ESP32 einen Absturz?* + +**Physikalischer Hintergrund / Informatik** +- *Was ist REST (Representational State Transfer), und warum ist es fĂŒr IoT-Hardware gut geeignet?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Wie automatisierst du einen vollstĂ€ndigen Scan-Workflow: Motor fahren → Bild aufnehmen → Datei speichern?* +- *Sek II / Vertiefung: Baue einen einfachen Feedback-Loop (Autofokus als geschlossener Regelkreis).* + +- → `experiments/07_programmierung.md` + +## Cube-Module / Komponenten + +| Modul | Kurzbeschreibung | Datei | +|---|---|---| +| Z-Stage NEMA 11 (RMS, 25 mm) | Motorisierte Fokussierung | `modules/z_stage_motor.md` | +| LED-Array Cube | Adressierbare Beleuchtung | `modules/led_array.md` | +| UC2-Elektronik 2×2 Cube | ESP32-Board mit TMC2209-Slots | `modules/esp32_board.md` | +| Objektiv 10× / NA 0.25 (endlich) | Mikroskop-Objektiv | `modules/objective_10x.md` | +| Netzteil 12 V | Stromversorgung | `modules/psu_12v.md` | +| PS4-Controller (drahtlos) | Manuelle Steuerung | `modules/ps4_controller.md` | + +## Didaktische Anker + +- BrĂŒckenschlag zur Informatik (Programmierung, Steuerung). +- Konkrete Erfahrung mit Schrittmotoren, PWM, TTL, USB. +- Übergang vom „Bauen" (CoreBox) zum „Automatisieren" (Electronics). + +## Offene Fragen / TODO + +- Vereinheitlichte Firmware-Versionsangabe. +- Eigene Workshop-Einheit „Mein erstes Python-Mikroskop-Skript". +- Sicherheitshinweise zu 12 V / MotorabwĂ€rme. diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/fluorescence/index.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/fluorescence/index.md new file mode 100644 index 000000000..53f119a09 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/fluorescence/index.md @@ -0,0 +1,279 @@ +# Fluorescence Add-On – Lernpfad (LED & Laser) + +> **Status:** Skeleton. Quellen: [fluoled.md](../../fluoled.md), [fluolaser.md](../../fluolaser.md). **Voraussetzung:** CoreBox + Electronics + Infinity Add-On. + +Das Fluorescence Add-On gibt es in zwei Varianten: + +- **LED-Edition** – einfacher, sicherer (480 nm Hochleistungs-LED, keine Laserschutz-Vorgaben). +- **Laser-Edition** – höhere Brillanz und KohĂ€renz (488 nm fasergekoppelt, ~35 mW, TTL). + +Beide nutzen denselben Strahlteiler-Cube (Dichroit + Emissionsfilter) und dasselbe Detektions­konzept; sie unterscheiden sich in Beleuchtung und Beam-Shaping. + +## Lernpfad + +``` +Was ist Fluoreszenz? ─â–ș Dichroit & Filter verstehen ─â–ș Anregung aufbauen (LED oder Laser) + │ + â–Œ + Köhler-Beleuchtung ─â–ș Erste Fluoreszenz-Probe ─â–ș Spektrale Sauberkeit prĂŒfen +``` + +## Experimente + +### 1. Fluoreszenz sichtbar machen (Demo) + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du, wenn du einen Textmarker-Strich unter normalem Licht und unter UV-/Blaulicht vergleichst?* +- *Welche Farbe hat das emittierte Licht im Vergleich zur Anregungsfarbe – und warum ist es immer langwelliger?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was ist der Jablonski-Energieniveauplan, und welche ÜbergĂ€nge (Absorption, interne Relaxation, Emission) finden dort statt?* +- *Was beschreibt der Stokes-Shift quantitativ – WellenlĂ€ngen- vs. Energiedifferenz?* + +**Variation** +- *Vergleiche die Fluoreszenz von Fluorescein, Rhodamin und GFP in Lösung: Farbe, Helligkeit, Abklingzeit.* +- *Was passiert, wenn du die AnregungsintensitĂ€t verdoppelst – verdoppelt sich auch das Signal?* + +**Alltagsbezug** +- *Welche Alltagsanwendungen nutzen Fluoreszenz: Geldschein-Sicherheitsmerkmale, Waschmittel-Aufheller, Diagnostik-Streifen?* +- *Was ist GFP (Green Fluorescent Protein), und warum bekam es den Nobelpreis 2008?* + +**Fehleranalyse** +- *Warum leuchtet die Probe im Durchlicht kaum, aber durch den Dichroit-Cube stark?* +- *Wie erkennst du, dass Streulicht der Anregungsquelle und nicht echte Fluoreszenz beobachtet wird?* + +**Differenzierung** +- *Sek I: Beobachte und beschreibe qualitativ – welche Stoffe fluoreszieren, welche nicht?* +- *Sek II / Vertiefung: Berechne die Stokes-Verschiebung in nm und in eV fĂŒr Fluorescein (Anregung 480 nm, Emission 520 nm).* + +- → `experiments/01_fluoreszenz_demo.md` + +### 2. Dichroit und Emissionsfilter im Strahlengang + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Halte den Dichroit gegen das Raumlicht: Welche Farbe siehst du in Reflexion, welche in Transmission?* +- *Was wĂŒrde passieren, wenn du den Dichroit weglĂ€sst – könnte das Kameraobjektiv beschĂ€digt werden?* + +**Aufbau** +- *In welche Richtung wird der Dichroit eingebaut (45° zur Achse), und wo sitzt der Emissionsfilter?* +- *Wie verifizierst du die korrekte Einbaurichtung ohne Laser (z. B. mit einer LED-Taschenlampe)?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Miss die Sperrtiefe (OD): Wie viel Anregungslicht (480 nm) lĂ€sst der Emissionsfilter durch (qualitativ mit dem Auge)?* +- *Wie Ă€ndert sich der Hintergrund (ohne Probe) mit und ohne Emissionsfilter?* + +**Variation** +- *Was siehst du, wenn du Anregungs- und Emissionsfilter vertauschst?* +- *Welche Auswirkung hat die Neigung des Dichroits von 45° auf die WellenlĂ€ngen-Cut-off-Position?* + +**Fehleranalyse** +- *Wie erkennst du Streulicht-Durchschlag im Bild (heller Hintergrund ohne Fluorophor)?* +- *Was tust du, wenn das Fluoreszenz-Signal sehr schwach ist (falsche Filterposition, zu niedrige AnregungsintensitĂ€t)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie funktioniert ein dichroitischer Spiegel auf Basis von DĂŒnnschicht-Interferenz?* +- *Was bedeutet OD4 Sperrwirkung – welchen Faktor beschreibt das?* + +- → `experiments/02_dichroit_filter.md` + +### 3a. Anregung mit Hochleistungs-LED (FluoBox LED) + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Wie hell ist die 480-nm-LED im Vergleich zur gewöhnlichen Taschenlampe – und warum braucht sie eine AsphĂ€re?* +- *Was passiert mit dem Strahl, wenn du die AsphĂ€re entfernst?* + +**Aufbau** +- *Wie setzt du LED-Cube, Anregungsfilter und Kollimations-AsphĂ€re zusammen?* +- *Wo sitzt die Iris, und welche Rolle spielt sie fĂŒr die Köhler-Beleuchtung?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie gleichmĂ€ĂŸig ist das Beleuchtungsfeld (Flat-Field-Messung mit homogener Probe)?* +- *Wie regulierst du die LED-IntensitĂ€t (PWM-Duty-Cycle) ĂŒber die REST-API?* + +**Variation** +- *Wie verĂ€ndert das Schließen der Iris das Gesichtsfeld und den Streulicht-Anteil?* +- *Vergleiche Signal-Hintergrund-VerhĂ€ltnis bei 30 %, 60 %, 100 % LED-Leistung.* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn das Beleuchtungsfeld Ringe oder Flecken zeigt (Staub auf AsphĂ€re, Dejustage)?* + +**Sicherheit** +- *Darf man direkt in die 480-nm-LED blicken – was sagen die Sicherheitsregeln fĂŒr blaues Licht?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was ist der Unterschied zwischen kollimiertem Licht (AsphĂ€re) und kritischer Beleuchtung (Probe direkt beleuchtet)?* + +- → `experiments/03a_anregung_led.md` + +### 3b. Anregung mit fasergekoppeltem Laser (FluoBox Laser) + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Warum ist der Laserstrahl viel schmaler und heller als der LED-Strahl bei gleicher Eingangsleistung?* +- *Was siehst du am Faserausgang, wenn du ihn nicht kollimierst (divergentes Kegel-Licht)?* + +**Aufbau / Justage** +- *Wie positionierst du den Fiber-Launcher so, dass die Faser-EndflĂ€che in der hinteren Brennebene der 18-mm-Linse liegt?* +- *Wie erkennst du ein sauber kollimiertes BĂŒndel (Strahlprofil, Divergenz)?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie mĂ€chtig ist der kollimierte Strahl im Objektiv-RĂŒckstrahl – mit einem LeistungsmessgerĂ€t?* +- *Wie justierst du die TTL-Modulation (Ein/Aus) des Lasers ĂŒber das ESP32-Board?* + +**Sicherheit** +- *Welche Laserklasse hat der 488-nm-Laser mit ~35 mW – und welche Schutzbrille ist Pflicht?* +- *Wie beschilderst du den Arbeitsplatz, und wann musst du alle anwesenden Personen informieren?* + +**Variation** +- *Wie Ă€ndert sich das Fluoreszenz-Bild (Helligkeit, Bleaching-Rate) im Vergleich zur LED-Edition?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn der Fiber-Launcher kein Licht durchlĂ€sst (Stecker nicht gereinigt, Faser beschĂ€digt)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was ist LaserkohĂ€renz, und warum fĂŒhrt sie zu Speckle-Rauschen im Fluoreszenzbild?* + +- → `experiments/03b_anregung_laser.md` + +### 4. Köhler-Beleuchtung im Fluoreszenzmikroskop + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du im Bild, bevor und nachdem du die Köhler-Justage durchgefĂŒhrt hast?* +- *Welches klassische Merkmal zeigt eine nicht-Köhler-beleuchtete Probe (Filamentschatten im Bild)?* + +**Aufbau / Justage** +- *Welche Schritte fĂŒhrst du der Reihe nach durch: Kondensor-, Aperturblende-, Feldblende-Position?* +- *Wie erkennst du anhand der Feldblenden-SchĂ€rfe, dass die Justage stimmt?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie homogen ist die Beleuchtung nach der Justage? Miss das IntensitĂ€tsprofil ĂŒber das Bildfeld.* +- *Wie viel Streulicht-Hintergrund bleibt, wenn du Aperturblende schließt vs. öffnest?* + +**Variation** +- *Was verĂ€ndert sich, wenn du die Aperturblende zu weit schließt (Beugungsartefakte, erhöhter Kontrast)?* +- *Vergleiche Köhler- mit kritischer Beleuchtung bei derselben Fluoreszenz-Probe.* + +**Fehleranalyse** +- *Was tun, wenn das Bild nach der Justage noch ungleichmĂ€ĂŸig ist (Dejustage der AsphĂ€re, verschmutzte Optik)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Warum erzeugt Köhler-Beleuchtung einen kohĂ€renzreduzierten, gleichmĂ€ĂŸigen Beleuchtungskegel im Objekt?* + +**Alltagsbezug** +- *Welche kommerziellen Mikroskop-Marken haben eine fest eingebaute Köhler-Justage-Konfiguration?* + +- → `experiments/04_koehler.md` + +### 5. Erste Fluoreszenz-Probe abbilden (GFP, Fluoresceine, Pollen) + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Welche Probe leuchtet sofort, welche braucht mehr AnregungsintensitĂ€t?* +- *Wie sieht eine Fluorescein-Lösung vs. ein fixierter Pollen-ObjekttrĂ€ger im Bild aus?* + +**Aufbau** +- *Wie prĂ€parierst du eine einfache Fluorescein-Probe auf einem ObjekttrĂ€ger?* +- *Wie findet man den Fokus – erst Durchlicht, dann Fluoreszenz?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie bestimmst du Signal-Hintergrund-VerhĂ€ltnis (SNR) aus dem Histogramm?* +- *Wie wĂ€hlst du Belichtungszeit und Gain optimal (kein Überbelichten, kein Rauschen)?* + +**Variation** +- *Wie verĂ€ndert sich das Bild bei verschiedenen Objektiv-VergrĂ¶ĂŸerungen (4× vs. 10×)?* +- *Was passiert mit dem SNR, wenn du die Probe in Wasser statt Luft beobachtest?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn du nur Hintergrund siehst (kein Signal): Probe falsch prĂ€pariert, Filter falsch, LED aus?* +- *Wie erkennst du Überbelichtung, und was tust du dagegen?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Wie werden GFP-markierte Organismen in der biologischen Forschung prĂ€pariert und lebendig abgebildet?* +- *Sek II / Vertiefung: Miss die Fluoreszenz-IntensitĂ€t als Funktion der Fluorescein-Konzentration (Lambert-Beer im Fluoreszenz-Regime).* + +- → `experiments/05_erste_probe.md` + +### 6. Bleaching und PhototoxizitĂ€t + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Wie verĂ€ndert sich das Fluoreszenz-Signal in einem Zeitraffer-Video ĂŒber 5 Minuten bei konstanter Beleuchtung?* +- *Was siehst du, wenn du nach einem Bleach-Experiment die Beleuchtung kurz unterbrichst – erholt sich das Signal?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie schnell fĂ€llt die IntensitĂ€t ab (Halbwertszeit)? Passe eine exponentielle Kurve an.* +- *Wie Ă€ndert sich die Bleaching-Rate, wenn du die IntensitĂ€t halbierst?* + +**Variation** +- *Welche Anti-Bleaching-Reagenzien (DABCO, ProLong Gold) verlĂ€ngern die Lebensdauer messsbar?* +- *Wie unterscheidet sich Bleaching bei LED- vs. Laser-Beleuchtung?* + +**Fehleranalyse** +- *Wie unterscheidest du Bleaching von Probendrift (fokus oder xy-Versatz)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was passiert chemisch beim Photobleaching (reaktive Sauerstoffspezies, kovalente Modifikation des Fluorophors)?* +- *Was ist FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching), und warum ist Bleaching dort ein Feature?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Warum bleichen Farben an Textilien und GemĂ€lden aus – ist das derselbe Mechanismus?* + +- → `experiments/06_bleaching.md` + +### 7. Spektrale Trennung prĂŒfen + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Wie sieht das Bild aus, wenn du den Emissionsfilter entfernst – was Ă€ndert sich am Hintergrund?* +- *Kannst du mit dem bloßen Auge den Unterschied zwischen Anregungs-Streulicht und echtem Fluoreszenzsignal erkennen?* + +**Aufbau / Messung** +- *Wie testest du qualitativ mit einer Weißlicht-LED, ob der Filter die AnregungswellenlĂ€nge (480 nm) sperrt?* +- *Wie bestimmst du quantitativ die Sperrwirkung mit dem Kamera-Histogramm (Probe ohne Fluorophor)?* + +**Variation** +- *Was passiert, wenn du Anregungs- und Emissionsfilter durch Filter mit versetzten Cut-off-WellenlĂ€ngen ersetzt?* +- *Wie sieht das Bild aus, wenn du zwei Fluorophore (z. B. Fluorescein + Rhodamin) gleichzeitig anregst – gibt es Übersprechung (Crosstalk)?* + +**Fehleranalyse** +- *Wie erkennst du Streulicht-Durchschlag (helles Rauschen im Hintergrund trotz Filter)?* +- *Was tust du, wenn der Hintergrund nicht gleichmĂ€ĂŸig schwarz ist (Reflexionen, Kamera-Dunkelstrom)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was bedeutet OD (Optische Dichte) als Maß fĂŒr FilterdĂ€mpfung, und wie berechnet man die Transmission daraus?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Wie werden Multispektral- und Hyperspektral-Detektoren in der Konfokal-Mikroskopie und der Satelliten-Fernerkundung eingesetzt?* + +- → `experiments/07_spektrale_trennung.md` + +## Cube-Module + +### Gemeinsam (beide Editionen) + +| Modul | Kurzbeschreibung | Datei | +|---|---|---| +| Beamsplitter-Cube (Dichroit + EM-Filter) | Trennung Anregung / Emission | `modules/beamsplitter_dichroic.md` | + +### LED-Edition + +| Modul | Kurzbeschreibung | Datei | +|---|---|---| +| 480 nm Hochleistungs-LED + AsphĂ€re | Anregung | `modules/led_480.md` | +| Anregungsfilter | Spektrale Reinigung der LED | `modules/excitation_filter.md` | + +### Laser-Edition + +| Modul | Kurzbeschreibung | Datei | +|---|---|---| +| 488 nm fasergekoppelter Laser (~35 mW, TTL) | Anregung | `modules/laser_488_fc.md` | +| Fiber Launcher | FC/PC → Cube | `modules/fiber_launcher.md` | +| 18 mm Linse | Faser-Kollimation | `modules/lens_18.md` | + +## Didaktische Anker + +- BrĂŒcke Optik ↔ Biologie / Chemie. +- Konkretes Beispiel fĂŒr *frequenzselektive* Optik (Filter, Dichroit). +- Kontrast Sicherheit & Performance: LED vs. Laser als bewusste Wahl. + +## Offene Fragen / TODO + +- Standard-Probenset fĂŒr Schulen definieren (Fluorescein-Lösung, fixierte Pollen, 
). +- Lasersicherheits-Merkblatt als Anhang. +- Vergleichs­experiment „dieselbe Probe mit LED vs. Laser". diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/baseplates.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/baseplates.md new file mode 100644 index 000000000..d5a92dad7 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/baseplates.md @@ -0,0 +1,55 @@ +# Baseplates – Referenz + +> **Diataxis:** Reference +> **Gilt fĂŒr:** Alle Discovery-Boxen. + +--- + +## Zwei Baseplate-Typen + +| | Puzzle-Baseplate | Solid-Baseplate | +|---|---|---| +| **Material** | ABS / PLA | POM (10 mm stark) | +| **Raster** | 1 Cube = 1 Einheit; Platten stecken zusammen | Definierte Lochfelder, beliebige Konfiguration | +| **Cube-Befestigung** | Einrasten (Clip) | M3-Schrauben von unten | +| **Vorteil** | Schnell umbauen, kein Werkzeug | Vibrationsstabil, fĂŒr prĂ€zise Setups | +| **Nachteil** | Weniger stabil bei ErschĂŒtterungen | Langsamerer Umbau | +| **Typischer Einsatz** | CoreBox, SchĂŒler-Experimente | LightSheet, ODMR, Interferometrie | + +--- + +## Puzzle-Baseplate (Standard) + +- Maße pro Einheit: **50 × 50 mm** (= ein Cube-Footprint). +- Verbindung: Stifte und Buchsen an allen vier Seiten. +- Im Set: typisch 10 StĂŒck → max. 2×5 oder 3×4 Cubes (mit Überhang). +- Empfohlene Konfiguration: gerade Linie (Teleskop) oder L-Form (Mikroskop). + +``` +┌──┬──┬──┬──┬──┐ +│ │ │ │ │ │ ← 1×5 Baseplate (fĂŒnf Puzzle-Platten in einer Linie) +└──┮──┮──┮──┮──┘ +``` + +--- + +## Solid-Baseplate + +- Standard-GrĂ¶ĂŸen: **4×5 Cubes** (200×250 mm) und **2×3 Cubes** (100×150 mm). +- Material: POM (Polyoxymethylen), 10 mm, schwarz. +- Gewinde: M3 im 50-mm-Raster, durchgehend gebohrt. +- FĂŒr LightSheet: mitgelieferte 4×5 POM-Platte. +- FĂŒr QBox: mitgelieferte 4×5 POM-Platte. + +--- + +## KompatibilitĂ€t + +Alle Cubes aller Discovery-Boxen passen auf beide Baseplate-Typen. Ein Mix (teilweise Puzzle, teilweise Solid) ist mechanisch möglich, aber nicht empfohlen (unterschiedliche Höhen). + +--- + +## WeiterfĂŒhrende Links + +- [cube-mechanics.md](cube-mechanics.md) – Cube einsetzen und befestigen +- [cube-design-inserts.md](cube-design-inserts.md) – Custom Inserts diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/cube-design-inserts.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/cube-design-inserts.md new file mode 100644 index 000000000..993e1e7d9 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/cube-design-inserts.md @@ -0,0 +1,108 @@ +# Eigene Cube-Inserts entwerfen + +> **Diataxis:** How-To (konkrete Aufgabe) + Reference (Maße) +> **Zielgruppe:** Maker, Industrie, Entwickler\*innen, Forschende – alle mit 3D-Drucker und Grundkenntnissen in CAD oder OpenSCAD/FreeCAD. + +--- + +## Wann brauche ich ein eigenes Insert? + +*Leitfragen: Welchen Anwendungsfall deckt kein Standard-Insert ab? Will ich eine eigene Linse, einen Sensor, ein Probenhalter-Sonderformat oder einen Aktor integrieren?* + +Beispiele aus der Community: +- Halter fĂŒr eine nicht-standardisierte Linse (z. B. 40 mm Durchmesser statt 25 mm) +- Probenhalter fĂŒr Mikrotiterplatten +- Integrierter Temperatursensor fĂŒr Inkubations-Experimente +- Custom-Strahlteiler fĂŒr eine andere WellenlĂ€nge + +--- + +## 1. Maße und Toleranzen (Reference) + +| Parameter | Wert | Hinweis | +|---|---|---| +| Cube-Innenmaß | 49,0 × 49,0 × 49,0 mm | Nach Druckschrumpfung ca. 49,2–49,4 mm → Insert muss Spiel haben | +| Insert-Außenmaß (Standard) | 48,0 × 48,0 × (variabel) mm | 0,5 mm Spiel auf jeder Seite | +| Optische Achse (Mitte) | 25,0 mm ab Cube-Boden | Gilt fĂŒr alle Puzzle-Baseplate-Setups | +| Schrauben­abstand (GehĂ€use) | 40 mm Lochkreis | M3, 4 Schrauben | +| Lichtapertur (offen) | Ăž 20 mm | Standard; anpassbar je nach Insert | +| RMS-Gewinde (Objektiv) | 0,8"-36 UNS | Nur fĂŒr Objektivinserts | +| C-Mount | 1"-32 UNS | Nur fĂŒr Kamera-/Tubuslinsencubes | + +> **CAD-Referenz:** Alle Maßzeichnungen und STEP-Dateien sind im UC2-Toolbox-Repository auf GitHub verfĂŒgbar (`openUC2/UC2-GIT`). + +--- + +## 2. Schritt-fĂŒr-Schritt: Insert entwerfen (How-To) + +### Schritt 1 – Vorlage laden + +*Leitfragen: Welche CAD-Software nutze ich? Habe ich Erfahrung mit FreeCAD, Fusion 360, OpenSCAD oder Onshape?* + +Empfehlung: **FreeCAD** (OpenSource) oder **Fusion 360** (kostenlos fĂŒr Bildung). + +1. Repository klonen: `git clone https://github.com/openUC2/UC2-GIT` +2. Ordner `CAD/CUBE_INSERT/` öffnen. +3. Vorlage `CUBE_INSERT_TEMPLATE.FCStd` (FreeCAD) laden. + +### Schritt 2 – Vorlage anpassen + +*Leitfragen: Was soll ins Insert? Welche Bohrungen, Schnitte, Gewinde brauche ich?* + +- Das Template enthĂ€lt bereits die korrekten Außenmaße und Montagebohrungen. +- FĂŒge deine eigene Geometrie im Inneren hinzu (Bohrung fĂŒr Linse, Haltenase, 
). +- Beachte: Die optische Achse liegt bei Y = 25 mm ab Unterkante. + +### Schritt 3 – STL exportieren + +1. In FreeCAD: `Datei → Exportieren → STL`. +2. QualitĂ€t: 0,1 mm Abweichung (reicht fĂŒr FDM). +3. Dateiname-Konvention: `UC2_INSERT__v.stl` + +### Schritt 4 – Drucken + +| Parameter | Empfehlung | BegrĂŒndung | +|---|---|---| +| Material | PETG | Dimensionsstabiler als PLA; kein Warping bei ABS | +| Schicht­höhe | 0,2 mm | Gutes Detail fĂŒr Einrastnasen | +| FĂŒllung | 20–30 % | Reicht fĂŒr mechanische StabilitĂ€t | +| Supports | Nur wenn nötig | Vermeiden an optischen Lichtöffnungen | +| Toleranz-Offset | +0,2 mm auf Außenmaße | Kompensiert DruckĂŒberhang | + +### Schritt 5 – Montieren und Testen + +1. Insert in Cube einlegen (s. [cube-mechanics.md](cube-mechanics.md)). +2. Optisch prĂŒfen: Liegt die optische Achse mittig? +3. Mechanisch prĂŒfen: Insert sitzt spielfrei, ohne zu klemmen. +4. Falls nötig: Maße iterativ anpassen (±0,1 mm). + +--- + +## 3. Design-Checkliste + +Vor dem Drucken: + +- [ ] Außenmaß ≀ 48,0 mm auf allen Seiten? +- [ ] Optische Öffnung auf der richtigen Achse (Y = 25 mm)? +- [ ] Montagebohrungen passend (M3, 40 mm Lochkreis)? +- [ ] Orientierungsmarkierung (Pfeil oder abgeflachte Kante) vorhanden? +- [ ] STL in mm exportiert (nicht cm!)? +- [ ] Gedrucktes Insert bei Raumtemperatur abgekĂŒhlt, bevor gemessen wird? + +--- + +## 4. Beitragen (Community) + +Gut getestete Inserts können ins UC2-Repository beigetragen werden: + +1. Fork von `openUC2/UC2-GIT`. +2. Insert unter `CAD/CUBE_INSERT//` ablegen (CAD + STL + `README.md`). +3. Pull Request mit kurzer Beschreibung: Zweck, getestetes Material, verwendete Box. + +--- + +## 5. WeiterfĂŒhrende Links + +- [cube-mechanics.md](cube-mechanics.md) – Insert einbauen +- [baseplates.md](baseplates.md) – Welche Baseplate passt zum Setup? +- UC2-GIT Repository: CAD, Vorlagen, Community-Inserts diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/cube-mechanics.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/cube-mechanics.md new file mode 100644 index 000000000..06809d037 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/cube-mechanics.md @@ -0,0 +1,138 @@ +# Cube-Mechanik – Öffnen, Drehen, Montieren, Reinigen + +> **Diataxis:** Tutorial (Einsteiger\*innen) + Reference (Nachschlagen) + +--- + +## Steckbrief + +| | | +|---|---| +| **Gilt fĂŒr** | Alle Cube-Typen aller Discovery-Boxen | +| **Werkzeug** | M3-InbusschlĂŒssel (mitgeliefert) | +| **Zeitaufwand** | < 2 min pro Cube | +| **Sicherheitshinweis** | Optische FlĂ€chen nie mit bloßen Fingern berĂŒhren | + +--- + +## 1. Wie ist ein Cube aufgebaut? + +*Was steckt in der Box, die ich in der Hand halte?* + +Ein Standard-Cube besteht aus: + +- **AußengehĂ€use** – 50×50×50 mm, Aluminium-Druckguss oder POM-Kunststoff. Vier Seiten haben M3-Gewinde fĂŒr Schrauben; zwei Seiten (Lichteintritt / Lichtaustritt) sind offen oder verglaset. +- **Insert** – das aktive Element (Linse, Spiegel, Stage, LED 
). Es sitzt im Inneren und wird durch die GehĂ€useschrauben fixiert. +- **Deckelplatten** – halten das Insert in Position. Bei einfachen Linsencubes ĂŒbernehmen Halteclips diese Aufgabe; bei mechanisch aufwendigeren Inserts gibt es Schrauben. + +``` +┌────────────────────────┐ +│ AußengehĂ€use (50 mm) │ +│ ┌──────────────────┐ │ +│ │ Insert │ │ +│ └──────────────────┘ │ +│ â–Œ │ +│ (Licht tritt hier │ +│ ein und aus) │ +└────────────────────────┘ +``` + +--- + +## 2. Cube öffnen (Tutorial) + +*Wann öffne ich einen Cube? Wenn ich das Insert tauschen, reinigen oder justieren möchte.* + +### Schritt 1 – Cube hinlegen + +Lege den Cube mit einer Seite auf einer weichen Unterlage ab. Die optische Achse zeigt seitlich weg. + +### Schritt 2 – Schrauben lösen + +Löse mit dem mitgelieferten M3-InbusschlĂŒssel die vier Schrauben auf der Außenseite um **nicht mehr als 2 Umdrehungen**. Du musst sie nicht herausdrehen – nur soweit lockern, dass das Insert lose wird. + +### Schritt 3 – Insert entnehmen + +Kippe den Cube leicht, das Insert fĂ€llt heraus. **Nicht schĂŒtteln** – bei Linsencubes kann das Insert klappern und die optische FlĂ€che beschĂ€digen. + +### Schritt 4 – Insert tauschen oder reinigen + +Setze das neue (oder gereinigte) Insert ein. Achte auf die **Orientierungspfeile** oder die **abgeflachte Kante** am Insert – sie zeigen an, welche Richtung die optische Achse ist (→ Abschnitt 3). + +### Schritt 5 – Schrauben gleichmĂ€ĂŸig festziehen + +Ziehe die vier Schrauben im **Kreuz­muster** gleichmĂ€ĂŸig an. Nicht zu fest – M3 in Aluminium dreht sich bei ca. 0,5 Nm durch. + +--- + +## 3. Insert drehen (Orientierung Ă€ndern) + +*Warum? Bei Spiegeln, Beamsplittern und Linsen mit Orientierung (z. B. Zylinderlinse) ist die Drehrichtung im Strahlengang entscheidend.* + +### Orientierungsmarkierungen + +Jedes Insert hat mindestens eine Markierung: + +| Markierung | Bedeutung | +|---|---| +| Pfeil „→" | Lichtaustritts­richtung; dieser Pfeil zeigt in Richtung des nĂ€chsten Cubes | +| Abgeflachte Kante | „Oben" in der Standardorientierung | +| Farbpunkt | Herstellerspezifisch; ggf. im Modul-Datenblatt nachschlagen | + +### Schritte + +1. Cube öffnen (s. o.). +2. Insert herausnehmen. +3. Insert um 90° oder 180° drehen. +4. Erneut einsetzen und Cube schließen. +5. Visuell prĂŒfen: Zeigt der Pfeil in die gewĂŒnschte Richtung? + +--- + +## 4. Cube in eine Baseplate einsetzen + +*Baseplates (Puzzle oder Solid) halten Cubes in definierten Raster­positionen.* + +### Puzzle-Baseplate + +- Cubes werden **von oben eingedrĂŒckt**. Die Stifte rasten hörbar ein. +- Herausnehmen: Cube **schrĂ€g kippen** und nach oben ziehen; nie senkrecht reißen. +- Verbindung: mehrere Puzzle-Baseplates stecken an den RĂ€ndern zusammen (wie Lego-Platten). + +### Solid-Baseplate (POM, 10 mm) + +- Cubes werden ĂŒber **M3-Schrauben von unten** fixiert. FĂŒr vibrations­empfindliche Setups (LightSheet, ODMR) empfohlen. +- Flexibler Umbau: einfach Schrauben lösen, Cube verschieben, neu fixieren. + +--- + +## 5. Optische FlĂ€chen reinigen + +*Wann? Wenn Staub, FingerabdrĂŒcke oder Kondensation auf der Linse/dem Spiegel sichtbar sind.* + +| Verschmutzung | Methode | +|---|---| +| Staub | Druckluft­blasebalg oder weiche Antistatic-BĂŒrste. **Nie pusten** – Speichel hinterlĂ€sst RĂŒckstĂ€nde. | +| Fingerabdruck | Linsenpapier (mitgeliefert) + 1 Tropfen optisches Reinigungsmittel (Isopropanol 99 %). Kreisförmig von innen nach außen wischen. | +| Öl / Schmierfett | Wie Fingerabdruck, ggf. 2–3 WischvorgĂ€nge. | + +> **Niemals KĂŒchenrolle, Taschentuch oder normales Papier verwenden** – diese verkratzen Beschichtungen. + +--- + +## 6. HĂ€ufige Fehler + +| Fehler | Folge | Vermeidung | +|---|---|---| +| Insert falsch herum eingesetzt | Strahlengang gespiegelt oder blockiert | Orientierungspfeil prĂŒfen | +| Schraube zu fest angezogen | GehĂ€use verzogen, Insert eingeklemmt, Linse unter Stress | Kreuz­muster, max. 0,5 Nm | +| Cube schĂŒtteln beim Öffnen | Insert fĂ€llt heraus, optische FlĂ€che beschĂ€digt | Langsam kippen | +| Puzzle-Baseplate senkrecht abziehen | Rastnasen brechen | SchrĂ€g kippen | + +--- + +## 7. WeiterfĂŒhrende Links + +- [cube-design-inserts.md](cube-design-inserts.md) – eigene Inserts konstruieren +- [baseplates.md](baseplates.md) – Baseplates im Detail +- UC2-Hardware-Repository (GitHub): CAD-Dateien aller Standardinserts diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/index.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/index.md new file mode 100644 index 000000000..7f9226a39 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/hardware/index.md @@ -0,0 +1,34 @@ +# Hardware – Cube-System (box-ĂŒbergreifend) + +> Dieses Dokument ist **box-ĂŒbergreifend**: Es gilt fĂŒr alle Discovery-Boxen und richtet sich an alle Zielgruppen – von SchĂŒler\*innen bis hin zu Industrieingenieur\*innen. Es ist primĂ€r **Reference** mit Tutorial-Abschnitten fĂŒr Einsteiger\*innen. + +## Was sind Cubes? + +Ein **Cube** ist das physische Grundelement aller openUC2-Setups. Jeder Cube ist ein 50×50×50 mmÂł großes Aluminium- oder KunststoffgehĂ€use, das ein optisches oder mechanisches **Insert** aufnimmt. Cubes werden ĂŒber kompatible **Baseplates** zu beliebigen optischen Systemen zusammengesteckt. + +Das Prinzip: *Ein Cube = Eine Funktion.* Tausche das Insert, Ă€ndere die Funktion. + +## Seiten in diesem Abschnitt + +| Datei | Inhalt | Diataxis-Typ | Zielgruppe | +|---|---|---|---| +| [cube-mechanics.md](cube-mechanics.md) | Öffnen, Drehen, Reinigen, Montieren | Tutorial + Reference | Alle | +| [cube-design-inserts.md](cube-design-inserts.md) | Eigene Inserts entwerfen & drucken | How-To + Reference | Maker, Industrie, Entwickler\*innen | +| [baseplates.md](baseplates.md) | Puzzle-Baseplate, Solid-Baseplate, Maße | Reference | Alle | +| `cubes/` | Ein File pro Cube-Typ (Linse, Spiegel, 
) | Reference | Fortgeschrittene | + +## Cube-Kategorien + +| Kategorie | Beispiele | Erster Einsatz | +|---|---|---| +| Optische Passive | Linsen, Spiegel, Beamsplitter, Filter | CoreBox | +| Optische Aktive | LED-Array, Laser-Modul, Fiber-Launcher | Electronics / Fluorescence | +| Mechanische Stage | Z-Stage (manuell / motorisiert), XYZ | CoreBox / Electronics | +| Kamera / Detektion | Smartphone-Halter, USB3-Kamera | CoreBox / Infinity | +| Probenhalterung | Sample-Mount, Probenkammer | CoreBox / LightSheet | +| Elektronik | ESP32-Board 2×2, Iris | Electronics | +| Quantenoptik | Kinetischer Spiegel, PBS, Polarisator | QBox | + +--- + +*Details zu jedem Cube-Typ: siehe `cubes/.md` bzw. die `modules/`-Ordner in den einzelnen Box-Ordnern. Die `cubes/`-Dateien hier sind die box-unabhĂ€ngige Referenz; die `modules/`-Dateien in den Box-Ordnern enthalten den konkreten Einsatzkontext.* diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/i18n/README.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/i18n/README.md new file mode 100644 index 000000000..1077e41c9 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/i18n/README.md @@ -0,0 +1,98 @@ +# Mehrsprachigkeit (i18n) – Strategie und Arbeitsregeln + +> Dieses Dokument ist **kein Inhalt fĂŒr Nutzer\*innen**, sondern eine **interne Arbeitsregel** fĂŒr Autor\*innen und Contributor\*innen. + +--- + +## Grundsatz: Englisch ist die Quell­sprache + +Alle Inhalte in `learn/` werden **zuerst auf Englisch** geschrieben. Englisch ist: + +- die Arbeitssprache der Forschung und Industrie, +- am leichtesten in andere Sprachen zu ĂŒbersetzen (maximale Reichweite), +- konsistent mit dem Rest der openUC2-Dokumentation. + +**Ausnahme:** Inhalte, die explizit fĂŒr den deutschen Schulbetrieb gedacht sind (z. B. StundenverlĂ€ufe, ArbeitsblĂ€tter, Lehrerhandreichungen), können primĂ€r auf Deutsch entstehen. Eine englische Übersetzung wird dann als Folgeaufgabe markiert. + +--- + +## Technische Umsetzung in Docusaurus + +Docusaurus unterstĂŒtzt i18n nativ. Übersetzungen liegen **außerhalb** von `docs/`, im Stammverzeichnis des Repos: + +``` +i18n/ +├── de/ +│ └── docusaurus-plugin-content-docs/ +│ └── current/ +│ └── usage/disc/boxes/learn/ ← Spiegel von docs/usage/disc/boxes/learn/ +│ ├── README.md ← deutsche Übersetzung +│ ├── corebox/ +│ │ └── index.md +│ └── ... +├── fr/ +├── es/ +└── ... +``` + +Regeln: +- **Dateinamen und Verzeichnisnamen** sind identisch mit der Englisch-Quelle. +- **Bilder** werden nicht ĂŒbersetzt (Dateinamen bleiben, Alt-Texte im Markdown werden ĂŒbersetzt). +- **Frontmatter** (`title`, `description`) wird ĂŒbersetzt. + +--- + +## Übersetzungs-PrioritĂ€ten + +| Abschnitt | PrioritĂ€t | BegrĂŒndung | +|---|---|---| +| Tutorial-Abschnitte in `experiments/` | **Hoch (DE zuerst)** | SchĂŒler\*innen und LehrkrĂ€fte; Kernnutzen der Discovery-Boxen | +| `concept.md` (Didaktikkonzept) | **Hoch (DE zuerst)** | Direkt fĂŒr LehrkrĂ€fte in DE/AT/CH | +| Box `index.md` | **Mittel** | Navigation; ohne Übersetzung trotzdem nutzbar | +| `hardware/` (Cube-Mechanik) | **Mittel** | Wichtig fĂŒr Maker und SchĂŒler; Fachbegriffe oft international | +| `modules/*.md` (Reference) | **Niedrig** | Technische Spezifikationen; Englisch in Industrie/Forschung ĂŒblich | +| `advanced/` | **Niedrig** | Forschungskontext; Englisch reicht | + +--- + +## Workflow fĂŒr Autor\*innen + +### Neuen Inhalt schreiben + +1. Datei auf Englisch unter `learn/
` anlegen. +2. Wenn der Inhalt **primĂ€r fĂŒr Schulen (DE)** ist: gleichzeitig deutsche Version unter `i18n/de/
` anlegen; englische Version als TODO markieren. +3. Am Ende der Datei-Kommentarblock einfĂŒgen: + +```markdown + +``` + +### Bestehenden Inhalt ĂŒbersetzen + +1. Englische Quelldatei lesen. +2. Entsprechende Datei unter `i18n//
` anlegen (Pfad 1:1 spiegeln). +3. Status-Kommentar aktualisieren: `de=done`. +4. Pull Request mit Label `translation`. + +--- + +## Was tun mit den bestehenden deutschen Inhalten? + +Das Didaktikkonzept `Didaktikkonzept CoreBox - Version 1 (1).md` ist bereits auf Deutsch. Migration: + +1. Englische `concept.md` aus dem Template befĂŒllen → das ist dann die Quelle. +2. Deutschen Text aus dem Originaldokument als `i18n/de/
/corebox/concept.md` ablegen. +3. Originalfile **nicht löschen**, bis Migration abgeschlossen und geprĂŒft. + +--- + +## HĂ€ufige Fragen + +**Kann ich direkt auf Deutsch schreiben, wenn ich kein Englisch mag?** +Ja – schreibe auf Deutsch, lasse den Abschnitt `` stehen. Ein anderer Contributor ĂŒbernimmt die Englisch-Version. + +**Brauche ich eine Übersetzung, bevor ich einen PR merge?** +Nein. Die englische Quelle muss vorhanden sein; Übersetzungen sind optional und können nachgereicht werden. + +**Wie ĂŒbersetze ich Abbildungstexte?** +Bilder bleiben unverĂ€ndert. Alt-Text und Bildunterschriften im Markdown werden ĂŒbersetzt. Bei Grafiken mit eingebettetem Text (z. B. Strahlengang-Diagramme) wird eine separate, lokalisierte Version des Bildes unter `static/img//
` abgelegt. diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/infinity/index.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/infinity/index.md new file mode 100644 index 000000000..2ad904197 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/infinity/index.md @@ -0,0 +1,209 @@ +# Infinity Add-On – Lernpfad + +> **Status:** Skeleton. Quelle: [infinitybox.md](../../infinitybox.md). **Voraussetzung:** CoreBox + Electronics Add-On. + +Das Infinity Add-On hebt das CoreBox-Mikroskop auf Industrie­standard: unendlich-korrigiertes 10×-Objektiv, 100 mm CCTV-Tubuslinse, monochrome USB-3-Industrie­kamera (Sony IMX179) und Iris-Blende. + +## Lernpfad + +``` +Wieso unendlich? ─â–ș Objektiv + Tubuslinse zusammensetzen ─â–ș Industriekamera anschließen + │ + â–Œ + VergrĂ¶ĂŸerung kalibrieren ─â–ș Blende & Auflösung ─â–ș Live-Bild aufnehmen / speichern +``` + +## Experimente + +### 1. Endlich vs. Unendlich – der Vergleich + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was passiert, wenn du ein Infinity-Objektiv ohne Tubuslinse benutzt – gibt es ĂŒberhaupt ein Bild?* +- *Wie verschiebt sich die BildschĂ€rfe, wenn du einen Glasblock (Filter) in den endlichen Strahlengang einschiebst?* + +**Aufbau** +- *Wie baust du die endliche Konfiguration (Objektiv + feste TubuslĂ€nge) neben der Infinity-Konfiguration auf?* +- *Welche Cubes brauchst du fĂŒr den direkten Vergleich an derselben Probe?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Miss die effektive VergrĂ¶ĂŸerung beider Systeme bei gleicher Probe – stimmen sie ĂŒberein?* +- *Wie Ă€ndert sich die Bildposition auf dem Sensor, wenn du in der Endlich-Konfiguration einen 2 mm-Filter einschiebst?* + +**Variation** +- *Setze denselben Filter in die Infinity-Konfiguration – Ă€ndert sich die Bildlage?* +- *Was passiert, wenn du die Tubuslinse aus dem Infinity-Pfad entfernst und durch eine mit anderer Brennweite ersetzt?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Warum erlaubt der parallele (kollimierte) Strahl zwischen Objektiv und Tubuslinse das beliebige Einschieben von Optiken ohne Bildversatz?* +- *Was bedeutet die NormtubuslĂ€nge von 200 mm (Nikon/Olympus) vs. 160 mm (endlich) fĂŒr die Korrektionseigenschaften des Objektivs?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek I: ErklĂ€re mit einer Skizze den Unterschied zwischen endlichem und unendlichem Strahlengang.* +- *Sek II / Vertiefung: Berechne den Bildversatz fĂŒr einen Glasblock der Dicke $d$ und Brechzahl $n$ im endlichen Strahlengang.* + +- → `experiments/01_endlich_vs_unendlich.md` + +### 2. Tubuslinsen-Brennweite & resultierende VergrĂ¶ĂŸerung + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du auf dem Sensor, wenn du die 100-mm-Tubuslinse gegen die 50-mm-CoreBox-Linse tauschst?* +- *Wie Ă€ndert sich das Sichtfeld (in ”m) bei gleicher Sensorauflösung?* + +**Aufbau** +- *Wie montierst du die CCTV-Tubuslinse in den Cube und sicherst den C-Mount-Anschluss?* +- *Welche maximale Freiheit hast du fĂŒr Objekte zwischen Objektiv und Tubuslinse?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Berechne und verifiziere die GesamtvergrĂ¶ĂŸerung $M = f_\text{TL} / f_\text{Obj}$ fĂŒr drei verschiedene Tubuslinsen-Brennweiten.* +- *Wie misst du die VergrĂ¶ĂŸerung mit einem Strichraster (USAF-Target), und stimmt sie mit der Rechnung ĂŒberein?* + +**Variation** +- *Wie groß ist das Bildfeld (in ”m × ”m) auf dem 1/2"-Sensor bei 10× vs. 5× GesamtvergrĂ¶ĂŸerung?* +- *Welche VergrĂ¶ĂŸerung ist fĂŒr Überblicks-Scans geeignet, welche fĂŒr Detailaufnahmen?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn das Bild an den RĂ€ndern unscharf ist (Verzeichnung, Abbildungsfehler der CCTV-Tubuslinse)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie leitet man aus dem Strahlengang her, dass $M = f_\text{TL}/f_\text{Obj}$ gilt?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek II / Vertiefung: Welche Tubuslinsen-Brennweite ergibt eine VergrĂ¶ĂŸerung von 20×, sodass sie dem Olympus-Standard (180 mm) entspricht?* + +- → `experiments/02_tubuslinse_vergroesserung.md` + +### 3. Industriekamera in Betrieb nehmen + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was zeigt die Kamera im Live-Bild, bevor und nachdem du Belichtungszeit und Gain richtig eingestellt hast?* +- *Warum ist monochrom oft besser als Farbe fĂŒr wissenschaftliche Mikroskopie?* + +**Aufbau** +- *Wie installierst du den HIK-MVS-Treiber oder bindest die Kamera in ImSwitch ein?* +- *Wie sicherst du den C-Mount-Anschluss, ohne die Tubuslinse zu verkippen?* + +**Messung / Diagnose** +- *Wie liest du Pixel-Auflösung, Bit-Tiefe, Sensorformat (1/2") und PixelgrĂ¶ĂŸe (2.9 ”m) aus der Kamera-Software?* +- *Wie ĂŒberprĂŒfst du mit einem homogenen Leuchtfeld (Flat-Field), ob der Sensor gleichmĂ€ĂŸig empfindlich ist?* + +**Variation** +- *Wie verĂ€ndert sich das Signal-Rausch-VerhĂ€ltnis, wenn du Gain von 0 auf Maximum erhöhst?* +- *Was zeigt sich im Differenzbild (Dunkelstrom-Offset), wenn du die Kamera mit geschlossenem Deckel aufnimmst?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn die Kamera nicht erkannt wird (USB-3 vs. USB-2 Problematik, fehlender Treiber)?* +- *Wie behebst du horizontale Streifen im Bild (Rolling-Shutter-Artefakte bei fluoreszierender Probe)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie funktioniert ein CMOS-Sensor auf Pixel-Ebene (Photodiode, Quanteneffizienz, Read-out-Rauschen)?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek II / Vertiefung: Berechne theoretische Detektionsschwelle (SNR = 1) fĂŒr die Kamera bei gegebener QE und Photonenzahl.* + +- → `experiments/03_industriekamera.md` + +### 4. VergrĂ¶ĂŸerung quantitativ kalibrieren + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Wie viele Pixel breit ist ein 10-”m-Strich auf dem Objektmikrometer – und stimmt das mit der berechneten VergrĂ¶ĂŸerung ĂŒberein?* + +**Aufbau** +- *Wie legst du ein Strichraster (USAF-Target oder Millimeter-ObjekttrĂ€ger) auf den Probenhalter?* +- *Wie richtest du das Bild waagerecht aus, bevor du misst?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie lautet die Kalibration in ”m/Pixel, und wie trĂ€gst du sie in Fiji/ImageJ ein?* +- *Wie groß ist das Sichtfeld (Field of View) in ”m bei deiner aktuellen Konfiguration?* + +**Variation** +- *Wie Ă€ndert sich die Kalibration, wenn du die Tubuslinse wechselst oder nĂ€her an die Kamera verschiebst?* +- *Wie kontrollierst du die Wiederholbarkeit: Miss denselben Strich zehnmal und berechne die Standardabweichung.* + +**Fehleranalyse** +- *Warum liefert eine nicht-senkrechte Kamera-Ausrichtung (Tilt) einen systematischen Kalibrierungsfehler?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was ist Verzeichnung (Barrel vs. Kissen), und wie korrektierst du sie in Fiji mit dem „Distortion Correction"-Plugin?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Wie kalibrieren kommerzielle Mikroskopsysteme (Zeiss ZEN, Leica LAS) automatisch und wozu dient ein NIST-zertifiziertes Strichraster?* + +- → `experiments/04_kalibrierung.md` + +### 5. Iris-Blende, Numerische Apertur, Auflösung + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du im Bild, wenn du die Iris bis auf ein kleines Loch schließt – heller oder dunkler, schĂ€rfer oder unschĂ€rfer?* +- *Kannst du am USAF-Target ablesen, welche Liniengruppe du noch auflöst vs. welche verschwimmt?* + +**Aufbau** +- *Wie setzt du die SK23-Iris in den Beleuchtungspfad, und an welcher Position hat sie den grĂ¶ĂŸten Effekt?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Miss die NA deines 10×-Objektivs (NA 0.25): Wie viele ”m entsprechen dem Abbe-Limit $d = \lambda/(2\cdot\text{NA})$ bei 550 nm?* +- *Wie viele Linienpaare/mm erkennst du am USAF-Target bei vollstĂ€ndig geöffneter vs. halb geschlossener Iris?* + +**Variation** +- *Wie wirkt sich das Schließen der Aperturblende auf SchĂ€rfentiefe und Kontrast aus (Abbe-Trade-off)?* +- *Was passiert, wenn du das 4×-Objektiv (NA 0.1) nimmst – wie Ă€ndert sich die erreichbare Auflösung?* + +**Fehleranalyse** +- *Warum kann auch ein hochauflösendes Objektiv schlechte Bilder liefern, wenn die Beleuchtungs-NA kleiner ist als die Detektions-NA?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Leite die Abbe-Formel $d = \lambda/(2\cdot\text{NA})$ aus dem Beugungsargument her.* +- *Was ist die Rayleigh-Kriterium-Variante und wie unterscheidet es sich von Abbe?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek I: ErklĂ€re intuitiv, warum ein grĂ¶ĂŸeres Linsensystem besser auflöst.* +- *Sek II / Vertiefung: Berechne die Auflösung fĂŒr NA 0.25, 0.45 und 1.25 (Öl) bei λ = 488 nm und trage sie tabellarisch auf.* + +- → `experiments/05_blende_aufloesung.md` + +### 6. Bildaufnahme, Speicherung, einfache Analyse + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was geht verloren, wenn du ein TIFF-Bild als JPEG speicherst – und woran erkennst du es im Histogramm?* +- *Welche Bildanalyse-Software ist kostenlos und in der Wissenschaft Standard?* + +**Aufbau / Software** +- *Wie konfigurierst du ImSwitch fĂŒr verlustfreie TIFF-Aufnahmen?* +- *Wie öffnest du das Bild in Fiji/ImageJ und siehst die Metadaten (PixelgrĂ¶ĂŸe, Bit-Tiefe)?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie misst du eine Struktur in ”m in Fiji nach der Kalibrierung (Measure → Length)?* +- *Wie erstellst du einen IntensitĂ€tsprofil-Plot entlang einer Linie?* + +**Z-Stack** +- *Wie nimmst du einen Z-Stack auf: Motor-Schrittweite festlegen, Stack-Anzahl, automatisches Speichern?* +- *Wie projizierst du den Z-Stack (Maximum Intensity Projection) in Fiji?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du bei Zitter-Artefakten im Z-Stack (Motor-Vibration, thermische Drift)?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Welche weiteren Analyse-Schritte sind typisch in der Forschung: Segmentierung, Partikel-Tracking, Kolokalisierung?* +- *Sek II / Vertiefung: Schreibe ein Fiji-Makro, das automatisch einen Z-Stack aufnimmt und die Max-Projection speichert.* + +- → `experiments/06_aufnahme_analyse.md` + +## Cube-Module + +| Modul | Kurzbeschreibung | Datei | +|---|---|---| +| HIK USB3 Mono-Kamera (IMX179) | Detektion | `modules/camera_hik_imx179.md` | +| 100 mm CCTV-Tubuslinse (C-Mount) | Tubuslinse | `modules/tube_lens_100_cctv.md` | +| 10× Infinity-Objektiv (RMS) | Mikroskop-Objektiv | `modules/objective_inf_10x.md` | +| SK23 Iris-Blende | Apertur / Beleuchtungs­steuerung | `modules/iris_sk23.md` | + +## Didaktische Anker + +- Übergang Schul- zu Forschungs­optik. +- Begriffe NA, Auflösung, Modulationstransfer praktisch erfahrbar. +- Software-Pipeline (Treiber → Capture → Analyse) als Realweltkette. + +## Offene Fragen / TODO + +- Vergleichstabelle Smartphone vs. Industriekamera. +- Empfohlene Standardproben (USAF-Target, Diatomeen). +- Eigene Seite fĂŒr Treiberinstallation pro OS. diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/lightsheet/index.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/lightsheet/index.md new file mode 100644 index 000000000..cd03969cd --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/lightsheet/index.md @@ -0,0 +1,222 @@ +# LightSheet Add-On – Lernpfad + +> **Status:** Skeleton. Quelle: [lightsheet.md](../../lightsheet.md). **Voraussetzung:** CoreBox + Electronics + Infinity + Fluorescence (Laser) + Raspberry-Pi-Kit. + +Das LightSheet Add-On erweitert das System um das openSPIM-inspirierte Konzept: Ein Laserstrahl wird ĂŒber eine Zylinderlinse zu einem dĂŒnnen Lichtblatt geformt, das die Probe orthogonal zur Detektion beleuchtet. Damit sind sanfte 3D-Aufnahmen lebender Proben (z. B. Zebrafisch-Embryos) möglich. + +## Lernpfad + +``` +Was ist ein Lichtblatt? ─â–ș Zylinderlinse verstehen ─â–ș Lichtblatt aufbauen & ausrichten + │ + â–Œ + Probenkammer befĂŒllen ─â–ș Orthogonale Detektion ─â–ș Z-Stack & 3D-Rekonstruktion +``` + +## Experimente + +### 1. Lichtblatt – das Prinzip + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du, wenn du mit einer Taschenlampe ein Aquarium von der Seite beleuchtest – erkennst du eine Schicht?* +- *Wie unterscheidet sich das Epifluoreszenz-Bild einer 3D-Probe von einem Lichtblatt-Bild?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Warum reduziert die selektive Beleuchtung die PhototoxizitĂ€t im Vergleich zur Epifluoreszenz um einen Faktor 10–100?* +- *Was bedeutet „optische Sektionierung", und wie hĂ€ngt die Schnittdicke von Lichtblattdicke und Detektions-NA ab?* + +**Alltagsbezug / Forschung** +- *Wie wird SPIM (Selective Plane Illumination Microscopy) genutzt, um ganze Zebrafisch-Embryos lebend abzubilden?* +- *Wo wird Lichtblatt-Mikroskopie kommerziell eingesetzt (Zeiss Lightsheet Z.1, Leica THUNDER)?* + +**Variation** +- *Vergleiche: Was zeigt eine einzelne Z-Ebene im Epifluoreszenz-Modus vs. im Lichtblatt-Modus?* + +**Differenzierung** +- *Sek I / Einstieg: ErklĂ€re das Prinzip mit einer Laserpointer-Demonstration in einem Milch-Wasserglas.* +- *Sek II / Vertiefung: Leite die Lichtblattdicke aus der Gaussian-Beam-Optik (Rayleigh-LĂ€nge, Waist) her.* + +- → `experiments/01_lichtblatt_prinzip.md` + +### 2. Zylinderlinse – aus Strahl wird Blatt + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Halte die Zylinderlinse vor eine Lichtquelle und drehe sie: Was siehst du auf dem Schirm?* +- *Was passiert, wenn du eine sphĂ€rische Linse verwendest – bekommst du auch ein Blatt?* + +**Aufbau** +- *Wie setzt du die justierbare Zylinderlinse in den Cube ein, und nach welchem Kriterium richtest du sie aus?* +- *Welche Achse der Linse fokussiert, und warum bleibt die andere Achse kollimiert?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie dĂŒnn ist das Lichtblatt am Fokuspunkt (Waist)? Miss es auf einem Schirm.* +- *Wie weit erstreckt sich die nutzbare Zone des Blatts (Rayleigh-LĂ€nge $z_R = \pi w_0^2 / \lambda$)?* + +**Variation** +- *Wie Ă€ndert sich die Blattdicke, wenn du die Zylinderlinse gegen eine mit kĂŒrzerer Brennweite tauschst?* +- *Was siehst du, wenn du die Zylinderlinse um 90° rotierst?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn das Blatt nicht symmetrisch ist (eine Seite dicker als die andere)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *ErklĂ€re astigmatische Fokussierung und warum der Gaussian-Beam-Waist in nur einer Raumdimension entsteht.* + +- → `experiments/02_zylinderlinse.md` + +### 3. Lichtblatt aufbauen & ausrichten + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du auf der Justage-Kamera, bevor das Lichtblatt richtig ausgerichtet ist?* +- *Wie erkennst du, dass Beleuchtungs- und Detektionsachse wirklich senkrecht stehen?* + +**Aufbau / Justage-Workflow** +- *Welche Reihenfolge empfiehlt sich: Zylinderlinse, Spiegel, Objektiv, Kammer?* +- *Wie nutzt du die Justage-Kamera, um das Blatt in der Detektionsebene zu positionieren?* + +**Messung / QualitĂ€tskontrolle** +- *Welche Kriterien prĂŒfst du: Blattdicke am Zentrum, Blattdicke am Rand, Verkippung, Lateralversatz?* +- *Wie misst du die Lichtblattdicke aus dem Kamerabild (Gaussian-Fit an IntensitĂ€tsprofil)?* + +**Variation** +- *Was Ă€ndert sich im Fluoreszenz-Bild, wenn du das Lichtblatt um 5° verkippt ist?* +- *Wie justierst du nach, wenn das Lichtblatt nach einer Stunde thermal driftet?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn das Lichtblatt unsymmetrisch erscheint (Dejustage der Zylinderlinse)?