Старый DVD-привод превращается… в лазерный микроскоп
В наше время DVD-приводы постепенно выходят из употребления, мало кто уже покупает диски или записывает их сам, а старые диски постепенно деградируют, ведь химическое покрытие на болванках не вечное.
Но для ненужного привода есть полезное применение. Например, из него можно смастерить лазерный микроскоп на Arduino (примечание: по факту требуется две лазерные головки, то есть два ненужных привода).
Это оптический микроскоп, который использует для сканирования образца сфокусированный лазерный луч.
Cканирование осуществляется путём перемещения лазера по двум осям в координатной сетки: x и y. Словно сканер, он проходит по всей поверхности объекта — и замеряет отражённый сигнал. Изображение составляется в специальном программном обеспечении, которое объединяет воедино результаты сканирования каждой точки.
Лазерная головка CD/DVD
Например, в в проекте GaudiLabs на фото вверху микроскоп изготовлен из двух лазерных головок HD DVD. Лазер из такой головки сканирует образец, фокусировка происходит с помощью собственного фокусирующего механизма. Движение луча — с помощью отклоняющих катушек лазера в головке.
Один из вариантов лазерного микроскопа — конфокальный лазерный сканирующий микроскоп, позволяющий реконструировать трёхмерные структуры по наборам изображений на разной глубине. Конфокальные лазерные сканирующие микроскопы часто используются вместе с флуоресцентными материалами для изучения клеток и других биологических образцов.
Принцип конфокальной визуализации запатентован в 1957 году Марвином Минским, Dahn
Разрешение изображения определяется количеством измерений, сделанных в направлении x, и количеством линий в направлении y. Максимальное разрешение ограничено апертурой объектива и длиной волны лазера, как и в обычных оптических микроскопах. При сканировании флуоресцентных веществ разрешение часто ограничено силой сигнала. Его можно увеличить за счёт использования более чувствительных фотодетекторов или увеличения интенсивности освещающего лазера.
Белок бета-тубулин в клетке ресничной инфузории Tetrahymena визуализируется с помощью флуоресцентных антител. Фото получено с коммерческого конфокального микроскопа, Павел Яснос
Какое разрешение у лазерных головок CD и DVD? Очевидно, его должно быть достаточно для считывания ямок на поверхности компакт-диска, которыми кодируется информация (0 и 1).
У дисков DVD эти ямки примерно вдвое меньше по размеру, чем у CD, а у HD DVD — ещё вдвое меньше.
Конструкция микроскопа GaudiLabs
Ребята из швейцарской лаборатории GaudiLabs начали с проверки концепции, что прибор в принципе возможно сконструировать.
Первый прототип
Конструкция микроскопа состоит из двух лазерных головок. Первая излучает лазер и сдвигает его по оси x. На второй закреплён сканируемый образец — она движется в направлении y. Вместо фотодетектора используется простой фотодиод. Катушки контролирует схема Arduino с приводом, а изображения обрабатывает опенсорсная утилита Processing. Разрешения сканирования около 1,1 мкм (толщина человеческого волоса около 50 мкм).
Для второго прототипа была изготовлена печатная плата с микроконтроллером Arduino Micro со специальными коннекторами для лазерных головок.
Верхняя и нижняя стороны печатной платы, куда крепятся две лазерные головки (репозиторий на GitHub со схемами и программным обеспечением)
Программное обеспечение отправляет сканеру параметры сканирования и получает данные сканирования построчно. Поддерживается установка следующих параметров:
- Тип лазера (ИК, красный, синий для головок CD, DVD и Blu-Ray)
- Мощность лазера
- Положение сканирования
- Разрешение сканирования
- Сенсор (A0, S1, S2, RF, DIF)
- Цветовая схема и яркость
Вот как выглядят ямки на поверхности CD-ROM:
Ямки на поверхности CD-ROM, сфотографированные самодельным лазерным сканирующим микроскопом
Некоторые другие фотографии:
Сканы бактерий с разным разрешением и разными цветовыми схемами
Лазерные сканы клеток дрожжей
В данном проекте использовались головки PHR-803T из привода Xbox 360 (HD DVD).
