... weiße LEDs

grovea · Oktober 10, 2009, 10:45:50 VORMITTAG

Zur Umrüstung der Beleuchtung von Halogen auf LED an einem Mikroskop suche ich eine geeignete weiße LED.
Die Angaben der Hersteller unterscheiden sind wenig und eine Auswahl anhand der notwendigen Hauptmerkmale wie,

- großer Abstrahlwinkel
- Farbtemperatur ca. 6000 K
- hoher Lichtstrom
- hoher Wirkungsgrad

ist, zumindest für mich, nicht eindeutig möglich. Durch eine kurze Recherche im Internet konnte ich folgende
aktuelle Typen weißer leistungsstarker LEDs ermitteln:

- Seol P7 (700 lm / 6300 K)
- Osram Ostar LE UW E3B (1120 lm / 6500 K)
- LUXEON Altilon (850 lm / -weiß- )
- Cree MC-E/M (752 lm / 5000-10000 K)
- Cree MC-E/H (490 lm / 2600-3700 K)

Wer hat Erfahrungen mit der Adaption einer oder mehrerer dieser LED-Typen an Lichtmikroskope und ist bereit darüber zu berichten.
Gerne auch per PN oder E-Mail: RalfNoetzel@AOL.com. Für Hinweise bedanke ich mich schon vorab an dieser Stelle.

Mit freundlichen Grüßen
R. Nötzel

Nomarski · Oktober 10, 2009, 11:39:04 VORMITTAG

Hallo,

warum denn bei vorhandener Halogen-Beleuchtung auf LED umrüsten wollen?
Das halte ich eher bei Glühlampenbeleuchtung für sinnvoll, besonders wenn die Hersteller das Monopol bei den Ersatzlampen haben wegen der Spezialfassung und dem Flachwendelkern.
Auch ist die mechanische Anpassung oftmals einfacher, da mehr Bauraum zur Verfügung steht.

peter-h · Oktober 10, 2009, 12:03:10 NACHMITTAGS

Hallo Herr Nötzel,

ich habe mich von der Originalleuchte ( 6V 20Watt) von ca. 2 Jahren getrennt und nutze eine LUMITRONIX Seoul Z-LED P4 weiss 240 Lumen, fertig auf einem Sternkühlkörper montiert. Die max. Strahlungsleistung wird bei 1000mA erreicht.
In meinem Netzteil habe ich ein Amperemeter eingebaut und benutze nur sehr selten die maximale Stromstärke.
D.h. für alle Hell-, Dunkel-, Pol- und Phasenk.- Aufnahmen reicht das Licht. Einzig im DIC bei hoher Vergrößerung wäre etwas mehr schön. Meist genutzter Strombereich 200 - 500mA.

Ein Umbau auf die neueren und leistungsstärkeren LEDs werde ich vermutlich nicht unternehmen.
Gegenüber Glühlampe oder Halogen, sehr ich den großen Vorteil in einer nahezu konstanten Farbtemperatur. Zwischen Betrieb bei 50mA und 1000mA ist die Farbverschiebung allerdings deutlich.

Gruß
P. Höbel

grovea · Oktober 10, 2009, 12:04:13 NACHMITTAGS

Zitatwarum denn bei vorhandener Halogen-Beleuchtung auf LED umrüsten wollen?
Das halte ich eher bei Glühlampenbeleuchtung für sinnvoll, besonders wenn die Hersteller das Monopol bei den Ersatzlampen haben wegen der Spezialfassung und dem Flachwendelkern.
Auch ist die mechanische Anpassung oftmals einfacher, da mehr Bauraum zur Verfügung steht.

@Normarski

Ich habe Ihren Einwand hinsichtlich Glühlampenbeleuchtung nicht verstanden.
Aber Umrüstung Glühlampe -> LED aus 2 Gründen:

1. Weil die Helligkeitssteuerung der Halogenlampe im konkreten Fall mittels einer Phasenanschnittsteuerung erfolgt. Dieser pulsierende Stomfluß führt, trotz der thermischern Trägheit des
Lampenwendels, auch zu einem Helligkeitswechsel mit einer Fequenz von 100 Hz. Bei der Mikrofotographie kann dies zu Fehlbelichtungen führen und im ggf. nutzbaren Livebild der Kamera zu
streifenförmigen Bildstörungen am Monitor.