* +- *Wie erkennst du, dass Reflexionen der Probenkammer störende Streifenmuster erzeugen?* + +**Alltagsbezug** +- *Wie lösen kommerzielle Systeme das Ausrichtungsproblem (motorisierte Achsen, automatische Kalibrierung)?* + +- → `experiments/03_lichtblatt_justage.md` + +### 4. Probenkammer und Probenmontage + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du, wenn du die Kammer nicht vollstĂ€ndig entlĂŒftest – welche Artefakte entstehen durch Luftblasen?* +- *Warum muss die Probe im Medium (Wasser, Agarose) hĂ€ngen statt auf einem ObjekttrĂ€ger zu liegen?* + +**Aufbau** +- *Wie befĂŒllst du die Kammer Blasen-frei (langsam von unten, SchrĂ€ghalten)?* +- *Wie bereitest du eine Agarose-Probe vor: Konzentration, Einbettungsprotokoll, Spritzen-Halter?* + +**Messung** +- *Wie kontrollierst du, ob der Brechungsindex der Einbettmediums zur verwendeten Optik passt?* +- *Wie findest du die Probe in der Kammer – zuerst im Durchlicht (NeoPixel) dann in Fluoreszenz?* + +**Variation** +- *Wie Ă€ndert sich das Bild bei verschiedenen Agarose-Konzentrationen (0.5 %, 1 %, 2 %)?* +- *Was passiert, wenn du die Probe aus der Kammer herausragt (Randeffekte)?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn die Probe sich im Lichtblatt dreht (Konvektion, Agarose zu weich)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Warum fĂŒhrt Brechungsindex-Mismatch zu Aberrationen und verminderter LichtblattqualitĂ€t tief im Gewebe?* + +- → `experiments/04_probenkammer.md` + +### 5. Orthogonale Detektion + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was wĂŒrde passieren, wenn Detektion und Beleuchtung in dieselbe Richtung zeigten – warum verlieren wir den Schicht-Kontrast?* +- *Wie erkennst du im Bild, dass wirklich nur die beleuchtete Ebene sichtbar ist?* + +**Aufbau** +- *Wie ĂŒberprĂŒfst du mit einem Winkelmesser, dass Detektionsobjektiv und Lichtblatt-Achse tatsĂ€chlich 90° bilden?* +- *Wo sitzt der Emissionsfilter im Detektionspfad, und wie sicherst du ihn?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Miss die axiale Schnittdicke: Scan eine fluoreszierende Kugel (Bead) durch das Lichtblatt und bestimme die FWHM.* +- *Vergleiche den Signalabfall mit und ohne Emissionsfilter.* + +**Variation** +- *Was siehst du im Bild, wenn du den Detektionspfad geringfĂŒgig verkippt (nicht exakt 90°)?* +- *Wie Ă€ndert sich der Out-of-Focus-Hintergrund, wenn du die Lichtblattdicke verdoppelst?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie beschreibt der optische Übertragungsterm die axiale Auflösung: $\Delta z \approx \lambda_\text{em} / \text{NA}_\text{det}^2$ (Beugungslimit)?* + +**Alltagsbezug** +- *Welche medizinischen Bildgebungsverfahren nutzen orthogonale Geometrien (OCT, Lichtblatt-Endoskopie)?* + +- → `experiments/05_orthogonale_detektion.md` + +### 6. Z-Stack und 3D-Rekonstruktion + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Wie sieht eine einzelne Z-Ebene aus, und was fehlt, bis du das 3D-Volumen erkennst?* +- *Was bedeutet Nyquist-Abtastrate hier: Wie fein muss der Z-Schritt im Vergleich zur Lichtblattdicke sein?* + +**Aufbau / Software** +- *Wie konfigurierst du den Scan-Loop in ImSwitch: Starttposition, Endposition, Schrittweite, Trigger?* +- *Welches Format speichert du den Stack (OME-TIFF, HDF5 / Zarr) fĂŒr spĂ€tere Analyse?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie viele Ebenen brauchst du, um ein 500-”m-Volumen Nyquist-korrekt abzutasten (Lichtblattdicke = 5 ”m)?* +- *Wie lange dauert der Scan, und was bestimmt die Geschwindigkeit (Kamera-Framerate, Motor-Speed, Fluoreszenz-IntensitĂ€t)?* + +**Visualisierung** +- *Wie erstellst du eine Maximum-Intensity-Projection (MIP) in Fiji?* +- *Wie visualisierst du das Volumen 3D in napari oder Fiji 3D Viewer?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn der Stack Streifen-Artefakte zeigt (Schattenstreifen durch Streuer im Lichtblatt)?* +- *Wie kompensierst du Drift zwischen dem ersten und letzten Bild des Stacks?* + +**Alltagsbezug / Erweiterung** +- *Wie nutzt die moderne Entwicklungsbiologie Lichtblatt-Stacks fĂŒr Cell-Tracking in Zebrafisch-Embryos?* + +- → `experiments/06_zstack_3d.md` + +### 7. NeoPixel-Durchlicht fĂŒr Übersicht + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du im Durchlicht-Modus mit den NeoPixel-LEDs im Vergleich zum Fluoreszenz-Modus?* +- *Warum ist das Hellfeld-Übersichtsbild nĂŒtzlich, bevor du zum Fluoreszenz-Scan wechselst?* + +**Aufbau** +- *Wie adressierst du die NeoPixel-LEDs ĂŒber das ESP32-Board fĂŒr weiße Beleuchtung?* +- *Wie schaltest du zwischen Durchlicht und Fluoreszenz-Beleuchtung um, ohne die Probe zu bewegen?* + +**Messung** +- *Wie nutzt du das Durchlichtbild, um die Probe zu navigieren und einen Interessensbereich (ROI) zu finden?* +- *Wie vergleichst du Durchlicht- und Fluoreszenz-Bild derselben Ebene (Overlay, Colourierung)?* + +**Variation** +- *Welche Farbe der NeoPixel-LEDs eignet sich fĂŒr welche Probe (weißes Licht vs. grĂŒnes vs. rotes)?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn die NeoPixel-LEDs unterschiedlich hell leuchten (Kalibration)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Warum zeigt das Durchlichtbild einer transparenten Probe kaum Kontrast, wĂ€hrend Phasenkontrast oder DPC hier helfen wĂŒrden?* + +**Alltagsbezug** +- *Wie nutzen multimodale Mikroskope (Durchlicht + Fluoreszenz) die Möglichkeit, Zellen gleichzeitig morphologisch und molekular zu charakterisieren?* + +- → `experiments/07_neopixel_uebersicht.md` + +## Cube-Module / Komponenten + +| Modul | Kurzbeschreibung | Datei | +|---|---|---| +| Zylinderlinse 100 mm (justierbar) | Lichtblatt-Erzeugung | `modules/cylinder_lens_100.md` | +| Probenkammer (wassergefĂŒllt, NeoPixel) | Probenhalter inkl. Durchlicht-LED | `modules/sample_chamber.md` | +| Mikrometer-XYZ-Stage | Probenpositionierung, Spritzen-Halter | `modules/xyz_micrometer_stage.md` | +| Emissionsfilter (steckbar) | Spektrale Trennung | `modules/em_filter_removable.md` | +| Justage-Kamera | Hilfe bei Ausrichtung | `modules/alignment_camera.md` | +| Solid Baseplate 10 mm POM, 4×5 | Stabile mechanische Basis | `modules/solid_baseplate_4x5.md` | + +## Didaktische Anker + +- Konkretes Beispiel fĂŒr moderne biologische Bildgebung. +- Konzept „orthogonale Geometrie" als didaktisches Highlight. +- 3D-Daten als BrĂŒcke zu Bildverarbeitung / Informatik. + +## Offene Fragen / TODO + +- Beispiel-Probenprotokoll (Zebrafisch, fluoreszente MikrosphĂ€ren). +- Schritt-fĂŒr-Schritt-ImSwitch-Konfiguration. +- Sicherheits- und Wassermanagement-Hinweise. diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/qbox/index.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/qbox/index.md new file mode 100644 index 000000000..fa2bd9815 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/qbox/index.md @@ -0,0 +1,266 @@ +# QBox – Lernpfad (Quantenoptik & Interferometrie) + +> **Status:** Skeleton. Quelle: [qbox.md](../../qbox.md). **Voraussetzung:** keine (eigenstĂ€ndig). Optional kombinierbar mit der CoreBox. + +Die QBox ist das eigenstĂ€ndige Set fĂŒr Wellen- und Quantenoptik: kinetische Spiegel, polarisations­optische Bauteile, ein 520 nm-Laser, ein ESP32-S3 mit Mikrowellen­anbindung und Mikrodiamanten fĂŒr ODMR. Sie deckt ein breites Spektrum von der klassischen Interferometrie bis zu BB84 und ODMR ab. + +## Lernpfad + +``` +Polarisation ─â–ș Doppelspalt / Gitter ─â–ș Michelson-Interferometer + │ + â–Œ + Mach-Zehnder ─â–ș Quantenradierer ─â–ș BB84 + │ + â–Œ + ODMR (NV-Zentren) +``` + +## Experimente + +### 1. Polarisation – Grundlagen + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du, wenn du zwei Polarisationsfilter hintereinander hĂ€ltst und einen davon drehst?* +- *Warum wird das Bild durch eine Sonnenbrille mit Polarisationsfilter bei schrĂ€ger Draufsicht auf Wasser dunkler?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Miss die IntensitĂ€t als Funktion des Drehwinkels Ξ und ĂŒberprĂŒfe das Malus-Gesetz $I = I_0 \cos^2(\theta)$.* +- *Wie bestimmst du den Extinktionsgrad (VerhĂ€ltnis maximaler zu minimaler Transmission) des Filters?* + +**Variation** +- *Was passiert, wenn du eine Zuckerlösung zwischen zwei Polarisatoren stellst – und warum dreht sie die Polarisationsebene?* +- *Wie verhĂ€lt sich eine Glasscheibe bei Brewster-Winkel (Reflexionspolarisation)?* + +**Fehleranalyse** +- *Warum ist die IntensitĂ€t bei 90° nicht exakt Null (Streulicht, unvollkommener Filter)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was ist lineare, zirkulare und elliptische Polarisation, und wie beschreibt der Stokes-Vektor den Zustand?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek I: ErklĂ€re, wie ein 3D-Kino-Brillen-System auf Polarisation basiert.* +- *Sek II / Vertiefung: Miss mit dem Malus-Gesetz drei Daten­punkte und berechne $\chi^2$ fĂŒr das Modell.* + +- → `experiments/01_polarisation.md` + +### 2. Doppelspalt- und Gitter-Experiment + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du auf dem Schirm hinter einem Einfachspalt, einem Doppelspalt, einem Gitter – und warum werden die Maxima schmaler?* +- *Welche Farben siehst du mit weißem Licht am Gitter, und warum?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Miss den Abstand der Hauptmaxima und berechne den Spaltabstand $d$ aus $d \sin\theta = m\lambda$.* +- *Wie hĂ€ngen Spaltabstand, WellenlĂ€nge und Schirm-Abstand zusammen?* + +**Variation** +- *Wie Ă€ndert sich das Muster, wenn du einen breiteren oder schmaleren Spalt einsetzt?* +- *Was siehst du, wenn du den Spalt mit einem Polarisationsfilter kombinierst?* + +**Fehleranalyse** +- *Warum erscheinen die Maxima bei großem Schirmabstand unschĂ€rfer (KohĂ€renzlĂ€nge des Lasers)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Welches Modell erklĂ€rt das Doppelspaltmuster: Huygens-Fresnel-Prinzip, Superposition zweier Kugelwellen?* +- *Warum erfordert dieses Experiment einen Modellwechsel von Strahlen- zu Wellenoptik?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek I: Berechne den Spaltabstand einer CD (bekannte WellenlĂ€nge und Beobachtungswinkel).* +- *Sek II / Vertiefung: Was Ă€ndert sich im Doppelspaltmuster, wenn ein Photon das System durchlĂ€uft (Quantenmechanik)?* + +- → `experiments/02_doppelspalt.md` + +### 3. Michelson-Interferometer + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du auf dem Schirm, wenn du einen Arm des Interferometers mit dem Finger berĂŒhrst – und warum bewegen sich die Ringe?* +- *Was passiert mit dem Muster, wenn du eine Glasscheibe in einen Arm einbringst?* + +**Aufbau** +- *In welcher Reihenfolge richtest du Laser, Strahlteiler, zwei Spiegel und Schirm aus?* +- *Wie feinjustierst du einen der kinetischen Spiegel, bis du konzentrische Ringe siehst?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Miss die WellenlĂ€nge des Lasers: ZĂ€hle die vorbeiziehenden Maxima bei bekannter ArmlĂ€ngenĂ€nderung.* +- *Wie berechnet sich der Gangunterschied $\Delta = 2\Delta L$ und das zugehörige Muster?* + +**Variation** +- *Was siehst du, wenn du die KohĂ€renzlĂ€nge des Lasers ĂŒberschreitest (sehr verschiedene ArmlĂ€ngen)?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn das Muster „wandert" (thermische Drift, Vibrationen)?* +- *Wie erkennst du, dass Spiegel nicht plan sind (verbogene Ringe)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Wie erklĂ€rt die Zwei-Strahl-Interferenz das Muster: $I = I_0(1 + \cos(k\Delta))$?* +- *Wie wurde das Michelson-Morley-Experiment genutzt, um den Äther zu falsifizieren?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek II / Vertiefung: Wie funktioniert ein Laser-Interferometer in LIGO fĂŒr Gravitationswellen-Detektion?* + +- → `experiments/03_michelson.md` + +### 4. Mach-Zehnder-Interferometer + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Warum teilt das Mach-Zehnder den Strahl in zwei rĂ€umlich getrennte Wege – was ist der Vorteil gegenĂŒber Michelson?* +- *Was siehst du im Ausgangspfad, wenn beide Wege exakt gleich lang sind?* + +**Aufbau** +- *Welche Cubes brauchst du: zwei Strahlteiler, zwei Spiegel, und wie ordnest du sie an?* +- *Wie justierst du die AusgĂ€nge so, dass du ein Streifenmuster siehst?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie verĂ€ndert sich das Muster, wenn du ein transparentes Objekt (Deckglas, PrĂŒfglas) in einen Arm bringst?* +- *Wie quantifizierst du die Phasenverschiebung aus dem Streifen-Versatz?* + +**Variation** +- *Wie wirkt ein schief gestellter Strahlteiler auf das Muster (Verkippungsfehler)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was ist der Unterschied zwischen Amplituden- und Phasen-Objekt, und warum sieht man Letzeres im Hellfeld kaum?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek II / Vertiefung: Wie wird Mach-Zehnder in der optischen KohĂ€renztomographie (OCT) und in photonischen Chips fĂŒr schnelle Datenkommunikation eingesetzt?* + +- → `experiments/04_mach_zehnder.md` + +### 5. Quantenradierer + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was passiert mit dem Interferenzmuster am Doppelspalt, wenn du jedem Spalt eine orthogonale Polarisation zuordnest?* +- *Was passiert, wenn du anschließend einen dritten Polarisator bei 45° davor stellst – und warum kehrt das Muster zurĂŒck?* + +**Aufbau** +- *Wie kombinierst du Doppelspalt, polarisierende Folien und Analyser-Polarisator in einem Aufbau?* +- *Wie ĂŒberzeugst du dich, dass die Polarisationen wirklich orthogonal sind (gekreuzte Filter, kein Durchgang)?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie Ă€ndert sich die Sichtbarkeit (Visibility) $V = (I_\text{max} - I_\text{min})/(I_\text{max} + I_\text{min})$ mit und ohne Welcher-Weg-Markierung?* + +**Fehleranalyse** +- *Warum ist das Muster auch ohne Markierung nicht perfekt (KohĂ€renz, Detektorlimit)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was ist „Welcher-Weg"-Information im quantenmechanischen Sinne, und warum hebt sie die KohĂ€renz auf (KomplementaritĂ€tsprinzip)?* +- *Wie erklĂ€rt der Dichte-Matrix-Formalismus den Übergang von kohĂ€rentem zu gemischtem Zustand?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek II / Vertiefung: Formuliere das Experiment im Bra-Ket-Formalismus und zeige, warum das Spurieren ĂŒber den Weg-Freiheitsgrad die Interferenz löscht.* + +- → `experiments/05_quantenradierer.md` + +### 6. Polarisations-Strahlteiler & Cube-Setup + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was siehst du an den zwei AusgĂ€ngen eines PBS mit linear polarisiertem Eingangsstrahl bei 0°, 45°, 90°?* +- *Wie verhĂ€lt sich das IntensitĂ€tsverhĂ€ltnis der zwei AusgĂ€nge als Funktion des Eingangspolarisationswinkels?* + +**Aufbau** +- *Wie montierst du den PBS-Cube und richtest den Eingangsstrahl auf die TeilerflĂ€che aus?* +- *Wie kombinierst du PBS mit einem λ/2-PlĂ€ttchen, um die IntensitĂ€tsaufteilung kontinuierlich einzustellen?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Miss das IntensitĂ€tsverhĂ€ltnis der zwei AusgĂ€nge als Funktion des λ/2-Winkels.* + +**Variation** +- *Was passiert, wenn du zirkulĂ€r polarisiertes Licht (λ/4) in den PBS einstrahlst?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Welche Symbole und Diagramme nutzen Quantenoptiker fĂŒr ZustĂ€nde und Operationen (Bloch-Kugel, Ket-Notation)?* +- *Wie funktioniert das PBS-Prinzip auf Basis von DĂŒnnschicht-Beschichtungen?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek II / Vertiefung: Wie nutzt man PBS + λ/2 + λ/4 als Variables Beam-Splitter-Ratio-Element in Experimenten zur Quantenkommunikation?* + +- → `experiments/06_pbs.md` + +### 7. BB84 – Quantenkryptographie (Demo) + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Wie kannst du mit PolarisationszustĂ€nden eine „1" und eine „0" kodieren – ohne dass ein Lauscher es sicher lesen kann?* +- *Was passiert mit dem SchlĂŒssel, wenn ein Lauscher (Eve) jeden Photonenzustand misst?* + +**Aufbau** +- *Welche Komponenten spielen Alice, Bob und Eve in deinem Aufbau (Laser, Polarisatoren, PBS, Detektoren)?* +- *Wie simulierst du zufĂ€llige Basiswahl (WĂŒrfel, Zufallsgenerator, Schaltlogik)?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Wie groß ist die Fehlerrate (QBER = Quantum Bit Error Rate) ohne und mit aktivem Lauscher?* +- *Ab welchem QBER-Wert wĂŒrde Alice und Bob abbrecchen (typisch > 11 %)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Warum kann ein Quantenzustand nicht ohne Störung geklont werden (No-Cloning-Theorem)?* +- *Welche Schritte des BB84-Protokolls fĂŒhren von zufĂ€lligen Messergebnissen zu einem sicheren SchlĂŒssel (Sifting, Error-Correction, Privacy Amplification)?* + +**Fehleranalyse** +- *Welche nicht-idealen Effekte (Polfilter-Crosstalk, Quellenrauschen) erhöhen den QBER auch ohne Lauscher?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek II / Vertiefung: Berechne theoretisch die maximale sichere SchlĂŒsselrate fĂŒr eine 11 %-QBER-Linie.* +- *Erweiterung: Was ist QKD mit Glasfaser vs. Free-Space, und welche kommerziellen Produkte gibt es (ID Quantique, Toshiba)?* + +- → `experiments/07_bb84.md` + +### 8. ODMR – Optisch detektierte Magnetresonanz (NV-Zentren) + +**Einstieg / PhĂ€nomen** +- *Was passiert mit der Fluoreszenz-Helligkeit des NV-Zentrums, wenn du Mikrowellen einstrahlen – und warum Ă€ndert sie sich?* +- *Wie sieht das ODMR-Spektrum (Fluoreszenz vs. Mikrowellenfrequenz) ohne externes Magnetfeld aus?* + +**Aufbau** +- *Wie positionierst du den Mikrodiamond unter dem 520-nm-Laser und stellst die Mikrowellen-Antenne des ESP32-S3 dazu?* +- *Wie konfigurierst du den ESP32-S3 fĂŒr einen Frequenz-Sweep (Start, Stop, Schritte) und die Fluoreszenz-Detektion?* + +**Messung / Quantifizierung** +- *Miss die Resonanzfrequenz (ca. 2.87 GHz ohne Feld) und die Zeeman-Aufspaltung mit einem externen Magneten.* +- *Wie berechnet man die MagnetfeldstĂ€rke aus der Aufspaltung $\Delta f = 2 g_e \mu_B B / h$?* + +**Variation** +- *Wie Ă€ndert sich die Aufspaltung, wenn du den Magneten nĂ€her oder weiter weg hĂ€ltst?* +- *Was siehst du, wenn du zwei Magnete mit verschiedener Orientierung nutzt?* + +**Fehleranalyse** +- *Was tust du, wenn das ODMR-Signal sehr schwach ist (falsche Fokus-Position, Diamant verschoben)?* +- *Wie unterscheidest du ODMR-Signal von Rauschen (Mittelwert mehrerer Scans)?* + +**Physikalischer Hintergrund** +- *Was ist ein NV-Zentrum: Defektstruktur, Spin-Triplett-Grundzustand, ISC (Intersystem Crossing)?* +- *Wie erklĂ€rt der Spin-abhĂ€ngige Zerfallspfad, warum Spinresonanz die FluoreszenzintensitĂ€t Ă€ndert?* + +**Alltagsbezug / Differenzierung** +- *Sek II / Vertiefung: NV-Zentren als Quanten-Sensor – wie werden sie fĂŒr Nano-MRT und Magnetfeld-Kartierung in Biologie eingesetzt?* + +- → `experiments/08_odmr.md` + +## Cube-Module / Komponenten + +| Modul | Kurzbeschreibung | Datei | +|---|---|---| +| Kinetischer Spiegel 45°/90° (×2) | Justierbarer Strahlweg | `modules/kinetic_mirror.md` | +| Fester Spiegel 45°/90° | Strahlumlenkung | `modules/mirror_fixed.md` | +| 16 mm Linse | Kurzbrennweite, Strahlformung | `modules/lens_16.md` | +| 28 mm Linse | Strahlformung | `modules/lens_28.md` | +| Polarisations­filter, drehbar (×4) | Polarisations­experimente | `modules/polarizer.md` | +| Polarisations-Strahlteiler (×2) | Strahlteilung nach Polarisation | `modules/pbs.md` | +| Dichroit-Halter | Halterung fĂŒr Dichroit | `modules/dichroic_holder.md` | +| Laser 520 nm (Cube) | KohĂ€rente Lichtquelle | `modules/laser_520.md` | +| Magnet | ODMR – Magnetfeld | `modules/magnet.md` | +| Einzelspalt | Beugung | `modules/single_slit.md` | +| Doppelspalt | Interferenz | `modules/double_slit.md` | +| XYZ-Stage | Diamant-Justage | `modules/xyz_stage_diamond.md` | +| ESP32-S3 (Mikrowelle, Steuerung) | Elektronik | `modules/esp32_s3_qbox.md` | +| Solid Baseplate 4×5 | Mechanische Basis | `modules/solid_baseplate_4x5_q.md` | + +## Didaktische Anker + +- Sichtbarer Übergang Strahlen- → Wellen- → Quantenoptik. +- Konkretes Erleben von „nicht-klassischen" PhĂ€nomenen (Quantenradierer, BB84). +- BrĂŒcke Physik ↔ Informatik ↔ Materialwissenschaft (NV-Zentren). + +## Offene Fragen / TODO + +- Klare Lasersicherheits-Sektion (520 nm Klasse, Brille, Beschilderung). +- Workflow-Diagramm fĂŒr Mikrowellen-Kalibrierung des ESP32-S3. +- Mathematischer Anhang (Malus, Beugungsformel, Visibility, BB84-SchlĂŒsselrate). diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/templates/box-concept.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/templates/box-concept.md new file mode 100644 index 000000000..4055abcc0 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/templates/box-concept.md @@ -0,0 +1,117 @@ +# Box-Didaktikkonzept-Template + +> **Anleitung:** Diese Vorlage ist die generalisierte Form des bestehenden CoreBox-Didaktikkonzepts. Sie wird pro Box als `/concept.md` befĂŒllt. Abschnitte, die fĂŒr eine Box nicht relevant sind (z. B. „Smartphone-Integration" bei der QBox), werden begrĂŒndet weggelassen. + +--- + +# Didaktikkonzept – `` openUC2 + +## 0. Kurzprofil + +- **Box:** 
 +- **Voraussetzungen (andere Boxen):** 
 +- **Zielgruppe:** Sek I / Sek II / Hochschule / Maker / Forschung +- **Umfang:** 
 Unterrichtsstunden (modular) +- **Fachbereiche:** Physik / Biologie / Informatik / Technik / 
 +- **Leitmotiv (ein Satz):** 
 + +## 1. Einleitung + +### 1.1 Ziel dieses Konzepts + +*Leitfragen: Welches PhĂ€nomen wird zugĂ€nglich gemacht? Was unterscheidet diese Box vom klassischen Lehrmittel?* + +### 1.2 Zielgruppen & Einsatzszenarien + +- Sek I: 
 +- Sek II / Hochschule: 
 +- Maker / Forschung: 
 +- Workshop-Formate: 
 + +### 1.3 Warum diese Box statt eines klassischen GerĂ€ts? + +*Leitfragen: Welche Vorteile bringt der modulare openUC2-Ansatz fĂŒr genau dieses Thema?* + +### 1.4 Aufbau des Konzepts + +### 1.5 Hinweise zur praktischen Umsetzung + +## 2. Didaktische Einordnung + +### 2.1 Bildungs- und Kompetenzbezug (KMK) + +- A. Erkenntnisgewinnung: 
 +- B. Fachwissen: 
 +- C. Kommunikation: 
 +- D. Bewertung: 
 + +### 2.2 Lernvoraussetzungen der SchĂŒler\*innen + +- Zwingend nötig: 
 +- Hilfreich: 
 +- Nicht nötig: 
 + +### 2.3 Didaktische Leitprinzipien + +*z. B. Lernen durch Konstruktion, Variation als Lernmotor, fehlersensitives Lernen, Alltagsbezug, Digitalintegration.* + +### 2.4 Differenzierte Einstiege + +*Welche alternativen Einstiege gibt es (alltagsnah / theoretisch / Wow-Faktor)?* + +### 2.5 Methodenmix + +### 2.6 Lernumgebung & Organisation + +- Raumbedarf (Abdunkelung, Stromanschluss, Wassertische?): 
 +- GruppengrĂ¶ĂŸe: 
 +- Material pro Gruppe: 
 + +### 2.7 Fazit + +## 3. Sachinformationen & Arbeiten mit der Box + +### 3.1 Grundprinzip der Box + +### 3.2 Komponenten der Box (Übersicht) + +*Tabelle: Modul, Funktion, Verweis auf `modules/.md`.* + +### 3.3 So arbeitet man mit der Box + +### 3.4 Grundprinzipien der zugrundeliegenden Physik / Technik + +### 3.5 Sicherheit, Robustheit, Nachhaltigkeit + +### 3.6 Pflege & Aufbewahrung + +## 4. Experimente + +*Tabellarische Übersicht; Detail in `experiments/`. Reihenfolge entspricht empfohlenem Lernpfad.* + +| Nr. | Experiment | Diataxis-Schwerpunkt | Voraussetzung | Datei | +|---|---|---|---|---| +| 1 | 
 | Tutorial | – | `experiments/01_
.md` | +| 2 | 
 | How-To | Exp. 1 | `experiments/02_
.md` | + +## 5. Unterrichtsstunden / Workshop-Bausteine + +*Pro Stunde: Phase, Inhalt, Methode, Material, Sicherung.* + +- Stunde 1 – 
 +- Stunde 2 – 
 +- 
 + +## 6. Arbeitsmaterialien + +- Kopiervorlagen +- Mess-Tabellen +- Bewertungsraster + +## 7. Anhang + +- Materiallisten +- Troubleshooting (zusammengefĂŒhrt aus den Experimenten) +- Lehrplan-Mapping (BL-spezifisch) +- Glossar +- Literatur & Quellen diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/templates/experiment.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/templates/experiment.md new file mode 100644 index 000000000..962644d12 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/templates/experiment.md @@ -0,0 +1,139 @@ +# Experiment-Template + +> **Anleitung:** Diese Vorlage kopieren und unter `/experiments/_.md` ablegen. Alle vier Diataxis-Modi sind als Abschnitte enthalten. Nicht zutreffende Abschnitte können entfernt werden, sollten aber bewusst gestrichen sein. Die kursiven Hinweise in den Abschnitten sind Leitfragen, die beim BefĂŒllen helfen. + +--- + +# Experiment `: ` + +## Steckbrief (Reference – auf einen Blick) + +| | | +|---|---| +| **Box / Voraussetzung** | z. B. CoreBox; benötigt zusĂ€tzlich 
 | +| **Zielgruppe** | Sek I / Sek II / Maker / Forschung | +| **Dauer Aufbau** | ca. 
 min | +| **Dauer DurchfĂŒhrung** | ca. 
 min | +| **Schwierigkeit** | ⭐ / ⭐⭐ / ⭐⭐⭐ | +| **Lernziele (Kurz)** | 2–3 Stichpunkte | +| **SchlĂŒsselbegriffe** | Brennweite, VergrĂ¶ĂŸerung, 
 | +| **Sicherheitshinweise** | Laser-Klasse, UV, Hitze 
 oder „keine" | + +### Benötigte Komponenten + +*Leitfragen: Welche Cubes? Welche Linsen? Welche Baseplate-GrĂ¶ĂŸe? Welche externen Hilfsmittel (Smartphone, Lineal, Probe)?* + +- Cube-Module: +- Zubehör: +- Verbrauchsmaterial / Proben: +- Optional / Erweiterung: + +--- + +## 1. Worum geht es? (Explanation – kurz) + +*Leitfragen: Welches AlltagsphĂ€nomen steckt dahinter? Welche Frage beantworten wir? Warum ist das spannend?* + +
 + +## 2. Schritt-fĂŒr-Schritt-Aufbau (Tutorial) + +*Diataxis-Tutorial: VollstĂ€ndig, garantierter Erfolg, keine Optionen. Eine\*r AnfĂ€nger\*in muss das Ergebnis ohne Vorwissen erreichen können.* + +### 2.1 Vorbereitung + +*Leitfragen: Was muss bereitgelegt werden? Wie ist der Arbeitsplatz beleuchtet? Welche Sicherheits­hinweise gelten?* + +### 2.2 Aufbau in Bildern + +*Empfehlung: nummerierte Foto-Schritte (1–6). Pro Schritt ein Satz, was getan wird, und was man danach sieht.* + +1. 
 +2. 
 + +### 2.3 Erstes Ergebnis prĂŒfen + +*Leitfragen: Was muss zu sehen sein, damit „es funktioniert"? Welches Bild erwartet man auf dem Schirm / Smartphone?* + +## 3. Experimentieren & Variieren (How-To) + +*Diataxis-How-To: Aufgabenorientiert. Hier werden gezielte Variationen vorgeschlagen.* + +### 3.1 Was passiert, wenn ich den Abstand Ă€ndere? + +
 + +### 3.2 Was passiert, wenn ich die Linse tausche? + +
 + +### 3.3 Wie messe ich die VergrĂ¶ĂŸerung? + +
 + +### 3.4 Wie dokumentiere ich das Ergebnis (Smartphone / Tablet)? + +
 + +## 4. Beobachtungs- und Auswertungsaufgaben + +*Leitfragen: Welche konkreten Aufgaben bekommen die Lernenden? Welche Tabellen / Skizzen sollen entstehen?* + +- Aufgabe A: 
 +- Aufgabe B: 
 +- Tabelle / Vorlage: 
 + +## 5. Hintergrund (Explanation – vertieft) + +*Diataxis-Explanation: Theorie, Modell, Grenzen.* + +### 5.1 Welches physikalische Prinzip steckt dahinter? + +
 + +### 5.2 Welches Modell beschreibt das (Strahlenoptik / Wellenoptik / 
)? + +
 + +### 5.3 Wo sind die Grenzen dieses Modells? + +
 + +### 5.4 Wo begegnet einem das im Alltag oder in der Forschung? + +
 + +## 6. Troubleshooting (How-To) + +| Symptom | Wahrscheinliche Ursache | Lösung | +|---|---|---| +| Bild unscharf | Abstand falsch, Linse vertauscht | 
 | +| Kein Bild | Lichtquelle, Reihenfolge der Cubes | 
 | +| Bild steht Kopf | 
 | 
 | + +## 7. Differenzierung + +*Leitfragen: Wie wird das Experiment fĂŒr unterschiedliche Lerngruppen angepasst?* + +- **Einstieg (leicht):** rein qualitativ, vorgegebener Aufbau. +- **Standard:** Variation + einfache Messung. +- **Vertiefung (Sek II / Forschung):** Linsengleichung, quantitative Auswertung, Fehlerrechnung. + +## 8. Bezug zum Lehrplan / Kompetenzen + +- Erkenntnisgewinnung: 
 +- Fachwissen: 
 +- Kommunikation: 
 +- Bewertung: 
 + +## 9. Verwandte Experimente und Erweiterungen + +- Voraussetzung: 
 +- Baut auf auf: 
 +- Erweiterung mit Box X: 
 + +## 10. Referenzen & weiterfĂŒhrende Links + +- Original-Doku: 
 +- Wissenschaftliche Quelle: 
 +- Video / Demo: 
 diff --git a/docs/usage/disc/boxes/learn/templates/module.md b/docs/usage/disc/boxes/learn/templates/module.md new file mode 100644 index 000000000..51f261dd9 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/learn/templates/module.md @@ -0,0 +1,61 @@ +# Cube-Modul-Template + +> **Anleitung:** Diese Vorlage kopieren und unter `/modules/.md` ablegen. Ein Modul-Dokument ist primĂ€r **Reference** (was ist das?) mit kurzem **Explanation**-Teil (warum gibt es das?). How-Tos zur Verwendung wandern in die zugehörigen Experimente. + +--- + +# Modul: `` + +## Steckbrief (Reference) + +| | | +|---|---| +| **Modultyp** | Linse / Spiegel / Beamsplitter / Stage / Beleuchtung / Elektronik / 
 | +| **Enthalten in Box** | CoreBox / Electronics / 
 | +| **Cube-GrĂ¶ĂŸe** | 1×1 / 2×2 / 
 | +| **Optische Achse** | mittig / off-axis / 45° | +| **Mechanische Schnittstelle** | M3, RMS, C-Mount, FC/PC, 
 | +| **Elektrische Schnittstelle** | TTL, USB, JST, keine | +| **Status** | Serie / Prototyp / Deprecated | + +## Was steckt drin? + +*Leitfragen: Welche Bauteile sitzen im Cube? Welche optischen / elektrischen Spezifikationen sind relevant?* + +- Bauteile: 
 +- Optische Parameter (z. B. f, NA, λ-Bereich, Reflexion/Transmission): 
 +- Elektrische Parameter: 
 +- Toleranzen / Justage: 
 + +## WofĂŒr wird es eingesetzt? + +*Leitfragen: In welchen Experimenten kommt das Modul vor? Welche Rolle ĂŒbernimmt es typischerweise?* + +- Experimente: Liste mit Links auf die `experiments/`-Dateien +- Typische Funktion im Strahlengang: 
 + +## Wie verwende ich es richtig? + +*Kurze How-To-Hinweise, die fĂŒr **alle** Experimente gelten (z. B. „Pfeil zeigt Richtung Probe").* + +- Orientierung im Cube: 
 +- Reinigung / Pflege: 
 +- HĂ€ufige Fehler: 
 + +## Hintergrund (Explanation) + +*Leitfragen: Warum ist genau diese Linse / dieser Filter / dieser Aktor gewĂ€hlt? Welche Designentscheidung steckt dahinter?* + +
 + +## Erweiterungen / Alternativen + +*Leitfragen: Welche kompatiblen Alternativen gibt es (andere Brennweite, andere WellenlĂ€nge)? Wie tauscht man sie aus?* + +
 + +## Referenzen + +- CAD / 3D-Modell: 
 +- Datenblatt Originalkomponente: 
 +- Quelle im UC2-Hardware-Repo: 
 diff --git a/docs/usage/disc/boxes/lightsheet.md b/docs/usage/disc/boxes/lightsheet.md new file mode 100644 index 000000000..dc31a450a --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/lightsheet.md @@ -0,0 +1,89 @@ +openUC2 GmbH +Search... +All Products +Discovery | Light-sheet Add-On +Discovery | Light-sheet Add-On +Discovery | Light-sheet Add-On +ZebraFish-1-1536x864.gif +Discovery | Light-sheet Add-On +openUC2 LightSheet Add-On + + Does not work without CoreBox, Electronics Add-On, Infinity Add-On, Fluoresence Add-On Laser Edition and the Rasperry Pi Kit + +Build a Fully Automated Light Sheet Microscope + +The openUC2 LightSheet Add-On enables the construction of a light sheet microscope with a minimal component count and compact footprint. Designed to work seamlessly with the CoreBox, ElectronicsBox, FluoBox, and InfinityBox, this kit provides everything needed for automated light sheet imaging in biological and volumetric applications. + +Included Components +In Cubes + +Cylindrical Lens (100mm, adjustable for creating the light sheet) +Sample Chamber (water-fillable with integrated NeoPixel LED for transmitted light illumination) +Micrometer XYZ Stage (precise sample positioning with syringe sample holders) +removable Emission Filter +additional Camera (to help with the allinging process) +Additional Accessories + +Solid Baseplate (10mm POM, 4x5 Cubes) +8x Puzzle Baseplates +Features and Applications +This kit is ideal for imaging biological samples, such as living organisms, cells, or tissues, in a 3D environment. Its modular design ensures easy integration into existing setups, allowing advanced light sheet microscopy with minimal adjustments. + +Compact Light Sheet Design: Based on the openSPIM configuration, this setup minimizes complexity while maintaining high performance. The entire assembly fits on a baseplate measuring only 25×20 cm. +Automated Volume Imaging: Use the micrometer XYZ stage to move samples in all directions, enabling 3D imaging and volumetric scans. +Light Sheet Generation: Collimate a single-mode, fiber-coupled 488nm laser and focus it into the back focal plane of a cylindrical lens. The astigmatism of the lens creates the light sheet, which illuminates the sample chamber. +Orthogonal Fluorescence Detection: Perpendicular to the light sheet, the fluorescence imaging system uses an infinite-corrected objective, emission filter, tube lens, and monochrome camera to capture high-quality images. +Software Integration: Controlled via the ImSwitch software and a streamlined UC2-eSP firmware, the system supports automated data acquisition and light sheet alignment. + + +Explore Light Sheet Imaging Today + +With the openUC2 LightSheet Add-On, bring advanced light sheet microscopy to your lab with an open-source, fully customizable approach. Expand your microscopy horizons with ease and precision. + +Learn More + +999.00 € VAT Excluded +1 + + +Self Created | Self Produced +Terms and Conditions +Shipping: on stock, within 2 weeks! + + + + + +Three dimensional microscopy +The light sheet technology enables fast, gentle, and high-contrast imaging of biological samples by illuminating only a thin slice of the specimen. By systematically shifting the sample in x, y, and z directions and stacking the resulting images, you can reconstruct detailed three-dimensional visualizations of microscopic structures. + + + + + + +Useful Links +Home +About us +Products +Privacy Conditions +Terms & Conditions +Contact us +Cancellation policy +Imprint +About us +We are a team of passionate people whose goal is to improve everyone's life through disruptive products. We build great products to solve your business problems. + +Our products are designed for small to medium size companies willing to optimize their performance. + +Connect with us +hello@openuc2.com +Contact us + + + + +Copyright © 2022 - 2026 OpenUC2 GmbH. All Rights reserved. +Cookie Policy + +Powered by Odoo - The #1 Open Source eCommerce diff --git a/docs/usage/disc/boxes/qbox.md b/docs/usage/disc/boxes/qbox.md new file mode 100644 index 000000000..e234a5111 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/boxes/qbox.md @@ -0,0 +1,127 @@ +openUC2 GmbH +Search... +All Products +Discovery | Qbox +Discovery | Qbox +Discovery | Qbox +Discovery | QBox +ODMR_SETUP_17-615470abad083f3c3c21519cf9246eab.webp +ODMR_SETUP_2-91110bf904a716f64346491483e6c357.webp +Discovery | Qbox +openUC2 QBox - Quantum & Interference + +Discover Quantum Optics Hands-On + +The QBox is an expandable experimental kit from openUC2's DISCOVERY Line, specially designed for teaching quantum optics concepts. Based on the proven UC2 modular system, it combines optical precision, modular mechanics and digital control via a pre-installed ESP32S3 module. The QBox enables students and researchers to independently carry out challenging experiments ranging from classical interferometry to quantum technology such as the ODMR experiment. + +More information about the documentation can be found here: https://docs.openuc2.com/usage/disc/qbox/ + +Included Components +Cube Modules + +2x 45°/90° kinetic mirror +1x 45°/90° mirror +1x 16mm lens +1x 28mm lens +1x dichroic mirror holder +4x rotating polarization filters +1x laser module cube (520nm) +2x polarization beam splitter +1x Magnet +Additional Accessories + +10x Puzzle Baseplates +1x solid Baseplate 4x5 cubes +1x XYZ-stage (for adjusting the diamond) +1x ESP32S3 module +1x Single Slid +1x Double Slid +1x M3 Screw driver +1x Lens Cloth + + +What You'll Learn +Understanding of interferometric principles +Setting up basic quantum optical experiments + Introduction to modern concepts such as ODMR and BB84 +Application of digitally controlled optics in education and research + + +Possible Experiments +Michelson interferometer +Mach-Zehnder interferometer +Quantum eraser +Double-slit and lattice experiments +Polarization experiments +BB84 - Quantum cryptography +ODMR - Optically Detected Magnetic Resonance + + +Technical Highlights +ESP32-S3 with UC2 firmware on control board for microwave generation and optical detection: WLAN-capable, with digital control (e.g. piezo, LED) +Board with 3 microdiamonds and SMA connector for microwave +Compatible with CoreBox - fits into existing analog and digital systems +Expandable with additional UC2 modules such as motorized linear slides, LED matrices, camera holder +Get Started with Quantum Optics Today + +Take your first steps into the world of light and lenses with the openUC2 QBox. It's not just a kit—it's a gateway to innovation and discovery. + + + +Laser Module Shipping Policy +We do not offer shipping to switzerland due to national laser safety regulation! + +Customers are responsible for ensuring compliance with all local laws and import regulations in their destination country. We are not liable for any shipment refusals, seizures, or legal consequences resulting from non-compliant imports. + +Learn More + +1,499.00 € VAT Excluded +1 +We're thrilled to see your interest in our Discovery | Core box! This product is currently out of stock. But don't worry, we're crafting more! Every single one of our boxes is manually produced with meticulous care and attention to detail, ensuring a unique and quality product for our customers. As such, the production process can take up to a month. + +We understand the wait can be a bit lengthy, but we promise it's worth it! :) + +Terms and Conditions +Shipping: on stock, within 2 weeks! + + + + + +Why Choose the openUC2 QuantumBox? +Fully modular and easy-to-use components +Open-source design with detailed online documentation +Enables easy access to the topic of quantum optics +Perfect for workshops, classrooms, and personal projects +more than 12 Experiments in one Box for demonstrating the fascinating wave-particle duality of light + + + + + + +Useful Links +Home +About us +Products +Privacy Conditions +Terms & Conditions +Contact us +Cancellation policy +Imprint +About us +We are a team of passionate people whose goal is to improve everyone's life through disruptive products. We build great products to solve your business problems. + +Our products are designed for small to medium size companies willing to optimize their performance. + +Connect with us +hello@openuc2.com +Contact us + + + + +Copyright © 2022 - 2026 OpenUC2 GmbH. All Rights reserved. +Cookie Policy + +Powered by Odoo - The #1 Open Source eCommerce diff --git a/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/README.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/README.md new file mode 100644 index 000000000..3cf373dbe --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/README.md @@ -0,0 +1,19 @@ +--- +title: CoreBox (Archive) +--- + +# CoreBox — archived documentation + +:::caution This is the old CoreBox documentation +It has been superseded by the new [CoreBox for Schools](../index.md) pages +(DiĂĄtaxis structure: tutorials, how-to guides, explanations, reference). The pages +below are kept for reference and for existing links; they are no longer maintained. +::: + +The Discovery Core Box is the foundation of the UC2 Discovery Series, perfect for classrooms, workshops, and self-learners exploring the basic principles of optics. + +The previous usage documentation: + +- [English](./en/README.md) +- [Italiano](./it/01_core_intro.md) +- [PDF manual (English)](../Manual_Corebox_EN.pdf) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/_category_.yml b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/_category_.yml new file mode 100644 index 000000000..4b24c08ea --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/_category_.yml @@ -0,0 +1,2 @@ +label: Archive (old CoreBox docs) +position: 12 diff --git a/docs/usage/disc/corebox/en/01_core_intro.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/01_core_intro.md similarity index 95% rename from docs/usage/disc/corebox/en/01_core_intro.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/01_core_intro.md index 4d1dcbb9f..588b5f0b5 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/en/01_core_intro.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/01_core_intro.md @@ -3,7 +3,7 @@ title: UC2 coreBOX (english) --- :::tip -We have compiled this document into a ***PDF*** which can be downloaded [here](../Manual_Corebox_EN.pdf) +We have compiled this document into a ***PDF*** which can be downloaded [here](../../Manual_Corebox_EN.pdf) ::: # CoreBOX @@ -12,7 +12,7 @@ We have compiled this document into a ***PDF*** which can be downloaded [here](. **2. Experiment Deepdive** -![](../IMAGES/coreBOX.jpg) +![](../../IMAGES/coreBOX.jpg) ## Introduction @@ -48,7 +48,7 @@ This is very simple and does not have a real setup at all. Students take out one #### GOAL: In this experiment students see, how a lens magnifies what they look at. -![](../IMAGES/lens.jpg) +![](../../IMAGES/lens.jpg) More details can be found here: [Lens-Wiki](https://docs.openuc2.com/docs/Toolboxes/DiscoveryCore/ENGLISH/CoreLens/) @@ -75,7 +75,7 @@ Now we need two more lenses, but still there is no assembly needed.The student c Students should realise how the different focal lengths impact what they see through the lens. This understanding is the base to understand how the distance between different lenses affects the setups we will build later. -![](../IMAGES/lens2.jpg) +![](../../IMAGES/lens2.jpg) More details can be found here: [Lens-Wiki](https://docs.openuc2.com/docs/Toolboxes/DiscoveryCore/ENGLISH/CoreLens/) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/en/02_core_lens.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/02_core_lens.md similarity index 93% rename from docs/usage/disc/corebox/en/02_core_lens.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/02_core_lens.md index 38af4917f..d7b1a6204 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/en/02_core_lens.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/02_core_lens.md @@ -10,7 +10,7 @@ The **focal length** of a lens corresponds to the distance from the lens to the ### Converging (positive) and diverging (negative) lenses -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/12.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/12.png) Converging lenses refract the rays of light traveling parallel to the optical axis at a point called the focal point. @@ -45,7 +45,7 @@ Did the answers raise any more questions? Then drive to find out exactly how len Now take the lentil cubes. With the right lens, try to decipher the focal length information in the cubes shown. Move the lens over the writing until it is the same size as the "UC2" text. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/13.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/13.png)
@@ -61,7 +61,7 @@ What happens if you use a lens with the wrong focal length? ## Image of an object through a positive lens -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/14.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/14.png) Let's take the converging lens as an example. We start with an object (green arrow) and see what happens to the rays that start from the top. There are infinitely many rays in all directions, but for drawing the figure the following three rays will suffice: @@ -79,7 +79,7 @@ The image is formed where all the rays intersect. The principle is used for all In the case of the negative lens, we use the same method to image the ray path. Unlike the case of the converging lens, the image is always reduced and virtual. Magnification depends on the position of the object in front of the lens. Unlike the converging lens, the image is created on the object side and is therefore called a virtual image. You can see it directly with your eyes but not project it onto a screen. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/15.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/15.png)
The way a lens creates an image is predictable by knowing the focal length of that lens. Therefore, a certain distance must be maintained so that you can see the writing with the specified lens on the previous sheet. @@ -102,7 +102,7 @@ seen pictures. Take the UC2 lens cube with focal length f=40mm and use it as a magnifying glass. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/16.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/16.png)
Can you read the small letters through the converging lens? What is written there? @@ -128,7 +128,7 @@ A lens in action can be found here: With the converging lenses, the image and the magnification depend on the position of the object. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/17.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/17.png) If the distance between the object and the lens is more than twice the focal length of the lens, then the image is... - Vice versa @@ -172,7 +172,7 @@ If the distance between the object and the lens is less than the focal length of - Magnified - Virtual -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/18.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/18.png)
The magnifying glass is the simplest of all optical devices, since it consists only of a simple converging lens with a suitable focal length. Why does the cube with the 50 𝑚𝑚 enlarge the small text? If the object is in front of the focal length of the lens - i.e. less than 50 𝑚𝑚 in front of the lens - the lens creates a virtual image which is behind the actual object. The eye perceives it enlarged. Check out the diagram above. @@ -182,7 +182,7 @@ Calculate the magnification of the magnifying glass using the following formula: -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_7.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_7.png) @@ -197,7 +197,7 @@ Calculate the magnification of the magnifying glass using the following formula: Take the UC2 lens cube with focal length 𝑓 =40 𝑚𝑚 and place it behind the sample holder cube. The distance between the object and the lens (i.e. the object distance g) should be approx. 50 mm. If you now illuminate the object with the flashlight, you will see it sharply at a distance of approx. 200 mm on the wall. A cinema projector has a film strip instead of the object and of course a much stronger light source. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/19.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/19.png)
Use a flashlight (e.g. from your cell phone) as a light source and hold it in front of the object @@ -217,30 +217,30 @@ Slide the lens back and forth in the cube and see when the image is in focus. Fi ## How does a cinema projector work? -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/20.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/20.png) ### Where is the picture? When an object is imaged through a converging lens, the position and size of the image depend on the distance (g) of the object to the lens and its focal length (f). The lens equation describes the relationship between image distance (b) and object distance (g): -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_10.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_10.png) ### How big is the picture? The magnification of the object on the screen can easily be calculated using the following formula: -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_11.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_11.png) ## How the projector works -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_9.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_9.png) Check if your observation agrees with the calculation -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_12.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_12.png) Calculate the magnification of the projector for the different values of g and b. -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_13.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_13.png)
@@ -271,4 +271,4 @@ The position of the image and its magnification depend on the position and size 2. Modify the distance between the lens and the screen. 3. Carefully observe and record the position at which the light source forms a clear image on the surface of the screen. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image3.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image3.png) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/en/03_core_telescope.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/03_core_telescope.md similarity index 80% rename from docs/usage/disc/corebox/en/03_core_telescope.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/03_core_telescope.md index ed47fe52c..ff97e13b0 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/en/03_core_telescope.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/03_core_telescope.md @@ -13,7 +13,7 @@ How is the image oriented?