Конечно, GaudiLabs далеко не первые, кто сделал лазерный микроскоп из оптического DVD-привода. Например, немецкий инженер Ханнес Золинер выполнил аналогичный проект в рамках своей магистерской диссертации.
- Схемы сборки и комплектующие
- FPGA
- Программное обеспечение
Лазерный микроскоп Ханнеса Золинера
Фокусировка в микроскопе Золинера
Процесс сканирования в микроскопе Золинера
На сайте Instructables есть пошаговая инструкция для Arduino по сборке.
См. также научные статьи 2016 и 2018 годов с описанием подобных установок: Hacking CD/DVD/Blu-ray for Biosensing (ACS Sens. 2018, 3, 7, 1222–1232, doi: 10.1021/acssensors.8b00340) и Generating SEL and SEU with a class 1 laser setup (конференция RADECS 2016, doi: 10.1109/RADECS.2016.8093163).
Источник
Как изготовить лазерную указку из компьютерного дисковода
Перед началом работы я хочу предостеречь вас, сказав о том, что это действительно очень мощная вещь, которая может повредить ваши глаза, поэтому будьте осторожны.
Добыча ништяков из электронного хлама.
Жизнь — интересная штука. Давно ли мы собирали Микро-80, Радио-86РК и, позднее, разные клоны Синклера? Мой первый самоспроектированый супер-пупер компьютер имел 2 Кбайт ROM, 4 Кбайт RAM, 8-битный КР580ИК80А с тактовой частотой 2 МГц. А сейчас в гараже валяется рабочий, но уже несколько лет неиспользуемый компьютер с 64-битным процессором, тактовой частотой больше гигагерца и всего двумя ядрами. Абсолютный хлам, с которым сделать, казалось бы, ничего невозможно. Тем не менее, давайте посмотрим, какую пользу можно извлечь из скопившегося за годы хлама. Кстати, на сайте явно не хватает категории «Сломано руками»
Поэзия — та же добыча радия. В грамм добыча, в год труды. Изводишь единого слова ради тысячи тонн словесной руды. © В. Маяковский
Речь, понятно, пойдет не о поэзии и фининспекторах — мы ищем ништяки в мусоре. И пытаемся их использовать повторно, следуя современным зеленым тенденциям, а так же в целях уменьшения энтропии и увеличения поголовья сферических коней в вакууме.
Сразу предупреждаю — картинки частично не мои, а цельнотянутые откуда-то из интернета. Но фотографий моего хлама тоже хватает. Подробного описания поделок не будет — если взяться все добросовестно описывать, то читать такое произведение быстро наскучит. В чем-то могу добросовестно заблуждаться или чего-то не знать — уточнения и подсказки приветствуются, ошибки с удовольствием исправлю. В коллекции собраны самые распространенные идеи повторного использования блоков или вещей. Как правило, все эти идеи легко находятся в интернете, я просто собрал наиболее интересные для меня, никаких революционных открытий в статье не найдете. Если вам покажется, что я открыл Америку — лучше ее сразу же и закрыть (Америку, а не статью, конечно) во избежание. Если у вас есть идеи нестандартного использования чего-нибудь — пожалуйста, комментируйте.
— Бабушка, ты, наверное, даже Ленина видела? — Да, конечно. А еще я очень плакала, когда вымерли динозавры.
Магнитные барабаны — юные техники 70…80-х использовали их для обкатки мопедов. Тяжелая вещь, должен вам сказать. Колесики от дисковых накопителей прекрасно использовались, как мебельные — у меня диван на таких катался. В отличие от мебельных колес, использовавшихся в то время, они не ломались. Вентиляторы от процессорных блоков и блоков памяти ЕС ЭВМ прекрасно подходили для изготовления точильного станочка — грешен, у меня такой когда-то был.