2. Die Farbtemperatur von LEDs ist in weiten Bereichen der Helligkeitssteuerung, im Gegensatz zu Halogenlampen, nahezu konstant.

Mit freundlichen Grüßen
R. Nötzel

Nomarski · Oktober 10, 2009, 14:22:21 NACHMITTAGS

Hallo Herr Nötzel,

ZitatAber Umrüstung Glühlampe -> LED aus 2 Gründen:

1. Weil die Helligkeitssteuerung der Halogenlampe im konkreten Fall mittels einer Phasenanschnittsteuerung erfolgt. Dieser pulsierende Stomfluß führt, trotz der thermischern Trägheit des
Lampenwendels, auch zu einem Helligkeitswechsel mit einer Fequenz von 100 Hz. Bei der Mikrofotographie kann dies zu Fehlbelichtungen führen und im ggf. nutzbaren Livebild der Kamera zu
streifenförmigen Bildstörungen am Monitor.

Dafür gibt es aber auch eine andere technische Lösung, z.B. ein stabilisiertes regelbares Netzteil.

Zitat2. Die Farbtemperatur von LEDs ist in weiten Bereichen der Helligkeitssteuerung, im Gegensatz zu Halogenlampen, nahezu konstant.

Das hatte soeben auch der Herr Höbel erwähnt, allerdings mit dem Nachsatz:

ZitatZwischen Betrieb bei 50mA und 1000mA ist die Farbverschiebung allerdings deutlich.

Das widerspricht sich irgendwo.

Gruß
Nomarski

peter-h · Oktober 10, 2009, 15:28:05 NACHMITTAGS

Leider kann ich die Farbtemperatur nicht messen, aber die Bilder zeigen sicher den von mir angesprochenen Unterschied.

Gruß
P. Höbel

Werner Jülich · Oktober 10, 2009, 16:05:23 NACHMITTAGS

Es ist allgemein bekannt, dass die Farbtemperatur der LED auch von der Stromaufnahme abhängt. Aus diesem Grund verwenden Hersteller wie Zeiss in den Systemen für AFL hinter der LED noch ein Anregungsfilter.

Werner Jülich

CMB · Oktober 10, 2009, 16:21:50 NACHMITTAGS

Hallo,

ich habe mir von Herr Hiller für meine Wild/Zeiss Mikroskope sowohl für das Durchlicht als auch für das Auflicht LED - Beleuchtungen maßgeschneidert machen lassen. Ich kann diese Einrichtungen nur empfehlen. Die Schwankungen in der Farbtemperatur bei unterschiedlicher Intensität kann ich visuell eigentlich nicht wahrnehmen. Ich habe LEDs mit 6000 K und mit 3750 K (Tagesllicht ähnlich). Für die visuelle Beobachtung gefärbter Schnítte ist die mit 3750 K ideal; für Diatomeen ist die mit 6000 K besser geeignet. Außerdem benutze ich für Phasenkontrast eine grüne LED.

Ich verwende die Cree XR-E R2 (6000K) und die Cree XR-E mit 3750K . Diese haben einen sehr gut passenden Abstrahlwinkel. Da exakte Köhlern ist mit diesen LEDs problemlos möglich.

Die LED Beleuchtung in der Hillerschen Konstruktion ist ohne jede Frage besser als die bisher von mir verwendeten Glühlampen/Halogenbeleuchtungen.