-![](../IMAGES/MINIBOXNEW/22.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/22.png)
@@ -29,7 +29,7 @@ A telescope is an optical instrument that makes distant objects appear many time The lens on the object side is called the objective lens. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/23.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/23.png) The lens facing the eye is called the eyepiece. The Galileo telescope is also used in opera glasses. @@ -41,11 +41,11 @@ The Galileo telescope is also used in opera glasses. What is the magnification of this Galileo telescope? -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/24.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/24.png) Formula for calculating magnification -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_19.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_19.png) @@ -64,39 +64,39 @@ The field of view is small. ## Tutorial: Galileo's telescope -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image5.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image5.gif) ### Materials needed: - Four base plates - 100 mm positive lens (in cube) - -50 mm negative lens (in cube) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image125.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image125.png) ### Diagram (side view): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image4.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image4.png) ### Instructions for assembling Galileo's telescope: **Step 1: Place the base plates on top** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image19.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image19.png) Place one base plate on top of each lens cube. **Step 2: Place the base plates on the bottom** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image52.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image52.png) Place one base plate on the bottom of each lens cube. **Step 3: Assemble the cubes** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image18.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image18.png) Assemble the two cubes in such a way that the distance between the lenses' surfaces is the longest. **Step 4: Adjust the lenses' distance** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image93.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image93.png) Adjust distance between negative and positive lens to the maximum possible. **Step 5: Use the telescope!** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image117.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image117.png) Search for an object to the distance and use Galileo's telescope to look at it. @@ -105,7 +105,7 @@ Search for an object to the distance and use Galileo's telescope to look at it. Set the lenses in the correct positions as shown in the diagram. Then look through the telescope into the distance. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/25.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/25.png)
What does the picture look like? @@ -116,11 +116,11 @@ How is the image oriented? As you look through the telescope, vary the distances between the components to see such a sharp image!