Струйные принтеры и МФУ.
В самых первых струйных принтерах использовались неплохие шаговые двигатели, которые могут быть использованы для маленьких станков с ЧПУ или других поделок.
Со временем шаговики испортились — стали использоваться более дешевые версии с бОльшим шагом. Следующим шагом было использование обычных коллекторных двигателей с датчиками положения. Использование коллекторного двигателя более-менее очевидно (всякие сверлилки и т.п.), а вот датчики — это отдельная история, и, пожалуй, даже более интересная.
Мой первый 3D принтер, все шаговики заимствованы из струйников:
В современном струйном принтере с коллекторными двигателями есть два энкодера — линейный и угловой. При внешней простоте энкодер не так прост внутри, как может показаться.
Энкодер рассчитан на работу с определенной плотностью штрихов — так что если хотите использовать в самоделках энкодер — сохраните ленту или круг со штрихами из этого же принтера.
Сканерная часть МФУ, как правило, сделана с использованием CIS. Тут та же история с неумолимым прогрессом — первые датчики вполне можно придумать, как использовать для самоделок ссылка.
У меня даже появилась идея сделать автоматическую калибровку экспозера (о нем чуть ниже) — но, к сожалению, более поздние версии опять оказались усовершенствованы — и как их использовать — я не придумал, разве что подсветку можно использовать, причем очень бледненькую. Для подсветки используется единственный RGB светодиод, с током 10 мА он работает, при попытке подать 20 мА — дохнет, необратимо теряя яркость.
На плате установлена какая-то микросхема обработки сигнала с LVDS входом и выходом, даже до светодиодов просто так с разъема не достучаться.
Тут общеполезных вещей намного меньше Так, LSU с его вращающимся зеркалом, я использовал в экспозере для изготовления печатных плат.
Экспозер в работе:
Из кучи валяющихся двигателей от лазерников применения не нашел ни один.
Можно куда-нибудь приспособить нагреватель и соленоиды. Вентилятор тоже может сгодиться в кулацком хозяйстве. Из платы Лексмарка 232 можно вырезать блок питания 24 вольта 100…150 ватт — но такое использование касается практически любого электронного устройства.
Использование линзы от CCD сканера для макросъемки нам здесь уже демонстрировали со страшным и заслуженным успехом .
Я не знаю, видел автор или нет, но такое использование уже было описано здесь. Такая же линза, с напечатанным на 3D принтере переходником.
Сам CCD сенсор можно использовать, например, для изготовления самодельного оптического спектроскопа.
В качестве дифракционной решетки вполне подойдет чистая болванка DVD диска.
Кинематика от приводов используется для изготовления миниатюрных лазерных граверов — как самодельных, так и «фабричных» китайских.
Лет 15-20 тому назад в CD приводах использовались более мощные бесколлекторные моторы для привода вращения болванки, авиамоделисты использовали их для своих самолетиков и первых мультикоптеров. Правда, такие моторчики приходилось перематывать. Но те времена уже прошли, приводов с мощными моторами не найти, а готовые модельные бесколлекторные моторы стали стоить настолько дешево, что такое использование тянет на абсолютную глупость.
Из пишущих приводов можно извлечь приличной мощности лазеры, красные с мощность до 100 мВт или (в Blueray или некоторых DVD из Xbox) 405nm до 200 мВт — если память не изменяет. Старые CD приводы в этом отношении бесполезны — там инфракрасный лазер.
Самое простое и полезное, что можно сделать из старого диска — вытащить из него мощный магнит и прибить его к палке — очень полезная вещь для поиска потерянных в траве гвоздей (подсмотрено у соседа во время совместного ремонта забора). Самое популярное, что можно найти в интернете — часы из HDD. Следующее по популярности — точилка. На этом сайте, помнится, кто-то такую описывал.
Если немного напрячься, взять voice coil из двух HDD, приклеить к ним зеркальца, то можно лазерной указкой рисовать картинки на стене.
