Lasermikroskop
Verfasst: Fr 27 Jan, 2017 11:25 am
Hallo!
Ich dachte mir das passt auch hier gut rein
Im Rahmen meines neuesten Projekts beschäftige ich mich mit dem Bau eines einfachen Lasermikroskops. Ziel ist es, die Pitstruktur einer CD aufzulösen. Das Prinzip ist einfach: Ein Laser wird auf eine Oberfläche fokusiert und das reflektierte Licht mit einer Photodiode gemessen. Das alles ist bereits in einem gewöhnlichen Lese/Schreibkopf eines CD/DVD-Players integriert. Die x/y-Verstellung des Objekts erfolgt mit zwei über DAC's angesteuerten Lautsprechern, deren Membran mit dem Objekttisch verbunden ist. Der Strom durch die beiden Lautsprecher ist auf diese Weise im Bereich 0 - max. 240 mA regelbar. Dies dürfte einem Verstellbereich von 0.5 - 1 mm entsprechen. Da es sich um einen 12-bit-DAC handelt komme ich bereits bei geringster Vergrößerung (Basiswiderstand minimal, Basis- bzw. EC-Strom maximal) auf den gewünschten Verstellbereich von rund 0.125 - 0.25 µm/step.
Hirn der ganzen Sache wird wieder einmal ein Arduino sein. Als DAC verwende ich den MCP4922. Des weiteren werden noch eine Verstärkerschaltung mit einstellbaren Offset bzw. gain für das Signal von der Photodiode und zwei Schaltungen zur Versorgung der Laserdiode (I = 80 mA) und der Fokusspule (I = 10 - 180 mA) benötigt.
Man könnte auch die bereits verbaute Photodiodeneinheit verwenden und deren Signale anzapfen. Deren 4 Photodioden A, B, C und D liefern nicht nur ein Summensignal (A + B + C + D), sondern man könnte auch aus den Einzelsignalen über Summen- und Differenzbildung (konkret (B + C) - (A + D)) ein Signal zur Fokusierung generieren. Die optimale Fokusierung ist dann erfolgt, wenn dieses Signal gerade 0 ist. Ist das Objekt aus dem Fokus, erhält man ein positives bzw. negatives Signal.
Thomas Rapp (http://www.rapp-instruments.de/buch/Tri ... 0Teil1.pdf) hat dies wieder einmal in beeindruckender Art umgesetzt...
Das Problem ist jedoch ein passendes, altes CD-Laufwerk mit dem Sony-Chip CXA2586 o.ä. zu finden. Ich habe mittlerweile rund 10 Laufwerke aus den Jahren 1994 - 2002 geschlachtet, ohne auf diesen Chip zu stoßen. Neuere Laufwerke fallen aufgrund der vorangeschrittenen Miniaturisierung von vornherein aus. Lediglich bei den alten Typen hat man noch Chancen, Drähte an die diversen Anschlüsse der Fokusspule, der Laserdiode bzw. der Photodioden zu löten.
Daher habe ich nun den vorhandenen, nicht identifizierbaren Sensor durch eine einzelne BPW34-Photodiode ersetzt. Die Fokusierung nehme ich jetzt wie folgt vor: Ich verändere den Strom durch die Fokusspule so lange, bis sich ein Spannungsmaximum am Ausgang der Photodiode ergibt. Danach erfolgt die Rasterung.
Die visuelle Darstellung in 256 Graustufen geschieht mittels Processing (https://processing.org/) und/oder einem TFT-Display mit 320x480 Pixel (http://www.ebay.com/itm/162083436187?_t ... EBIDX%3AIT). Dies deshalb, weil ich gerne eine autarke Mikroskopeinheit ohne externes Gerät hätte. Erste Bilder mit processing bzw. TFT-Display verliefen bereits erfolgreich, nur lässt die Schärfe noch zu wünschen übrig. Den derzeit verbauten Spindeltrimmer werde ich gegen ein praktischeres Mehrgangpoti tauschen. Eine Mikroskop-Kalibrierskala mit 10µm-Skalierung ist auch auf dem Weg zu mir. Damit hoffe ich dann die Auflösung meines Mikroskops bestimmen zu können.
So das wäre einmal das Wichtigste. Wenn ich weiter gekommen bin, gibt's wieder etwas von mir.