Gruss

CMB

Anmerkung: Herr Hiller hat Recht, die Cree XR-E LED hat 4750 K , sorry

Stephan Hiller · Oktober 10, 2009, 18:48:48 NACHMITTAGS

Hallo zusammen,

ich bin etwas erstaunt, dass merkliche Farbtemperaturänderungen bei Weißlicht LEDs unter verschiedenen Bestromungen auftreten sollen.
Ich habe mir von Herrn Dr. Schmitt vor einigen Jahren mal eine LED unter unterschiedlicher Bestromung spektral durchmessen lassen. Meinen Beitrag dazu findet man im alten Forum (es handelte sich um eine Seoul P4 LED mit 242 Lumen):

http://www.mikroskopie.de/mikforum/read.php?1,38775,38785#msg-38785

Wenn man sich die dort gezeigten Spektren sehr genau ansieht erkennt man eine kleine Farbverschiebung im Blauen Bereich zu geringfügig kürzeren Wellenlängen bei hohen Strömen wohingegen der "Grün-Peak" nahezu unverändert geblieben ist. Ob diese leichten Verschiebungen im damaligen Versuchsaufbau auf Erhöhung der Substrattemperatur zurückzuführen waren oder ein "generelles" Charakeristikum aller Weißlicht LEDs sind kann ich nicht sagen. Meine visuelle Beobachtung ist allerdings hier eher die von Herrn Burba geschilderte. Die Abhängigkeit der Farbtemperatur bei Dimmen von LEDs ist auf jeden Fall um Größenordnungen kleiner als bei Glüh- oder Halogenlampen, was in meinen Augen Ihren Einsatz in der Mikroskopie auf jeden Fall rechtfertigt (neben der wesentlich höheren Lichtausbeute, Ihrer Robustheit gegenüber Erschütterungen, Ihrer Langlebigkeit, ihrer deutlich homogeneren Abstrahlung sowie des praktisch nicht vorhandenen Infrarotanteils um nur einige Punkte zu nennen).
Dass sich die Farbtempertur bei unterschiedlicher Substrattemperatur ändern kann ist nachvollziehbar und wird in den Datenblättern der Hersteller manchmal auch erwähnt. Etliche Forumsteilnehmer haben damit schon Ihre (schlechten) Erfahrungen gemacht. Wichtigste Voraussetzung bei Mikroskop LED Beleuchtung ist daher optimale und effiziente Kühlung der LED sowie eine saubere Ansteuerschaltung. Ich verzichte wegen der von Herrn Nötzel angesprochenen Belichtungsproblematik bewusst auf PWM und betreibe die LEDs nur mit linearen regelbaren Konstantstromquellen.
Vielleicht noch eine kleine Anmerkung zu Herrn Burbas Beitrag: die erwähnte neutral weiße LED wird Hersteller seitig mit 4750 K angegeben.

Freundliche Grüße

Stephan Hiller

peter-h · Oktober 10, 2009, 22:33:42 NACHMITTAGS

Guten Abend Herr Hiller,

Sie schreiben :
ich bin etwas erstaunt, dass merkliche Farbtemperaturänderungen bei Weißlicht LEDs unter verschiedenen Bestromungen auftreten sollen.

das klingt so als ob ich getürkte Bilder einstelle. Aber gut, damit kann ich leben. Das Auge reagiert nun mal sehr empfindlich auf Farbabweichungen und die schönen Grafiken lassen diese Farbverschiebung kaum erkennen.

Oder es liegt an der von mir verwendeten LED, oder der sehr empfindlichen Kamera, bei welcher ich den Weissabgleich abgeschaltet habe.

Mit freundlichen Grüßen
P. Höbel

TPL · Oktober 10, 2009, 22:49:29 NACHMITTAGS

Zitat von: Werner Jülich in Oktober 10, 2009, 16:05:23 NACHMITTAGS
Es ist allgemein bekannt, dass die Farbtemperatur der LED auch von der Stromaufnahme abhängt.

...danke, Herr Jülich, für diese Einladung zur Zeitreise. Da fühlte ich mich sofort wieder wohlig an die Vorlesung "Mathematik für Nebenfächler" erinnert, in der der Herr Professor mit den Worten "Es ist allgemein bekannt..." ein paar abstrakte Zusammenhänge andeutete die nahezu 100% seiner Zuhörer völlig neu waren und durch diese Einleitung auch kein bisschen klarer wurden.