-![](../IMAGES/MINIBOXNEW/26.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/26.png) ## This is a Kepler telescope -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/27.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/27.png) This type of telescope is often used in astronomy. @@ -128,11 +128,11 @@ This type of telescope is often used in astronomy. What is the magnification of this Kepler telescope? -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/28.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/28.png) Formula for calculating magnification -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_23.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_23.png) This telescope can achieve a higher magnification than the Galilean telescope. But it creates the opposite picture. However, this is not a problem for observing the stars. @@ -150,7 +150,7 @@ larger than with the Galileo telescope. ## Tutorial: Kepler's Telescope -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image75.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image75.gif) ### Materials needed: - Eight base plates @@ -158,10 +158,10 @@ larger than with the Galileo telescope. - 50 mm positive lens (in cube) - Two empty cubes -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image127.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image127.png) ### Diagram (side view): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image22.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image22.png) ### Instructions for assembling Kepler's telescope: @@ -169,25 +169,25 @@ larger than with the Galileo telescope. Align the cubes such that the two lenses lay at the extremes and the two empty cubes in the middle. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image13.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image13.png) **Step 2: Fix the cubes with base plates** Fix the cubes with the base plates placing them on top and on the bottom. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image76.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image76.png) **Step 3: Adjust the distance** Adjust the distance between the lenses as shown in the image. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image59.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image59.png) **Step 4: Use Kepler's telescope** Look for an object to the distance and use Kepler's telescope to look at it. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image110.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image110.png) ## What is a spotting scope? @@ -196,11 +196,11 @@ Look for an object to the distance and use Kepler's telescope to look at it. The spotting scope is long, so the scheme is not the same size. Set the lenses in the correct positions as shown in the diagram and look into the distance through the telescope. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/29.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/29.png) which results into -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/30.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/30.png)
@@ -219,7 +219,7 @@ As you look through the telescope, adjust the distances between the components t The magnification is like that of the Kepler telescope. The erecting lens only changes the orientation (the image is reversed), not the magnification. -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_27.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_27.png) An upright image is necessary for terrestrial observations. True terrestrial telescopes use prism systems to rotate the image and keep it compact. diff --git a/docs/usage/disc/corebox/en/04_core_microscope.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/04_core_microscope.md similarity index 84% rename from docs/usage/disc/corebox/en/04_core_microscope.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/04_core_microscope.md index 1c8ec8266..53b64a53b 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/en/04_core_microscope.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/04_core_microscope.md @@ -11,7 +11,7 @@ What happens when you turn the Kepler telescope upside down? Place the object about 40mm in front of the lens and find the image about 100mm behind the tube lens (using a paper or the wall as a screen) as shown in the diagram. Move the lenses to get a sharp image. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/31.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/31.png)
Place the object with the lens on the paper as one unit. Place the tube lens at a distance of 100mm from your screen (paper, wall). Change the distance between the lenses - does the image change? @@ -26,7 +26,7 @@ A microscope is a device that allows objects to be viewed or imaged at high magn The image is called an **intermediate image** because it is often further enlarged with an eyepiece. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/32.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/32.png) The object is roughly in the object-side focal plane of the lens. Thus, all incident rays are converted into a parallel bundle of rays behind the lens. The lens has a short focal length. @@ -44,11 +44,11 @@ The image in the plane of the intermediate image is reversed, flipped, enlarged What is the magnification of the image? -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/33.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/33.png) Magnification of the image -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_31.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_31.png)
The lenses of the Kepler telescope can also be used for a microscope, but in a different order. @@ -65,10 +65,10 @@ As long as the object is in the focal plane of the lens and the screen is in the - Torch lamp - Sample holder (in cube) with sample -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image120.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image120.png) ### Diagram (side view): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image20.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image20.png) ### Instructions for assembling the Light Microscope with Infinity Optics: @@ -76,26 +76,26 @@ As long as the object is in the focal plane of the lens and the screen is in the Add the sample cube behind to the 50 mm positive lens. Don’t forget to add the base plates. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image24.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image24.png) **Step 2: Fix the cubes with base plates** Use the torch to illuminate the sample. Look for a screen (notebook, piece of paper) to project the image onto. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image6.png) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image7.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image6.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image7.png) **Step 3: Adjust the distance** Turn off ambient light to see the image on the screen clearly. Adjust the distance between the microscope and the screen until you see a sharp focused image (check the diagram). -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image87.png) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image33.png) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/Microscope_infinity_optics.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image87.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image33.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/Microscope_infinity_optics.gif) ## "Infinity optics" microscope with eyepiece -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/34.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/34.png)
@@ -120,7 +120,7 @@ A quick intro into mirrors and its applications can be found here: Newer microscopes are equipped with so-called "infinity optics". In this case, the lens does not produce a real intermediate image. The light exits the lens as infinite parallel rays. At the end of the "infinite" tube is a tube lens. This creates an intermediate image, which is then enlarged again through the eyepiece. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/35.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/35.png) The image behind the eyepiece is reversed, reversed, enlarged and virtual. The virtual image can be seen with the eye. @@ -138,19 +138,19 @@ A filter can be used to change the brightness and color of the image. What is the magnification after the eyepiece? -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/36.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/36.png) overall magnification -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_37.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_37.png)
An eyepiece is actually just a lens that enlarges the intermediate image. It maps the virtual image in such a way that you can see it with your eyes.

