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 Betreff des Beitrags: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Mi 18. Jan 2017, 17:59 
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Hallo!

Mein neuestes Projekt beinhaltet den 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. :P 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.elektronik-labor.de/Literatu ... onden.html, 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 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 autonome Mikroskopeinheit ohne externes Gerät hätte. Erste Tests mit processing verliefen bereits erfolgreich und ich warte jetzt nur noch auf das Display...

Heute habe ich einmal die Verstärkerschaltung getestet und ein Probeobjekt bestehend aus weißem Klebeband mit 2 schwarzen Klebebandstreifen vor die Linse gehalten. Deutlich habe ich bei Verschiebung das zweimalige Absinken des Signals beobachten können. Mittels Offset stelle ich das Signal ohne Objekt vor der Linse auf 0V ein (Rohsignal beträgt dann rund 0.2V) und die Verstärkung reize ich so aus, dass ein stark reflektierendes Objekt vor der Linse ein Signal nahe 5V liefert.

So das wäre einmal das Wichtigste. Wenn ich weiter gekommen bin, gibt's wieder etwas von mir.


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Zuletzt geändert von stoppi am Mo 13. Feb 2017, 13:23, insgesamt 4-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Mi 18. Jan 2017, 18:00 
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So, noch zwei Bilder bzgl. processing und einige der geschlachteten Laufwerke...


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: So 22. Jan 2017, 17:41 
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Es geht langsam weiter. Konnte heute die ersten Messungen machen. Die im Bild (128x128 Pixel) zu sehenden Strukturen sind keine Artefakte, sondern feinste Risse in der Beschichtung einer CD. Bezüglich Vergrößerung kann ich noch nicht viel sagen, da mir Vergleichsmaßstäbe fehlen. Die jetzige Verschiebung der Lautsprecher ist aber auf jedem Fall kleiner als 1 mm. Werde die Basisströme noch erhöhen und mich dann nach einer Messvorlage wie sie optischen Mikroskopen öfters beiliegen umschauen...


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Di 24. Jan 2017, 17:10 
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Beiträge: 743
Die Alleinunterhaltung geht weiter ... :gruebel:

Habe mich heute nochmals kurz mit der Bildaufnahme und der Darstellung mittels Display beschäftigt. Als Objekt kam diesmal ein Stück eines Wavers zum Einsatz. Jetzt kann man zumindest schon einmal einige Strukturen erkennen. Die Schärfe lässt aber noch sehr zu wünschen übrig. Da der kleine Spindeltrimmer für die Fokuseinstellung zu unhandlich ist, habe ich ein Mehrgangpotentiometer bestellt. Wenn das eingetroffen ist, kann ich im Schnell-Scan bequem daran drehen und das Bild gleichzeitig im Auge behalten.

Das 480x320-Display ist heute eingetroffen und ein erster Test mit (noch) Zufallswerten verlief sehr zufriedenstellend. Das sieht eigentlich genau so aus wie ich es mir vorstellte. Da schimpfe noch jemand über den Arduino. Wenn ich denke, was ich bisher schon alles problemlos und ohne shield :P damit umsetzen konnte ...

5V-panel meter zur Einstellung des richtigen Fokus ist auch auf dem Weg zu mir. So habe ich dann eine kompakte und völlig autarke Mikroskopeinheit.


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Di 24. Jan 2017, 20:25 
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Schule/Uni/Arbeit: Schule
Hi Stoppi,
sehr cooles Projekt. hätte nicht gedacht dass sich lautsprecher dafür eignen, aber wenn es mit piezos klappt, warum nicht auch so....
Mit dem Laser dürften die minimalen Strukturen wahrscheinlich in der größe mehrere µm sein oder wie weit fokussiert der?
In den Manuskripten von rapp sind ja noch genügend weitere Mikroskope beschrieben, da könnte man vermutl. sogar die Rasterung beibehalten und nur den Tastkopf wechseln...
Viel erfolg weiterhin.
Grüße Daniel


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Mi 25. Jan 2017, 18:58 
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Danke, Daniel!
Die Auflösung dürfte bei mir wirklich nur einige µm betragen. Habe mir auch noch ein Mikroskop-Kalibrierraster mit 10µm-Teilung bestellt. Damit hoffe ich die Vergrößerung in Pixel/µm bestimmen zu können.