Kurzum - umgekehrt wird ein Schuh daraus: Es ist allgemein nicht bekannt, dass die Farbtemperatur der LED auch von der Stromaufnahme abhängt. Hier wäre jetzt der Einsatz für den beflissenen Physiker, die Sache ein wenig anschaulich zu machen wenn es statt einem

ZitatSchaulaufen der Bastler/Physiker?

eine

ZitatHilfestellung für die Mikroskopiker

werden soll. Muss aber nicht sein, sonst wäre meine sentimentale Zeitreise ja sofort dahin

Natürlich ist es richtig, und durch Peter Höbels Bilder auch schön illustriert, dass es über den extrem weiten Bereich, mit dem man moderne Hochleistungs-LED (hLED) ansteuern (und deshalb auch nutzen!) kann Schwankungen in der spektralen Zusammensetzung des emmitierten Lichtes gibt. Aber bitte: lassen wir doch die Kirche im Dorf! Einen vergleichbaren Helligkeitsumfang können die mir bekannten Glühwendellampen (egal ob mit oder ohne Halogen-Füllung) nutzbar nicht einmal erzeugen (das mag oft mit den dazu gebauten Transformatoren zusammen hängen). Und die Unterschiede im Spektrum sind bei diesen klassischen Leuchtmitteln wirklich dramatisch, während man sie in Peter Höbels Bildern zwar erkennt, aber noch allesamt im neutralen Bereich unterbringen kann.

Visuell ist die spektrale Variation von hLED über ihren Ansteuerbereich - auch nach meiner Erfahrung - minimal. Auch die anderen, bereits genannten Vorteile sind nicht zu verachten - insbesondee der fehlende IR-Anteil. So viele Proben und Augen haben die Wärmestrahlung aushalten müssen, ohne dass dies irgendeinen Vorteil hatte. Bei LED geht die Leistung dagegen nahezu vollständig in den Teil des Spektrums, den man zum Mikroskopieren braucht.

Ich möchte - auch bei heiklen Anwendungen, wie der Pol-Mikroskopie - nicht mehr auf LED als Beleuchtung verzichten.

grovea · Oktober 11, 2009, 10:52:30 VORMITTAG

@Dr. Hiller

Sie haben eine E-Mail von mir.
Mit freundlichen Grüßen
R. Nötzel

Stephan Hiller · Oktober 11, 2009, 21:32:17 NACHMITTAGS

Hallo Herr Höbel,

ich wollte mit meinem Beitrag absolut nicht behaupten, dass sie getürkte Bilder einstellen. Sorry falls dieser Eindruck entstanden sein sollte. Ich sehe die Farbverschiebung in Ihren Bildern ja auch. Aber sind wir mal ehrlich, wissen sie ob das ein generelles Problem aller Weisslicht LEDs ist, oder ob wir es hier - wie von mir angedeutet - mit einem Sekundäreffekt nämlich der Veränderung der Substrattemperatur zu tuen haben, was ich versucht habe in meinem Beitrag anzudeuten. Ich weiss es nicht und ich habe dazu auch keine aufwändigen Messreihen gemacht, deren Aufbau mir selbst wenn ich ein Spektrometer hätte nicht leicht fallen würde. Die Substrattemperatur bei veränderlichen Strombedingungen konstant zu halten dürfte nämlich gar nicht so leicht zu machen sein. Aber vielleicht kann uns ja ein mitlesender Physiker über die Abhängigkeit von Substrattemperatur und Farbtemperatur bei Power LEDs aufklären.

Ich gehe hier eher pragmatisch vor und versuche bei meinen LED Mikroskopbeleuchtungen so viel Kühlmasse wie das Lampenhaus zulässt einzubringen um die Wärme so effektiv wie möglich abzuführen. Bei Mehr Chip LEDs > 10 Watt wird das extrem schwierig und endet dann häufig in einer Konstruktion mit aktiver Kühlung (im einfachsten Fall mit einem Lüfter), der aber weitere Nachteile mit sich bringt als da wären Geräuschentwicklung und insbesonders Vibrationen (die man in der Mikroskopie ja gar nicht möchte).

