LED - Blitzprojekte, Neuester Stand?

[wilfried48]

Hallo,

damit die Vorstellung von Michael Franke nicht mit einer Fachdisskusion "zugemüllt" wird, habe
ich für die dort angefangene Fachdisskusion über den LED - Blitz hier mal ein getrenntes Thema aufgemacht.

Offensichtlich beschäftigen sich doch mehrere hier im forum mit dieser Thematik.

Das Problem scheint offensichtlich zu sein, dass die LEDs die notwendige Helligkeit noch nicht bringen,
um ernsthaft anwendbare Blitzzeiten von 1/20 000 stel und kleiner zu erreichen. Insbesondere auch bei
lichtschluckenden Verfahren, wie z.B. Phako oder DIC.

Dass man mit einer 4 Chip, 15 W LED im Pulsbetrieb bei Hellfeldobjekten mit Objekten geringer Dichte nahe herankommt habe ich in einem Beitrag im alten forum gezeigt:

siehe : http://www.mikroskopie.de/mikforum/read.php?1,42082,42167#msg-42167

Die Frage ist eben, um wieviel kann man den LED im Pulsbetrieb mehr Strom zumuten. Osram gibt für die Ostar
bei 50 ms den Faktor 2 also 2 A an. Ist dies bei kürzeren Pulszeiten (1/20000 stel entspricht ja nur 0,05 ms)
zu vervielfachen und wer probierts im Zweifelsfall an seiner teuren LED aus ?

Damit aber alle mit gleicher Sprache sprechen, würde ich erstmal vorschlagen, dass alle Interessierten bei ihrer LED - Anordnung an einem Normobjekt bei gleicher Vergrösserung, 100 ASA Empfindlichkeitseinstellung und maximalem Nennstrom der LED die benötigte Belichtungszeit messen. Ich würde pleurosigma angulatum bei 400x vorschlagen. Die hat jeder und die optische Dichte ist auch in etwa bei jeder gleich, sodass objektive Vergleiche der verschiedenen LED Anordnungen möglich sind.

Das man, wenn das Licht reicht, die LED auch entsprechend kurz pulsen kann, geht aus dem physikalischen Prinzip hervor. Die physikalische Grenze dürfte auf jeden Fall unter einer µs liegen.

pulsierende Grüsse

Wilfried

[mfranke]

Hallo Wilfried,

danke für die Unterstützung. Ich hatte mir auch schon überlegt, das Thema ins Forum
zu verlagern.

Gruß Michael

[wilfried48]

Lieber Michael,
Lieber Herr Bollmann,

ich würde vorschlagen, die Beiträge einfach vom Vorstellungsforum hier herüber zu kopieren.
wir wollen ja nichts untergehen lassen.
da ich jedoch ahne, dass dieses Thema etwas länger wird, wäre es auf die Dauer im Vorstellungsforum
etwa unhandlich geworden und auch unpassend gewesen.
Vielleicht können es die Moderatoren ja auch hierher verschieben ?

viele Grüsse

Wilfried

[peter-h]

Hallo Wilfried,

wenn ich es richtig verstanden habe, so sollten (wer will) seine Kamera adaptieren, 100 ASA/ISO bei 400-fach = 40er mit 10er Okular und Pleurosigma angulatum.
Nun wäre einfach bei max. Strom die Bel.zeit zu ermitteln. Richtig ?
Natürlich sind noch einige offene Punkte.
- Apertur des Objektivs. Es gibt 0,5 - 0,95 oder bei Öl bis 1,0
- Köhlern, streng ausgelegt !!!
- wie ist die Kamera adaptiert ?

Ich werde es bis morgen versuchen, versprochen.

Gruß
Peter

[wilfried48]

Hallo Peter,

du hast recht, natürlich gehen noch mehr Parameter, als von mir angegeben, in die Belichtungszeit ein.

Zu den offenen Fragen:
die Köhlersche Beleuchtung: sollte richtig eingestellt sein. Aperturblende max offen, Auflösung ist ja zweitrangig
die Objektivapertur: ich würde 40/0,65 bzw. 40/0,75 vorschlagen, weil dies jeder hat.
die Kameraadaption sollte so sein, dass die Gesamtvergrösserung ca. 1 komplette Diatomee formatfüllend auf den chip abbildet.

ich bin mal gespannt, was bei dir rauskommt

viele Grüsse

Wilfried

[K. Koch]

