LED Einsatz für OLYMPUS BH2 - ein Vergleich von Möglichkeiten

[Peter Reil]

Hallo,

es hat mich schon immer interessiert, wie LEDs im Helligkeitsvergleich mit der Halogenbeleuchtung abschneiden. Für die Untersuchung musste ein OLYMPUS BH2 herhalten, das im Originalzustand eine 20 Watt Halogenbeleuchtung besitzt.
Ich bin mit dem Mikroskop hochzufrieden und die 20 Watt reichen für Hellfeld problemlos aus.
Für die Mikroskopie im DIK nutze ich das nächstgrößere OLYMPUS BHS, dessen 100 Watt Halogen keine Wünsche offen lassen.

Hintergrund meiner Untersuchung war die Überlegung, ob man durch Austausch der 20 W Halogenlampe durch eine kräftige LED auch mit dem normalen BH2 im DIK mikroskopieren könnte.
Ich gehe immer noch auf Tagungen, bei denen ich dann nicht mehr das größere und deutlich schwerere BHS mitschleppen müsste.

Der Versuchsaufbau ist eigentlich ganz leicht zu verstehen. Ein lichtabhängiger Widerstand wird mit seiner lichtempfindlichen Seite auf die Kondensorlinse gelegt. Das 4er Objektiv klemmt von oben her das Bauteil fest, damit es für alle Messungen keine mechanische Verschiebungen gibt. Dazwischen ein Stück Pappe, damit Kurzschlüsse vermieden werden.



Gemessen wird der Widerstandswert bei höchster Beleuchtungsstufe und voll geöffneter Blende. Je heller, desto geringer der Widerstandwert.

Zur Verfügung stehen
- Originalbeleuchtung 20 W Halogen
- TDKK LED als direkter Ersatz für die Lampe
- 3 verschiedene LEDs (LED Kühlkörper habe ich mir drehen lassen, zusätzliche Kühlrippen aufgeklebt)
- Hillersche Komplettlösung (LED, Kühlkörper, Steuergerät)

    
Original 20 W Halogen                                                                                        TDKK LED


Cree MK-R                                                        Cree XML                                         Cree XML Hiller


Die LEDs werden etsprechend ihrer Spezifikationen betrieben.



Entscheidend für den Helligkeitsvergleich ist der Widerstandswert.

Bei der Originalbeleuchtung sorgen die 20W bei voller Leistung für 42 Ohm. Die TDKK kann da nicht mithalten. Lediglich 78 Ohm sind möglich. Für Beleuchtungen im Hellfeld ist das bis zum 40er Objektiv ausreichend. Beim 100er würde ich mir definitiv mehr Licht wünschen.

Bei der Cree XML werden die Helligkeitswerte im Vergleich zur Halogen bereits überschritten - und das schon bei einer Stromstärke von 750 mA. Nur bei größerer Stromstärke (> 2 A) wird der Kühlkörper unangenehm heiß.

Die Versionen der Cree MK-R bestehen aus 4 Einzel-LEDs und haben noch mehr Lichtreserven. Die Teilung ist im mikroskopischen Bild nicht sichtbar.

Bei der Hillerschen Komplettlösung wird der Kühlkörper nicht überhitzt.

Zusammenfassung
- Die original Halogenlampe von 20W ist vollkommen ausreichend.
- Die TDKK ist eine Lösung, die ohne Basteleien durch einfachen Ersatz der Halogenleuchte für ordentliche Ergebnisse sorgt, solange man sich im Hellfeld bei kleineren Vergrößerungen bewegt. Sogar das "Mäusekino" im BH2 funktioniert bei deren Verwendung einwandfrei. Im Betrieb wird das Teil sehr heiß.
- Alle Cree-LED-Lösungen können mit der Originalbeleuchtung mithalten und übertreffen diese sogar an Leuchtstärke.
- Bei entsprechender Auswahl der LED - besonders mit den MK-R Versionen - ist sogar DIK problemlos möglich
- Die Hillersche LED mitsamt der Steuerung ist ein wirklich empfehlenswerter Ersatz, bei dem nicht gebastelt werden muss. Die saubere Verarbeitung und gute Handhabung kann man nur loben. Hier passt alles zusammen.

Unbenommen von der Leuchtstärke ist die "Lichtfarbe" bei LEDs "gewöhnungsbedürftig", wenn man sonst immer Halogen hatte. Das wäre aber ein anderes Thema.

Freundliche Grüße
Peter

[Peter V.]

Lieber Peter,

was kostet denn eigentlich so eine TDKK-LED? Ehrlich gesagt - so einen richtigen Sinn sehe ich in diesen TDKK-Lösungen nicht. Sie sind von der Lichtausbeute schlechter als das originale (und problemlos erhältliche) Leuchtmittel.

Herzliche Grüße
Peter

[Peter Reil]

Hallo Peter,

die TDKK-LED liegt bei ca. 80 Euro.