-![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_38.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_38.png)
With the mirror you can not only see yourself, but also reflect the incoming light in any direction. So you can fold the optical path and make it more comfortable to work with. The mirror doesn't affect the magnification, but it does rotate the image in one direction. @@ -168,11 +168,11 @@ With the mirror you can not only see yourself, but also reflect the incoming lig - Empty cube - Eyepiece (in cube) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image126.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image126.png) ### Diagram (side view): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image64.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image64.png) ### Instructions for assembling the Light Microscope with Infinity Optics and Eyepiece: @@ -181,26 +181,26 @@ With the mirror you can not only see yourself, but also reflect the incoming lig Add the sample-holder cube in the Kepler's telescope next to the 50 mm converging lens. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image12.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image12.png) **Step 2: Assemble next to the 100 mm lens** Next to the 100 mm converging lens, assemble one empty cube and the mirror cube next to it. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image45.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image45.png) **Step 3: Place the eyepiece** Place the eyepiece on top of the mirror cube with the right orientation. Illuminate the sample from a considerable distance. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image70.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image70.png) **Step 5: Adjust for a sharp image** Look through the eyepiece. Adjust the lenses distance until you see a focused sharp image. Note: If you don’t see the specimen try to adjust the slide’s position carefully until you see the specimen. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image81.png) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image31.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image81.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image31.png) ## Light microscope with "finite optics" @@ -211,7 +211,7 @@ Place the dice in the positions shown in the diagram below and look through the Build the microscope like a sandwich by adding a second layer using a base plate. Look through the eyepiece from above.

-![](../IMAGES/MINIBOXNEW/37.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/37.png)
Do you see the image through the eyepiece as before? Can you find the real intermediate image with a piece of paper? @@ -224,7 +224,7 @@ Turn the small gear on the lens holder. This is how you move or focus the lens. ## Tutorial: Light Microscope with Finite Optics and Eyepiece -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image48.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image48.gif) ### Materials needed: @@ -236,11 +236,11 @@ Turn the small gear on the lens holder. This is how you move or focus the lens. - Three empty cubes - Eyepiece (in cube) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image139.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image139.jpg) ### Diagram (side view): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image2.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image2.png) ## Instructions for assembling the Light Microscope with Finite Optics: @@ -248,61 +248,61 @@ Turn the small gear on the lens holder. This is how you move or focus the lens. Connect the base plates in the following way. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image139.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image139.jpg) **Step 2: Place the sample** Place the sample on the leftmost plate. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image105.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image105.jpg) **Step 3: Build and place the cubes** Build a cube with the microscope objective inside and place both microscope objective and gear cubes in the next two base plates. Include all additional images as shown. **Sub Step 1:** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image58.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image58.jpg) **Sub Step 2:** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image63.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image63.jpg) **Sub Step 3:** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image86.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image86.jpg) **Step 4: Reflect the light** Place two empty cubes and the cube with the mirror at the last base plate such that it reflects the light coming from the sample upwards. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image128.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image128.jpg) **Step 5: Secure the cubes** Place the base plates on top of the cubes to fix them tightly. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image62.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image62.jpg) **Step 6: Attach the eyepiece** Place the eyepiece on top of the mirror cube. Mind the right orientation of the eyepiece. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image69.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image69.jpg) **Step 7: Illuminate the sample** Fix the lamp with a base and illuminate the sample from a considerable distance. Look through the eyepiece and adjust the microscope distance using the gear until you see a focused image of the specimen. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/Finite_Optics_result.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/Finite_Optics_result.png) ## "Finite optics" versus "infinite optics" -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/38.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/38.png) Lenses from older or smaller microscopes are usually what's called *finite* lenses. They behave like a lens with an extremely short focal length and create an intermediate image behind the lens at a distance defined by the tube length. This length is printed on the lens and corresponds to 160 mm in our case. A real intermediate image is formed there, which is then magnified by the eyepiece. Microscopes can focus on the object by moving either the object or the lens. Here, we move the lens using a simple mechanism. The rotation of the gear results in displacement of the objective lens. For larger adjustments, you can also move the lens along the rail. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/38.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/38.png)

@@ -318,20 +318,20 @@ And what is the magnification after the eyepiece? **Objective magnification** -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_44.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_44.png) As printed **Eyepiece magnification** -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_45.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_45.png) **Total magnification** -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_46.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_46.png)
The image is larger than with the infinite optics microscope. The objective magnification here is 4×. If you calculated the magnification with the previous microscope, this won’t surprise you.

-![](../IMAGES/MINIBOXNEW/40.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/40.png)
The intermediate image is now formed solely by the objective lens and is located 160 mm behind it. We’ll find out why in the next step. @@ -340,7 +340,7 @@ The intermediate image is now formed solely by the objective lens and is located ## Objective and eyepiece -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/41.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/41.png)

@@ -351,11 +351,11 @@ The intermediate image is now formed solely by the objective lens and is located A lens is an optical system that creates an enlarged image of an object. The different numbers printed on the lens have different meanings: -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/42.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/42.png) The 4× lens contains just a single lens element. Lenses with higher magnification are full lens systems. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/43.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/43.png)
The lens is also a converging lens with a short focal length. The 4× lens has a focal length of f = 32 mm. When used as a magnifying glass, it provides higher magnification than the 40 mm lens. The field of view is sharp but small. @@ -372,7 +372,7 @@ Its focal length is: **What is the magnification of the Ramsden eyepiece?** -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/45.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/45.png)
Every eyepiece has what’s called a Ramsden disk, which is the smallest diameter of the light beam exiting the microscope through the eyepiece. @@ -383,4 +383,4 @@ The field of view is wider, and the image appears clearer with the Ramsden eyepi Every eyepiece has a so-called Ramsden disk, which is the smallest diameter of the exiting light beam.

-![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_51.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_51.png) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/en/05_smartphone_microscope.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/05_smartphone_microscope.md similarity index 82% rename from docs/usage/disc/corebox/en/05_smartphone_microscope.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/05_smartphone_microscope.md index 15ae9604d..990e49e1a 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/en/05_smartphone_microscope.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/05_smartphone_microscope.md @@ -7,7 +7,7 @@ title: openUC2 Smartphone Microscope with a finite corrected objective lens Build the smartphone microscope as shown. Use any two cubes here to safely place the smartphone. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/46.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/46.png)
@@ -23,8 +23,8 @@ Replace the Ramsden eyepiece with the 40mm lens. What is better for the eye and ## Tutorial: Smartphone Microscope -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image1.png) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image28.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image1.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image28.gif) ### Materials needed: @@ -39,11 +39,11 @@ Replace the Ramsden eyepiece with the 40mm lens. What is better for the eye and - Torch lamp - 50 mm lens (in cube) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image38.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image38.jpg) ### Diagram (Side view): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image98.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image98.png) ## Instructions for assembling the Smartphone Microscope: @@ -63,51 +63,51 @@ This video shows you how to build the UC2 smartphone microscope as also indicate **Step 1: Build a four-base plate line** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image49.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image49.jpg) **Step 2: Assemble the components** Place the Microscope objective mount on one extreme followed by the two mirrors facing each other and one empty cube in the other extreme. Fix them with base plates. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image103.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image103.jpg) **Step 3: Adjust the objective** Build one cube with the microscope objective inside. Adjust the objective's height if necessary by using the gear. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image68.jpg) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image100.jpg) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image34.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image68.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image100.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image34.jpg) **Step 4: Place the eyepiece** Place the eyepiece next to the microscope objective and one empty cube next to it. Mind the right orientation of the eyepiece. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image90.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image90.png) **Step 5: Align the smartphone base** Place the smartphone base with the hole aligned with the eyepiece. Note: You can adjust the orientation of the smartphone base to adapt your smartphone's size. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image95.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image95.png) **Step 6: Set up the sample holder** Place the sample holder cube on top of the microscope objective. Mind the distance between them. You can adjust the coarse distance by sliding the sample holder inside the cube and the finer distance by using the gear. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image46.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image46.jpg) **Step 7: Add the converging lens and lamp** Place a converging lens cube on top of the sample holder cube and place the torch lamp on top. Place the smartphone aligned to the eyepiece. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image1.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image1.png) **Step 8: Adjust for clarity** Try to move the smartphone such that the whole eyepiece circle appears illuminated. Then, turn the gear to focus and get a sharp image of the specimen. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image83.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image83.gif) @@ -118,12 +118,12 @@ The smartphone camera has a lens with a very short focal length because it has t The eye can see objects from both a distance and near. This property is called accommodation. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/47.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/47.png) The smartphone camera can also do this, but it is called autofocus. It describes the ability to sharply image objects at different distances on the sensor. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/48.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/48.png) The image from the eyepiece comes in parallel rays, as if coming from infinity. You observed with a relaxed eye (looking into the distance) or with a camera focused at infinity. @@ -135,4 +135,4 @@ The image from the eyepiece comes in parallel rays, as if coming from infinity. ## Calculation results -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_55.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_55.png) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/en/06_troubleshoot.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/06_troubleshoot.md similarity index 70% rename from docs/usage/disc/corebox/en/06_troubleshoot.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/06_troubleshoot.md index ef9bea34f..9233edb5a 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/en/06_troubleshoot.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/06_troubleshoot.md @@ -10,34 +10,34 @@ title: Troubleshoot smartphone microscope It may happen that the imaging result doesn't look as good as it could look like. For this we provide a series of explanations to correct for this Overall, with the updated components, the setup should look like something like this: -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_11.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_11.jpeg) ## Perfect Imaging Condition -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_10.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_10.jpeg) ## Wrong Flashlight Mode -![](../IMAGES/flashlightmodes.png) -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_9.jpeg) +![](../../IMAGES/flashlightmodes.png) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_9.jpeg) - the flashlight has a funky feature to do morse code, this is not helpful, press the button a couple of times to see the brightes light of all different modes - The stripes you see is the beating of the pwm controlled intensity and the rolling shutter of the camera ## Flashlight too much focussed -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_8.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_8.jpeg) - The front lens of the flashlight can be focussed - move it to see a more-less homogeneous illuminated sample - this is koehler condition when the led is in focus of the condenser that you move ## Flashlight too bright -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_7.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_7.jpeg) - use a diffuser or older batteries ## Distance between Smartphone and Eyepiece too large -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_6.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_6.jpeg) -![](../IMAGES/distancematch.png) +![](../../IMAGES/distancematch.png) - ensure the distance between phone and eyepiece matches - the Exit pupil of the eyepiece has to match entrance pupil of the phone @@ -46,24 +46,24 @@ Overall, with the updated components, the setup should look like something like ## Oblique Angle between Flashlight and Sample (kinda darkfield) -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_5.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_5.jpeg) -![](../IMAGES/obliquelight.png) +![](../../IMAGES/obliquelight.png) - when moving the light-source you will see effects such as shadows or reliefs. This is due to the WOTF ## Ok Imaging with diffuser between flashlight and sample -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_4.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_4.jpeg) - incoherent imaging reduces the contrast but gives nice homogeneous illumination ## Overexposed but good imaging (koehler illumination) -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_3.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_3.jpeg) ## Oblique Illuimation (Darkfield) -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_2.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_2.jpeg) - very opblique illumination, no direct light hits the camera sensor diff --git a/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/07_Showcase.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/07_Showcase.md new file mode 100644 index 000000000..219703824 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/07_Showcase.md @@ -0,0 +1,22 @@ +--- +id: Showcasing Smartphone Microscope Images +title: Showcasing Smartphone Microscope Images +--- + + +![](../../IMAGES/showcase/Sample_1.jpg) + + + + + + + + +![](../../IMAGES/showcase/Scale_4x_div0.1.jpg) + +![](../../IMAGES/showcase/Scale_10x_div0.1.jpg) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/en/README.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/README.md similarity index 100% rename from docs/usage/disc/corebox/en/README.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/README.md diff --git a/docs/usage/disc/corebox/en/image.png b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/image.png similarity index 100% rename from docs/usage/disc/corebox/en/image.png rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/en/image.png diff --git a/docs/usage/disc/corebox/it/01_core_intro.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/01_core_intro.md similarity index 95% rename from docs/usage/disc/corebox/it/01_core_intro.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/01_core_intro.md index 8f9b9ce7c..ce225aba5 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/it/01_core_intro.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/01_core_intro.md @@ -3,7 +3,7 @@ title: UC2 coreBOX (italiano) --- :::tip -Abbiamo compilato questo documento in un ***PDF*** che puĂČ essere scaricato [qui](../Manual_Corebox_EN.pdf) +Abbiamo compilato questo documento in un ***PDF*** che puĂČ essere scaricato [qui](../../Manual_Corebox_EN.pdf) ::: # CoreBOX @@ -12,7 +12,7 @@ Abbiamo compilato questo documento in un ***PDF*** che puĂČ essere scaricato [qu **2. Approfondimento degli Esperimenti** -![](../IMAGES/coreBOX.jpg) +![](../../IMAGES/coreBOX.jpg) ## Introduzione @@ -48,7 +48,7 @@ Questo Ăš molto semplice e non ha una vera configurazione. Gli studenti prendono #### OBIETTIVO: In questo esperimento gli studenti vedono come una lente ingrandisce quello che guardano. -![](../IMAGES/lens.jpg) +![](../../IMAGES/lens.jpg) Maggiori dettagli possono essere trovati qui: [Lens-Wiki](https://docs.openuc2.com/docs/Toolboxes/DiscoveryCore/ENGLISH/CoreLens/) @@ -75,7 +75,7 @@ Ora abbiamo bisogno di altre due lenti, ma ancora non Ăš necessario alcun assemb Gli studenti dovrebbero rendersi conto di come le diverse lunghezze focali influiscono su quello che vedono attraverso la lente. Questa comprensione Ăš la base per capire come la distanza tra diverse lenti influisce sulle configurazioni che costruiremo piĂč tardi. -![](../IMAGES/lens2.jpg) +![](../../IMAGES/lens2.jpg) Maggiori dettagli possono essere trovati qui: [Lens-Wiki](https://docs.openuc2.com/docs/Toolboxes/DiscoveryCore/ENGLISH/CoreLens/) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/it/02_core_lens.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/02_core_lens.md similarity index 94% rename from docs/usage/disc/corebox/it/02_core_lens.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/02_core_lens.md index c62e011b3..eb91040f3 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/it/02_core_lens.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/02_core_lens.md @@ -10,7 +10,7 @@ La **lunghezza focale** di una lente corrisponde alla distanza dalla lente al pi ### Lenti convergenti (positive) e divergenti (negative) -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/12.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/12.png) Le lenti convergenti rifrangono i raggi di luce che viaggiano paralleli all'asse ottico in un punto chiamato punto focale. @@ -45,7 +45,7 @@ Le risposte hanno sollevato altre domande? Allora indaga per scoprire esattament Ora prendi i cubi delle lenti. Con la lente giusta, prova a decifrare le informazioni della lunghezza focale nei cubi mostrati. Muovi la lente sulla scrittura finchĂ© non Ăš della stessa dimensione del testo "UC2". -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/13.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/13.png)
@@ -61,7 +61,7 @@ Cosa succede se usi una lente con la lunghezza focale sbagliata? ## Immagine di un oggetto attraverso una lente positiva -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/14.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/14.png) Prendiamo la lente convergente come esempio. Iniziamo con un oggetto (freccia verde) e vediamo cosa succede ai raggi che partono dalla cima. Ci sono infiniti raggi in tutte le direzioni, ma per disegnare la figura i seguenti tre raggi saranno sufficienti: @@ -79,7 +79,7 @@ L'immagine si forma dove tutti i raggi si intersecano. Il principio Ăš usato per Nel caso della lente negativa, usiamo lo stesso metodo per immaginare il percorso del raggio. A differenza del caso della lente convergente, l'immagine Ăš sempre ridotta e virtuale. L'ingrandimento dipende dalla posizione dell'oggetto davanti alla lente. A differenza della lente convergente, l'immagine viene creata sul lato oggetto ed Ăš quindi chiamata immagine virtuale. Puoi vederla direttamente con i tuoi occhi ma non proiettarla su uno schermo. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/15.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/15.png)
Il modo in cui una lente crea un'immagine Ăš prevedibile conoscendo la lunghezza focale di quella lente. Pertanto, una certa distanza deve essere mantenuta in modo che tu possa vedere la scrittura con la lente specificata nel foglio precedente. @@ -101,7 +101,7 @@ Con la lente divergente (f = -50 mm) vedi sempre un'immagine virtuale ridotta. U Prendi il cubo lente UC2 con lunghezza focale f=40mm e usalo come lente d'ingrandimento. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/16.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/16.png)
Riesci a leggere le piccole lettere attraverso la lente convergente? Cosa c'Ăš scritto? @@ -127,7 +127,7 @@ Una lente in azione puĂČ essere trovata qui: Con le lenti convergenti, l'immagine e l'ingrandimento dipendono dalla posizione dell'oggetto. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/17.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/17.png) Se la distanza tra l'oggetto e la lente Ăš piĂč di due volte la lunghezza focale della lente, allora l'immagine Ăš... - Invertita @@ -171,7 +171,7 @@ Se la distanza tra l'oggetto e la lente Ăš inferiore alla lunghezza focale della - Ingrandita - Virtuale -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/18.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/18.png)
La lente d'ingrandimento Ăš la piĂč semplice di tutti i dispositivi ottici, poichĂ© consiste solo di una semplice lente convergente con una lunghezza focale adatta. PerchĂ© il cubo con i 50 𝑚𝑚 ingrandisce il piccolo testo? Se l'oggetto Ăš davanti alla lunghezza focale della lente - cioĂš meno di 50 𝑚𝑚 davanti alla lente - la lente crea un'immagine virtuale che Ăš dietro l'oggetto reale. L'occhio la percepisce ingrandita. Guarda il diagramma sopra. @@ -181,7 +181,7 @@ Calcola l'ingrandimento della lente d'ingrandimento usando la seguente formula: -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_7.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_7.png) @@ -196,7 +196,7 @@ Calcola l'ingrandimento della lente d'ingrandimento usando la seguente formula: Prendi il cubo lente UC2 con lunghezza focale 𝑒 =40 𝑚𝑚 e posizionalo dietro il cubo portacampioni. La distanza tra l'oggetto e la lente (cioĂš la distanza dell'oggetto g) dovrebbe essere di circa 50 mm. Se ora illumini l'oggetto con la torcia, lo vedrai nitidamente a una distanza di circa 200 mm sul muro. Un proiettore cinematografico ha una pellicola invece dell'oggetto e ovviamente una sorgente luminosa molto piĂč forte. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/19.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/19.png)
Usa una torcia (ad es. dal tuo cellulare) come sorgente luminosa e tienila davanti all'oggetto @@ -216,30 +216,30 @@ Fai scorrere la lente avanti e indietro nel cubo e vedi quando l'immagine Ăš a f ## Come funziona un proiettore cinematografico? -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/20.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/20.png) ### Dov'Ăš l'immagine? Quando un oggetto viene immaginato attraverso una lente convergente, la posizione e la dimensione dell'immagine dipendono dalla distanza (g) dell'oggetto dalla lente e dalla sua lunghezza focale (f). L'equazione della lente descrive la relazione tra distanza dell'immagine (b) e distanza dell'oggetto (g): -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_10.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_10.png) ### Quanto Ăš grande l'immagine? L'ingrandimento dell'oggetto sullo schermo puĂČ essere facilmente calcolato usando la seguente formula: -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_11.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_11.png) ## Come funziona il proiettore -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_9.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_9.png) Controlla se la tua osservazione Ăš d'accordo con il calcolo -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_12.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_12.png) Calcola l'ingrandimento del proiettore per i diversi valori di g e b. -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_13.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_13.png)
@@ -270,4 +270,4 @@ La posizione dell'immagine e il suo ingrandimento dipendono dalla posizione e di 2. Modifica la distanza tra la lente e lo schermo. 3. Osserva attentamente e registra la posizione alla quale la sorgente luminosa forma un'immagine chiara sulla superficie dello schermo. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image3.png) \ No newline at end of file +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image3.png) \ No newline at end of file diff --git a/docs/usage/disc/corebox/it/03_core_telescope.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/03_core_telescope.md similarity index 80% rename from docs/usage/disc/corebox/it/03_core_telescope.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/03_core_telescope.md index 84545c18e..2e2a6829a 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/it/03_core_telescope.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/03_core_telescope.md @@ -13,7 +13,7 @@ Come Ăš orientata l'immagine?

-![](../IMAGES/MINIBOXNEW/22.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/22.png)
@@ -29,7 +29,7 @@ Un telescopio Ăš uno strumento ottico che fa apparire gli oggetti distanti molte La lente sul lato dell'oggetto Ăš chiamata lente obiettivo. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/23.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/23.png) La lente rivolta verso l'occhio Ăš chiamata oculare. Il telescopio di Galileo Ăš usato anche nei binocoli da teatro. @@ -41,11 +41,11 @@ Il telescopio di Galileo Ăš usato anche nei binocoli da teatro. Qual Ăš l'ingrandimento di questo telescopio di Galileo? -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/24.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/24.png) Formula per calcolare l'ingrandimento -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_19.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_19.png) @@ -64,39 +64,39 @@ Il campo visivo Ăš piccolo. ## Tutorial: Telescopio di Galileo -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image5.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image5.gif) ### Materiali necessari: - Quattro piastre di base - Lente positiva da 100 mm (nel cubo) - Lente negativa da -50 mm (nel cubo) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image125.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image125.png) ### Diagramma (vista laterale): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image4.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image4.png) ### Istruzioni per assemblare il telescopio di Galileo: **Passo 1: Posiziona le piastre di base sopra** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image19.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image19.png) Posiziona una piastra di base sopra ogni cubo lente. **Passo 2: Posiziona le piastre di base sotto** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image52.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image52.png) Posiziona una piastra di base sotto ogni cubo lente. **Passo 3: Assembla i cubi** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image18.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image18.png) Assembla i due cubi in modo che la distanza tra le superfici delle lenti sia la massima. **Passo 4: Regola la distanza delle lenti** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image93.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image93.png) Regola la distanza tra lente negativa e positiva al massimo possibile. **Passo 5: Usa il telescopio!** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image117.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image117.png) Cerca un oggetto in distanza e usa il telescopio di Galileo per guardarlo. @@ -105,7 +105,7 @@ Cerca un oggetto in distanza e usa il telescopio di Galileo per guardarlo. Imposta le lenti nelle posizioni corrette come mostrato nel diagramma. Poi guarda attraverso il telescopio in lontananza. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/25.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/25.png)
Come appare l'immagine? @@ -116,11 +116,11 @@ Come Ăš orientata l'immagine? Mentre guardi attraverso il telescopio, varia le distanze tra i componenti per vedere un'immagine cosĂŹ nitida!

