Wieviel Licht braucht das Auge?

[Erik Wischnewski]

Eine Frage, die ich aus der Theorie heraus schwerlich beantworten kann und deshalb die Praktiker fragen möchte. Wenn wir die Lichtverluste durch die Linsen vernachlässigen und auch nur Halogen als Lichtquelle betrachten, dann kommen bei einer 10 W Lampe 10 W im Auge des Betrachters bei einem Monokular an. Bei einem Binokular sind es dann 5 W und bei einem Trinokular mit 50:50 Aufteilung sind es dann 2.5 W.

Meine Frage zielt auf die benötigte Lichtmenge bei Dunkelfeld hin. Gängig findet man in Mikroskopen Halogenlampen von 10 W bis 100 W und Strahlteiler bei Fototuben von 100:0 über 20:80 und 50:50 bis 0:100 (Letzteres bei visueller Beobachtung nicht besonders gewinnbringend).

Wenn ich beispielsweise einen Tubus mit 50:50 (fest) hätte und die Lampe 30 W, so würde ins das Auge das Licht einer 7.5 W Halogenlampe fallen. Reicht das, genügt weniger oder muss es mehr sein? Extreme Werte wären 3 W bei 30 W Halogen (Motic BA310E) und 20:80 und am oberen Ende 50 W bei einer 100 W Halogenlampe und 100:0 (Motic BA410E-100W). Zwischen 3 W und 50 W habe ich eine große Spanne der Entscheidungsfreiheit, die ich gerne durch die Erfahrung aus der Praxis eingrenzen möchte.

Fragend grüßt
Erik

PS: Als Physiker weiß ich natürlich über Lichtausbeute usw Bescheid. Es wäre besser, wenn man Lumen statt Watt angeben würde. Insofern genügt mir auch eine Lumen-Angabe. Finde ich vielleicht auch irgendwo (!) im Internet. Es geht hier ja auch um Kontraste und Schwellwerte der Netzhaut, genauer der Zäpfchen.

[Dr. Jekyll]

Hallo Erik,

Du gehst bei deinen Berechnungen immer von der maximalen Leistung der Beleuchtung aus.
Wenn Du die Lampe beim Mikroskopieren immer voll aufdrehst, vergeht Dir schnell der Spaß am Mikroskopieren. Es kann nämlich sehr schmerzhaft werden.
Die Beleuchtung wird natürlich dem Bedarf angepasst und nur bei sehr lichtbedürftigen Beleuchtungsverfahren wie Phasenkontrast oder Dunkelfeld wird das Licht voll aufgedreht.

[othum]

Hallo Erik,

bei der Frage kann man es sich einfach, oder auch weniger einfach machen

Die einfache Variante: Ich bin ja kürzlich "aus der Fotografie" zum Mikroskopieren gekommen. Von daher gilt für mich: Mann kann nie genug Licht haben! Runter regeln geht immer.....

Die weniger einfache: Da kommen natürlich verschiedene Faktoren zusammen, die genaue Anntworten tatsächlich schwierig machen. Geht es nur um die optische Betrachtung oder um die Fotografie? Wie wichtig ist "Farbechtheit"? Von daher gibt es auch keine(?) belastbaren Lumenangaben, da die Farbtemperatur hierbei natürlich eine grosse Rolle spielt. Ebenso die angestrebte Lebensdauer der verwendeten Lampen....

Daher aus meiner (!) Praxis:

Ich verwende eine 100W Halogenlampe an einem Trinokulartubus mit 30:70 Teilung.
Wenn ich nur "anschaue", ist die Lampe heruntergedimmt. Zum Fotografieren bevorzuge ich aber wirklich neutralweissen Hintergrund und versuche deshalb bei der Aufnahme schon Richtung 5500K zu kommen. Das lässt dann mehr Spielraum beim Nachbearbeiten bzw. erlaubt im Zweifelsfall feinere Farbabstufungen. Daher: Volle Leistung (100W) mit KB15 Filter! Dann kann man bei HF natürlich nicht mehr durchs Okular schauen, dafür habe ich einen ND Filter zum einschwenken (3% Transmission), um nicht ständig die Lampe hoch- und runterzudrehen.

Dabei kommen grob (!) folgende Belichtungszeiten beim Ablichten von Pflanzenschnitten bei ISO 100 raus (das kann Dir ja als Anhaltspunkte für eigene Vergleiche dienen. Mangels echtem Blendenwert weiss ich leider auf die Schnelle nicht, wie man auf EV umrechnen kann. Dann hätte man ja schon mal Lux....):

HF, 5x/0.12, 1/2500s
HF, 10x/0.30 1/1000s
HF, 40x/0.75 1/100s
HF, 100x/1.25 1/100s

DF, ungefärbter Schnitt, 5x/10x, 1/200s
DF, W3A gefärbter Schnitt, 5x/10x, 1/10s

Ph, ungefärbter Schnitt, 20x/0.40 Ph2, 1/200s

Du siehst: Gerade bei DF kann man ordentlich Leistung gebrauchen (8 Blendenstufen Unterschied zum HF)! Dazu kommt ja noch, je nach Ausstattung Deines Mikroskops, dass sich im täglichen Einsatz noch Verluste ergeben können. Beispiel: Gleichzeitige Verwendung einer AL-Einheit kostet mindestens 50% Licht. Ähnliches gilt für Polfilter, etc....