Hallo,

in eine Zeiss 60 W Lampe habe ich eine Seoul P7 (4-Chip) LED eingebaut. Im Datenblatt steht leider nichts über die Impuls-Belastbarkeit...
Da die 4 Chips parallel geschaltet sind, ist für maximale Helligkeit ein Strom von 2,8 A notwendig.
Für Blitz-Anwendungen sind wahrscheinlich LEDs besser geeignet, bei denen die einzelnen Chips in Reihe geschaltet sind, d.h. die eine höhere Spannung und einen niedrigeren Strom brauchen.
Obwohl es auch mal interessant wäre, den Blitz bei einer Stromstärke von 40 A (soviel schafft wohl das Voltcraft-Netzteil) und 1/10000 s zu sehen. Wahrscheinlich sieht die LED danach aus wie eine gebrauchte Vacublitz-Birne

Viele Grüße
K. Koch

[derda]

Guten Morgen Zusammen,

"... in eine Zeiss 60 W Lampe habe ich eine Seoul P7 (4-Chip) LED eingebaut. Im Datenblatt steht leider nichts über die Impuls-Belastbarkeit...
Da die 4 Chips parallel geschaltet sind, ist für maximale Helligkeit ein Strom von 2,8 A notwendig. ..."

Wenn ich das lese, dann stellt sich mir die Frage ob überhaupt ein Blitzen notwendig ist. Mit einer normalen 6V/25W-Lampe erreiche ich schon Blitzzeiten von unter 1/2000 Sekunde. Was will ich mehr?

VG

Erik

[wilfried48]

....
Wenn ich das lese, dann stellt sich mir die Frage ob überhaupt ein Blitzen notwendig ist. Mit einer normalen 6V/25W-Lampe erreiche ich schon Blitzzeiten von unter 1/2000 Sekunde. Was will ich mehr?

Hallo Erik,

natürlich erlauben helle geköhlerte Beleuchtungen (und dazu gehören auch die alten speziell gewickelten und daher sauber abbildbaren Niedervoltlampen mit Flachkernwicklung) auch jetzt schon kurze Belichtungszeiten. Aber wir reden hier von unter 1/20000 sec. Und das kann, selbst wenn es die Beleuchtung hergäbe bisher kein Kameraverschluss. Und wie sieht es bei stark lichtschluckenden Verfahren wie Phako oder DIC aus ?

Aber wenn du Lust hast kannst du ja mit deiner 6V/25 W Lampe ja auch mal die kürzeste Belichtungszeit unter den von mir angebebenen Normbedingungen bestimmen, dann haben wir einen Vergleich zu den LEDs.
Normbedingungen:
Objekt Diatomee Pleurosigma angulatum, Hellfeld, Objektiv 40/0,65 bzw.0,75, Nachvergrösserung so dass Diatomee gerade ungefähr formatfüllend auf den Kamerachip abgebildet wird, Kamera Iso 100, Beleuchtung geköhlert u. max. Helligkeit.

viele Grüsse
Wilfried

[Gerhard P.]

Die Frage ist eben, um wieviel kann man den LED im Pulsbetrieb mehr Strom zumuten. Osram gibt für die Ostar
bei 50 ms den Faktor 2 also 2 A an. Ist dies bei kürzeren Pulszeiten (1/20000 stel entspricht ja nur 0,05 ms)
zu vervielfachen und wer probierts im Zweifelsfall an seiner teuren LED aus.

Hallo Herr Nisch,

nur eine kurze Ergänzung zu Ihren Angaben über die OSTAR:

Osram gibt als absoluten Grenzwert für Pulsbetrieb an:

Stoßstrom  2000 mA bei < 10 µs, D = 0,1, Tboard = 25 C.

Damit wäre die LED bei Ihren genannten Bedingungen bereits überlastet, denn 2 A innerhalb 50 ms
lägen deutlich über dem vorgegebenen Maximalwert.

Ein Puls mit einer Länge von 10 µs entspricht aber einer Zeit von 1/100000 Sekunde, was eindeutig zu kurz wäre.

Somit bleibt also nur eine Reihe dieser kurzen Pulse im vorgeschriebenen Tastverhältnis 1:10 (D = 0,1), was sehr aufwendig zu steuern wäre, oder ein längerer Puls mit deutlich niedrigerem Strom. Damit näherte man sich der Quadratur des Kreises...

Ein Versuch mit einem 100 ms langen 2-A-Puls hat bei mir bereits zur teilweisen Beschädigung einer OSTAR geführt (ein Quadrant bleibt jetzt im Anlaufbereich bis 200 mA dunkel).

Daher verfolge ich ein anderes Konzept:

OSTAR und eine über Lichtleiter eingekoppelte Blitzröhre werden in einem Doppelkollektor zusammengeführt. Eine Lichtmessung erfolgt aus einem Strahlenteiler des Mikroskops per dünnem Lichtleiter zur Steuerelektronik.