-![](../IMAGES/MINIBOXNEW/26.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/26.png) ## Questo Ăš un telescopio di Kepler -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/27.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/27.png) Questo tipo di telescopio Ăš spesso usato in astronomia. @@ -128,11 +128,11 @@ Questo tipo di telescopio Ăš spesso usato in astronomia. Qual Ăš l'ingrandimento di questo telescopio di Kepler? -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/28.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/28.png) Formula per calcolare l'ingrandimento -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_23.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_23.png) Questo telescopio puĂČ ottenere un ingrandimento piĂč alto del telescopio Galileiano. Ma crea l'immagine opposta. Tuttavia, questo non Ăš un problema per osservare le stelle. @@ -150,7 +150,7 @@ piĂč grande che con il telescopio di Galileo. ## Tutorial: Telescopio di Kepler -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image75.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image75.gif) ### Materiali necessari: - Otto piastre di base @@ -158,10 +158,10 @@ piĂč grande che con il telescopio di Galileo. - Lente positiva da 50 mm (nel cubo) - Due cubi vuoti -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image127.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image127.png) ### Diagramma (vista laterale): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image22.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image22.png) ### Istruzioni per assemblare il telescopio di Kepler: @@ -169,25 +169,25 @@ piĂč grande che con il telescopio di Galileo. Allinea i cubi in modo che le due lenti siano agli estremi e i due cubi vuoti al centro. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image13.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image13.png) **Passo 2: Fissa i cubi con piastre di base** Fissa i cubi con le piastre di base posizionandole sopra e sotto. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image76.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image76.png) **Passo 3: Regola la distanza** Regola la distanza tra le lenti come mostrato nell'immagine. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image59.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image59.png) **Passo 4: Usa il telescopio di Kepler** Cerca un oggetto in distanza e usa il telescopio di Kepler per guardarlo. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image110.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image110.png) ## Cos'Ăš un cannocchiale terrestre? @@ -196,11 +196,11 @@ Cerca un oggetto in distanza e usa il telescopio di Kepler per guardarlo. Il cannocchiale terrestre Ăš lungo, quindi lo schema non Ăš della stessa dimensione. Imposta le lenti nelle posizioni corrette come mostrato nel diagramma e guarda in lontananza attraverso il telescopio. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/29.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/29.png) che risulta in -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/30.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/30.png)
@@ -219,7 +219,7 @@ Mentre guardi attraverso il telescopio, regola le distanze tra i componenti per L'ingrandimento Ăš come quello del telescopio di Kepler. La lente raddrizzante cambia solo l'orientamento (l'immagine Ăš invertita), non l'ingrandimento. -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_27.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_27.png) Un'immagine dritta Ăš necessaria per le osservazioni terrestri. I veri telescopi terrestri usano sistemi di prismi per ruotare l'immagine e mantenerla compatta. diff --git a/docs/usage/disc/corebox/it/04_core_microscope.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/04_core_microscope.md similarity index 84% rename from docs/usage/disc/corebox/it/04_core_microscope.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/04_core_microscope.md index bf8fd2ee6..d5c021006 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/it/04_core_microscope.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/04_core_microscope.md @@ -11,7 +11,7 @@ Cosa succede quando capovolgi il telescopio di Kepler? Posiziona l'oggetto a circa 40mm davanti alla lente e trova l'immagine a circa 100mm dietro la lente del tubo (usando un foglio o il muro come schermo) come mostrato nel diagramma. Muovi le lenti per ottenere un'immagine nitida. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/31.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/31.png)
Posiziona l'oggetto con la lente sul foglio come un'unità singola. Posiziona la lente del tubo a una distanza di 100mm dal tuo schermo (foglio, muro). Cambia la distanza tra le lenti - l'immagine cambia? @@ -26,7 +26,7 @@ Un microscopio Ú un dispositivo che permette di osservare o immaginare oggetti L'immagine Ú chiamata **immagine intermedia** perché spesso viene ulteriormente ingrandita con un oculare. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/32.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/32.png) L'oggetto Ú approssimativamente nel piano focale lato oggetto della lente. CosÏ, tutti i raggi incidenti vengono convertiti in un fascio parallelo di raggi dietro la lente. La lente ha una lunghezza focale corta. @@ -44,11 +44,11 @@ L'immagine nel piano dell'immagine intermedia Ú invertita, capovolta, ingrandit Qual Ú l'ingrandimento dell'immagine? -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/33.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/33.png) Ingrandimento dell'immagine -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_31.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_31.png)
Le lenti del telescopio di Kepler possono essere usate anche per un microscopio, ma in un ordine diverso. @@ -65,10 +65,10 @@ Finché l'oggetto Ú nel piano focale della lente e lo schermo Ú nel piano foca - Lampada torcia - Portacampioni (nel cubo) con campione -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image120.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image120.png) ### Diagramma (vista laterale): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image20.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image20.png) ### Istruzioni per assemblare il Microscopio Ottico con Ottica all'Infinito: @@ -76,26 +76,26 @@ Finché l'oggetto Ú nel piano focale della lente e lo schermo Ú nel piano foca Aggiungi il cubo campione dietro alla lente positiva da 50 mm. Non dimenticare di aggiungere le piastre di base. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image24.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image24.png) **Passo 2: Fissa i cubi con piastre di base** Usa la torcia per illuminare il campione. Cerca uno schermo (quaderno, pezzo di carta) per proiettare l'immagine. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image6.png) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image7.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image6.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image7.png) **Passo 3: Regola la distanza** Spegni la luce ambientale per vedere l'immagine sullo schermo chiaramente. Regola la distanza tra il microscopio e lo schermo finché non vedi un'immagine nitida e focalizzata (controlla il diagramma). -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image87.png) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image33.png) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/Microscope_infinity_optics.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image87.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image33.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/Microscope_infinity_optics.gif) ## Microscopio con "ottica all'infinito" con oculare -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/34.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/34.png)
@@ -120,7 +120,7 @@ Una breve introduzione agli specchi e le sue applicazioni puĂČ essere trovata qu I microscopi piĂč nuovi sono equipaggiati con la cosiddetta "ottica all'infinito". In questo caso, la lente non produce un'immagine intermedia reale. La luce esce dalla lente come raggi paralleli infiniti. Alla fine del tubo "infinito" c'Ăš una lente del tubo. Questa crea un'immagine intermedia, che viene poi ingrandita di nuovo attraverso l'oculare. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/35.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/35.png) L'immagine dietro l'oculare Ăš invertita, rovesciata, ingrandita e virtuale. L'immagine virtuale puĂČ essere vista con l'occhio. @@ -138,19 +138,19 @@ Un filtro puĂČ essere usato per cambiare la luminositĂ  e il colore dell'immagin Qual Ăš l'ingrandimento dopo l'oculare? -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/36.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/36.png) ingrandimento complessivo -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_37.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_37.png)
Un oculare Ăš in realtĂ  solo una lente che ingrandisce l'immagine intermedia. Mappa l'immagine virtuale in modo che tu possa vederla con i tuoi occhi.

-![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_38.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_38.png)
Con lo specchio non solo puoi vedere te stesso, ma anche riflettere la luce in arrivo in qualsiasi direzione. CosĂŹ puoi piegare il percorso ottico e renderlo piĂč comodo per lavorare. Lo specchio non influisce sull'ingrandimento, ma ruota l'immagine in una direzione. @@ -168,11 +168,11 @@ Con lo specchio non solo puoi vedere te stesso, ma anche riflettere la luce in a - Cubo vuoto - Oculare (nel cubo) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image126.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image126.png) ### Diagramma (vista laterale): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image64.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image64.png) ### Istruzioni per assemblare il Microscopio Ottico con Ottica all'Infinito e Oculare: @@ -181,26 +181,26 @@ Con lo specchio non solo puoi vedere te stesso, ma anche riflettere la luce in a Aggiungi il cubo portacampioni nel telescopio di Kepler accanto alla lente convergente da 50 mm. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image12.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image12.png) **Passo 2: Assembla accanto alla lente da 100 mm** Accanto alla lente convergente da 100 mm, assembla un cubo vuoto e il cubo specchio accanto ad esso. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image45.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image45.png) **Passo 3: Posiziona l'oculare** Posiziona l'oculare sopra il cubo specchio con l'orientamento giusto. Illumina il campione da una distanza considerevole. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image70.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image70.png) **Passo 5: Regola per un'immagine nitida** Guarda attraverso l'oculare. Regola la distanza delle lenti finchĂ© non vedi un'immagine nitida e focalizzata. Nota: Se non vedi il campione prova a regolare la posizione del vetrino attentamente finchĂ© non vedi il campione. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image81.png) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image31.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image81.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image31.png) ## Microscopio ottico con "ottica finita" @@ -211,7 +211,7 @@ Posiziona i dadi nelle posizioni mostrate nel diagramma sotto e guarda attravers Costruisci il microscopio come un sandwich aggiungendo un secondo strato usando una piastra di base. Guarda attraverso l'oculare dall'alto.

-![](../IMAGES/MINIBOXNEW/37.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/37.png)
Vedi l'immagine attraverso l'oculare come prima? Riesci a trovare l'immagine intermedia reale con un pezzo di carta? @@ -224,7 +224,7 @@ Gira la piccola rotella sul supporto della lente. CosĂŹ muovi o metti a fuoco la ## Tutorial: Microscopio Ottico con Ottica Finita e Oculare -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image48.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image48.gif) ### Materiali necessari: @@ -236,11 +236,11 @@ Gira la piccola rotella sul supporto della lente. CosĂŹ muovi o metti a fuoco la - Tre cubi vuoti - Oculare (nel cubo) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image139.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image139.jpg) ### Diagramma (vista laterale): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image2.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image2.png) ## Istruzioni per assemblare il Microscopio Ottico con Ottica Finita: @@ -248,61 +248,61 @@ Gira la piccola rotella sul supporto della lente. CosĂŹ muovi o metti a fuoco la Collega le piastre di base nel seguente modo. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image139.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image139.jpg) **Passo 2: Posiziona il campione** Posiziona il campione sulla piastra piĂč a sinistra. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image105.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image105.jpg) **Passo 3: Costruisci e posiziona i cubi** Costruisci un cubo con l'obiettivo del microscopio dentro e posiziona sia l'obiettivo del microscopio che i cubi ad ingranaggio nelle prossime due piastre di base. Includi tutte le immagini aggiuntive come mostrato. **Sotto Passo 1:** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image58.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image58.jpg) **Sotto Passo 2:** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image63.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image63.jpg) **Sotto Passo 3:** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image86.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image86.jpg) **Passo 4: Rifletti la luce** Posiziona due cubi vuoti e il cubo con lo specchio all'ultima piastra di base in modo che rifletta la luce proveniente dal campione verso l'alto. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image128.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image128.jpg) **Passo 5: Fissa i cubi** Posiziona le piastre di base sopra i cubi per fissarli saldamente. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image62.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image62.jpg) **Passo 6: Attacca l'oculare** Posiziona l'oculare sopra il cubo specchio. Fai attenzione all'orientamento giusto dell'oculare. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image69.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image69.jpg) **Passo 7: Illumina il campione** Fissa la lampada con una base e illumina il campione da una distanza considerevole. Guarda attraverso l'oculare e regola la distanza del microscopio usando l'ingranaggio finchĂ© non vedi un'immagine focalizzata del campione. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/Finite_Optics_result.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/Finite_Optics_result.png) ## "Ottica finita" versus "ottica infinita" -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/38.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/38.png) Le lenti di microscopi piĂč vecchi o piĂč piccoli sono solitamente quello che viene chiamato lenti *finite*. Si comportano come una lente con una lunghezza focale estremamente corta e creano un'immagine intermedia dietro la lente a una distanza definita dalla lunghezza del tubo. Questa lunghezza Ăš stampata sulla lente e corrisponde a 160 mm nel nostro caso. Un'immagine intermedia reale si forma lĂŹ, che viene poi ingrandita dall'oculare. I microscopi possono mettere a fuoco sull'oggetto muovendo o l'oggetto o la lente. Qui, muoviamo la lente usando un meccanismo semplice. La rotazione dell'ingranaggio risulta nello spostamento della lente obiettivo. Per regolazioni piĂč grandi, puoi anche muovere la lente lungo la guida. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/38.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/38.png)

@@ -318,20 +318,20 @@ E qual Ăš l'ingrandimento dopo l'oculare? **Ingrandimento dell'obiettivo** -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_44.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_44.png) Come stampato **Ingrandimento dell'oculare** -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_45.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_45.png) **Ingrandimento totale** -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_46.png) +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_46.png)
L'immagine Ăš piĂč grande che con il microscopio ad ottica infinita. L'ingrandimento dell'obiettivo qui Ăš 4×. Se hai calcolato l'ingrandimento con il microscopio precedente, questo non ti sorprenderĂ .

-![](../IMAGES/MINIBOXNEW/40.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/40.png)
L'immagine intermedia Ú ora formata esclusivamente dalla lente obiettivo ed Ú situata 160 mm dietro di essa. Scopriremo perché nel prossimo passo. @@ -340,7 +340,7 @@ L'immagine intermedia Ú ora formata esclusivamente dalla lente obiettivo ed Ú ## Obiettivo e oculare -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/41.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/41.png)

@@ -351,11 +351,11 @@ L'immagine intermedia Ăš ora formata esclusivamente dalla lente obiettivo ed Ăš Una lente Ăš un sistema ottico che crea un'immagine ingrandita di un oggetto. I diversi numeri stampati sulla lente hanno significati diversi: -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/42.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/42.png) La lente 4× contiene solo un singolo elemento lente. Le lenti con ingrandimento piĂč alto sono sistemi di lenti completi. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/43.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/43.png)
La lente Ăš anche una lente convergente con una lunghezza focale corta. La lente 4× ha una lunghezza focale di f = 32 mm. Quando usata come lente d'ingrandimento, fornisce un ingrandimento piĂč alto della lente da 40 mm. Il campo visivo Ăš nitido ma piccolo. @@ -372,7 +372,7 @@ La sua lunghezza focale Ăš: **Qual Ăš l'ingrandimento dell'oculare Ramsden?** -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/45.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/45.png)
Ogni oculare ha quello che viene chiamato disco di Ramsden, che Ăš il diametro piĂč piccolo del fascio luminoso che esce dal microscopio attraverso l'oculare. @@ -383,4 +383,4 @@ Il campo visivo Ăš piĂč ampio, e l'immagine appare piĂč chiara con l'oculare Ram Ogni oculare ha un cosiddetto disco di Ramsden, che Ăš il diametro piĂč piccolo del fascio luminoso in uscita.