Hoffe, das hat geholfen...

cu Oliver

[Peter V.]

Hallo Erik,

Deine Frage ist wirklich nicht leicht zu beantworten.

Vorweg: Du als Physiker verstehst zweifellos mehr von der Sache als ich, allerdings habe ich Probleme, Deinen Ausführungen zur Wattzahl zu folgen. Die Wattangabe bezieht sich doch auf die gesamte Leistung an der Wendel, deren größter Teil ohnehin in Wärme und nur zu einem geringen Teil in Licht umgesetzt wird. Dann strahlt ja eine Glühwendel das Licht sphärisch (also in alle Richtungen) ab, sodass doch nicht die volle emittierte Strahlung Richtung Auge zielt. Kann man also wirklich sagen: "Es kommen soundsowviel Watt" am Auge an?

Was nun Deine konkrete Frage betrifft: Grau ist alle Theorie... Maßgeblich ist nach meiner Erfahrung nicht unbedingt (allein) die Leistung der Lichtquelle (5, 10, 30, 50 oder 100 W), sondern, um es mit Helmut Kohl auszudrücken: "Entscheidend ist, was hinten rauskommt". Und das hängt zu einem erheblichen Teil danon ab, was das spezielle Mikroskop mit der angebotenen Leuchtstärke macht! Sprich, wie die gesamte Lichtführung im Beleuchtungsstrahlengang gestaltet ist. Es ist oft erstaunlich, was manche ältere Mikroskope aus einer 10 W Lichtquelle herausholen. Bei idealer Justierung und sehr gut berechnetem Beleuchtungsstrahlengang kann am "Ende" mehr herauskommen als bei einem anderen Mikroskop mit weniger "ideal" konstruiertem Beleuchtungsstrahlengang mit einer 50 W Lichtquelle. An einer relativ niedrig erscheinenden Wattzahl (z.B. 30 W) würde ich zunächst einmal nicht die Leistungsfähigkeit eines Mikroskop festmachen.
Ich habe schon oft "erhellende" Überraschungen erlebt, wenn ich ein altes Mikroskop mit seiner originalen echten "Funzel" (5 oder 10 oder 15 Watt Glühlampe) betrieben habe.
Für übliche Anwendungen (Hellfeld, Phako) kann man auch mit einer 20 oder 30 Watt-Lichtquelle sehr gut zurecht kommen, wenn das Mikroskop bzw. die optischen Komponenten entsprechend gut berechnet sind.
Was die Fotografie betrifft, ist es sogar in den meisten Fällen so, dass man die Helligkeit vom normalen visuellen Mikroskopierlicht deutlich herunterregeln kann oder muss.
Hohe Lichtleistungen sind üblicherweise bei Auflicht und DIK (und natürlich dem Dunkelfeld) erforderlich (DIK  kommt aber bei den Motic-Mikroskopen ohnehin nicht in Betracht).

Die Bedeutung des Dunkelfeldes generell solltest Du nicht überschätzen; so "bekannt" der Begriff ist, so selten wird es letztlich in der Praxis eingesetzt. Wenn Du in das Mikrofoto-Board schaust, wirst Du Dunkelfeldbilder allenfalls im Promillebereich(!) finden. Das Thema "Dunkelfeldtauglichkeit" wäre für mich bei der Mikroskopwahl nicht entscheidend.

Wie kommst Du übrigens darauf, dass man den Lichtverlust durch die Linsen vernachlässigen kann? Ich bin etwas verunsichert und habe noch nie so konkret darüber nachgedacht, aber ich dachte schon, dass Linsen durchaus Licht schlucken und es auch von der Qualität eines Objektivs/Okulars etc.  abhängt, wieviel Licht beim Betrachter ankommt. Vielleicht liege ich damit aber falsch.

Auf jeden Fall hast Du eine interessante Diskussion angestoßen, auf deren weiteren Verlauf ich gespannt bin.

Zusammenfassend denke ich, dass es auf den Einzelfall ankommt und man nicht generell (allein) von nominellen Leistung der Lichtquelle darauf schließen kann, wieviel letztlich am Auge ankommt.