Wie man dennoch eine 10 Watt Cree MC-E 4-Chip LED mit über 700 Lumen Lichtleistung in ein zugegebenermassen dafür optimal ausgelegtes Lampenhaus (Zeiss Lampe 60) einbauen kann mögen die folgenden Bilder verdeutlichen:

Der Alu-Kühlkörper alleine wiegt hier schon 325 Gramm und die Wärme wird zusätzlich an die Kühlrippen des Lampenhauses abgegeben. Unter Vollast (700 mA) wird das Lampenhaus selbst nach über 30 min gerade mal "Hand-warm".

Um weitren Fragen vorzubeugen: das Design des LED Stecksockels ist natürlich so gemacht, dass die in der Leuchte 60 eingebaute Mattscheibe selbst bei vollständig eingestecketem Sockel ein- und ausgeschwenkt werden kann ohne den LED Sockel zu berühren. Die Mattscheibe ist wegen des rel. großen Abstands der Einzel LEDs auch notwendig um hier zu einer gleichmäßigen Ausleuchtung zu kommen. Mit dieser LED kann im Phasenkontrast (Zeiss Achromat 40x / nA 0.65 mit einem Trinotubus der 100% des Lichts auf die Kamera lenkt und einem KPL W 10x als Photookular im Phasenkontrast 1/1000 sec erzielt werden bei ASA/ISO 50 und f 5,6. Getestet am GFL mit einer Canon A 95 an einem Diatomeen Testpräparat (Pleurosigma). Hier die Belegaufnahme (als Auschnitt, damit man die Schalenstruktur sehen kann - wirklich nur ein Beleg nicht als Schönheitskonkurrenz gedacht):

Und man sollte sich nichts vormachen: die Farbverschiebung bei dieser Beleuchtung fällt gegenüber der original 60 Watt Wendellampe mit Sicherheit um Größenordnungen geringer aus wenn man die Beleuchtung von 5% bis 80% oder gar 100% hochfährt.

Mit freundlichen Grüßen

Stephan Hiller

Werner Jülich · Oktober 12, 2009, 08:48:40 VORMITTAG

Ich habe bisher immer die Farbverschiebung der Halogenbeleuchtung, zum Anlaß genommen, in farbkritischen Fällen mit Graufiltern zu arbeiten und dies so auch an unsere Kunden weitergegeben, wenn es auf die Farbwiedergabe ankommt, also in ca. 20% aller Fälle.
Aus den Beiträgen pro LED gewinne ich jetzt den Eindruck, dass man wohl allgemein bei Halogen- und Glühlicht anders vorgeht, man dreht am Poti zur Helligkeitsanpassung und ärgert sich wegen der Farbverschiebung?
Ich kann allen LED-Befürwortern, zu denen auch ich gehöre, zustimmen, was Lebensdauer, Wärmebelastung auch Energieverbrauch betrifft, aber Freunde, so teuer sind doch Graufilter nicht.
Die modernen Mikroskope, als Beispiel nenne ich das Axio Scope.A1, verfügen über einen Filterevolver im Stativfuß, der Graufilter aufnehmen kann.
Werner Jülich

peter-h · Oktober 12, 2009, 13:51:45 NACHMITTAGS

Hallo zusammen,

da ist wohl ein falscher Eindruck entstanden

Nein, ich möchte nichtmehr zurück auf eine Halogenleuchte. Die Vorteile einer LED sind enorm groß. Ich wollte nur zeigen, was sich bei meiner kleinen Seoul P4 zwischen den Grenzen abspielt.
Bei ganz kritischer Betrachtung fällt manchmal die Blau-Grünlücke etwas auf, aber das schaffen dann die Nachbearbeitungsprogramme leicht.

Für mich nur die Frage, ob ich noch auf die LEDs mit >500 Lumen hochrüsten soll.
D.h.: neues Netzteil, neues Steuerteil, neues LED-Gehäuse.

Daass Thema der Stromversorgung ist bei mir so gelöst, dass ich ein Stecker-Schaltnetzeil nutze, dann von 7,5 Volt des Netzteils per kleiner Schaltung auf eine Konstantstromquelle umsetze. Die vereinfachte erste Schaltung dazu ist auf meiner HP unter Fluoreszenz zu finden. In der Zwischenzeit natürlich verfeinerte Schaltung.

Gruß
P. Höbel

... weiße LEDs

TPL