Ich dachte mir das passt auch hier gut rein
Im Rahmen meines neuesten Projekts beschäftige ich mich mit dem Bau eines einfachen Lasermikroskops. Ziel ist es, die Pitstruktur einer CD aufzulösen. Das Prinzip ist einfach: Ein Laser wird auf eine Oberfläche fokusiert und das reflektierte Licht mit einer Photodiode gemessen. Das alles ist bereits in einem gewöhnlichen Lese/Schreibkopf eines CD/DVD-Players integriert. Die x/y-Verstellung des Objekts erfolgt mit zwei über DAC's angesteuerten Lautsprechern, deren Membran mit dem Objekttisch verbunden ist. Der Strom durch die beiden Lautsprecher ist auf diese Weise im Bereich 0 - max. 240 mA regelbar. Dies dürfte einem Verstellbereich von 0.5 - 1 mm entsprechen. Da es sich um einen 12-bit-DAC handelt komme ich bereits bei geringster Vergrößerung (Basiswiderstand minimal, Basis- bzw. EC-Strom maximal) auf den gewünschten Verstellbereich von rund 0.125 - 0.25 µm/step.
Hirn der ganzen Sache wird wieder einmal ein Arduino sein. Als DAC verwende ich den MCP4922. Des weiteren werden noch eine Verstärkerschaltung mit einstellbaren Offset bzw. gain für das Signal von der Photodiode und zwei Schaltungen zur Versorgung der Laserdiode (I = 80 mA) und der Fokusspule (I = 10 - 180 mA) benötigt.
Man könnte auch die bereits verbaute Photodiodeneinheit verwenden und deren Signale anzapfen. Deren 4 Photodioden A, B, C und D liefern nicht nur ein Summensignal (A + B + C + D), sondern man könnte auch aus den Einzelsignalen über Summen- und Differenzbildung (konkret (B + C) - (A + D)) ein Signal zur Fokusierung generieren. Die optimale Fokusierung ist dann erfolgt, wenn dieses Signal gerade 0 ist. Ist das Objekt aus dem Fokus, erhält man ein positives bzw. negatives Signal.
Thomas Rapp (http://www.rapp-instruments.de/buch/Tri ... 0Teil1.pdf) hat dies wieder einmal in beeindruckender Art umgesetzt...
Das Problem ist jedoch ein passendes, altes CD-Laufwerk mit dem Sony-Chip CXA2586 o.ä. zu finden. Ich habe mittlerweile rund 10 Laufwerke aus den Jahren 1994 - 2002 geschlachtet, ohne auf diesen Chip zu stoßen. Neuere Laufwerke fallen aufgrund der vorangeschrittenen Miniaturisierung von vornherein aus. Lediglich bei den alten Typen hat man noch Chancen, Drähte an die diversen Anschlüsse der Fokusspule, der Laserdiode bzw. der Photodioden zu löten.
Daher habe ich nun den vorhandenen, nicht identifizierbaren Sensor durch eine einzelne BPW34-Photodiode ersetzt. Die Fokusierung nehme ich jetzt wie folgt vor: Ich verändere den Strom durch die Fokusspule so lange, bis sich ein Spannungsmaximum am Ausgang der Photodiode ergibt. Danach erfolgt die Rasterung.
Die visuelle Darstellung in 256 Graustufen geschieht mittels Processing (https://processing.org/) und/oder einem TFT-Display mit 320x480 Pixel (http://www.ebay.com/itm/162083436187?_t ... EBIDX%3AIT). Dies deshalb, weil ich gerne eine autarke Mikroskopeinheit ohne externes Gerät hätte. Erste Bilder mit processing bzw. TFT-Display verliefen bereits erfolgreich, nur lässt die Schärfe noch zu wünschen übrig. Den derzeit verbauten Spindeltrimmer werde ich gegen ein praktischeres Mehrgangpoti tauschen. Eine Mikroskop-Kalibrierskala mit 10µm-Skalierung ist auch auf dem Weg zu mir. Damit hoffe ich dann die Auflösung meines Mikroskops bestimmen zu können.
So das wäre einmal das Wichtigste. Wenn ich weiter gekommen bin, gibt's wieder etwas von mir.