-![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_51.png) \ No newline at end of file +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_51.png) \ No newline at end of file diff --git a/docs/usage/disc/corebox/it/05_smartphone_microscope.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/05_smartphone_microscope.md similarity index 83% rename from docs/usage/disc/corebox/it/05_smartphone_microscope.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/05_smartphone_microscope.md index 150503e1a..a79af9771 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/it/05_smartphone_microscope.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/05_smartphone_microscope.md @@ -7,7 +7,7 @@ title: openUC2 Microscopio per Smartphone con obiettivo corretto finito Costruisci il microscopio per smartphone come mostrato. Usa qualsiasi due cubi qui per posizionare in sicurezza lo smartphone. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/46.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/46.png)
@@ -23,8 +23,8 @@ Sostituisci l'oculare Ramsden con la lente da 40mm. Cosa Ăš meglio per l'occhio ## Tutorial: Microscopio per Smartphone -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image1.png) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image28.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image1.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image28.gif) ### Materiali necessari: @@ -39,11 +39,11 @@ Sostituisci l'oculare Ramsden con la lente da 40mm. Cosa Ăš meglio per l'occhio - Lampada torcia - Lente da 50 mm (nel cubo) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image38.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image38.jpg) ### Diagramma (Vista laterale): -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image98.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image98.png) ## Istruzioni per assemblare il Microscopio per Smartphone: @@ -63,51 +63,51 @@ Questo video ti mostra come costruire il microscopio per smartphone UC2 come ind **Passo 1: Costruisci una linea di quattro piastre di base** -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image49.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image49.jpg) **Passo 2: Assembla i componenti** Posiziona il montaggio dell'obiettivo del microscopio su un estremo seguito dai due specchi uno di fronte all'altro e un cubo vuoto nell'altro estremo. Fissali con piastre di base. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image103.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image103.jpg) **Passo 3: Regola l'obiettivo** Costruisci un cubo con l'obiettivo del microscopio dentro. Regola l'altezza dell'obiettivo se necessario usando l'ingranaggio. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image68.jpg) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image100.jpg) -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image34.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image68.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image100.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image34.jpg) **Passo 4: Posiziona l'oculare** Posiziona l'oculare accanto all'obiettivo del microscopio e un cubo vuoto accanto ad esso. Fai attenzione all'orientamento giusto dell'oculare. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image90.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image90.png) **Passo 5: Allinea la base dello smartphone** Posiziona la base dello smartphone con il foro allineato con l'oculare. Nota: Puoi regolare l'orientamento della base dello smartphone per adattare la dimensione del tuo smartphone. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image95.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image95.png) **Passo 6: Imposta il portacampioni** Posiziona il cubo portacampioni sopra l'obiettivo del microscopio. Fai attenzione alla distanza tra loro. Puoi regolare la distanza grossolana facendo scorrere il portacampioni dentro il cubo e la distanza piĂč fine usando l'ingranaggio. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image46.jpg) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image46.jpg) **Passo 7: Aggiungi la lente convergente e la lampada** Posiziona un cubo lente convergente sopra il cubo portacampioni e posiziona la lampada torcia sopra. Posiziona lo smartphone allineato all'oculare. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image1.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image1.png) **Passo 8: Regola per la chiarezza** Prova a muovere lo smartphone in modo che l'intero cerchio dell'oculare appaia illuminato. Poi, gira l'ingranaggio per mettere a fuoco e ottenere un'immagine nitida del campione. -![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image83.gif) +![](../../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image83.gif) @@ -118,12 +118,12 @@ La fotocamera dello smartphone ha una lente con una lunghezza focale molto corta L'occhio puĂČ vedere oggetti sia da lontano che da vicino. Questa proprietĂ  Ăš chiamata accomodazione. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/47.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/47.png) La fotocamera dello smartphone puĂČ fare questo anche, ma si chiama autofocus. Descrive l'abilitĂ  di immaginare nitidamente oggetti a distanze diverse sul sensore. -![](../IMAGES/MINIBOXNEW/48.png) +![](../../IMAGES/MINIBOXNEW/48.png) L'immagine dall'oculare arriva in raggi paralleli, come se venisse dall'infinito. Hai osservato con un occhio rilassato (guardando in lontananza) o con una fotocamera focalizzata all'infinito. @@ -135,4 +135,4 @@ L'immagine dall'oculare arriva in raggi paralleli, come se venisse dall'infinito ## Risultati del calcolo -![](../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_55.png) \ No newline at end of file +![](../../IMAGES/MINIBOX/UC2_minibox_55.png) \ No newline at end of file diff --git a/docs/usage/disc/corebox/it/06_troubleshoot.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/06_troubleshoot.md similarity index 72% rename from docs/usage/disc/corebox/it/06_troubleshoot.md rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/06_troubleshoot.md index 637d7b5d0..dadd54592 100644 --- a/docs/usage/disc/corebox/it/06_troubleshoot.md +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/06_troubleshoot.md @@ -10,34 +10,34 @@ title: Risoluzione problemi microscopio per smartphone PuĂČ capitare che il risultato dell'imaging non sembri buono come potrebbe. Per questo forniamo una serie di spiegazioni per correggere questo Nel complesso, con i componenti aggiornati, la configurazione dovrebbe sembrare qualcosa del genere: -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_11.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_11.jpeg) ## Condizione di imaging perfetta -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_10.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_10.jpeg) ## ModalitĂ  torcia sbagliata -![](../IMAGES/flashlightmodes.png) -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_9.jpeg) +![](../../IMAGES/flashlightmodes.png) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_9.jpeg) - la torcia ha una funzione strana per fare il codice morse, questo non Ăš utile, premi il pulsante un paio di volte per vedere la luce piĂč brillante di tutte le diverse modalitĂ  - Le strisce che vedi sono il battimento dell'intensitĂ  controllata da pwm e l'otturatore rotante della fotocamera ## Torcia troppo focalizzata -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_8.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_8.jpeg) - La lente frontale della torcia puĂČ essere focalizzata - muovila per vedere un campione illuminato piĂč o meno omogeneamente - questa Ăš la condizione di Koehler quando il LED Ăš a fuoco del condensatore che muovi ## Torcia troppo brillante -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_7.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_7.jpeg) - usa un diffusore o batterie piĂč vecchie ## Distanza tra Smartphone e Oculare troppo grande -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_6.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_6.jpeg) -![](../IMAGES/distancematch.png) +![](../../IMAGES/distancematch.png) - assicurati che la distanza tra telefono e oculare corrisponda - la pupilla di uscita dell'oculare deve corrispondere alla pupilla di entrata del telefono @@ -46,24 +46,24 @@ Nel complesso, con i componenti aggiornati, la configurazione dovrebbe sembrare ## Angolo obliquo tra Torcia e Campione (una specie di campo scuro) -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_5.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_5.jpeg) -![](../IMAGES/obliquelight.png) +![](../../IMAGES/obliquelight.png) - quando muovi la sorgente luminosa vedrai effetti come ombre o rilievi. Questo Ăš dovuto al WOTF ## Imaging Ok con diffusore tra torcia e campione -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_4.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_4.jpeg) - l'imaging incoerente riduce il contrasto ma dĂ  un'illuminazione omogenea piacevole ## Sovraesposto ma buon imaging (illuminazione Koehler) -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_3.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_3.jpeg) ## Illuminazione obliqua (Campo scuro) -![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_2.jpeg) +![](../../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_2.jpeg) - illuminazione molto obliqua, nessuna luce diretta colpisce il sensore della fotocamera \ No newline at end of file diff --git a/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/07_Showcase.md b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/07_Showcase.md new file mode 100644 index 000000000..5aa831aaa --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/07_Showcase.md @@ -0,0 +1,23 @@ +--- +id: Showcasing Smartphone Microscope ImagesIT +title: Mostrando Immagini del Microscopio per Smartphone +--- + + +![](../../IMAGES/showcase/Sample_1.jpg) + + + + + + + + +![](../../IMAGES/showcase/Scale_4x_div0.1.jpg) + +![](../../IMAGES/showcase/Scale_10x_div0.1.jpg) + diff --git a/docs/usage/disc/corebox/it/_category_.yml b/docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/_category_.yml similarity index 100% rename from docs/usage/disc/corebox/it/_category_.yml rename to docs/usage/disc/corebox/ARCHIVE/it/_category_.yml diff --git a/docs/usage/disc/corebox/README.md b/docs/usage/disc/corebox/README.md deleted file mode 100644 index a8709486f..000000000 --- a/docs/usage/disc/corebox/README.md +++ /dev/null @@ -1,8 +0,0 @@ -# CoreBox - -The Discovery Core Box is the foundation of the UC2 Discovery Series, perfect for classrooms, workshops, and self-learners exploring the basic principles of optics. - -We provide usage documentation in: - -- [English](./en/README.md) -- [Italiano](./it/01_core_intro.md) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/en/07_Showcase.md b/docs/usage/disc/corebox/en/07_Showcase.md deleted file mode 100644 index 6d74fd2d3..000000000 --- a/docs/usage/disc/corebox/en/07_Showcase.md +++ /dev/null @@ -1,22 +0,0 @@ ---- -id: Showcasing Smartphone Microscope Images -title: Showcasing Smartphone Microscope Images ---- - - -![](../IMAGES/showcase/Sample_1.jpg) - - - - - - - - -![](../IMAGES/showcase/Scale_4x_div0.1.jpg) - -![](../IMAGES/showcase/Scale_10x_div0.1.jpg) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/converging-vs-diverging.png b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/converging-vs-diverging.png new file mode 100644 index 000000000..07c0423a3 Binary files /dev/null and b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/converging-vs-diverging.png differ diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/finite-microscope.png b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/finite-microscope.png new file mode 100644 index 000000000..a48d2997e Binary files /dev/null and b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/finite-microscope.png differ diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/focal-length-method.png b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/focal-length-method.png new file mode 100644 index 000000000..09c5284ea Binary files /dev/null and b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/focal-length-method.png differ diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/galilean-telescope.png b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/galilean-telescope.png new file mode 100644 index 000000000..d3ecf7903 Binary files /dev/null and b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/galilean-telescope.png differ diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/generate_figures.py b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/generate_figures.py new file mode 100644 index 000000000..6615f51e4 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/generate_figures.py @@ -0,0 +1,621 @@ +#!/usr/bin/env python3 +""" +generate_figures.py -- Visual assets for the openUC2 CoreBox school docs. + +Generates a gallery of static PNGs and animated GIFs that explain geometrical +optics: focal length, ray construction through thin lenses, real vs. virtual +images, the magnifier, the projector, Galilean and Kepler telescopes, and the +finite vs. infinity-corrected microscope. + +Run: python3 generate_figures.py +Out: figures are written next to this script (one file per concept; + a MANIFEST is printed at the end). + +Dependencies: numpy, matplotlib, pillow. +Everything is self-contained and parameterised at the top so you can re-skin +colours, resolution, or frame counts to taste. All ray tracing uses the thin +lens model (1/f = 1/g + 1/b) with the German school sign convention: +object distance g > 0 left of the lens, image distance b > 0 right of the +lens (real image), b < 0 left of the lens (virtual image). +""" + +from pathlib import Path +import numpy as np +import matplotlib +matplotlib.use("Agg") +import matplotlib.pyplot as plt +from matplotlib.animation import FuncAnimation, PillowWriter +from matplotlib.patches import FancyArrow + +# ---------------------------------------------------------------------------- +# Global style -- clean, classroom-friendly, colour-blind-safe +# (same palette as the HoloBox figures) +# ---------------------------------------------------------------------------- +OUT = Path(__file__).resolve().parent + +NAVY = "#1b2a4a" # axis / text +TEAL = "#2a9d8f" # parallel ray / accent +CORAL = "#e76f51" # focal ray / accent +AMBER = "#e9c46a" # centre ray / highlight +GREY = "#8d99ae" # secondary +GREEN = "#41a044" # object arrow +PURPLE = "#7b5ea7" # image arrow +GIF_FPS = 18 + +plt.rcParams.update({ + "figure.facecolor": "white", + "savefig.facecolor": "white", + "font.size": 11, + "font.family": "DejaVu Sans", + "axes.edgecolor": NAVY, + "axes.labelcolor": NAVY, + "text.color": NAVY, + "xtick.color": NAVY, + "ytick.color": NAVY, + "axes.titleweight": "bold", +}) + + +def _save_gif(anim, name, fps=GIF_FPS): + path = OUT / name + anim.save(path, writer=PillowWriter(fps=fps)) + plt.close(anim._fig if hasattr(anim, "_fig") else plt.gcf()) + print(f" GIF {name}") + + +def _save_png(fig, name, dpi=150): + fig.savefig(OUT / name, dpi=dpi, bbox_inches="tight") + plt.close(fig) + print(f" PNG {name}") + + +# ---------------------------------------------------------------------------- +# Drawing helpers +# ---------------------------------------------------------------------------- +def draw_lens(ax, x=0.0, half_height=1.6, kind="convex", color=NAVY): + """Stylised thin lens: a vertical double-headed arrow. + Arrowheads point outward for a converging lens, inward for a diverging.""" + style = "<->" if kind == "convex" else "]-[" + if kind == "convex": + ax.annotate("", xy=(x, half_height), xytext=(x, -half_height), + arrowprops=dict(arrowstyle="<->", color=color, lw=2.5, + mutation_scale=22)) + else: + ax.annotate("", xy=(x, half_height), xytext=(x, -half_height), + arrowprops=dict(arrowstyle="-", color=color, lw=2.5)) + for y in (half_height, -half_height): + ax.annotate("", xy=(x, y - np.sign(y) * 0.32), xytext=(x, y), + arrowprops=dict(arrowstyle="<-", color=color, lw=2.5, + mutation_scale=18)) + ax.plot([x], [0], marker="", color=color) + + +def draw_axis(ax, x0, x1, color=GREY): + ax.axhline(0, color=color, lw=1, ls="--", zorder=0) + ax.set_xlim(x0, x1) + ax.set_yticks([]) + ax.set_xticks([]) + for s in ["top", "right", "left", "bottom"]: + ax.spines[s].set_visible(False) + + +def draw_object(ax, x, h, color=GREEN, label="object"): + ax.annotate("", xy=(x, h), xytext=(x, 0), + arrowprops=dict(arrowstyle="-|>", color=color, lw=2.5, + mutation_scale=18)) + if label: + ax.text(x, h + 0.12 * np.sign(h) + (0.08 if h > 0 else -0.28), + label, ha="center", color=color, fontweight="bold", fontsize=9) + + +def image_pos(f, g): + """Thin lens equation. Returns image distance b (b<0 => virtual, same + side as the object) and lateral magnification (negative = inverted).""" + if np.isclose(g, f): + return np.inf, np.inf + b = 1.0 / (1.0 / f - 1.0 / g) + m = -b / g + return b, m + + +def principal_rays(ax, f, g, h, alpha=1.0, virtual_ls=":"): + """Draw the three principal rays for an object of height h at distance g + left of a converging lens at x=0 with focal length f. Returns (b, m).""" + b, m = image_pos(f, g) + x_obj = -g + # 1. parallel ray: object tip -> lens (height h) -> through image-side focus + ax.plot([x_obj, 0], [h, h], color=TEAL, lw=2, alpha=alpha) + # 2. centre ray: straight through lens centre + # 3. focal ray: through object-side focus -> exits parallel at image height? no: + # exits parallel to axis at the height it hits the lens + h_at_lens_focal = h * (1 - (-x_obj) / (-x_obj - (-f))) if g != f else None + # height where the focal ray crosses the lens: line from (x_obj,h) through (-f,0) + if not np.isclose(g, f): + slope = (0 - h) / (-f - x_obj) + h_focal = h + slope * (0 - x_obj) + ax.plot([x_obj, 0], [h, h_focal], color=CORAL, lw=2, alpha=alpha) + if np.isfinite(b) and b > 0: + # real image: rays converge at (b, m*h) + y_img = m * h + ax.plot([0, b], [h, y_img], color=TEAL, lw=2, alpha=alpha) + ax.plot([x_obj, b], [h, y_img], color=AMBER, lw=2, alpha=alpha) + if not np.isclose(g, f): + ax.plot([0, b], [h_focal, h_focal], color=CORAL, lw=2, alpha=alpha) + ax.plot([b], [y_img], marker="") + elif np.isfinite(b) and b < 0: + # virtual image: extend outgoing rays backwards (dashed) + y_img = m * h + x_far = 3.2 * f + # parallel ray exits through image-side focus + slope_p = (0 - h) / (f - 0) + ax.plot([0, x_far], [h, h + slope_p * x_far], color=TEAL, lw=2, alpha=alpha) + ax.plot([0, b], [h, y_img], color=TEAL, lw=1.4, ls=virtual_ls, alpha=alpha) + # centre ray + slope_c = h / (-x_obj) + ax.plot([x_obj, x_far], [h, h + slope_c * (x_far - x_obj)], + color=AMBER, lw=2, alpha=alpha) + ax.plot([x_obj, b], [h, y_img], color=AMBER, lw=1.4, ls=virtual_ls, + alpha=alpha) + return b, m + + +# ============================================================================ +# 1. Converging vs diverging lens (static) +# ============================================================================ +def fig_converging_diverging(): + fig, axes = plt.subplots(1, 2, figsize=(9.6, 3.4)) + for ax, kind in zip(axes, ["convex", "concave"]): + draw_axis(ax, -4.2, 4.2) + draw_lens(ax, 0, 1.7, kind=kind) + f = 2.4 + for y in (1.2, 0.6, -0.6, -1.2): + ax.plot([-4.0, 0], [y, y], color=TEAL, lw=2) + if kind == "convex": + # refracted towards the real focus at +f + x_end = 4.0 + ax.plot([0, f], [y, 0], color=TEAL, lw=2) + slope = -y / f + ax.plot([f, x_end], [0, slope * (x_end - f)], color=TEAL, lw=2) + else: + # refracted as if coming from the virtual focus at -f + slope = y / f + x_end = 4.0 + ax.plot([0, x_end], [y, y + slope * x_end], color=TEAL, lw=2) + ax.plot([0, -f], [y, 0], color=TEAL, lw=1.2, ls=":") + fx = f if kind == "convex" else -f + ax.plot(fx, 0, "o", color=CORAL, ms=9, zorder=5) + ax.annotate("F", (fx, -0.45), ha="center", color=CORAL, + fontweight="bold") + ax.plot(-fx, 0, "o", mfc="none", mec=CORAL, ms=9, zorder=5) + ax.set_ylim(-2.4, 2.4) + ax.set_title("Converging lens (+f)\nthicker in the middle" + if kind == "convex" + else "Diverging lens (−f)\nthinner in the middle", + fontsize=11) + if kind == "convex": + ax.text(f, 0.35, "real focus", color=CORAL, ha="center", fontsize=9) + else: + ax.text(-f, 0.35, "virtual focus", color=CORAL, ha="center", + fontsize=9) + fig.suptitle("Parallel rays after a lens: bundled vs. spread", y=1.04) + _save_png(fig, "converging-vs-diverging.png") + + +# ============================================================================ +# 2. Finding the focal length (static) +# ============================================================================ +def fig_focal_length_method(): + fig, ax = plt.subplots(figsize=(8.6, 3.2)) + draw_axis(ax, -5.0, 4.6) + draw_lens(ax, 0, 1.7) + f = 2.6 + for y in (1.25, 0.7, -0.7, -1.25): + ax.plot([-4.8, 0], [y, y], color=TEAL, lw=2) + ax.plot([0, f], [y, 0], color=TEAL, lw=2) + # screen at focus + ax.plot([f, f], [-1.5, 1.5], color=NAVY, lw=5, solid_capstyle="round") + ax.text(f + 0.15, 1.3, "screen\n(sharp spot)", color=NAVY, fontsize=9) + ax.plot(f, 0, "o", color=CORAL, ms=9, zorder=6) + ax.annotate("", xy=(f, -1.9), xytext=(0, -1.9), + arrowprops=dict(arrowstyle="<->", color=CORAL, lw=2)) + ax.text(f / 2, -2.25, "focal length f", color=CORAL, ha="center", + fontweight="bold") + ax.text(-4.6, 1.55, "light from a distant source\n(window, far lamp): " + "rays arrive almost parallel", fontsize=9, color=GREY) + ax.set_ylim(-2.6, 2.6) + ax.set_title("Measure a focal length: focus something far away onto a screen") + _save_png(fig, "focal-length-method.png") + + +# ============================================================================ +# 3. Ray construction, real image (GIF: object distance sweep) +# ============================================================================ +def gif_ray_construction(): + f, h = 2.0, 1.0 + fig, ax = plt.subplots(figsize=(9.2, 4.4)) + fig._fig = fig + + g_vals = np.concatenate([np.linspace(5.6, 2.6, 45), + np.linspace(2.6, 5.6, 45)]) + + def upd(i): + ax.clear() + g = g_vals[i] + draw_axis(ax, -6.2, 9.6) + draw_lens(ax, 0, 1.9) + for fx in (f, 2 * f, -f, -2 * f): + ax.plot(fx, 0, "o", color=CORAL if abs(fx) == f else GREY, + ms=7, zorder=5) + ax.annotate("F", (f, -0.5), ha="center", color=CORAL, fontweight="bold") + ax.annotate("2F", (2 * f, -0.5), ha="center", color=GREY) + ax.annotate("F", (-f, -0.5), ha="center", color=CORAL, fontweight="bold") + ax.annotate("2F", (-2 * f, -0.5), ha="center", color=GREY) + draw_object(ax, -g, h) + b, m = principal_rays(ax, f, g, h) + draw_object(ax, b, m * h, color=PURPLE, label="image") + ax.set_ylim(-4.2, 2.9) + ax.set_title("Where the three principal rays cross, the image forms") + ax.text(0.015, 0.04, + f"g = {g:.1f} b = {b:.1f} magnification = {abs(m):.1f}× " + f"(inverted)", + transform=ax.transAxes, fontsize=10, color=NAVY) + ax.text(0.015, 0.12, + "object closer to F → image farther away and larger", + transform=ax.transAxes, fontsize=9, color=GREY) + return [] + + anim = FuncAnimation(fig, upd, frames=len(g_vals), interval=60, blit=False) + _save_gif(anim, "ray-construction.gif", fps=15) + + +# ============================================================================ +# 4. The magnifier: virtual image (GIF) +# ============================================================================ +def gif_magnifier(): + f, h = 2.0, 0.7 + fig, ax = plt.subplots(figsize=(9.2, 4.6)) + fig._fig = fig + g_vals = np.concatenate([np.linspace(1.0, 1.6, 40), + np.linspace(1.6, 1.0, 40)]) + + def upd(i): + ax.clear() + g = g_vals[i] + draw_axis(ax, -9.5, 6.6) + draw_lens(ax, 0, 1.9) + ax.plot(-f, 0, "o", color=CORAL, ms=7, zorder=5) + ax.plot(f, 0, "o", color=CORAL, ms=7, zorder=5) + ax.annotate("F", (-f, -0.5), ha="center", color=CORAL, fontweight="bold") + ax.annotate("F", (f, -0.5), ha="center", color=CORAL, fontweight="bold") + b, m = principal_rays(ax, f, g, h) + draw_object(ax, -g, h) + draw_object(ax, b, m * h, color=PURPLE, label="virtual image") + # eye on the right + ax.text(6.3, 1.9, "eye looks from here", fontsize=9, color=GREY, + ha="right") + ax.set_ylim(-2.2, 4.2) + ax.set_title("Magnifier: object inside the focal length → upright, " + "enlarged, virtual image") + ax.text(0.015, 0.04, + f"g = {g:.2f} < f = {f:.0f} magnification = {abs(m):.1f}× " + "(upright — dashed rays only *appear* to come from the image)", + transform=ax.transAxes, fontsize=9.5, color=NAVY) + return [] + + anim = FuncAnimation(fig, upd, frames=len(g_vals), interval=60, blit=False) + _save_gif(anim, "magnifier-virtual-image.gif", fps=15) + + +# ============================================================================ +# 5. The projector (static, CoreBox numbers: f = 50 mm) +# ============================================================================ +def fig_projector(): + f = 50.0 # mm, the CoreBox 50 mm lens + g = 60.0 # mm + b, m = image_pos(f, g) # b = 300 mm, m = -5 + scale = 1 / 30.0 + h = 12.0 + fig, ax = plt.subplots(figsize=(10.0, 4.2)) + draw_axis(ax, -g * scale - 1.6, b * scale + 1.2) + # torch + ax.text(-g * scale - 1.5, 0.75, "torch", fontsize=9, color=GREY) + ax.plot([-g * scale - 1.35, -g * scale - 0.85], [0, 0], color=AMBER, lw=7, + solid_capstyle="round") + draw_lens(ax, 0, 1.6) + ax.text(0, 1.85, "50 mm lens", ha="center", fontsize=9, color=NAVY) + draw_object(ax, -g * scale, h * scale * 2.2, label="sample (object)") + bs, ms = b * scale, m + for x0, y0, x1, y1, c in [ + (-g * scale, h * scale * 2.2, 0, h * scale * 2.2, TEAL), + (0, h * scale * 2.2, bs, ms * h * scale * 2.2, TEAL), + (-g * scale, h * scale * 2.2, bs, ms * h * scale * 2.2, AMBER), + ]: + ax.plot([x0, x1], [y0, y1], color=c, lw=2) + draw_object(ax, bs, ms * h * scale * 2.2, color=PURPLE, + label="") + ax.text(bs, ms * h * scale * 2.2 - 0.35, "real image:\nenlarged + inverted", + ha="center", va="top", color=PURPLE, fontweight="bold", fontsize=9) + # screen + ax.plot([bs + 0.06, bs + 0.06], [-5.2, 5.2], color=NAVY, lw=5, + solid_capstyle="round") + ax.text(bs + 0.25, 4.6, "wall /\nscreen", fontsize=9, color=NAVY) + # distance annotations + ax.annotate("", xy=(0, -5.6), xytext=(-g * scale, -5.6), + arrowprops=dict(arrowstyle="<->", color=GREY, lw=1.6)) + ax.text(-g * scale / 2, -6.35, "g = 60 mm", ha="center", color=GREY, + fontsize=9) + ax.annotate("", xy=(bs, -5.6), xytext=(0, -5.6), + arrowprops=dict(arrowstyle="<->", color=GREY, lw=1.6)) + ax.text(bs / 2, -6.35, "b = 300 mm", ha="center", color=GREY, fontsize=9) + ax.set_ylim(-7.2, 6.4) + ax.set_title("The projector: 1/f = 1/g + 1/b → " + "g = 60 mm, f = 50 mm ⇒ b = 300 mm, M = b/g = 5×") + _save_png(fig, "projector-real-image.png") + + +# ============================================================================ +# 6. Lens equation curve (static) +# ============================================================================ +def fig_lens_equation(): + f = 50.0 + g = np.linspace(51.5, 260, 500) + b = 1 / (1 / f - 1 / g) + fig, ax = plt.subplots(figsize=(7.6, 4.6)) + ax.plot(g, b, color=NAVY, lw=2.5) + ax.axvline(f, color=CORAL, lw=1.5, ls="--") + ax.axvline(2 * f, color=GREY, lw=1.5, ls="--") + ax.axhline(2 * f, color=GREY, lw=1, ls=":") + ax.plot(2 * f, 2 * f, "o", color=AMBER, ms=10, zorder=5) + ax.text(2 * f + 4, 2 * f - 14, "g = 2f = b:\nimage same size (M = 1)", + fontsize=9, color=NAVY) + ax.text(f + 3, 380, "g → f:\nimage runs to infinity\n(magnifier regime " + "starts left of here)", fontsize=9, color=CORAL) + ax.text(160, 220, "g > 2f:\nimage smaller than object\n(camera regime)", + fontsize=9, color=GREY) + ax.text(62, 120, "f < g < 2f:\nimage enlarged\n(projector regime)", + fontsize=9, color=TEAL) + ax.set_xlabel("object distance g in mm") + ax.set_ylabel("image distance b in mm") + ax.set_ylim(0, 450) + ax.set_title("Lens equation for the 50 mm lens: 1/f = 1/g + 1/b") + for s in ["top", "right"]: + ax.spines[s].set_visible(False) + _save_png(fig, "lens-equation-50mm.png") + + +# ============================================================================ +# 7. Galilean telescope (static) +# ============================================================================ +def _parallel_bundle(ax, x0, x1, ys, angle, color, lw=2, ls="-"): + for y in ys: + ax.plot([x0, x1], [y, y + np.tan(angle) * (x1 - x0)], color=color, + lw=lw, ls=ls) + + +def fig_galilean(): + f1, f2 = 4.0, -2.0 # objective +100 mm, eyepiece -50 mm (scaled) + d = f1 + f2 # tube length = f1 - |f2| = 2.0 + theta = np.deg2rad(3.2) + fig, ax = plt.subplots(figsize=(9.6, 4.0)) + draw_axis(ax, -5.4, 5.6) + draw_lens(ax, 0, 1.75) + draw_lens(ax, d, 1.05, kind="concave") + ax.text(0, 2.0, "objective f₁ = +100 mm", ha="center", fontsize=9) + ax.text(d, 1.3, "eyepiece f₂ = −50 mm", ha="center", fontsize=9, + color=NAVY) + # incoming tilted parallel bundle + ys = np.array([0.9, 0.3, -0.3, -0.9]) + x0 = -5.2 + for y in ys: + y_lens = y + np.tan(theta) * (0 - x0) + ax.plot([x0, 0], [y, y_lens], color=TEAL, lw=2) + # would converge to focal plane of objective at x=f1, + # y = f1*tan(theta); eyepiece intercepts at x=d + y_focus = f1 * np.tan(theta) + y_eye = y_lens + (y_focus - y_lens) * (d / f1) + ax.plot([0, d], [y_lens, y_eye], color=TEAL, lw=2) + # after diverging eyepiece: parallel bundle at angle M*theta + theta_out = theta * (f1 / abs(f2)) + ax.plot([d, 5.4], [y_eye, y_eye + np.tan(theta_out) * (5.4 - d)], + color=CORAL, lw=2) + # virtual crossing point + ax.plot(f1, f1 * np.tan(theta), "o", mfc="none", mec=GREY, ms=8) + ax.text(f1 + 0.1, f1 * np.tan(theta) + 0.18, + "shared focal point\n(behind the eyepiece!)", fontsize=8, + color=GREY) + ax.text(-5.1, 1.55, "from a distant object,\ntilt angle α", color=TEAL, + fontsize=9) + ax.text(5.4, -1.9, "to the eye: steeper angle ÎČ = 2α\n→ appears 2× larger, " + "upright", color=CORAL, fontsize=9, ha="right") + ax.set_ylim(-2.4, 2.6) + ax.set_title("Galilean telescope: M = f₁ / |f₂| = 100/50 = 2×, " + "short tube (f₁ − |f₂|)") + _save_png(fig, "galilean-telescope.png") + + +# ============================================================================ +# 8. Kepler telescope (static) +# ============================================================================ +def fig_kepler(): + f1, f2 = 4.0, 2.0 # +100 mm and +50 mm (scaled) + d = f1 + f2 + theta = np.deg2rad(3.2) + fig, ax = plt.subplots(figsize=(9.6, 4.0)) + draw_axis(ax, -5.4, 9.4) + draw_lens(ax, 0, 1.75) + draw_lens(ax, d, 1.15) + ax.text(0, 2.0, "objective f₁ = +100 mm", ha="center", fontsize=9) + ax.text(d, 1.4, "eyepiece f₂ = +50 mm", ha="center", fontsize=9) + ys = np.array([0.9, 0.3, -0.3, -0.9]) + x0 = -5.2 + y_focus = -f1 * np.tan(theta) + for y in ys: + y_lens = y + np.tan(theta) * (0 - x0) + ax.plot([x0, 0], [y, y_lens], color=TEAL, lw=2) + ax.plot([0, f1], [y_lens, y_focus], color=TEAL, lw=2) + # from intermediate image through eyepiece: exits parallel at angle + y_eye = y_focus + (y_lens - y_focus) * ((d - f1) / (0 - f1)) * -1 + # simpler: ray continues straight from focus to eyepiece + slope = (y_focus - y_lens) / f1 + y_eye = y_focus + slope * f2 + ax.plot([f1, d], [y_focus, y_eye], color=TEAL, lw=2) + theta_out = -theta * (f1 / f2) + ax.plot([d, 9.2], [y_eye, y_eye + np.tan(theta_out) * (9.2 - d)], + color=CORAL, lw=2) + ax.plot(f1, y_focus, "o", color=PURPLE, ms=8, zorder=6) + ax.text(f1, y_focus - 0.35, "real intermediate image\n(shared focal plane " + "— catch it on paper!)", fontsize=8, color=PURPLE, ha="center", + va="top") + ax.text(9.2, 1.9, "to the eye: angle flipped\n→ 2× larger, upside-down", + color=CORAL, fontsize=9, ha="right") + ax.set_ylim(-2.6, 2.6) + ax.set_title("Kepler telescope: M = f₁ / f₂ = 100/50 = 2×, " + "long tube (f₁ + f₂), inverted image") + _save_png(fig, "kepler-telescope.png") + + +# ============================================================================ +# 9. Finite microscope (static) +# ============================================================================ +def fig_finite_microscope(): + fig, ax = plt.subplots(figsize=(10.2, 4.2)) + f_obj, tube, f_eye = 1.0, 5.0, 1.4 + x_obj = -1.28 # just outside f_obj -> real image at "tube length" + b, m = image_pos(f_obj, -x_obj) + draw_axis(ax, -2.6, b + f_eye + 3.4) + draw_lens(ax, 0, 1.1) + ax.text(0, 1.35, "4× objective\n(short f)", ha="center", fontsize=9) + h = 0.28 + draw_object(ax, x_obj, h, label="sample") + y_img = m * h + ax.plot([x_obj, 0], [h, h], color=TEAL, lw=2) + ax.plot([0, b], [h, y_img], color=TEAL, lw=2) + ax.plot([x_obj, b], [h, y_img], color=AMBER, lw=2) + draw_object(ax, b, y_img, color=PURPLE, label="") + ax.text(b, y_img - 0.25, "real intermediate image\n(160 mm behind the " + "objective)", ha="center", va="top", fontsize=8.5, color=PURPLE) + draw_lens(ax, b + f_eye, 0.95) + ax.text(b + f_eye, 1.2, "eyepiece\n(acts as magnifier)", ha="center", + fontsize=9) + # eyepiece output: parallel bundle + for dy in (-0.15, 0.0, 0.15): + ax.plot([b + f_eye, b + f_eye + 2.6], + [y_img * 0.35 + dy, y_img * 0.35 + dy + 0.75], color=CORAL, + lw=1.8) + ax.text(b + f_eye + 2.7, y_img * 0.35 + 1.2, "to the relaxed eye", + color=CORAL, fontsize=9, ha="right") + ax.annotate("", xy=(b, -1.35), xytext=(0, -1.35), + arrowprops=dict(arrowstyle="<->", color=GREY, lw=1.6)) + ax.text(b / 2, -1.7, 'fixed tube length ("160" printed on the objective)', + ha="center", color=GREY, fontsize=9) + ax.set_ylim(-2.1, 2.1) + ax.set_title("Finite-corrected microscope: M = M_objective × M_eyepiece") + _save_png(fig, "finite-microscope.png") + + +# ============================================================================ +# 10. Infinity microscope (static) +# ============================================================================ +def fig_infinity_microscope(): + fig, ax = plt.subplots(figsize=(10.6, 4.2)) + f_obj, f_tube, f_eye = 1.0, 2.0, 1.0 + x_tube = 3.6 + draw_axis(ax, -2.4, x_tube + f_tube + f_eye + 3.2) + draw_lens(ax, 0, 1.2) + ax.text(0, 1.45, "objective f = 50 mm\n(sample in its focus)", + ha="center", fontsize=9) + h = 0.25 + draw_object(ax, -f_obj, h, label="sample") + # rays from the object tip exit the objective as a tilted parallel bundle + slope = -h / f_obj + ys = (0.75, 0.3, -0.1) + for y_hit in ys: + ax.plot([-f_obj, 0], [h, y_hit], color=TEAL, lw=2) + ax.plot([0, x_tube], [y_hit, y_hit + slope * x_tube], color=TEAL, lw=2) + ax.text(x_tube / 2 + 0.2, -1.85, "parallel rays — the “infinity space”\n" + "(filters etc. can go here, distance doesn't matter)", + ha="center", fontsize=9, color=TEAL) + draw_lens(ax, x_tube, 1.2) + ax.text(x_tube, 1.45, "tube lens\nf = 100 mm", ha="center", fontsize=9) + # tube lens focuses the tilted parallel bundle into its focal plane, + # at height slope * f_tube + y_img = slope * f_tube + for y_hit in ys: + y_at_tube = y_hit + slope * x_tube + ax.plot([x_tube, x_tube + f_tube], [y_at_tube, y_img], color=TEAL, lw=2) + draw_object(ax, x_tube + f_tube, slope * f_tube, color=PURPLE, label="") + ax.text(x_tube + f_tube, slope * f_tube - 0.25, + "intermediate image", ha="center", va="top", fontsize=8.5, + color=PURPLE) + draw_lens(ax, x_tube + f_tube + f_eye, 0.9) + ax.text(x_tube + f_tube + f_eye, 1.15, "eyepiece", ha="center", fontsize=9) + for dy in (-0.12, 0.0, 0.12): + ax.plot([x_tube + f_tube + f_eye, x_tube + f_tube + f_eye + 2.2], + [slope * f_tube * 0.4 + dy, slope * f_tube * 0.4 + dy + 0.6], + color=CORAL, lw=1.8) + ax.text(x_tube + f_tube + f_eye + 2.3, slope * f_tube * 0.4 + 1.0, + "to the eye", color=CORAL, fontsize=9, ha="right") + ax.set_ylim(-2.4, 2.1) + ax.set_title("Infinity-corrected microscope: " + "M_objective = f_tube / f_objective = 100/50 = 2×") + _save_png(fig, "infinity-microscope.png") + + +# ============================================================================ +# 11. Why "infinity" is useful (GIF: tube lens slides, image stays sharp) +# ============================================================================ +def gif_infinity_space(): + f_obj, f_tube = 1.0, 2.0 + h = 0.2 + slope = -h / f_obj + fig, ax = plt.subplots(figsize=(9.6, 3.8)) + fig._fig = fig + d_vals = np.concatenate([np.linspace(2.2, 4.4, 40), + np.linspace(4.4, 2.2, 40)]) + + def upd(i): + ax.clear() + d = d_vals[i] + draw_axis(ax, -2.2, 7.6) + draw_lens(ax, 0, 1.3) + ax.text(0, 1.5, "objective", ha="center", fontsize=9) + draw_object(ax, -f_obj, h, label="sample") + # the parallel bundle with this slope focuses at height slope*f_tube + y_img = slope * f_tube + for y_hit in (0.55, 0.15, -0.25): + ax.plot([-f_obj, 0], [h, y_hit], color=TEAL, lw=2) + ax.plot([0, d], [y_hit, y_hit + slope * d], color=TEAL, lw=2) + y_at_tube = y_hit + slope * d + ax.plot([d, d + f_tube], [y_at_tube, y_img], color=TEAL, lw=2) + draw_lens(ax, d, 1.3) + ax.text(d, -1.45, "tube lens (try moving it!)", ha="center", + fontsize=9) + draw_object(ax, d + f_tube, y_img, color=PURPLE, label="image") + ax.set_ylim(-1.9, 1.9) + ax.set_title("Between objective and tube lens the rays are parallel —\n" + "the image stays identical while the distance changes") + return [] + + anim = FuncAnimation(fig, upd, frames=len(d_vals), interval=60, blit=False) + _save_gif(anim, "infinity-space.gif", fps=15) + + +# ============================================================================ +# main +# ============================================================================ +if __name__ == "__main__": + print(f"Writing figures to {OUT}\n") + fig_converging_diverging() + fig_focal_length_method() + gif_ray_construction() + gif_magnifier() + fig_projector() + fig_lens_equation() + fig_galilean() + fig_kepler() + fig_finite_microscope() + fig_infinity_microscope() + gif_infinity_space() + print("\nMANIFEST") + for p in sorted(OUT.glob("*.png")) + sorted(OUT.glob("*.gif")): + print(f" {p.name}") diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/infinity-microscope.png b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/infinity-microscope.png new file mode 100644 index 000000000..08c0af2bc Binary files /dev/null and b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/infinity-microscope.png differ diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/infinity-space.gif b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/infinity-space.gif new file mode 100644 index 000000000..bd88a3c03 Binary files /dev/null and b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/infinity-space.gif differ diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/kepler-telescope.png b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/kepler-telescope.png new file mode 100644 index 000000000..7087c7ca5 Binary files /dev/null and b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/kepler-telescope.png differ diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/lens-equation-50mm.png b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/lens-equation-50mm.png new file mode 100644 index 000000000..9eb37c569 Binary files /dev/null and b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/lens-equation-50mm.png differ diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/magnifier-virtual-image.gif b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/magnifier-virtual-image.gif new file mode 100644 index 000000000..d4e15b0fc Binary files /dev/null and b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/magnifier-virtual-image.gif differ diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/projector-real-image.png b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/projector-real-image.png new file mode 100644 index 000000000..d970c801b Binary files /dev/null and b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/projector-real-image.png differ diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/ray-construction.gif b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/ray-construction.gif new file mode 100644 index 000000000..ba0b69e19 Binary files /dev/null and b/docs/usage/disc/corebox/explanation/IMAGES/ray-construction.gif differ diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/_category_.yml b/docs/usage/disc/corebox/explanation/_category_.yml new file mode 100644 index 000000000..a98925a76 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/explanation/_category_.yml @@ -0,0 +1,2 @@ +label: Explanation +position: 3 diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/how-a-microscope-works.md b/docs/usage/disc/corebox/explanation/how-a-microscope-works.md new file mode 100644 index 000000000..39ffd6fe9 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/explanation/how-a-microscope-works.md @@ -0,0 +1,129 @@ +--- +title: How a microscope works +sidebar_position: 4 +description: Two-stage magnification, finite vs. infinity-corrected optics, what the numbers on the objective mean, and why NA limits what you can see. +--- + +# How a microscope works + +*Understanding-oriented. The deepest page of the CoreBox docs — worth it, because +after this you understand every research microscope you'll ever meet.* + +A microscope is not "a stronger magnifying glass". It magnifies in **two stages**: +an **objective** forms an enlarged real image of the sample, and an **eyepiece** +magnifies that image again, like a loupe. Total magnification is the product: + +$$M_\text{total} = M_\text{objective} \times M_\text{eyepiece}$$ + +The two microscope architectures in the CoreBox differ only in *how the objective +forms that first image.* + +## The classical way: finite optics + +![](IMAGES/finite-microscope.png) + +The sample sits **just outside** the focal length of a short-f objective — the +"projector regime" pushed to the extreme +([see How images form](./how-images-form.md)). The objective casts a strongly +enlarged, real **intermediate image** at a fixed distance: the **tube length**, +160 mm by DIN convention, printed right on the barrel. + +The CoreBox 4× objective works this way. Its magnification is fixed by design +(that's the "4×"), and the eyepiece adds its loupe factor: + +$$M_\text{total} = 4 \times \frac{250\ \text{mm}}{f_\text{eyepiece}}$$ + +The catch: the geometry is **rigid**. The intermediate image must land exactly +160 mm away, so you cannot insert filters or extra optics into the tube without +shifting the image and breaking the objective's built-in aberration corrections. + +## The modern way: infinity optics + +![](IMAGES/infinity-microscope.png) + +Put the sample **exactly in the focal plane** of the objective and something +interesting happens: every point of the sample turns into a **parallel bundle** of +rays — the image "forms at infinity", i.e. nowhere yet. A second lens, the **tube +lens**, then focuses those bundles into the real intermediate image. + +The objective magnification is now a *ratio of focal lengths*: + +$$M_\text{objective} = \frac{f_\text{tube}}{f_\text{objective}}$$ + +In the [CoreBox build](../how-to/build-the-infinity-microscope.md): 100 mm / 50 mm = +2×, and with the 50 mm eyepiece (250/50 = 5×) a total of **10×**. + +### Why bother? The infinity space + +Between objective and tube lens the light is parallel — and parallel rays don't +care how far they travel: + +![](IMAGES/infinity-space.gif) + +You can stretch this **"infinity space"** and, more importantly, fill it with flat +optical components — colour filters, polarizers, beam splitters, fluorescence filter +cubes — **without shifting the image at all**. Every current research microscope +(Zeiss, Leica, Nikon, Olympus — with tube lens focal lengths of 165/200/200/180 mm +respectively) is built this way for exactly this reason. When you slide the tube +lens back and forth in your CoreBox build and the image refuses to move, you are +seeing the design principle of a €300,000 confocal microscope. + +## Decoding the objective + +The numbers engraved on the 4× objective: + +| Marking | Meaning | +|---|---| +| **4×** | magnification (at the design tube length) | +| **0.10** | numerical aperture (NA) — see below | +| **160** | designed for 160 mm finite tube length ("∞" would mean infinity-corrected) | +| **0.17** | designed for a 0.17 mm cover slip | + +Objectives up to 4× are often a single lens; higher magnifications hide entire +multi-lens systems in the barrel to fight aberrations. + +## Numerical aperture: the real limit + +Magnification you can always add — a shorter eyepiece, digital zoom. What you +**cannot** add afterwards is *detail*. The detail limit is set by the **numerical +aperture**, the sine of the half-angle of the light cone the objective accepts: + +$$d_\text{min} \approx \frac{\lambda}{2\,\text{NA}}$$ + +For the CoreBox objective (NA 0.1, green light λ ≈ 550 nm): +$d_\text{min} \approx 2.8$ ”m. Structures closer together than that merge into mush, +no matter how much you magnify — magnification beyond what the NA supports is +called **empty magnification**. (Why a light cone limits detail is a wave-optics +story — diffraction — and the [HoloBox](../../holobox/index.md) picks it up from +there.) + +This one number explains the economics of microscopy: high-NA objectives need many +precisely made lenses in a tight cone above the sample — that is what you pay for, +not the magnification printed next to it. + +## The eyepiece, briefly + +An eyepiece is a magnifier for the intermediate image. The CoreBox ships a +**Ramsden eyepiece**: two identical plano-convex lenses a set distance apart. Versus +a single lens it gives a flatter, wider field with fewer colour errors at the edge — +compare them yourself in the +[smartphone microscope](../tutorials/your-first-microscope.md#try-this). The bright +little disc of light floating above the eyepiece (find it with a paper screen!) is +the **exit pupil** — your eye's pupil, or the phone camera, must sit exactly there, +which is why [phone positioning](../how-to/troubleshoot-the-smartphone-microscope.md) +is so fussy. + +## Where this shows up in the CoreBox + +| Idea on this page | You'll meet it in
 | +|---|---| +| Finite optics, tube length | [Build the finite microscope](../how-to/build-the-finite-microscope.md) | +| Infinity space | [Build the infinity microscope](../how-to/build-the-infinity-microscope.md) | +| Two-stage magnification | [Calibrate the magnification](../how-to/calibrate-magnification.md) | +| Exit pupil | [Troubleshooting](../how-to/troubleshoot-the-smartphone-microscope.md) | + +--- + +**Want wave optics next?** The CoreBox deliberately stops where geometrical optics +stops. Interference, diffraction and holography live in the +[HoloBox documentation](../../holobox/index.md). diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/how-images-form.md b/docs/usage/disc/corebox/explanation/how-images-form.md new file mode 100644 index 000000000..82219d0dd --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/explanation/how-images-form.md @@ -0,0 +1,113 @@ +--- +title: How images form +sidebar_position: 2 +description: Real vs. virtual images, the lens equation, and why the same 50 mm lens is a projector at one distance and a magnifier at another. +--- + +# How images form + +*Understanding-oriented. The single most useful page in this documentation: one lens, +one formula, every regime.* + +The same 50 mm lens projects a cinema-style image onto the wall **or** works as a +magnifying glass — depending only on **how far away the object is**. This page +explains why. + +## The ray construction, animated + +Take an object (green arrow), draw the [three principal rays](./light-rays-and-lenses.md#three-rays-you-can-always-draw) +from its tip, and the image sits where they cross. Watch what happens as the object +moves closer to the focal point: + +![](IMAGES/ray-construction.gif) + +Two things to notice: + +- The image is **upside-down** (and left-right swapped). Rays from the top of the + object end up at the bottom — an unavoidable property of a converging lens. +- As the object approaches **F**, the image races away and grows. *At* F it + disappears to infinity. + +## Real vs. virtual — the most important distinction in optics + +A **real image** exists where light rays actually meet. You can put a screen there +and see it — the [projector](../tutorials/from-lens-to-projector.md) does exactly +that. + +A **virtual image** is different: the rays never meet, they only *appear to come +from* a common point when your eye traces them backwards. You can see a virtual +image by looking into the lens — but a screen at its position shows nothing, +because no light is there. + +Move the object **inside** the focal length and the real image is gone; instead an +upright, enlarged, virtual image appears — the **magnifier effect**: + +![](IMAGES/magnifier-virtual-image.gif) + +## The lens equation + +All of this — position, size, orientation — follows from one formula relating focal +length $f$, object distance $g$ and image distance $b$: + +$$\frac{1}{f} = \frac{1}{g} + \frac{1}{b}$$ + +with the lateral magnification + +$$M = \frac{b}{g}$$ + +Here is the whole behaviour of the 50 mm lens in one curve: + +![](IMAGES/lens-equation-50mm.png) + +| Object distance | Image | Instrument | +|---|---|---| +| $g > 2f$ | real, inverted, **smaller** | camera, eye | +| $g = 2f$ | real, inverted, **same size** | 1:1 relay | +| $f < g < 2f$ | real, inverted, **enlarged** | **projector**, microscope objective | +| $g = f$ | no image (rays parallel) | collimator, "infinity" | +| $g < f$ | virtual, upright, enlarged | **magnifier**, eyepiece | + +## The projector, quantitatively + +![](IMAGES/projector-real-image.png) + +With the sample 60 mm from the 50 mm lens, the equation predicts the image 300 mm +away and 5× enlarged — and that's what you measure in the +[tutorial](../tutorials/from-lens-to-projector.md). A cinema projector is the same +diagram with $g$ only a hair above $f$: tiny film frame, huge wall, $M$ in the +hundreds. + +## Why does the magnifier magnify? + +What limits how big something looks is the **angle** it takes up at your eye. You +can enlarge that angle by bringing the object closer — but closer than about 250 mm +(the standard "near point"), your eye can no longer focus. + +The magnifier's trick: with the object inside the focal length, the lens creates a +virtual image **far away** that your relaxed eye can comfortably focus — while +covering the *large angle* of the close-up object. The standard measure compares +against the 250 mm near point: + +$$M_\text{magnifier} = \frac{250\ \text{mm}}{f}$$ + +So the 50 mm lens gives 5×, the 100 mm lens 2.5× — and the 4× microscope objective +(f = 32 mm) used as a loupe about 8×. Shorter focal length, more magnification; +that's the entire arms race of microscopy in one sentence. + +:::note ✏ TODO — Benedict +Confirm f = 32 mm for the shipped 4× objective (stated in the old docs; a 160 mm +DIN 4× objective would nominally be nearer 40 mm). +::: + +## Where this shows up in the CoreBox + +| Idea on this page | You'll meet it in
 | +|---|---| +| Real image + lens equation | [From lens to projector](../tutorials/from-lens-to-projector.md) | +| Real intermediate image | [Build a telescope](../tutorials/build-a-telescope.md) (Kepler), every microscope | +| Virtual image / magnifier | every eyepiece in the box | +| $g = f$: parallel rays | [infinity microscope](../how-to/build-the-infinity-microscope.md) | + +--- + +**Next:** [How telescopes work →](./how-telescopes-work.md) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/how-telescopes-work.md b/docs/usage/disc/corebox/explanation/how-telescopes-work.md new file mode 100644 index 000000000..4a04472f4 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/explanation/how-telescopes-work.md @@ -0,0 +1,92 @@ +--- +title: How telescopes work +sidebar_position: 3 +description: Galilean vs. Kepler — how two lenses make distant things look closer, why the magnification is f₁/f₂, and why Kepler flips the image. +--- + +# How telescopes work + +*Understanding-oriented. Read after (or instead of) building — +[the tutorial](../tutorials/build-a-telescope.md) is the hands-on version.* + +A telescope does something odd if you think about it: the Moon is no brighter and no +closer after you build one. What a telescope really enlarges is the **angle** under +which you see things. + +## Angles are everything + +A distant object sends you practically **parallel rays**, arriving at some small +angle α to the axis. Your eye turns that angle into image size on the retina. A +telescope is an *angle amplifier*: parallel rays in at angle α, parallel rays out at +a larger angle ÎČ. The magnification is + +$$M = \frac{\beta}{\alpha} = \frac{f_\text{objective}}{f_\text{eyepiece}}$$ + +Both CoreBox telescopes use the 100 mm objective, so with the 50 mm (or −50 mm) +eyepiece both give **M = 2**. The *way* they do it differs — and that difference +decides image orientation, tube length and field of view. + +## The Galilean telescope: intercept before the focus + +![](IMAGES/galilean-telescope.png) + +The objective starts bundling the rays towards its focal point — but the +**diverging eyepiece intercepts them first** and straightens them out again. The +two focal points coincide *behind* the eyepiece, so the tube is short: +$f_1 - |f_2| = 50$ mm. + +Because the rays never cross, **the image stays upright** — which is why opera +glasses and cheap binoculars-toys use this design. The price: no real intermediate +image exists, the field of view is small, and high magnification is impractical. + +## The Kepler telescope: go through the focus + +![](IMAGES/kepler-telescope.png) + +Here the objective is allowed to finish the job: the rays **cross** in the shared +focal plane and form a **real intermediate image** — tiny, floating in the middle of +the tube, upside-down (as every real image is, +[see previous page](./how-images-form.md)). The converging eyepiece then works as a +magnifier looking at that image. + +Consequences: + +- The tube is long: $f_1 + f_2 = 150$ mm. +- The image is **inverted** — the eyepiece magnifies but doesn't un-flip. +- The intermediate image is a real place: you can put a paper screen there (try + it!), or crosshairs — which is why rifle scopes and measuring telescopes are + Kepler designs. +- Field of view and achievable magnification beat the Galilean, which is why + **astronomy uses Kepler** — stars don't mind being upside-down. + +## Side-by-side + +| | Galilean | Kepler | +|---|---|---| +| Eyepiece | diverging (−50 mm) | converging (+50 mm) | +| Tube length | $f_1 - \lvert f_2\rvert$ = 50 mm | $f_1 + f_2$ = 150 mm | +| Image | upright | inverted | +| Intermediate image | none | real, accessible | +| Field of view | small | larger | +| Used in | opera glasses | astronomy, scopes | + +## Making Kepler upright again: the spotting scope + +Insert a third converging lens behind the intermediate image at 1:1 ([$g = 2f$](./how-images-form.md#the-lens-equation)) +and it re-inverts the image without changing the magnification — the classical +**terrestrial telescope**. It works in the CoreBox but gets long; real binoculars +solve the same problem compactly with prisms. + +## Two questions worth asking in class + +- **Why not just use a stronger eyepiece for more magnification?** Try it: swap the + Kepler eyepiece for a shorter focal length. The image grows — and gets darker, + dimmer, shakier. Magnification without more collected light is empty. +- **What does the objective diameter do?** It collects light and sets resolution. + That's why observatories build mirrors measured in metres — and why the same idea + returns as **numerical aperture** in the + [microscope](./how-a-microscope-works.md). + +--- + +**Next:** [How a microscope works →](./how-a-microscope-works.md) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/explanation/light-rays-and-lenses.md b/docs/usage/disc/corebox/explanation/light-rays-and-lenses.md new file mode 100644 index 000000000..60cbf9883 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/explanation/light-rays-and-lenses.md @@ -0,0 +1,101 @@ +--- +title: Light rays and lenses +sidebar_position: 1 +description: The ray model of light, what focal length really means, and how converging and diverging lenses differ — without university maths. +--- + +# Light rays and lenses + +*Understanding-oriented. No equipment needed — read this before you build.* + +Every experiment in the CoreBox rests on one simple model: **light travels in +straight lines, and lenses bend those lines in a predictable way.** This page +explains that model — it's all you need for magnifiers, projectors, telescopes and +microscopes. + +## Light as rays + +Light is physically a wave (the [HoloBox](../../holobox/index.md) is all about +that), but for lenses and mirrors a simpler picture works astonishingly well: draw +light as **rays** — arrows that travel in straight lines until something bends them. + +This is called **geometrical optics**. Its two ground rules: + +1. In air, rays go **straight**. +2. At a lens, rays are **refracted** (bent) — glass slows light down, and the curved + surface turns that slowdown into a change of direction. + +## Focal length: the one number that defines a lens + +Send rays **parallel to the axis** into a converging lens and they all cross at one +point: the **focal point F**. Its distance from the lens is the **focal length f**, +given in millimetres and printed on every CoreBox lens holder (50, 100, −50). + +![](IMAGES/converging-vs-diverging.png) + +- A **converging lens** (+f) is **thicker in the middle**. Parallel rays are bundled + into a **real focus** behind the lens — you can catch it on paper (that's also how + you [measure f](../how-to/measure-a-focal-length.md)). +- A **diverging lens** (−f) is **thinner in the middle**. Parallel rays spread out as + if they came from a **virtual focus** *in front of* the lens. Nothing to catch on + paper — but your eye can follow the spread-out rays back and "sees" that point. + +:::tip Feel it with your hands +Sunlight (parallel rays!) through the 50 mm lens makes a hot bright dot at 5 cm. +The −50 mm lens never makes a dot, no matter how you hold it. That's the entire +difference in one experiment — with the usual warning: **never look at the sun +through any lens.** +::: + +A handy way to compare lens strength is **optical power** $D = 1/f$ (f in metres), +measured in **dioptres** — the number on glasses prescriptions. The 50 mm lens has ++20 dpt, the 100 mm lens +10 dpt, the −50 mm lens −20 dpt. Shorter focal length = +stronger lens. + +## The thin-lens simplification + +Real lenses have thickness, two curved surfaces, and imperfections. For everything +in the CoreBox we treat each lens as a **thin lens**: a single flat plane that bends +rays, described *completely* by its focal length. This is why we can draw clean +diagrams and calculate with one small formula ([next page](./how-images-form.md)). + +Where the simplification leaks, you can *see* it in your builds: + +- **Chromatic aberration:** glass bends blue light slightly more than red, so each + colour has its own focal point — the colour fringes at high-contrast edges. +- **Spherical aberration:** rays through the lens edge focus slightly closer than + rays through the centre — the image can't be perfectly sharp everywhere at once. + This is also why **lens orientation matters** in your builds: with the curved side + facing the parallel beam, the bending is shared between the two surfaces and the + error shrinks. + +Finding these errors in your own setup is not failure — it's exactly what optical +engineers are paid to fight. + +## Three rays you can always draw + +For any object and any thin lens, three special rays are enough to construct the +image (watch them at work in the animation on the +[next page](./how-images-form.md)): + +1. The **parallel ray** — runs parallel to the axis, then bends through the + image-side focal point. +2. The **centre ray** — passes through the lens centre **unbent**. +3. The **focal ray** — passes through the object-side focal point, then leaves the + lens parallel to the axis. + +Where they cross, the image is. That construction — nothing more — explains every +instrument in this box. + +## Where this shows up in the CoreBox + +| Idea on this page | You'll meet it in