Im Gehäuse ist ja nicht nur die LED, sondern auch die komplette Schaltung und der Kühlkörper. Ich weiß leider nicht, welche LED die da tatsächlich verbauen.

Die Vorteile: Gleichbleibende Farbtemperatur, funktionierendes "Mäusekino", keinerlei Umbau nötig, von außen nicht sichtbar
Nachteil: Lichtausbeute relativ gering

Das muss wohl jeder für sich entscheiden. 

Gruß
Peter

[deBult]

Well thank you Peter,

As I have a very similar setup I can fully confirm your findings: BH2 - BHT
+ 20 Watt original halogen lamp: fully sufficient for bright field and Phaco till 40* na 0.65, for 100* with Phase Contrast I could use some more power / light intensity
+ TDKK- led, same results, mine is only slightly brighter at 100*, restricted use for Phaco at 100*  (Yes: it is running hot at 100% power, there is some kind of safety build in, it switches off when it gets to hot at prolonged use). I had to add an extra Electrolytic Condensator (Elco) to reduce banding when taking pictures. The TDKK led is a direct replacement of the halogen lamp for DC power supplies only!
+ for DIC and Dark field I prefer the Hiller version. For fast moving ciliates/protozoa,  I would ask Stephan for the high power version (or switch to flash).

Main advantage off all the LED solutions is less heat and constant color temperature.

The Stephan Hiller LED solution adds additional power / brightness to above advantages.

Best, Maarten

[deBult]

. Double post

[Bernd Miggel]

Hallo Peter,

der Versuchsaufbau ist so einfach wie genial. Da muss man erst mal drauf kommen!
Spielt die unterschiedliche Helligkeit der einzelnen Farbanteile des LED-Spektrums für' s Mikroskopieren nicht auch eine Rolle? Bei ca. 480 nm (blaugrün) hat die Intensität einen deutlichen "Durchhänger".

Viele Grüße
Bernd

[Peter V.]

Hallo Peter,

was mich an Deinem Vergleich etwas verwundert: Ich habe mein BHS  auch von Stephan Hiller LEDisieren lassen, hier werkelt auch eine Cree XML mit 3000 mA. ich habe den Eindruck, dass sie schon heller ist als eine 100 W Halogen.
Bernd riss es ja an: Ist die Reaktion des lichtabhängigen Widerstandes aucxh wellenlängenabhängig?

Herzliche Grüße
Peter

[reblaus]

Hallo Bernd -

gerade in Deiner Branche könnte die Blaugrünlücke der (erschwinglichen) LED-Beleuchtungen eine Rolle spielen!
Insbesondere die Rotwidergabe (Pilzhüte?) wird davon negativ beeinflusst und kriegt oft einen leicht bräunlich-schmutzigen Anflug.
Das macht sich in meinem Umfeld nicht nur beim Mikroskop, sondern auch bei Galeriebeleuchtungen im Hause bemerkbar. Auch Pathologen ziehen deshalb meist noch Halogenbeleuchtung vor.

Und trotzdem:
Nach Güterabwägung habe ich vor einiger Zeit meine letzte 100W-Halogenleuchte abgegeben, die ich "für den Fall des Falles" immer noch aufbewahrt hatte (was man 3 Jahre lang nicht benutzt hat wird man bekanntlich nie mehr benutzen). Auch die schlechtere Beleuchtung von Bildern mit großem Rotanteil wird vom "Haus" akzeptiert - zum Ausgleich kommen manche Kristallfotos sehr gut und man muss nicht so oft die Leiter besteigen um Lampen auszuwechseln.

Viele Grüße

Rolf

[Lupus]

Hallo,

Spielt die unterschiedliche Helligkeit der einzelnen Farbanteile des LED-Spektrums für' s Mikroskopieren nicht auch eine Rolle? ....
... Bernd riss es ja an: Ist die Reaktion des lichtabhängigen Widerstandes aucxh wellenlängenabhängig?

da wurden eigentlich zwei verschiedene Probleme angesprochen: Die Qualität der Farbwiedergabe aufgrund von Intensitätslücken durch die LED-Beleuchtung und ob die Helligkeitsmessung mit dem Fotowiderstand je nach Spektrum der Lichtquelle auf das Auge übertragbar ist.

Der erste Punkt ist ja schon angesprochen worden und eigentlich bekannt. Zur zweiten Frage muss man sagen, dass die Messung nicht ganz übertragbar ist auf das Helligkeitsempfinden des Auges, da Fotowiderstände eine je nach Bauart z.T. deutlich abweichende spektrale Empfindlichkeit haben. Eine CdS-dotierter Widerstand hat eine ähnliche Empfindlichkeitskurve wie das Auge, sein Empfindlichkeitsmaximum ist aber etwa 50 nm weiter nach rot verschoben, bei einem CdSe-Widerstand liegt das Maximum sogar im Infrarot bei etwa 850 nm. Daher beeinflusst die unterschiedliche Rot-Blauverteilung der Spektren natürlich das Ergebnis. D.h. selbst bei dem erstgenannten, sehr augenähnlichen Fotowiderstand misst man z.B. bei einer visuell gleich hellen Halogenbeleuchtung durch ihren höheren Rotanteil eine scheinbar höhere Beleuchtungsstärke als bei der LED.