Bei sehr hellen Objekten wird die OSTAR bis zur langsamsten Belichtungszeit von 1/125 mit einem Maximalstrom von 1000 mA aufgetastet. Somit spielt die Auftastzeit keine Rolle, da man innerhalb des unkritischen Bereichs der OSTAR bleibt.

Meldet die Lichtmessung ein lichtschluckenderes Objekt als die 1/125 bei 1000 mA, wird der Elektronenblitz quasi zu ,,Auffüllung des Lichtdefizits" zugeschaltet. Dabei wird die Blitzdauer ebenfalls objektabhängig gesteuert, so dass nur noch kurze, variable ,,Blitzmengen" erforderlich sind.
Kürzere Belichtungszeiten als 1/125 sind bei unseren üblichen Objekten wohl kaum notwendig.
Da die Farbtemperaturen von LED und Blitzröhre beide bei 5600°K liegen, dürfte die kleine Verschiebung der Farbtemperatur unerheblich sein.

Der Vorteil dieser Lösung: Lange Lebensdauer der LED und sehr schnelle Blitzfolgen durch die Summierung von LED-Licht und zuschaltbarem Blitzlicht sind möglich (sehr geringe Stromentnahmen aus dem Blitz-Kondensator).

Blitzschnelle Grüße,

Gerhard Preis

[***]

Beitragsinhalt auf Wunsch des Autors gelöscht

[Gerhard P.]

Ich finde es toll, wie hier über das Thema gesprochen wird.
Kann aber jemand auch mal Bilder zeigen, wie das ganze aussieht?

Ich kann mir darunter jetzt nichts vorstellen.

Hallo Herr *****,

leider ist das bei mir noch eine Ansammlung von Baustellen und es geht nur in kleinen Schrittchen voran (als Freizeitmillionär hat man bekanntlich keine Zeit mehr....  ).

Wichtig waren und sind bei solchen Dingen vorgeschaltete Messungen mit Versuchsaufbauten und davon macht man üblicherweise keine Fotos.

Sobald ich etwas Vorzeigbares habe, stelle ich ein paar Fotos ein.

Beste Grüße

Gerhard Preis

[wilfried48]

Lieber Herr Greis,
Lieber Mike,

dass man eine LED zusätzlich zu einem Blitz elegant als Grund- oder Pilotlicht in den
Strahlengang bringen kann, ist ja nichts neues. Unzählige Mikrofotografen u.a. auch der berühmte Charles Krebs
arbeiten damit.

Ich habe als Bildbeispiele mal einen link auf einen Beitrag von Gerd Günter im alten forum
eingefügt: http://www.mikroskopie.de/mikforum/read.php?2,48198,48224#msg-48224

hier soll es aber ja darum gehen, ob man nicht eventuell auf den Blitz verzichten  und die LED direkt blitzen kann.

Und da ist nach wie vor die Frage, wie weit kann man LEDs bei Einzelpulsen überlasten.

Osram gibt für die Ostar im Datenblatt für eine Pulsfolge von  10 µsec mit einem Tastzeitverhältnis von 1:10 zwar nur 2A an,

aber wenn man sich die Kurven im Datenblatt genau anschaut dann lassen sie bei eben diesen 2A bei Tastzeitverhältnissen von

z.B. 1:2000 noch Pulszeiten von 10 bis 50 ms zu. Wenn man das energetisch betrachtet und annimmt, dass bei 2A ca. 16 V an der Diode

anliegen, dann wären dies bei (10 µsec, 2A und 16 V) 320 µJoule pro Einzelpuls und bei (10msec, 2A, 16V) 320 mJoule.

Bei langen Einzelpulsen kann die Diode also 1000 mal mehr Blitzenergie abbekommen. Die Frage ist nun könnte man bei kurzen 10 µsec Einzelpulsen

nicht den Strom weiter erhöhen und was ist die Begrenzung (schnelle Wärmeableitung oder Spannnungsgrenze) ?

Ich habe gestern mal meine billige 3W Lumitronix LED mit 700mA Nennstrom an meinem Zeiss Standard zu schlachten versucht  und an einen 2A Impulsgenerator angeschlossen und mit 2A gepulst.
Bei meinem Normobjekt Pleurosigma reichen bei 400 facher Vergrösserung und Iso 100 eine Pulszeit von 1 msec bereits für eine Belichtung aus.
Diese Belichtungspulse habe ich anschliessend mit einer Wiederholungsrate von 1 sec ca. 2,5 Stunden über die LED gelassen, also ca 10 000 Blitze für 10 000 Bilder ohne dass die LED schlapp machte.

viele Grüsse
Wilfried

[***]

Beitragsinhalt auf Wunsch des Autors gelöscht

[peter-h]

Erste Versuche.