Mit hoher Auflösung (z.B. wirklich die vollen 480x320 Pixel) dauert der scan sehr lange, rund 30 Minuten. Wenn die Mehrgangpotis angekommen sind und ich damit die Fokussierung leichter verändern kann, melde ich mich wieder...


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Sa 28. Jan 2017, 00:39 
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Beiträge: 459
Man man, was Du auch immer baust Stoppi. :awesome:

Da fehlt ja bald nur noch ein Rasterelektronenmikroskop um die Sammlung in der Sparte komplett zu machen.


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Sa 11. Feb 2017, 19:17 
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Beiträge: 743
Diese Tage ist der Mikroskop-Kalibrier-Objektträger und die Potentiometer eingetrudelt. Das Scharfstellen ist aber trotz des Mehrgangpotis eine sehr knifflige Angelegenheit. Die Bildauflösung beträgt im Moment nur 160x102, damit das Bild schneller aufgebaut wird. Anbei 3 Bilder des 10µm-calibration-slide mit unterschiedlicher Vergrößerung (kleiner werdender Basisstrom). Werde zum Abschluss noch probieren, die CD-pitstruktur aufzulösen. Der Abstand der "Rillen" beträgt rund 1.4 µm, also vielleicht sogar im Bereich des Möglichen....


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: So 12. Feb 2017, 13:54 
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Beiträge: 743
So, während andere in ihren Beiträgen nur um den zähen Brei reden ist mein Aufbau soweit fertig. Kann das gesamte Mikroskop auch mit einem Lipo-Akku quasi im Feld betreiben. Stromstärke beträgt rund 0.6A bei momentan 9V. Jetzt gehe ich zum Abschluss nochmals die CD als Objekt an...


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Mo 13. Feb 2017, 09:47 
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Heureka, ich hab die Pitstruktur gefunden :awesome:
Das Bild ist bei fast maximaler Vergrößerung entstanden. Man erkennt doch ziemlich eindeutig die Strukturen. Da schimpfe noch jemand über Windows, zumindest ihre CD's sind für etwas zu gebrauchen :P

Hier noch das Video zum Abschluss:


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Do 16. Feb 2017, 17:58 
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https://www.instructables.com/id/Scanni ... h-Arduino/

http://hackaday.com/2017/02/15/speakers ... nt-3413685


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Mo 20. Feb 2017, 08:48 
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Beiträge: 11400
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Hallo stoppi

bin schwer beeindruckt von Deinem Lasermikroskop!!! :awesome: Wenn mir einer zuvor gesagt hätte, man könnte als Hobbybastler mit "Hausmitteln" die Pitstruktur auf einer CD sichtbar machen, dann hätte ich ihn wohl im besten Fall innerlich belächelt :shock: :oops:

Wirklich sackstark, dieses Projekt, danke vielmals für's Zeigen!

Ein herzlicher Gruss
kilovolt

_________________
Alle Angaben meinerseits ohne Gewähr! Ich lehne jegliche Haftung für Personen- und/oder Sachschäden ab. Jeder ist für seine Sicherheit selber verantwortlich.

http://www.kilovolt.ch


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Mo 20. Feb 2017, 16:43 
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Registriert: Mo 29. Mär 2010, 21:39
Beiträge: 743
Bitte, bitte ;)
Hätte ich nach den anfänglichen Schwierigkeiten auch nicht gedacht, die 0en und 1er aufzulösen, zumal ich ja eine andere photodiode auch noch eingebaut habe.
Aber das fokussieren ist wirklich nicht einfach. Trotz 10gang spindeltrimmer ist der scharfe Bereich nur ca. 10 Grad breit...
P.s.: jetzt werde ich wohl meine DRSSTC angehen...


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Mo 20. Feb 2017, 21:48 
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Registriert: Sa 14. Feb 2015, 00:41
Beiträge: 159
Wohnort: Schweiz

Spezialgebiet: Chemie
Wirklich beeindruckendes Ergebnis!
Jetzt könnte man noch ein Rastertunelelektronenmikroskop bauen...

LG
EL12


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 Betreff des Beitrags: Re: Lasermikroskop
BeitragVerfasst: Mo 20. Feb 2017, 22:14 
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Registriert: Sa 17. Jan 2015, 10:55
Beiträge: 364
Wohnort: Bernbeuren

Schule/Uni/Arbeit: Schule
(Hat er schon)
aber ein elektronenmikroskop fehlt noch ;)


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