 | +|---|---| +| Focal length | [Measure a focal length](../how-to/measure-a-focal-length.md) | +| Converging lens forms real images | [From lens to projector](../tutorials/from-lens-to-projector.md) | +| Diverging lens | Galilean eyepiece in [Build a telescope](../tutorials/build-a-telescope.md) | +| Ray construction | [How images form](./how-images-form.md) | + +--- + +**Next:** [How images form →](./how-images-form.md) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/for-teachers.md b/docs/usage/disc/corebox/for-teachers.md new file mode 100644 index 000000000..05fcbaaf2 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/for-teachers.md @@ -0,0 +1,147 @@ +--- +title: For teachers +sidebar_position: 5 +description: Lesson plans (8 lessons), KMK competency mapping, classroom organisation and preparation checklists — the CoreBox teaching concept in one page. +--- + +# Teaching with the CoreBox + +*For teachers planning a unit. This page condenses the full German teaching concept +("Didaktikkonzept – CoreBox openUC2: **Lichtwelten entdecken**"). Students don't +need to read it.* + +:::note ✏ TODO — Benedict +Link the full Didaktikkonzept V2 PDF here once it has a stable home (repo or +download server), including the student worksheets / Kopiervorlagen it contains. +::: + +## At a glance + +| | | +|---|---| +| Target group | Sekundarstufe I (Kl. 5–10); extensions for Sek II | +| Scope | 1–8 lessons, modular — single lessons, double lessons, project days, MINT clubs | +| Subjects | Physics; optional Biology (microscopy) and CS (digital imaging) | +| Group size | 2–3 students per box | +| Room | normal classroom; dimmable helps for the projector lesson | +| Safety | **no laser, no heat source** in the box; only rule: never look at the sun through optics | + +The guiding idea: **"Optik begreifen, indem man sie baut"** — students understand +optics because they construct every instrument themselves, see every change of +distance or lens produce a visible effect, and treat errors (blurry, upside-down, +misaligned) as findable causes rather than failures. + +## Why build instead of using a finished microscope? + +1. **Construction creates understanding** — ray paths aren't hidden in a housing. +2. **Modularity invites experiments** — every distance, lens and light can be varied. +3. **Errors become teachable** — a blurry or flipped image has a discoverable reason. +4. **Digital integration** — smartphone/tablet microscopy the way real labs do it. +5. **Competency-oriented (KMK)** — supports Erkenntnisgewinnung, Fachwissen, + Kommunikation and Bewertung in one material. + +**What the CoreBox is *not*:** a precision optical bench. Compared to laboratory +cage systems the builds are (deliberately) more playful and less rigid — the point +is *seeing the principles with modest means*, not metrology. For university lab +courses, treat it as an introductory / at-home / first-semester tool rather than a +replacement for precision optics training. + +## Prerequisites + +**Required** (usually covered in Kl. 5–6): light travels in straight lines; shadow +formation; describing observations; basic experimental habits. +**Helpful:** first experience with magnifiers; terms like ray, object, image. +**Not needed:** lens equation, any mathematics beyond mm-measurements. + +## The eight lessons + +Each lesson pairs an experiment (tutorial/how-to page) with an explanation page. +Order and selection are modular — the sequence below is the tested build-up. + +| # | Lesson | Build | Background page | +|---|---|---|---| +| 1 | Introduction: the magnifier | [From lens to projector](./tutorials/from-lens-to-projector.md), steps 1–2 | [Light rays and lenses](./explanation/light-rays-and-lenses.md) | +| 2 | Converging vs. diverging lenses | lens comparison + [measure a focal length](./how-to/measure-a-focal-length.md) | [Light rays and lenses](./explanation/light-rays-and-lenses.md) | +| 3 | Image formation: the projector | [From lens to projector](./tutorials/from-lens-to-projector.md), steps 3–4 | [How images form](./explanation/how-images-form.md) | +| 4 | Consolidation: image formation | projector variations, quantitative check of $1/f = 1/g + 1/b$ | [How images form](./explanation/how-images-form.md) | +| 5 | Telescopes: Galilei & Kepler | [Build a telescope](./tutorials/build-a-telescope.md) | [How telescopes work](./explanation/how-telescopes-work.md) | +| 6 | The classical (finite) microscope | [Build the finite microscope](./how-to/build-the-finite-microscope.md) | [How a microscope works](./explanation/how-a-microscope-works.md) | +| 7 | The modern microscope: infinity optics | [Build the infinity microscope](./how-to/build-the-infinity-microscope.md) | [How a microscope works](./explanation/how-a-microscope-works.md) | +| 8 | Smartphone microscopy | [Your first microscope](./tutorials/your-first-microscope.md) + [calibration](./how-to/calibrate-magnification.md) | [How a microscope works](./explanation/how-a-microscope-works.md) | + +**Cube dismantling** ([Open and reconfigure a cube](./how-to/open-and-reconfigure-a-cube.md)) +slots naturally between lessons 5 and 6, when empty cubes are first needed. + +### Differentiated entry points + +Depending on the group, you can also start with: + +- the **magnifier** (low threshold, everyday reference) — the default, +- **focal lengths** (more theory-first), +- the **telescope** ("why is it upside-down?" as the driving question), +- **tablet microscopy first** (wow-factor entry, then work backwards). + +A proven opener: pass around a smartphone, a rapid test, and a computer chip and ask +what they have in common — none would exist without optics research. + +## KMK competency mapping (short form) + +- **Erkenntnisgewinnung:** hypothesise → build → vary (distance, lens, light) → + evaluate; the ray model as a worked example of modelling. +- **Fachwissen:** lens action, focal length, magnification (qualitative Sek I, + quantitative Sek II), ray construction, instrument principles. +- **Kommunikation:** sketching setups and ray paths, correct use of terms + (Brennweite, Zwischenbild, VergrĂ¶ĂŸerung — see [glossary](./reference/glossary.md)), + documenting with photos, team roles. +- **Bewertung:** limits of instruments (field of view vs. magnification, + [empty magnification](./explanation/how-a-microscope-works.md#numerical-aperture-the-real-limit)), + error analysis, optics in everyday technology. + +## Classroom organisation + +**Roles that work** (rotate them): one student directs the build from the +instructions, one builds, one documents observations. + +**Methods mix:** short demonstration impulses → group experiments → sketch/model +phase → (digital) documentation → reflection. Compatible with 5E +(Engage/Explore/Explain/Elaborate/Evaluate). + +### Preparation checklist (per box) + +- [ ] Box complete? (check against [Parts and parameters](./reference/parts-and-parameters.md)) +- [ ] Torch: batteries in and charged? Constant-light mode working? +- [ ] Samples: 2 prepared slides + blank slide present? Own samples prepared? +- [ ] Tablets/phones charged, cameras working? +- [ ] Room dimmable (projector lesson)? + +### After the unit + +- [ ] Each box repacked completely (photo of the packed box helps as reference) +- [ ] Lenses clean (supplied cloth only), everything dry + +:::note đŸ–Œïž Image placeholder — `packed-box-reference.jpg` +**TODO (Benedict):** well-lit photo of the correctly packed CoreBox as the repacking +reference. +::: + +## Robustness, repairs, sustainability + +The parts tolerate rough handling; if something does break, single modules can be +re-bought or 3D-printed instead of replacing the box — repairing is part of the +open-source concept. Risk of students "breaking something valuable" is low by +design. + +## Extensions beyond this box + +- **Interferometry & holography:** [HoloBox](../holobox/index.md) (adds laser — + separate safety briefing needed). +- **Camera-based imaging, motorised stages:** Electronics / Infinity add-ons. +- **Programming:** smartphone image analysis (pixel measurements from the + [calibration guide](./how-to/calibrate-magnification.md)) bridges into CS lessons. + +:::note ✏ TODO — Benedict +Add the Bundesland-specific curriculum mapping (Lehrplan-Mapping) once compiled — +the Didaktikkonzept lists it as an annex. Also decide where the student worksheets +(Kopiervorlagen) should live: as downloadable PDFs linked here, or as their own doc +pages. +::: diff --git a/docs/usage/disc/corebox/how-to/_category_.yml b/docs/usage/disc/corebox/how-to/_category_.yml new file mode 100644 index 000000000..ffdcfafeb --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/how-to/_category_.yml @@ -0,0 +1,2 @@ +label: How-to guides +position: 2 diff --git a/docs/usage/disc/corebox/how-to/build-the-finite-microscope.md b/docs/usage/disc/corebox/how-to/build-the-finite-microscope.md new file mode 100644 index 000000000..ace015c13 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/how-to/build-the-finite-microscope.md @@ -0,0 +1,99 @@ +--- +title: Build the finite microscope +sidebar_position: 4 +description: The classical microscope — real 4× objective, geared Z-stage focusing, 45° mirror and eyepiece. +--- + +# How to build the finite microscope + +*Task-oriented. You want the classical ("160 mm tube") microscope with the real 4× +objective and proper gear focusing.* + +The 4× objective is a **finite-corrected** objective: it forms a real intermediate +image at a fixed distance (160 mm mechanical tube length, printed on the barrel) +which the eyepiece then magnifies. + +**Magnification:** $M = M_\text{objective} \cdot M_\text{eyepiece} = 4 \cdot \frac{250\,\text{mm}}{f_\text{eyepiece}}$ + +:::note ✏ TODO — Benedict +Insert the focal length / magnification of the Ramsden eyepiece shipped in the +CoreBox (e.g. "10×, f = 25 mm" → total 40×). The old docs never state it. +::: + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image48.gif) +*The finite microscope in action.* + +## What you need + +- **Z-stage cube** with the **4× objective** screwed in +- **Sample holder cube** + sample +- **50 mm lens cube, insert rotated 90°**, or the **Ramsden eyepiece cube** (viewing from above) +- 1× **45° mirror cube** +- 2–3× empty cubes +- 10–12× puzzle base plates +- Torch with holder + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image139.jpg) +*Parts and base-plate layout.* + +### The plan (side view) + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image2.png) +*Sample → 4× objective (on Z-stage) → empty cubes create the 160 mm tube → mirror → +eyepiece.* + +## Steps + +1. Click **5 base plates** in a row; put the **sample holder** at the front. + + ![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image105.jpg) + +2. Assemble the **objective cube**: thread the 4× objective into the Z-stage insert + and close the cube around it. + + ![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image58.jpg) + ![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image63.jpg) + ![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image86.jpg) + + :::tip Which of the two RMS threads? + The Z-stage has two threaded positions offset by 5 mm. If a puzzle plate sits + between the Z-stage cube and the neighbouring cube, use the thread **closer to + the edge**; without a plate, the inner one. + ::: + +3. Place the objective cube next to the sample, then **2–3 empty cubes** (they form + the tube), and at the end the **45° mirror cube**, mirror face up. + + ![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image128.jpg) + +4. Lock the row with base plates on top. + + ![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image62.jpg) + +5. Put the **eyepiece** on top of the mirror cube — **mind its orientation** (wide + lens down). + + ![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image69.jpg) + +6. Illuminate the sample with the torch from some distance, look into the eyepiece, + and focus by **turning the Z-stage gear**. For coarse adjustment, slide the + objective in its holder or move the sample slide. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/Finite_Optics_result.png) +*Focused result through the eyepiece.* + +## What you should notice + +- **Higher magnification, smaller field of view** than the + [infinity build](./build-the-infinity-microscope.md) — 4× objective instead of 2×. +- **Distance is not optional here:** unlike the infinity design, the tube length is + fixed at 160 mm. Shorten or stretch it and the image degrades — that's the + fundamental difference between the two architectures, explained in + [How a microscope works](../explanation/how-a-microscope-works.md). +- The numbers on the objective barrel (`4x / 0.1`, `160/0.17`) all mean something: + see [Parts and parameters](../reference/parts-and-parameters.md). + +## Related + +- [Your first microscope](../tutorials/your-first-microscope.md) — same optics, smartphone camera +- [Calibrate the magnification](./calibrate-magnification.md) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/how-to/build-the-infinity-microscope.md b/docs/usage/disc/corebox/how-to/build-the-infinity-microscope.md new file mode 100644 index 000000000..e396a0aed --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/how-to/build-the-infinity-microscope.md @@ -0,0 +1,86 @@ +--- +title: Build the infinity-corrected microscope +sidebar_position: 3 +description: The modern microscope architecture built from two simple lenses — objective, parallel "infinity space", tube lens, eyepiece. +--- + +# How to build the infinity-corrected microscope + +*Task-oriented. You've done the [telescope tutorial](../tutorials/build-a-telescope.md) +and want the microscope that works like the ones in modern research labs.* + +Turn the Kepler telescope around and you have a microscope: this build uses the +**50 mm lens as objective**, the **100 mm lens as tube lens**, and a rotated 50 mm +lens (or the Ramsden eyepiece) to look in from above via a 45° mirror. + +**Magnification:** objective $\times$ eyepiece $= \frac{f_\text{tube}}{f_\text{objective}} \cdot \frac{250\,\text{mm}}{f_\text{eyepiece}} = \frac{100}{50} \cdot \frac{250}{50} = 2 \times 5 = 10\times$ + +## What you need + +- Sample holder cube + prepared sample +- 1× **50 mm lens cube** (objective) +- 1× **100 mm lens cube** (tube lens) +- 1× **50 mm lens cube, insert rotated 90°** (eyepiece, looking up) — see + [Open and reconfigure a cube](./open-and-reconfigure-a-cube.md) +- 1× **45° mirror cube**, mirror facing up +- 2× empty cubes +- 10× puzzle base plates +- Torch + +## Steps + +1. Click **5 base plates** in a row. +2. Front of the row: **sample holder cube**, sample centred. +3. Behind it: the **50 mm objective** cube, then the **100 mm tube lens** cube. +4. Then one **empty cube**, and on the last plate the **45° mirror cube** with the + mirror surface pointing **up**. +5. Stabilise with 5 plates on top. +6. On top of the mirror cube: the **rotated 50 mm eyepiece** cube. +7. Torch behind the sample holder, pointing at the sample. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image12.png) +*Sample holder joins the (former) Kepler telescope.* + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image45.png) +*Empty cube and mirror cube extend the row.* + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image70.png) +*Eyepiece on top of the mirror — mind its orientation.* + +8. Switch on the torch, look down into the eyepiece, and slide the objective/tube + lens gently in their cubes until the sample is sharp. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image81.png) + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image31.png) +*If you see nothing, re-centre the slide first — alignment is everything.* + +## Variant without the eyepiece: project the intermediate image + +Skip mirror and eyepiece and let the tube lens throw the image directly onto a paper +screen ~100 mm behind it — a microscope you can watch as a group: + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image20.png) +*Schematic: sample → objective → tube lens → screen.* + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image87.png) + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/Microscope_infinity_optics.gif) +*Dim the room and the intermediate image appears on the paper.* + +## The experiment that gives the design its name + +With the image sharp, **change the distance between objective and tube lens** — the +image doesn't move and stays sharp: + +![](../explanation/IMAGES/infinity-space.gif) + +Between the two lenses the rays travel **parallel** ("to infinity"). That's why +modern microscopes are built this way: filters, beam splitters and other modules can +be dropped into this space without shifting the image. +Full story: [How a microscope works](../explanation/how-a-microscope-works.md). + +## Related + +- [Build the finite microscope](./build-the-finite-microscope.md) — the classical alternative with the real 4× objective +- [How a microscope works](../explanation/how-a-microscope-works.md) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/how-to/calibrate-magnification.md b/docs/usage/disc/corebox/how-to/calibrate-magnification.md new file mode 100644 index 000000000..8fca1ee3f --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/how-to/calibrate-magnification.md @@ -0,0 +1,72 @@ +--- +title: Calibrate the magnification +sidebar_position: 6 +description: Use the calibration ruler to measure the true magnification of your microscope and convert pixels to micrometres. +--- + +# How to calibrate the magnification + +*Task-oriented. "40×" is a claim — here you measure it, and afterwards you can give +real sizes in micrometres.* + +## What you need + +- Any working microscope build (best: the + [smartphone microscope](../tutorials/your-first-microscope.md)) +- The **calibration ruler / scale target** from the box + +:::note ✏ TODO — Benedict +State the exact calibration target shipped in the current CoreBox (stage micrometer +with 0.1 mm divisions? printed ruler?). The archive photos show a `div = 0.1` +micrometer scale. +::: + +## Step 1 — Photograph the scale + +Put the calibration ruler in the sample holder instead of a sample, focus, and take +a photo **without digital zoom** (zoom changes the calibration!). + +![](../IMAGES/showcase/Scale_4x_div0.1.jpg) +*The 0.1 mm scale through the 4× objective.* + +## Step 2 — Count pixels per division + +Open the photo, zoom in, and measure how many **pixels** one division (0.1 mm = +100 ”m) covers. Most gallery apps show pixel coordinates when you crop; or transfer +the image to a computer. + +$$\text{pixel size in the sample} = \frac{100\ \text{”m}}{\text{pixels per division}}$$ + +Example: one division spans 250 px → every pixel corresponds to **0.4 ”m** in the +sample plane. + +## Step 3 — Use it + +From now on every photo from this *unchanged* setup can be measured: + +$$\text{real size} = \text{size in pixels} \times \text{”m per pixel}$$ + +Measure an onion cell, a hair, a printed halftone dot. A human hair should come out +at 50–100 ”m — if it doesn't, something changed (zoom, eyepiece distance, different +build). + +## Measuring the optical magnification itself (Sek II) + +If you know your phone's **physical pixel pitch** $p$ (look up the sensor; typically +1.0–1.6 ”m, mind pixel binning!), the total magnification of the optics is + +$$M = \frac{p_\text{sensor}}{\text{”m per pixel in the sample}}$$ + +Compare this measured $M$ with the predicted objective × eyepiece value — the +discrepancies (phone lens, eyepiece distance) are worth a classroom discussion. + +## Rules that keep the calibration valid + +- **No digital zoom** between calibration and measurement (or calibrate at that zoom). +- Don't move the phone relative to the eyepiece. +- Re-calibrate after every rebuild or objective change (4× vs. anything else). + +## Related + +- [Your first microscope](../tutorials/your-first-microscope.md) +- [Parts and parameters](../reference/parts-and-parameters.md) — magnification formulas in one place diff --git a/docs/usage/disc/corebox/how-to/measure-a-focal-length.md b/docs/usage/disc/corebox/how-to/measure-a-focal-length.md new file mode 100644 index 000000000..7c2047ef5 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/how-to/measure-a-focal-length.md @@ -0,0 +1,64 @@ +--- +title: Measure a focal length +sidebar_position: 1 +description: Determine the focal length of any converging lens with a screen — and of the diverging lens by combining it with a known one. +--- + +# How to measure a focal length + +*Task-oriented. You know what a focal length is and want a number.* + +## Converging lens (+50 mm, +100 mm): the distant-source method + +The trick: light from a **far-away source arrives as (almost) parallel rays**, and +parallel rays meet exactly in the focal point. + +![](../explanation/IMAGES/focal-length-method.png) + +1. Point the lens at something far away and bright — the window scene, or a ceiling + lamp across the room. At least a few metres of distance. +2. Hold a piece of paper (the "screen") behind the lens, parallel to it. +3. Move the paper towards/away from the lens until a **small, sharp image** of the + source appears (the window scene will be tiny and upside-down). +4. Measure the lens-to-paper distance with the ruler. **That distance is f.** + +Expected: ≈ 50 mm and ≈ 100 mm for the CoreBox lenses (the printed value, within a +few millimetres). + +:::tip More precise (Sek II): the lens-equation method +Use a nearby light source instead, measure object distance $g$ and image distance +$b$ for three different positions, and compute $f$ from +$\frac{1}{f} = \frac{1}{g} + \frac{1}{b}$ each time. Plotting $1/b$ against $1/g$ +gives a straight line with intercepts $1/f$ — a nice measurement exercise. +::: + +## Diverging lens (−50 mm): combine it with a known lens + +A diverging lens never forms an image on a screen (its focus is *virtual*), so +measure it indirectly: + +1. Hold the **+50 mm and the −50 mm lens directly together** and repeat the + distant-source method. +2. For thin lenses in contact the powers add: + +$$\frac{1}{f_\text{combo}} = \frac{1}{f_1} + \frac{1}{f_2} = \frac{1}{50} + \frac{1}{-50} = 0$$ + + Zero power — the pair behaves like a flat window: **no image forms at any + distance**. That's your proof the negative lens really has ≈ −50 mm. +3. For an actual number, pair the −50 mm with the **+100 mm** lens instead. Ideally + the combination has $f_\text{combo} = \left(\frac{1}{100} - \frac{1}{50}\right)^{-1} = -100$ mm — still diverging. + Pairing it with a stronger positive lens than +50 mm would give a measurable real + focus; within the CoreBox, the window-pane experiment in step 2 is the clean result. + +## Quick sanity check without any setup + +Look through the lens at text and pull it away from the page: + +- The distance where the magnified image **blurs and flips upside-down** ≈ the focal + length of a converging lens. +- If it never flips and never magnifies → it's the diverging lens. + +## Related + +- [Light rays and lenses](../explanation/light-rays-and-lenses.md) — what the focal length means +- [From lens to projector](../tutorials/from-lens-to-projector.md) — use the measured value diff --git a/docs/usage/disc/corebox/how-to/open-and-reconfigure-a-cube.md b/docs/usage/disc/corebox/how-to/open-and-reconfigure-a-cube.md new file mode 100644 index 000000000..969f7da12 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/how-to/open-and-reconfigure-a-cube.md @@ -0,0 +1,68 @@ +--- +title: Open and reconfigure a cube +sidebar_position: 2 +description: Take a UC2 cube apart, rotate or swap the optical insert, and put it back together correctly. +--- + +# How to open and reconfigure a cube + +*Task-oriented. You need an empty cube, a rotated mirror, or a flipped lens.* + +Every UC2 cube consists of **two halves** holding a **sliding insert** that carries +the optics (lens, mirror, sample holder
). Because the halves come apart, one cube +can play any role. + +You'll typically do this when: + +- a build needs an **empty cube** as a spacer (e.g. the Kepler telescope), +- a **mirror or lens must be rotated 90°** (e.g. the eyepiece looking upward), +- a **lens must be flipped** so its curved side faces the right way, +- you want to see how the system works inside — which is the whole point of UC2. + +## Steps + +1. **Hold the lower half** of the cube and pull the **upper half straight up.** No + tools needed for the standard cubes. +2. **Slide the insert out** sideways along its rails. Don't force it; if it sticks, + wiggle gently. +3. Do what you came for: rotate the insert 90°, flip it, swap it for another one, or + leave the cube empty. +4. **Slide the insert back in** until it seats fully, and press the upper half back + on until the corners click flush. + +:::note đŸ–Œïž Image placeholder — `cube-open-sequence.jpg` +**TODO (Benedict):** a 4-step photo sequence (well-lit, on neutral background): +closed cube → halves separated → insert half-way out → insert rotated and re-seated. +The old schematic exists in the Didaktikkonzept; real photos beat it. +::: + +## Getting it right + +- **Check the optical axis:** after reassembly the lens/mirror centre must line up + with the cube's face openings. A tilted insert shows up immediately as a shifted or + smeared image — which is a great error-hunting exercise, but not what you want + mid-experiment. +- **Lens orientation matters:** for the plano-convex CoreBox lenses the image is + sharper when the **curved side faces the parallel (collimated) light** — towards + the distant side. If edge sharpness looks bad, flip the insert. + + :::note ✏ TODO — Benedict + Confirm and document the intended orientation of each lens insert (50/100/−50 mm) + once, with one labelled macro photo per lens. This directly addresses the feedback + that "you can't tell which way round a lens is mounted". + ::: +- **Don't over-squeeze.** The halves are designed to hold by friction; forcing them + can tilt the insert. + +## Why the tolerance matters (a 30-second detour) + +The insert seats reproducibly to within ~0.1 mm. That's not perfectionism: a lens +tilted by a degree or displaced by half a millimetre visibly degrades the image. +Professional modular systems (cage systems, Thorlabs-style mounts) fight exactly the +same battle with steel rods — UC2 does it with printed rails and magnet/screw +kinematics. Letting students *feel* this tolerance is a feature, not a bug. + +## Related + +- [Build a telescope](../tutorials/build-a-telescope.md) — first build that needs empty cubes +- [Parts and parameters](../reference/parts-and-parameters.md) — what's inside each module diff --git a/docs/usage/disc/corebox/how-to/prepare-your-own-sample.md b/docs/usage/disc/corebox/how-to/prepare-your-own-sample.md new file mode 100644 index 000000000..72c5d6f36 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/how-to/prepare-your-own-sample.md @@ -0,0 +1,71 @@ +--- +title: Prepare your own sample +sidebar_position: 5 +description: Make a microscope slide from things around you with the blank slide, tweezers and pipette from the sample-prep kit. +--- + +# How to prepare your own sample + +*Task-oriented. The two prepared slides are nice — your own sample is better.* + +The CoreBox includes a small sample-prep kit: a **blank slide**, **tweezers**, and a +**pipette**. That's enough for dry mounts and simple wet mounts. + +## Good first samples + +| Sample | Type | Why it works | +|---|---|---| +| Onion skin (inner membrane) | wet mount | Classic; big clear cells, easy to peel with tweezers | +| Pond or vase water | wet mount | Moving microlife if you're lucky | +| Pollen, dust, flour, salt/sugar crystals | dry mount | No liquid needed | +| A strand of hair, textile fibres | dry mount | Compare materials | +| Printed paper / banknote | direct | Halftone dots are a great magnification test | + +## Dry mount + +1. Pick a tiny amount of the sample up with the **tweezers** and place it in the + middle of the blank slide. +2. That's it. Clip the slide into the sample holder, sample **centred**. + +## Wet mount + +1. Put the specimen (e.g. a fingernail-sized piece of onion membrane, stretched flat) + in the middle of the slide. +2. Add **one drop of water** with the pipette. +3. Lower a cover slip onto the drop **edge-first**, like closing a book — this pushes + the air out and avoids bubbles. + +:::note ✏ TODO — Benedict +Does the kit ship cover slips? If not, either add them or document the +no-cover-slip variant (works, but the water lens blurs at high magnification). +::: + +4. Blot excess water with a paper tissue. The slide should be dry outside — the + sample holder magnets and the objective both dislike water. + +## Mounting in the CoreBox + +- Lift the top magnet of the **sample holder**, slide the slide in, sample centred + over the opening. +- **Sample side towards the objective** — with the 4× objective the working distance + is comfortable (~18 mm), but centring matters far more than height. + +## Tips for a good image + +- **Thin beats interesting.** One cell layer looks better than a chunk. If you can + see through it against a window, it's thin enough. +- Start with the torch **de-focused / diffuse** (see the + [troubleshooting guide](./troubleshoot-the-smartphone-microscope.md)) — harsh + direct light hides transparent structures. +- Onion cells are nearly transparent: try slightly **oblique light** (move the torch + off-axis) for relief-like contrast. + +:::note đŸ–Œïž Image placeholder — `diy-sample-sequence.jpg` +**TODO (Benedict):** photo sequence of the onion-skin prep: peeling with tweezers → +water drop with pipette → mounted slide in the holder → resulting phone image. +::: + +## Related + +- [Your first microscope](../tutorials/your-first-microscope.md) +- [Calibrate the magnification](./calibrate-magnification.md) — measure how big those cells really are diff --git a/docs/usage/disc/corebox/how-to/troubleshoot-the-smartphone-microscope.md b/docs/usage/disc/corebox/how-to/troubleshoot-the-smartphone-microscope.md new file mode 100644 index 000000000..127fc893d --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/how-to/troubleshoot-the-smartphone-microscope.md @@ -0,0 +1,96 @@ +--- +title: Troubleshoot the smartphone microscope +sidebar_position: 7 +description: Stripes, glare, dark corners, low contrast — every common bad image, its cause, and the two-minute fix. +--- + +# How to troubleshoot the smartphone microscope + +*Task-oriented. Match your bad image to the pictures below; each has a one-line +cause and fix.* + +This is what you're aiming for — a fully working setup and a clean image: + +![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_11.jpeg) +*The reference setup.* + +![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_10.jpeg) +*The reference image: even illumination, good contrast, sharp across the field.* + +## Stripes across the image + +![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_9.jpeg) + +**Cause:** the torch is in a blinking/PWM mode; its flicker beats against the +phone's rolling shutter. +**Fix:** press the torch button repeatedly until you reach the **brightest, +constant** mode. + +![](../IMAGES/flashlightmodes.png) +*The torch has several modes — you want steady maximum, not strobe/morse.* + +## One bright hotspot, dark surroundings + +![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_8.jpeg) + +**Cause:** the torch's front lens is focused too tightly. +**Fix:** the torch head **slides to refocus** — adjust it until the sample is lit +evenly. (Bonus physics: when the LED is imaged into the condenser's focus you've +built Köhler-style illumination.) + +## Everything washed out / overexposed + +![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_7.jpeg) + +**Cause:** too much light. +**Fix:** put a paper diffuser between torch and sample, tap the phone screen to +lock exposure on the sample, or use half-empty batteries. A diffuser also smooths +the illumination: + +![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_4.jpeg) +*With diffuser: lower contrast, but pleasantly even.* + +## Image only fills a small circle / dark vignette + +![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_6.jpeg) + +**Cause:** the phone camera is too far from the eyepiece — the exit pupil of the +eyepiece must land on the camera's entrance pupil. +**Fix:** lower the phone until it (almost) touches the eyepiece, and centre it until +the full circle lights up. + +![](../IMAGES/distancematch.png) +*Match the eyepiece exit pupil to the camera pupil.* + +## Shadows / relief instead of even brightness + +![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_5.jpeg) + +**Cause:** the torch is off-axis; light hits the sample at an angle. +**Fix:** re-centre the torch above the condenser — *or keep it*: oblique +illumination adds contrast to transparent samples and is a legitimate technique. + +![](../IMAGES/obliquelight.png) +*Oblique illumination geometry.* + +Push it to the extreme (no direct light reaches the objective) and you get +**darkfield**: bright structures on a black background. + +![](../IMAGES/SmartphoneMicroscopeTroubleshoot_2.jpeg) +*Darkfield with the CoreBox: very oblique light only.* + +## Still stuck? + +Work down this list in order: + +1. **Sample centred** over the objective? (Most common issue by far.) +2. **Focus range:** turn the Z-stage gear through its whole travel slowly; the focal + plane of the 4× objective is thin. +3. **Everything on one axis?** Objective, mirrors, eyepiece, camera — one tilted + insert breaks the chain: [Open and reconfigure a cube](./open-and-reconfigure-a-cube.md). +4. **Phone HDR/auto-enhance off** for scientific images — it invents detail. + +## Related + +- [Your first microscope](../tutorials/your-first-microscope.md) +- [Prepare your own sample](./prepare-your-own-sample.md) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/index.md b/docs/usage/disc/corebox/index.md new file mode 100644 index 000000000..95fce8f54 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/index.md @@ -0,0 +1,155 @@ +--- +title: CoreBox for Schools +sidebar_position: 0 +description: Hands-on geometrical optics for the classroom — build magnifiers, projectors, telescopes and real microscopes with the openUC2 CoreBox. +--- + +# CoreBox for Schools + +*Build real optical instruments — magnifier, projector, telescope, microscope — and understand them, because you built every part yourself.* + +The **CoreBox** is a box of openUC2 cubes with lenses, mirrors, a real microscope +objective and a smartphone holder. It covers **geometrical optics** from the first +"why does a lens magnify?" all the way to a working **smartphone microscope**. It is +also the foundation for every other openUC2 Discovery box (Electronics, Infinity, +Fluorescence, LightSheet, HoloBox). + +The guiding idea, straight from the teaching concept: + +> **"Understand optics by building it."** + +These pages are written for **students and their teachers**. No university maths +required — the only thing you need is curiosity. + +![](./IMAGES/coreBOX.jpg) +**Show:** The CoreBox — cubes, lenses, puzzle base plates and the torch. + +:::note đŸ–Œïž Image placeholder — `box-contents-labelled.jpg` +**TODO (Benedict):** replace the photo above with a bright, evenly lit flat-lay of the +full box contents with each part **numbered** to match the parts table below. Make sure +the embossed labels on the 3D-printed parts face the camera. +::: + +## What's in the box? + +| # | Component | What it's for | +|---|---|---| +| 1 | 2× 45° mirror (fixed, front-surface) | Fold the beam path, e.g. to look from above | +| 2 | 2× 50 mm lens (converging) | Magnifier, eyepiece, objective, condenser | +| 3 | 1× 100 mm lens (converging) | Tube lens, telescope objective | +| 4 | 1× −50 mm lens (diverging) | Galilean telescope eyepiece | +| 5 | 1× eyepiece (Ramsden type) | Comfortable viewing with the eye | +| 6 | 1× objective lens 4×, NA 0.1 (finite, RMS thread) | The "real" microscope objective | +| 7 | 1× Z-stage (25 mm travel, geared) | Fine focusing | +| 8 | 1× sample holder | Holds microscope slides with magnets | +| 9 | 1× universal smartphone holder | Turn your phone into the camera | +| 10 | 1× torch (flashlight) with holder | Transmitted-light illumination | +| 11 | 10× puzzle base plates | Click cubes into stable setups | +| 12 | 2× prepared microscopic samples + 1 blank slide for DIY sample prep | Something to look at | +| 13 | Tweezers, pipette | Prepare your own samples | +| 14 | Ruler / calibration target | Measure distances and calibrate magnification | +| 15 | M3 screwdriver, lens cloth | Assembly and lens care | +| 16 | QR code card | Links straight back to these pages | + +:::note ✏ TODO — Benedict +Please double-check this list against the current production box (source: +[shop page](https://shop.openuc2.com/shop/discovery-corebox-1556) + Didaktikkonzept V2): +exact sample types, ruler divisions, torch battery type (3× AAA?), and whether the +sample-prep kit contents (tweezers/pipette/blank slides) are complete. +::: + +Full details on every part: [Parts and parameters](./reference/parts-and-parameters.md). + +## What can you build? + +At least **eight experiments**, in two groups: + +| Optics | Microscopy | +|---|---| +| Magnifying glass | Infinity-corrected microscope | +| Focal lengths & lens types | Finite microscope with Z-stage | +| Projector | Smartphone microscope | +| Galilean telescope | | +| Kepler telescope (+ spotting scope) | | + +## Where do I start? + +This documentation follows [DiĂĄtaxis](https://diataxis.fr/) and is split into four +kinds of page. Pick the one that matches what you want **right now**: + +### I want to build something today → **Tutorials** + +Step-by-step, can't-fail walkthroughs. Start here if you have the box in front of you. + +- [**From lens to projector**](./tutorials/from-lens-to-projector.md) — hold a lens, find its focal length, throw an image on the wall. ~30 min. +- [**Build a telescope**](./tutorials/build-a-telescope.md) — Galilean and Kepler, and why one image is upside-down. ~30 min. +- [**Your first microscope**](./tutorials/your-first-microscope.md) — the smartphone microscope, your "wow" moment. ~45 min. + +### I know the basics and have a specific goal → **How-to guides** + +Short, practical recipes for one task each. + +- [Measure the focal length of a lens](./how-to/measure-a-focal-length.md) +- [Open and reconfigure a cube](./how-to/open-and-reconfigure-a-cube.md) +- [Build the infinity-corrected microscope](./how-to/build-the-infinity-microscope.md) +- [Build the finite microscope with the 4× objective](./how-to/build-the-finite-microscope.md) +- [Prepare your own sample](./how-to/prepare-your-own-sample.md) +- [Calibrate the magnification](./how-to/calibrate-magnification.md) +- [Troubleshoot the smartphone microscope](./how-to/troubleshoot-the-smartphone-microscope.md) + +### I want to understand *why* it works → **Explanation** + +Read these on the sofa. No equipment needed. + +- [Light rays and lenses](./explanation/light-rays-and-lenses.md) — focal length, converging vs. diverging. +- [How images form](./explanation/how-images-form.md) — real vs. virtual, the lens equation, why the magnifier magnifies. +- [How telescopes work](./explanation/how-telescopes-work.md) — Galilei vs. Kepler. +- [How a microscope works](./explanation/how-a-microscope-works.md) — finite vs. infinity optics, and what "4× / NA 0.1" means. + +### I just need a number or a definition → **Reference** + +- [Parts and parameters](./reference/parts-and-parameters.md) +- [Glossary](./reference/glossary.md) (English + German terms) + +### I'm a teacher planning a unit → **For teachers** + +- [Teaching with the CoreBox](./for-teachers.md) — lesson plans (8 lessons), KMK + competencies, classroom organisation, preparation checklists. + +## A suggested classroom journey + +If you're planning a unit, this order matches the physics build-up used in the +CoreBox teaching concept ("Didaktikkonzept"): + +1. **Read** [Light rays and lenses](./explanation/light-rays-and-lenses.md). +2. **Build** [From lens to projector](./tutorials/from-lens-to-projector.md) — students *see* a real image appear on the wall. +3. **Discuss** [How images form](./explanation/how-images-form.md) — connect what they saw to the lens equation. +4. **Build** [a telescope](./tutorials/build-a-telescope.md) and let students discover the upside-down Kepler image themselves. +5. **Build** [your first microscope](./tutorials/your-first-microscope.md) and let everyone photograph a sample with their own phone. +6. **Go deeper** with [How a microscope works](./explanation/how-a-microscope-works.md) and the [infinity](./how-to/build-the-infinity-microscope.md) / [finite](./how-to/build-the-finite-microscope.md) builds. + +## What can you actually observe? + +- A letter **magnified** through a single lens — and the exact distance where the effect flips. +- A **real image** on the wall: enlarged, upside-down, and predictable with one small formula. +- A distant object pulled closer by a telescope **you assembled from two lenses**. +- Cells and structures in a prepared sample, photographed with **your own smartphone**. + +## Safety + +The CoreBox contains **no laser and no heat source** — it is designed for +unsupervised student group work. Two common-sense rules: + +- **Never look at the sun** through any lens or telescope. Ever. +- The torch is bright: don't shine it directly into anyone's eyes. + +## Open source + +Everything about the CoreBox is open: the hardware (CAD files), the 3D-printing +files, and these teaching materials. You may copy, remix, and reprint them for your +class. See the [openUC2 docs home](https://docs.openuc2.com/) for licences. + +:::info Looking for the old pages? +The previous CoreBox documentation (English + Italiano, incl. the PDF manual) is +preserved under [Archive](./ARCHIVE/README.md). +::: diff --git a/docs/usage/disc/corebox/it/07_Showcase.md b/docs/usage/disc/corebox/it/07_Showcase.md deleted file mode 100644 index 55f8cd286..000000000 --- a/docs/usage/disc/corebox/it/07_Showcase.md +++ /dev/null @@ -1,23 +0,0 @@ ---- -id: Showcasing Smartphone Microscope ImagesIT -title: Mostrando Immagini del Microscopio per Smartphone ---- - - -![](../IMAGES/showcase/Sample_1.jpg) - - - - - - - - -![](../IMAGES/showcase/Scale_4x_div0.1.jpg) - -![](../IMAGES/showcase/Scale_10x_div0.1.jpg) - diff --git a/docs/usage/disc/corebox/reference/_category_.yml b/docs/usage/disc/corebox/reference/_category_.yml new file mode 100644 index 000000000..d86a8defe --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/reference/_category_.yml @@ -0,0 +1,2 @@ +label: Reference +position: 4 diff --git a/docs/usage/disc/corebox/reference/glossary.md b/docs/usage/disc/corebox/reference/glossary.md new file mode 100644 index 000000000..300baf7a4 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/reference/glossary.md @@ -0,0 +1,87 @@ +--- +title: Glossary +sidebar_position: 2 +description: Plain-language definitions of the key geometrical-optics terms, with the German translation beside each one. +--- + +# Glossary + +*Information-oriented. Quick definitions, English and German.* + +Several of these terms are habitually confused because they sound alike — *object +distance* vs *image distance*, *real* vs *virtual*, *focal point* vs *focal plane*. +They're grouped so you can see the contrast directly. + +## Rays and lenses + +| English | Deutsch | Meaning (school-level) | +|---|---|---| +| Ray (of light) | Lichtstrahl | An arrow along which light travels in a straight line — the basic model of geometrical optics. | +| Optical axis | optische Achse | The centre line through all lenses. Everything is aligned to it; misalignment is the #1 error source. | +| Refraction | Brechung | Light changing direction at a glass surface. What lenses are made of. | +| Converging lens | Sammellinse | Thicker in the middle; bundles parallel rays into a real focus. Also: positive/convex lens. | +| Diverging lens | Zerstreuungslinse | Thinner in the middle; spreads parallel rays as if from a virtual focus. Also: negative/concave lens. | +| Focal point (F) | Brennpunkt | The point where rays parallel to the axis meet after a converging lens. | +| Focal length (f) | Brennweite | Distance from lens to focal point, in mm. Printed on every CoreBox lens holder. | +| Focal plane | Brennebene | The plane through the focal point, perpendicular to the axis. | +| Optical power (dioptre) | Brechkraft (Dioptrie) | 1/f with f in metres. The glasses-prescription number. | +| Thin lens | dĂŒnne Linse | The simplification that a lens is a single bending plane, fully described by f. | + +## Images + +| English | Deutsch | Meaning | +|---|---|---| +| Object distance (g) | Gegenstandsweite | Distance object → lens plane. | +| Image distance (b) | Bildweite | Distance lens plane → image. | +| Lens equation | Linsengleichung | $1/f = 1/g + 1/b$ — connects the three lengths. | +| Real image | reelles Bild | Rays actually meet: an image you can catch on a screen. Always inverted. | +| Virtual image | virtuelles Bild | Rays only *seem* to come from it; visible by eye, never on a screen. Upright. | +| Magnification (M) | VergrĂ¶ĂŸerung | How much larger the image is — as a length ratio ($b/g$) or an angle ratio (telescope). | +| Intermediate image | Zwischenbild | The real image *inside* a telescope or microscope that the eyepiece magnifies again. | +| Inverted / upright | umgekehrt / aufrecht | Upside-down (real images) vs right-way-up (virtual images). | + +## Instruments + +| English | Deutsch | Meaning | +|---|---|---| +| Magnifier / loupe | Lupe | A single converging lens with the object inside f. $M = 250\,\text{mm}/f$. | +| Projector | Projektor | Lens with the object just outside f: enlarged real image on a screen. | +| Objective | Objektiv | The lens facing the *object* — in telescopes and microscopes the first, most critical stage. | +| Eyepiece / ocular | Okular | The lens facing the *eye*; a magnifier for the intermediate image. | +| Galilean telescope | Galilei-Fernrohr | Converging objective + diverging eyepiece: upright, compact, small field. | +| Kepler telescope | Kepler-Fernrohr | Two converging lenses: inverted image, real intermediate image, astronomy standard. | +| Tube lens | Tubuslinse | In infinity microscopes: the lens that focuses the parallel bundle into the intermediate image. | +| Tube length | TubuslĂ€nge | Finite optics: the fixed objective→image distance (DIN: 160 mm, printed on the barrel). | +| Finite / infinity-corrected | Endlich-/Unendlich-Optik | Whether the objective forms the image directly (finite) or first sends rays parallel (infinity). | +| Infinity space | Unendlichraum | The parallel-ray region between infinity objective and tube lens — where filters go. | +| Condenser | Kondensor | Lens that concentrates illumination onto the sample. | +| Köhler illumination | Köhler-Beleuchtung | Illumination setup imaging the light source away from the sample plane → even lighting. | +| Darkfield | Dunkelfeld | Illumination so oblique that only scattered light enters the objective: bright sample, black background. | + +## Microscope-specific + +| English | Deutsch | Meaning | +|---|---|---| +| Numerical aperture (NA) | numerische Apertur | Sine of the half-angle of the accepted light cone. Sets resolution — not magnification. | +| Resolution (limit) | Auflösung(sgrenze) | Smallest distinguishable detail: $d \approx \lambda / (2\,\text{NA})$. | +| Empty magnification | leere VergrĂ¶ĂŸerung | Magnifying beyond the NA-limit: bigger, but no new detail. | +| Working distance | Arbeitsabstand | Free space between objective front and sample when focused. | +| Exit pupil | Austrittspupille | The small bright disc above the eyepiece where all rays pass — put your eye (or phone camera) exactly there. | +| Field of view | Sichtfeld / Sehfeld | The area you can see at once; shrinks as magnification grows. | +| RMS thread | RMS-Gewinde | The standard microscope-objective screw thread (also on the Z-stage). | +| Ramsden eyepiece | Ramsden-Okular | Eyepiece from two identical plano-convex lenses; flatter field than a single lens. | +| Accommodation / autofocus | Akkommodation / Autofokus | The eye's (the phone's) ability to refocus at different distances. | + +## Errors you will actually see + +| English | Deutsch | Meaning | +|---|---|---| +| Chromatic aberration | Farbfehler / chromatische Aberration | Blue focuses shorter than red → colour fringes at edges. | +| Spherical aberration | sphĂ€rische Aberration | Edge rays focus shorter than centre rays → can't be sharp everywhere. Reduced by correct lens orientation. | +| Vignetting | Vignettierung | Darkening towards the image corners — usually a pupil/aperture mismatch. | +| Astigmatism (tilt) | Astigmatismus | Smearing in one direction — often a tilted lens insert in UC2 builds. | + +## Related + +- [Parts and parameters](./parts-and-parameters.md) +- Wave-optics terms (interference, diffraction, coherence
): [HoloBox glossary](../../holobox/glossary/glossary.md) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/reference/parts-and-parameters.md b/docs/usage/disc/corebox/reference/parts-and-parameters.md new file mode 100644 index 000000000..b1e3a46e0 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/reference/parts-and-parameters.md @@ -0,0 +1,106 @@ +--- +title: Parts and parameters +sidebar_position: 1 +description: Lookup tables — every component in the CoreBox with its key numbers, plus all formulas and standard values in one place. +--- + +# Parts and parameters + +*Information-oriented. Look things up here; don't read it cover to cover.* + +## What's in the CoreBox + +### Cube modules + +| Component | Key data | Used for | +|---|---|---| +| 45° mirror cube (2×) | fixed, front-surface mirror | Folding the beam 90° (periscope, view from above) | +| 50 mm lens cube (2×) | converging, f = +50 mm (+20 dpt) | Magnifier, projector lens, infinity objective, eyepiece, condenser | +| 100 mm lens cube | converging, f = +100 mm (+10 dpt) | Telescope objective, tube lens | +| −50 mm lens cube | diverging, f = −50 mm (−20 dpt) | Galilean eyepiece | +| Eyepiece cube | Ramsden type (two identical plano-convex lenses) | Comfortable viewing by eye | +| Z-stage cube | 25 mm travel, geared fine drive, 2× RMS thread (5 mm offset) | Focusing the objective | +| Sample holder cube | magnetic clamping for standard 76 × 26 mm slides | Holding samples | +| Smartphone holder | universal, adjustable | Phone as camera | + +:::note ✏ TODO — Benedict +Missing numbers to fill in: Ramsden eyepiece focal length / magnification, mirror +substrate/coating, Z-stage gear ratio (mm per revolution), lens diameters. +::: + +### Optics & accessories + +| Component | Key data | Used for | +|---|---|---| +| Objective lens | 4× / NA 0.10, finite (160 mm), RMS thread | The "real" microscope objective | +| Torch + holder | focusable head, multiple modes (use constant max!) | Transmitted-light illumination | +| Puzzle base plates (10×) | click connection, top & bottom mounting | Stable setups | +| Prepared samples (2×) + blank slide | in sample box | Ready-to-view specimens + DIY | +| Tweezers, pipette | sample-prep kit | [Make your own slides](../how-to/prepare-your-own-sample.md) | +| Calibration ruler / scale | 0.1 mm divisions | [Magnification calibration](../how-to/calibrate-magnification.md) | +| M3 screwdriver, lens cloth | | Assembly, lens care | +| QR-code card | | Links to this documentation | + +:::note ✏ TODO — Benedict +Confirm against the production box: exact prepared-sample types, ruler divisions, +torch battery type (3× AAA?), cover slips included or not. +::: + +## Focal-length quick facts + +| Lens | f | Power | Magnifier magnification (250 mm/f) | Flip distance when used as loupe | +|---|---|---|---|---| +| 50 mm lens | +50 mm | +20 dpt | 5× | ~5 cm | +| 100 mm lens | +100 mm | +10 dpt | 2.5× | ~10 cm | +| −50 mm lens | −50 mm | −20 dpt | — (never magnifies) | — | +| 4× objective | ≈ +32 mm *(TODO: confirm)* | ≈ +31 dpt | ≈ 8× | ~3 cm | + +## Formulas used in these pages + +| Formula | Meaning | Where | +|---|---|---| +| $\frac{1}{f} = \frac{1}{g} + \frac{1}{b}$ | thin-lens equation (object distance $g$, image distance $b$) | [How images form](../explanation/how-images-form.md) | +| $M = \frac{b}{g}$ | lateral magnification of a projected image | projector | +| $M = \frac{250\,\text{mm}}{f}$ | magnifier (loupe) magnification vs. the 250 mm near point | magnifier, eyepiece | +| $M = \frac{f_\text{objective}}{f_\text{eyepiece}}$ | telescope angular magnification | [telescopes](../explanation/how-telescopes-work.md) | +| $M_\text{obj} = \frac{f_\text{tube}}{f_\text{objective}}$ | infinity-corrected objective magnification | [microscope](../explanation/how-a-microscope-works.md) | +| $M_\text{total} = M_\text{obj} \cdot M_\text{eyepiece}$ | microscope total magnification | microscope | +| $\frac{1}{f_\text{combo}} = \frac{1}{f_1} + \frac{1}{f_2}$ | thin lenses in contact | [measuring −50 mm](../how-to/measure-a-focal-length.md) | +| $d_\text{min} \approx \frac{\lambda}{2\,\text{NA}}$ | resolution limit | [microscope](../explanation/how-a-microscope-works.md) | +| $D = \frac{1}{f[\text{m}]}$ | optical power in dioptres | glasses, lens comparison | + +## Standard values worth knowing + +| Value | Number | +|---|---| +| Near point ("clear visual range") | 250 mm | +| DIN finite tube length | 160 mm | +| Standard cover-slip thickness | 0.17 mm | +| Standard slide size | 76 × 26 × 1 mm | +| Tube-lens focal lengths of major brands | Zeiss 165 mm, Nikon/Leica 200 mm, Olympus 180 mm | +| Green light wavelength (for resolution estimates) | ≈ 550 nm | +| CoreBox 4×/0.1 resolution limit | ≈ 2.8 ”m | +| UC2 cube pitch | 50 mm | + +## Pre-computed setups + +| Setup | Recipe | Result | +|---|---|---| +| Projector | 50 mm lens, sample at g = 60 mm | image at b = 300 mm, M = 5× | +| Galilean telescope | 100 mm + (−50 mm), spacing 50 mm | 2×, upright | +| Kepler telescope | 100 mm + 50 mm, spacing 150 mm | 2×, inverted | +| Infinity microscope | 50 mm objective + 100 mm tube lens + 50 mm eyepiece | 2 × 5 = 10× | +| Finite microscope | 4× objective + Ramsden eyepiece | 4 × *(TODO eyepiece)* | + +## Care + +- Clean lenses only with the **supplied lens cloth** (or lens tissue); never dry-rub + grit over glass. +- Store dry; dry any part that got wet before packing. +- Torch: remove/charge batteries before long storage; check before class + ([teacher checklist](../for-teachers.md)). + +## Related + +- [Glossary](./glossary.md) +- [Open and reconfigure a cube](../how-to/open-and-reconfigure-a-cube.md) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/tutorials/_category_.yml b/docs/usage/disc/corebox/tutorials/_category_.yml new file mode 100644 index 000000000..caf94e79e --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/tutorials/_category_.yml @@ -0,0 +1,2 @@ +label: Tutorials +position: 1 diff --git a/docs/usage/disc/corebox/tutorials/build-a-telescope.md b/docs/usage/disc/corebox/tutorials/build-a-telescope.md new file mode 100644 index 000000000..dfc5e2803 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/tutorials/build-a-telescope.md @@ -0,0 +1,138 @@ +--- +title: Build a telescope +sidebar_position: 2 +description: Build a Galilean and then a Kepler telescope from two lens cubes — and discover for yourself why one image stands upright and the other is upside-down. +--- + +# Tutorial: Build a telescope + +*Learning-oriented. Follow along start to finish — by the end you will have looked +through two telescopes you built yourself. About 30 minutes.* + +In this tutorial you'll combine **two lenses** for the first time. You'll build the +telescope Galileo pointed at Jupiter in 1610, then upgrade to the type Kepler +proposed — and run straight into a 400-year-old surprise: the better telescope shows +the world **upside-down**. + +## What you need + +From the CoreBox: + +- The **100 mm lens cube** (the *objective* — it faces the object) +- The **−50 mm lens cube** (Galilean eyepiece) +- One **50 mm lens cube** (Kepler eyepiece) +- Two **empty cubes** (spacers for the Kepler build — see + [Open and reconfigure a cube](../how-to/open-and-reconfigure-a-cube.md) to empty one) +- 8 **puzzle base plates** +- A window with something interesting far away + +## Part 1 — The Galilean telescope + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image5.gif) +*The Galilean telescope in action.* + +### Step 1 — Mount the two lens cubes + +Click two base plates together. Put the **100 mm lens** on one and the **−50 mm +lens** on the other, then lock both cubes with two more plates on top. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image19.png) +*Base plates on top
* + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image52.png) +*
and on the bottom make the pair rigid.* + +### Step 2 — Set the lens spacing + +Slide the lenses inside their cubes so the distance between the two lens surfaces is +**as large as possible** (about 50 mm — the difference of the focal lengths, +100 mm − 50 mm). + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image18.png) + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image93.png) +*Maximise the distance between the negative and the positive lens.* + +### Step 3 — Look through it + +Hold the telescope up with the **−50 mm lens at your eye** and the 100 mm lens +pointing out the window. Fine-tune the spacing until a distant object is sharp. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image117.png) + +You should see the object about **2× closer — and upright.** That's why this design +survives today in opera glasses: compact, and the world stays the right way up. + +$$M = \frac{f_\text{objective}}{|f_\text{eyepiece}|} = \frac{100\,\text{mm}}{50\,\text{mm}} = 2$$ + +## Part 2 — The Kepler telescope + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image75.gif) +*The Kepler telescope in action.* + +### Step 4 — Rebuild with two converging lenses + +Now swap the −50 mm eyepiece for the **50 mm lens** and stretch the tube: the lenses +must sit further apart (the **sum** of the focal lengths, 100 + 50 = 150 mm). + +1. Click **four base plates** in a row. +2. Put the **100 mm lens** on one end and the **50 mm lens** on the other. +3. Put the **two empty cubes** in the middle — they stabilise the long tube. +4. Lock everything with four plates on top. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image13.png) +*Lenses at the ends, empty cubes in the middle.* + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image76.png) +*Fixed top and bottom.* + +### Step 5 — Look again + +Eye at the **50 mm lens**, objective out the window, fine-tune the spacing. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image110.png) + +The object appears larger and brighter over a wider field of view than in the +Galilean — **but it's upside-down.** + +**You did it.** You've built both classic telescope types and found their key +difference with your own eyes. + +## Why is the Kepler image upside-down? + +The objective forms a **real intermediate image** inside the tube — upside-down, as +every real image is (you saw this with the [projector](./from-lens-to-projector.md)). +The eyepiece then acts as a magnifier looking at that image: it enlarges, but it +doesn't flip it back. + +**Try to catch it:** hold a small piece of tracing paper or baking paper inside the +Kepler tube near the 100 mm lens's focal plane (open the top plates). A faint, +tiny, upside-down image of the window appears *floating in mid-air on the paper*. +The Galilean telescope has no such plane — that's why its magnification is limited +and its field of view small. + +Astronomers simply don't care that stars are upside-down — which is why the Kepler +design is what observatory telescopes still use. + +The full ray diagrams are in +[How telescopes work](../explanation/how-telescopes-work.md). + +## Try this + +- **Swap the lenses** (look through the 100 mm side). The world shrinks — you built a + telescope backwards, which is how a **beam expander** works in reverse. +- **Spotting scope:** add a third lens between intermediate image and eyepiece to + flip the image upright again (the old build is shown in the + [archive](../ARCHIVE/en/03_core_telescope.md)). Terrestrial telescopes do exactly + this with prisms. + +:::note ✏ TODO — Benedict +The spotting-scope / erecting-lens build needs a proper parts list and step photos — +the archived version only has schematic images (MINIBOXNEW/29-30). Decide whether it +becomes its own how-to page. +::: + +## What's next? + +- **Understand the ray paths** → [How telescopes work](../explanation/how-telescopes-work.md) +- **A microscope is a telescope backwards** → [Your first microscope](./your-first-microscope.md) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/tutorials/from-lens-to-projector.md b/docs/usage/disc/corebox/tutorials/from-lens-to-projector.md new file mode 100644 index 000000000..2c34445e1 --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/tutorials/from-lens-to-projector.md @@ -0,0 +1,129 @@ +--- +title: From lens to projector +sidebar_position: 1 +description: Hold a lens, feel what focal length means, then throw a real, enlarged image of a sample onto the wall — your first optics success. +--- + +# Tutorial: From lens to projector + +*Learning-oriented. Follow along start to finish — by the end you will have projected +a real image onto the wall. About 30 minutes.* + +In this tutorial you'll start with the simplest optical instrument there is — a +single lens used as a **magnifying glass** — and end with a working **projector** +that throws an enlarged, upside-down image of a real sample onto the wall. + +You don't need to understand the theory first. Just build it and look. (If you get +curious afterwards, [How images form](../explanation/how-images-form.md) explains +what you saw.) + +## What you need + +From the CoreBox: + +- The two **50 mm lens cubes** and the **100 mm lens cube** +- The **−50 mm lens cube** (for one quick experiment) +- The **sample holder cube** with one of the prepared samples +- The **torch** and its holder +- 4 **puzzle base plates** +- Something with small print (this page, a ticket, a coin) + +:::note đŸ–Œïž Image placeholder — `projector-parts.jpg` +**TODO (Benedict):** bright flat-lay of exactly these parts, each labelled. Embossed +focal-length numbers on the lens cubes must be readable in the photo. +::: + +:::tip Which number is my lens? +Every lens cube has its **focal length printed on the lens holder**: `50`, `100` or +`-50` (millimetres). If you can't see the number, rotate the insert — +[Open and reconfigure a cube](../how-to/open-and-reconfigure-a-cube.md) shows how. +::: + +## Step 1 — Use a lens as a magnifying glass + +Take one **50 mm lens cube** out of the box. Hold it close to this text and look +through it. + +![](../IMAGES/lens.jpg) +*A single lens cube used as a magnifier.* + +Now slowly pull the lens away from the page while you keep looking through it. + +- Close to the page: the text is **upright and enlarged**. This is the magnifier effect. +- Past about 5 cm (the focal length!): the image gets blurry, then flips **upside-down**. + +That flip distance *is* the focal length. You just measured ~50 mm without a ruler. + +## Step 2 — Compare the other lenses + +Look at the same text through the **100 mm lens** and then the **−50 mm lens**. + +![](../IMAGES/lens2.jpg) +*Different focal lengths, different magnification.* + +- The 100 mm lens magnifies **less** and flips **further away** — longer focal length. +- The −50 mm lens **never magnifies**: the image is always smaller and upright. A + diverging lens cannot form a magnified image on its own — but you'll need exactly + this behaviour later for the [Galilean telescope](./build-a-telescope.md). + +## Step 3 — Build the projector + +Now we make the image **real** — one you can catch on a wall. + +1. Click **two puzzle base plates** together. +2. Put the **sample holder cube** (with a prepared sample, sample centred) on one plate. +3. Put a **50 mm lens cube** on the other plate. +4. Click two more plates **on top** of the cubes for stability. +5. Point the lens side at a light-coloured wall about **30 cm away**. + +:::note đŸ–Œïž Image placeholder — `projector-assembled.jpg` +**TODO (Benedict):** photo of the two-cube projector, taken slightly from above, +with the torch in position and the sample visible. +::: + +:::tip Which way round does the lens go? +For the sharpest image, the **curved (bulging) side of the lens should face the +wall** — the side where the light travels the longer distance. If your image looks +smeared towards the edges, open the cube and flip the lens insert. + +**TODO (Benedict):** confirm the mounting convention of the CoreBox lens inserts and +add a close-up photo showing the correct orientation. +::: + +## Step 4 — Switch on and focus + +Place the torch in its holder directly behind the sample and switch it to its +**brightest constant mode** (press the button repeatedly to skip the blink modes). +Dim the room light if you can. + +Now slide the **lens gently back and forth inside its cube** until the image on the +wall snaps into focus. + +You should see the sample **enlarged, sharp — and upside-down.** + +**You did it.** That picture on the wall is a **real image**: actual light rays from +the sample, re-sorted by the lens so they meet again on the wall. A cinema projector +is exactly this, just with a stronger lamp. + +## Try this: predict the image with one formula + +Measure the distance sample→lens ($g$) and lens→wall ($b$). The lens equation says + +$$\frac{1}{f} = \frac{1}{g} + \frac{1}{b}$$ + +With the 50 mm lens ($f = 50\,\text{mm}$): + +| sample→lens $g$ | predicted lens→wall $b$ | magnification $M = b/g$ | +|---|---|---| +| 60 mm | 300 mm | 5× | +| 75 mm | 150 mm | 2× | +| 100 mm | 100 mm | 1× | + +Move the setup, refocus, measure again — the numbers really do come out. When the +image is sharp, you have *measured* the lens equation. + +## What's next? + +- **Why is the image upside-down?** → [How images form](../explanation/how-images-form.md) +- **Measure a focal length properly** → [Measure a focal length](../how-to/measure-a-focal-length.md) +- **Ready for two lenses?** → [Build a telescope](./build-a-telescope.md) diff --git a/docs/usage/disc/corebox/tutorials/your-first-microscope.md b/docs/usage/disc/corebox/tutorials/your-first-microscope.md new file mode 100644 index 000000000..cd1165fbf --- /dev/null +++ b/docs/usage/disc/corebox/tutorials/your-first-microscope.md @@ -0,0 +1,157 @@ +--- +title: Your first microscope +sidebar_position: 3 +description: Build the smartphone microscope with the 4× objective and Z-stage, and photograph real cells with your own phone. The CoreBox "wow" moment. +--- + +# Tutorial: Your first microscope + +*Learning-oriented. Follow along start to finish — by the end you will have a +micrograph taken with your own phone. About 45 minutes.* + +In this tutorial you'll build the **smartphone microscope**: a real microscope with +a genuine 4× objective, fine focus via the geared Z-stage, and your phone as the +camera. This is the setup where most people say "wow" out loud. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image28.gif) +*Focusing the smartphone microscope with the Z-stage gear.* + +## What you need + +From the CoreBox: + +- **4× microscope objective** and the **Z-stage cube** (geared mount) +- **Eyepiece cube** (Ramsden eyepiece) +- **2× 45° mirror cubes** +- **Sample holder cube** with a prepared sample +- One **50 mm lens cube** (as condenser above the sample) +- 3 **empty cubes** +- 11 **puzzle base plates** + the **smartphone holder plate** +- **Torch** with holder +- Your **smartphone** + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image38.jpg) +*All parts laid out.* + +### The plan (side view) + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image98.png) +*Light path: torch → condenser lens → sample → 4× objective → two mirrors fold the +beam → eyepiece → smartphone camera.* + +## Step 1 — Prepare the Z-stage + +The Z-stage insert may need to be **rotated by 90° inside its cube** so the +objective points upward. Then screw the **4× objective** into the RMS thread. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image68.jpg) + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image100.jpg) + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image34.jpg) +*Objective screwed into the Z-stage; the small gear moves it up and down.* + +:::tip Two RMS threads? +The Z-stage has **two threaded holes, offset by 5 mm**. Use the one that puts the +objective at the correct height for your build — if there is a puzzle plate between +the Z-stage cube and the next cube, use the hole **closer to the edge**. +::: + +## Step 2 — Build the horizontal beam path + +Click **four base plates** in a row. Place, in order: the **Z-stage/objective cube**, +the **two mirror cubes facing each other** (they periscope the light along the row), +and one **empty cube**. Fix everything with plates on top. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image49.jpg) +*The base-plate row.* + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image103.jpg) +*Objective cube, the two mirrors, and an empty cube, locked with plates.* + +:::tip Mirror orientation +Each 45° mirror must reflect the light 90° **in the right direction** — the light +comes *down* from the objective, travels *along* the row, and goes *up* to the +eyepiece. If a mirror faces the wrong way, open the cube and re-seat the insert: +[Open and reconfigure a cube](../how-to/open-and-reconfigure-a-cube.md). +::: + +## Step 3 — Add the eyepiece + +Place the **eyepiece cube** above the second mirror (with an empty cube as spacer if +your geometry needs it). **Mind the orientation of the eyepiece** — the wider lens +faces down, towards the mirror. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image90.png) + +:::note ✏ TODO — Benedict +Add a close-up photo of the eyepiece insert showing clearly which side is "down". +This was a specific point of user feedback: with the current photos you cannot tell +the orientation of the parts. +::: + +## Step 4 — Sample, condenser, light + +1. Put the **sample holder cube** on top of the objective. Lift the top magnet, slide + the prepared slide between the magnets, sample **centred over the objective**. +2. Put the **50 mm lens cube** on top of the sample holder (it concentrates the light). +3. Set the **torch** in its holder on top, pointing down. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image46.jpg) +*Sample holder above the objective — coarse height by sliding, fine height by gear.* + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image1.png) +*The full stack: torch → condenser → sample → objective.* + +Switch the torch to its **constant bright mode** (click through the blink modes). + +## Step 5 — Look with your eye first + +Before the phone: look into the eyepiece and slowly turn the **Z-stage gear** until +the sample comes into focus. If you see nothing, nudge the slide so the sample +really is over the objective, and check that both mirrors send the light your way. + +## Step 6 — Add the smartphone + +Lay the **smartphone holder plate** over the eyepiece, camera lens aligned with the +eyepiece opening, and slide the phone until the **whole eyepiece circle is bright** +on screen. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image95.png) +*The camera must sit exactly on the eyepiece axis.* + +Then turn the Z-stage gear for final focus — and take the picture. + +![](../IMAGES/MINIBOXTUTORIAL/image83.gif) +*Fine-focusing while watching the phone screen.* + +**You did it.** That's a real micrograph — roughly 4 ”m-sized details resolved — taken +with hardware you assembled from cubes. + +![](../IMAGES/showcase/Sample_1.jpg) +*What a prepared sample can look like through the CoreBox smartphone microscope.* + +## If the image disappoints + +Stripes, glare, dark corners, low contrast — all of them have simple causes and +two-minute fixes: → [Troubleshoot the smartphone microscope](../how-to/troubleshoot-the-smartphone-microscope.md). + +## Try this + +- **Zoom digitally** on the phone — how far can you go before it gets mushy? +- **Move the torch sideways** and watch shadows appear: you've discovered oblique + (darkfield-ish) illumination. +- **Replace the Ramsden eyepiece with a bare 50 mm lens.** Which is better for the + eye, which for the phone? (The Ramsden's two-lens design gives a flatter, cleaner + field — [How a microscope works](../explanation/how-a-microscope-works.md) explains why.) +- **Measure your magnification** with the calibration ruler → + [Calibrate the magnification](../how-to/calibrate-magnification.md). +- **Make your own sample** with the blank slide, tweezers and pipette → + [Prepare your own sample](../how-to/prepare-your-own-sample.md). + +## What's next? + +- **How does it actually work?** → [How a microscope works](../explanation/how-a-microscope-works.md) +- **The classroom versions with the eye instead of the phone** → + [infinity microscope](../how-to/build-the-infinity-microscope.md) and + [finite microscope](../how-to/build-the-finite-microscope.md) diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Crossed_Polarizers/Readme.md b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Crossed_Polarizers/Readme.md similarity index 100% rename from docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Crossed_Polarizers/Readme.md rename to docs/usage/disc/holobox/tutorials/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Crossed_Polarizers/Readme.md diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Stress_Birefringence/Readme.md b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Stress_Birefringence/Readme.md similarity index 100% rename from docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Stress_Birefringence/Readme.md rename to docs/usage/disc/holobox/tutorials/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Stress_Birefringence/Readme.md diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Three_Polarizers/Readme.md b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Three_Polarizers/Readme.md similarity index 100% rename from docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Three_Polarizers/Readme.md rename to docs/usage/disc/holobox/tutorials/05_DiscoveryPolarization/APP_POL_Three_Polarizers/Readme.md diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/05_DiscoveryPolarization/Readme.md b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/05_DiscoveryPolarization/Readme.md similarity index 100% rename from docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/05_DiscoveryPolarization/Readme.md rename to docs/usage/disc/holobox/tutorials/05_DiscoveryPolarization/Readme.md diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/annotated-mirror-heater_DE.jpg b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/annotated-mirror-heater_DE.jpg similarity index 100% rename from docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/annotated-mirror-heater_DE.jpg rename to docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/annotated-mirror-heater_DE.jpg diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/annotated-mirror-heater_EN.jpg 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a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000062.jpg b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000062.jpg similarity index 100% rename from docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000062.jpg rename to docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000062.jpg diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000063.jpg b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000063.jpg similarity index 100% rename from docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000063.jpg rename to docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000063.jpg diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000064.jpg b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000064.jpg similarity index 100% rename from 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a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000072.jpg b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000072.jpg similarity index 100% rename from docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000072.jpg rename to docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000072.jpg diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000075.jpg b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000075.jpg similarity index 100% rename from docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000075.jpg rename to docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000075.jpg diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000078.jpg b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000078.jpg similarity index 100% rename from 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a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000085.jpg b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000085.jpg similarity index 100% rename from docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000085.jpg rename to docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000085.jpg diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000086.jpg b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000086.jpg similarity index 100% rename from docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000086.jpg rename to docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000086.jpg diff --git a/docs/usage/disc/holobox/ARCHIVE/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000088.jpg b/docs/usage/disc/holobox/tutorials/06_HoloBox_plus_Calliope/IMAGES/capture000088.jpg similarity index 100% rename from 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