Nach dem Einfangen einer Pleurosigma angulatum mit dem Lasso und kopfüber zur Reinigung in berüchtigte Wässerchen getaucht, hatte ich ein Luftpräparat für den Test.  

Hier die Parameter zu meinem Versuch.

1) Pleurosigma Präparat mit Einbettung in Luft.
2) 4 verschiedene Objektive , 40/0,55 LWD , 40/0,65 Plan , 40/0,7 Plan , 40/0,95 Apo
3) Projektiv 2,5x zur Anpassung an die EOS 450D
4) Winkelansatz zur Kamera mit Spiegel, ca. 10% Lichtverlust
5) 3 Watt Lumitronix LED mit 1 A betrieben (kein Pulsbetrieb)
6) EOS 450D auf 100 ASA , Av , autom.Ws-Abgleich
7) Trinotubus mit 100% zum Fototubus geschaltet
8 ) Kondensor apl.achr. NA 1,4 , Blende voll auf (daher schlechter Kontrast)



So ganz falsch sind die Messungen scheinbar nicht, denn der Korrelationskoeff. ergab 0,989.

Weitere Objektive lagen nicht in meiner Wühlkiste herum  

Und was lernen wir daraus  Ich bin auf Erklärungen gespannt.

Grüße
Peter Höbel

[Gerhard P.]

Lieber Herr Nisch,

Lieber Herr Greis,

Das ist zwar ein nettes Wortspiel, aber soweit ist es glücklicherweise noch nicht.....    

Zum Thema:

Vermutlich ist nicht die Thermik des gesamten Chips der Grund, der eine Erhöhung des Stroms der einzelnen Pulse verbietet, sondern schlicht eine elektronenmechanische Überlastung der Junction-Zone in der LED. Von anderen Halbleitern ist ja auch das Problem des ,,second breakdowns" bekannt, der auf eine tunnelartige Zerstörung weniger Atome in der Junction-Zone zurückzuführen ist,
Ich nehme daher das Datenblatt von OSRAM sehr wörtlich und vermute, dass dort die LED's messtechnisch bereits ausgereizt wurden.

Natürlich haben Sie insofern recht, dass eine Folge von 10µs-Pulsblitzen die LED nicht überlasten würde. Andererseits ist aber die Lichtmenge der einzelnen Pulsblitze so gering, dass schon einige Hundert Pulsblitze erforderlich wären, um bei stark lichtschluckenden Verfahren (Pol, DF, Kreutz-Blende, Phako, DIK) noch genügend Lichtmenge auf den Chip zu bringen, gerade auch im Hinblick auf möglichst niedrige DIN-Werte des Chips für geringes Rauschen.

Kurzum: Wir leiden unter einem Zielkonflikt.

Das Durchschütteln des Stativs beim Spiegelschlag (dazu weiter unter noch eine Anmerkung) bedingt eine Vorlaufzeit der DSLR, so dass für die eigentliche Belichtungszeit nur ein kleines Zeitfenster bleibt. Hier gilt es, in ein paar Millisekunden soviel Licht wie nur irgend möglich einzubringen.

Bei meinem Ansatz ist selbstverständlich vorgesehen, dass beide Blitzverfahren (LED und Blitzröhre) wahlweise und unabhängig voneinander zu- oder abgeschaltet werden können. So reicht bei HF der LED-Blitz in den meisten Fällen völlig aus; bei lichtschluckenden Verfahren schalte ich eben den Elektronenblitz einfach dazu.

Noch ein Hinweis zur Schüttelei beim Spiegelschlag:
Bei Versuchen habe ich festgestellt, dass selbst das kleine Spiel des Okulars oder Projektivs von vielleicht einem halben Zehntelmillimeter im Fototubus ausreicht, um beim Spiegelschlag eine Verwackelung zu erzeugen. Gerade bei langen Projektiven (ich denke da beispielsweise an das sehr lange 125 mm-Projektiv von ZEISS-West) zuzüglich der erforderlichen Kameraweite bei Projektiven reicht schon eine winzige Bewegung des Projektivs, um eine – wenn auch geringe – Unschärfe zu verursachen.

Vereinfacht gesagt, die Reihenfolge meines Konzepts:

- Kamera auslösen und etwa 100 ms Zeit zur mechanischen Beruhigung des Aufbaus zubilligen;
- Blitz(e) auslösen; und zwar soviel, dass innerhalb von max.25 ms ausreichende Belichtung des Chips bei allen (!) Verfahren erreicht wird.

Damit ergibt sich eine manuelle Zeiteinstellung der Kamera von 1/8 Sekunde, innerhalb der der gesamte Vorgang abläuft.

Beste Grüße

Gerhard Preis