Hubert

[Peter Reil]

Ich habe mein BHS  auch von Stephan Hiller LEDisieren lassen, hier werkelt auch eine Cree XML mit 3000 mA. ich habe den Eindruck, dass sie schon heller ist als eine 100 W Halogen.
Bernd riss es ja an: Ist die Reaktion des lichtabhängigen Widerstandes aucxh wellenlängenabhängig?

Hallo,

meine Helligkeitsmessungen mit den LEDs machte ich ausschließlich am BH2, nicht am BHS. Das BHS hat ein anderes Lampenhaus und keinen identischen Strahlengang. Dort habe ich keine LEDs zum Testen.

Inwieweit meine Helligkeitsmessungen evtl. wellenlängenabhängig sind, vermag ich nicht zu beurteilen. Sie untermauern aber mein subjektives Empfinden beim Mikroskopieren.

Freundliche Grüße
Peter

[Stephan Hiller]

Hallo Peter,

pfiffige Idee mit einem LDR einen qualitativen Helligkeitsvergleich zu machen.

Vielleicht noch ein paar Anmerkungen zu meiner Lösung:

Das Steuergerät kann im Low Mode 0 bis max 120 mA LED Strom liefern im High Mode 0 bis max. 1250 mA. Es gibt aber auch Steuergeräte die bis zu 3 A liefern können und damit auch 18 Watt LEDs treiben können.
Ich verwende schon seit einigen Jahren nur noch Cree XM-L2 LEDs. Es soll ja auch einen Nachfolger für diese LED geben, die Cree XM-L3 LED, aber ich hab die noch nirgendwo kaufen können.

Die Cree MK-R kann schon seit längerer Zeit durch die leistungsfähigere XHP-50 ersetzt werden, die es wie die MK-R in einer 6V und einer 12 V Version gibt. Vorteile: die 4 Quadranten liegen bei den XHP-50 Modellen enger beieinander und die Lichtausbeute ist etwas besser als bei der MK-R. Der von mir verwendete Kühlkörper würde vermutlich auch noch für die XHP-50 reichen (wenn man wirklich sehr viel  Licht haben möchte).

Als Nachteil der TDKK LED kann man neben der geringen Lichtausbeute auch noch die PWM Regelung anführen, die in Video Aufnahmen Streifen produziert.

Grüße

Stephan Hiller

[Peter Reil]

Hallo Stephan,

danke für deine Ergänzungen und den Hinweis bezüglich der Fotografie. Die TDKK hatte ich dazu überhaupt nicht getestet. So kann es gehen, wenn man nur noch auf die Lichtausbeute schaut. 

Heute habe ich das nachgeholt und muss unbedingt ergänzen: Die Lösung mit der TDKK LED ist für die Fotografie vollkommen ungeeignet!
Sie produziert starke Querstreifen, die jegliche Bilder zerstören.

Freundliche Grüße
Peter

[deBult]

Die Lösung mit der TDKK LED ist für die Fotografie vollkommen ungeeignet!
Sie produziert starke Querstreifen, die jegliche Bilder zerstören.

The original AC to DC power conversion in the BH2 BHTU is done VERY basic.
The TDKK replacement led (like any LED) requires stable DC power and suffers from this.
As stated in my previous contribution " I had to add an extra Electrolytic Condensator (Elco) to reduce banding when taking pictures. " An 470 uF 25 V Elco or so over the rectifying bridge will do the job to correct this. Replacing the 40 year old tiny Elco on the regulator board may also help a bit.

For picture and video I prefer the Stephan Hiller solution (to be fair there is a substantial price difference though).

Best Maarten

[Peter Reil]

Hallo,

heute habe ich einen 4700 µF Kondensator paralell zum Lampenanschluss in das Mikroskop eingebaut, um den Einsatz der TDKK Led zu verbessern. Das Ergebnis:

1) Die Lichtstärke wird deutlich angeboben und entspricht in etwa der von der Halogenbeleuchtung.
2) Fotografieren ist nun problemlos möglich.
3) Bei längerer Volllast (z. B. bei DIK) schaltet sich die LED dauernd ab. Wahrscheinlich wird sie zu heiß.

Mein verändertes Fazit: Wer keinen DIK nutzt, wird durch den zusätzlichen Einbau des Kondensators mit der LED zufrieden sein.

Gruß
Peter

[deBult]

Ha Peter,

Thanks for trying 

The Elco capacitor increases the AVERAGE voltage to approx 7.7 Volt (do not fully understand why, the original LED unit was designed for 6V)
You can ask TDKK to tune the LED unit for the the extra voltage, this will prevent the shut down at max power.

Best, Maarten