Добыча из ноутбуков не такая уж богатая. Я когда-то использовал LCD матрицу, встраивал ее в чемодан для FPV полетов — но это уже тоже не актуально.
Остаются только блоки питания — куда-нибудь, да сгодятся.
По использованию корпусов, пожалуй, можно объявлять конкурс — что народ только не придумает!
Следующая по популярности используемая часть десктопа — наверное, блок питания. Использование блока питания, как лабораторного — довольно-таки общая практика.
Переделка для использования только одного выходного напряжения требует некоторых доработок схемы. Обычно переделывают на 12 Вольт, встречаются доработки на 24 Вольта. Я переделывал блок питания на 5 Вольт — защиты на все остальные напряжения и кое-какие цепи пришлось убрать — в итоге получил 5 Вольт при токе около 60 Ампер — очень полезный источник питания для дисплеев на базе WS2812/3. Когда этих светодиодов много, аппетит у них немерянный.
Тостер примитивен по своей сути (и не имеет особого отношения к электронике), тем не менее из него можно использовать нихромовый нагревательный элемент, смонтированный на слюде. Неплохая нагрузка получается.
В моей «жертве» сопротивление боковых нагревателей 18.8 Ом, центрального — 25.7 Ом.
В духовке можно даже ничего не ломать — хотя чаще всего народ ее все-таки разбирает и встраивает туда свою электронику — получается печь для пайки SMD компонентов.
Я свою разбирать не стал — все равно система управления не входила из-за большого дисплея. Система управления размещена снаружи в специально обученной коробочке, к ней подключено питание печки и термопара для контроля температуры. Печку лучше брать с вентилятором внутри, но и без него работает.
Использование трансформатора от микроволновки для точечной сварки — банальнейшая из банальностей, классика жанра. Благо китайские товарищи взялись производить платы управления для такой сварки — в итоге с изготовлением справится даже ребенок.
Пожалуй, на этом и остановлюсь, хотя тема далеко не исчерпана. Но статья уже становится слишком длинной.
Этапы работы
Начать нужно, разумеется, с разборки дисковода. Сперва нужно приоткрыть лоток с помощью скрытой аварийной кнопки, затем снять с лотка переднюю панель, отогнув специальные крепления. Далее, снимите лицевую панель дисковода и выкрутите четыре винта по периметру, которые держат металлический корпус. Снимите крышку.
Внутри дисковода находим диоды
На следующем этапе обратите своё внимание на подвижный элемент с диодами. Эту часть нужно извлечь и найти диоды на ней. Осторожнее обращайтесь с кареткой, так как имеющиеся в ней магниты и оптика могут вам ещё понадобиться.
Прежде чем доставать диоды из каретки, следует спаять их ножки, поскольку диоды не любят статическое электричество. После этого переходите к питанию лазера. Именно от этого компонента будет зависеть, как долго прослужит ваше устройство. Питание необходимо тщательно подбирать, нельзя допускать превышения допустимого тока через диод. В этом случае следует использовать драйвер, который является, по сути, простым резистором. Схемы найдите в интернете.
Не ограничивайте диод резистором
После этого необходимо разобраться с оптикой. Нужные линзы можно взять из каретки либо купить обычные коллиматоры китайского производства. Осталось только разместить все элементы внутри корпуса. Для этого вы можете использовать простой дешёвый фонарик. Чтобы было надёжнее, припаяйте заглушку с контактами для аккумулятора к корпусу. Не забудьте сделать переключатель. Лазер готов.
Итоги
Имейте в виду, что лазер — это не игрушка. Ни в коем случае не направляйте его на людей или животных, не светите в глаза, так как это может серьёзно повредить зрение.
Наслаждайтесь готовым лазером, но не забывайте о безопасности
Теперь вы знаете, как сделать собственный лазер из DVD-привода. Пишите в комментариях, была ли полезной для вас эта статья, делитесь с другими пользователями своими советами и опытом по сборке лазера и задавайте любые интересующие вопросы по рассмотренной теме.
Источник
