DVDドライブから高倍率なレーザー顕微鏡を作り出した猛者が登場

さまざまなハードウェアを自作しているLötlabor Jena氏がDVDドライブからレーザー顕微鏡を作り出し、その作り方や実際に撮影した画像を公開しています。

DVD-Drive based Laser Scanning Microscope [Lötlabor Jena]
https://loetlabor-jena.de/doku.php?id=projekte:dvdlsm:start

Jena氏は「近年、DVDドライブは大量に廃棄されています。そのため、ハードウェア愛好家はDVDドライブをほとんど無償で手に入れることができます」と語り、安価に手に入るDVDドライブを用いて何らかのハードウェアを作成することを計画。DVDディスクに780nm間隔で配置された440nmのピットの高さを識別できるほどの性能を持つレーザーセンサーを利用して、レーザー顕微鏡を作成することを思いつきました。

Jena氏によると、DVDドライブのユニットには高精度なレーザーセンサーだけでなく、レンズ・ミラー・プリズムといったレーザー顕微鏡の作成に必要な光学要素や、センサーを適切な位置へ動かすモーターなどの機構が含まれているため、レーザー顕微鏡の作成に適しているとのこと。しかしDVDドライブはメーカーが設計した独自のマイクロプロセッサや回路を搭載しており、ユーザーが勝手に動作を書き換えることはできません。そこで、Jena氏はハードウェアをリバースエンジニアリングし、独自のソフトウェアやハードウェアを設計することで、レーザー顕微鏡に必要なフォーカス機能やセンサーの位置を調節する機能を追加することにしました。

DVDドライブには、レーザーの光を検知して処理を行うためのフォトダイオード集積回路(PDIC)が搭載されています。Jena氏はPDICをDVDから取り出し、取り回しやすいようにブレークアウト基盤に取り付けました。

次に、Jena氏はPDICの構造を理解すべく、顕微鏡写真を撮影しました。その結果、PDICは少なくとも8つの独立したフォトダイオードチャネルを搭載していることが明らかになりました。

その後、Jena氏はPDICの電圧を測定しながら、さまざまな明るさの光を照射することで、各フォトダイオードチャネルの役割を確認していきました。

PDICの設計を理解したJena氏は、PDICから受け取った情報の処理や、センサーの位置を調節するモーターの制御、電源の供給といった役割を担うボードを設計しました。Jena氏が設計したボードには、大手半導体メーカーのTexas Instrumentsが1個当たり2.50ユーロ(約318円)で販売しているICチップ「TPIC2050」が搭載されています。

さらに、Jena氏はセンサーの位置を制御するソフトウェアも開発。見事にDVDドライブからレーザー顕微鏡を作り出しました。

Jena氏は、作成したレーザー顕微鏡で撮影した写真も公開しています。Jena氏が作成したレーザー顕微鏡で以下のような電子チップを撮影すると……

こんな感じに1mm×1mmの範囲を拡大して撮影できます。

もっと高倍率で撮影する事も可能。以下の画像は上の画像の右上部分を500μm×500μmのスケールで撮影したものです。

今回Jena氏が作成したレーザー顕微鏡は、撮影に数分～数時間を要するとのこと。Jena氏は「それほどお金をかけずに、かなり優秀なレーザー顕微鏡を作ることができました」と満足げに語っています。

なお、Jena氏はレーザー顕微鏡を作成するために開発した設計図やソースコードを、自身のGitLabリポジトリで公開しています。