Herzliche Grüße
Peter

[limno]

Hallo Erik,
beim Dunkelfeld gibt es eigentlich nie zu viel Licht. Denn einzig dieses Licht, das durch die meist winzigen Objekte gebeugt wird, gelangt ins Objektiv. Auch von jenen Partikel, die unter der Auflösungsgrenze liegen, werden umso mehr sichtbar, je stärker die Lichtquelle ist. Wie viel Licht letztlich ins Okular, bzw. auf dem Sensor der Kamera ankommt, hängt also sowohl von den Objekten wie auch von der Stärke der Lichtquelle ab. Laut GÖKE  gehen bei Verwendung eines Kardioidkondensors etwa 20% des Lichts verloren.Daraus folgt für flinke Objekte in der Praxis, möglichst starker, aber auch möglichst kurzbrennender  (1/10000s und kürzer)Blltz.
Hoffentlich habe ich Deine Frage richtig verstanden (Du beziehst Dich vor allem aufs Dunkelfeld) und kann Dir so weiterhelfen.
Viele Mikrogrüße von

Heinrich

[Lupus]

Hallo,

die Frage verstehe ich nicht so ganz. Wenn sie zur Entscheidungsfindung zwischen einem Motic BA310 und BA410 dient würde ich Herrn Linkenheld fragen, ansonsten wird kaum jemand beide Modelle im Vergleich bewerten können. Beim Dunkelfeld kommt es sehr auf die Art der Objekte an die man beobachten möchte, wie stark sie streuen. Es ist aber m.E. eine irrige Annahme dass man dabei grundsätzlich viel mehr Licht benötigt als bei HF. Vor allen Dingen kommt es darauf an, ob man einen echten DF Kondensor verwendet, der eine hohe Lichtausbeute hat, oder nur einen HF Kondensor mit DF-Blendenschieber, bei dem je nach Objektivvergrößerung nur wenige Prozent der Lichtquelle für die DF Beleuchtung zur Verfügung stehen.

Auch von jenen Partikel, die unter der Auflösungsgrenze liegen, werden umso mehr sichtbar, je stärker die Lichtquelle ist.

Will man dieses Streulicht wirklich sehen?

Hubert

[plaenerdd]

Hallo,
ich möchte mal die ganz konkrete Frage im Betreff aufgreifen: "Wie viel Licht braucht das Auge?"
Antwort: Sehr, sehr wenig, wenn das Auge gut an wenig Licht adaptiert ist.
Bei der visuellen Beobschtung kommt es unter anderem darauf an, ob man in dunkler oder heller Umgebung mikroskopiert. Wer so wie ich öfter outdoor mit seinem Reisemikroskop unterwegs ist, kennt den Effekt ganz sicher: Bei sonnigen Wetter, wenn ich Licht ohne Ende für meinen Spiegel habe (wobei ich natürlich nicht die Sonne direkt einspiegele sondern mich vielmehr möglichst in den Schatten verziehe, wo ich aber hellen Himmel einspiegeln kann), reicht das Licht kaum, wärend man bei trüben Wetter überhaupt kein Problem hat. Noch offensichtlicher ist es bei einem batteriebetriebenen Gerät mit gleicher Lichtabgabe: Bei hellem Wetter zu dunkel, bei trüben muss ich runter regeln.
Der nächste Faktor, den man bei der Wahl der Beleuchtung beachten sollte ist die Zusammensetzung des Lichtes im Verhältnis zum zu beobachtenden Objekt. Empfindliche Wasserorganismen mögen es gar nicht, wenn man sie mit dem IR-Anteil einer Halogenlampe grillt, gefärbte Pflanzenschnitte hingegen strahlen in natürlicheren Farben als bei einer LED. Ich denke, dass die Art der Lichtquelle und eventuell benötigte Filter weit mehr Beachtung verdienen als die Wattzahl. Auch unsere Augen mögen IR- und UV-Licht schließlich nicht so besonders.
Beste Grüße
Gerd

[Erik Wischnewski]

Hallo,
ich freue mich über die vielen Reaktionen und möchte daher ALLEN gleichzeitig und pauschal antworten.

Ihr habt alle Recht und die vorgebrachten Aspekte sind mir alle bekannt. Wenn ich beispielsweise von Vernachlässigkeit der Verluste in der Optik schrieb, meinte ich nicht, dass diese vernachlässigt werden können, sondern in meiner Überschlagsrechnung einmal außer Axcht gelassen werden sollen. Ich wollte gerade wegen dieser Kompliziertheit (auch abhängig von HF, DH, PhaKO, usw und visuelle/fotografisch) gerne Praxiswerte erhaschen. Die habt Ihr mir aber auch gegeben und ich kann mir nun meine eigenes Bild machen, wieviel Watt die Lampe haben sollte, damit ich (!) damit zufrieden bin. Als Astronom weiß ich natürlich auch über die Dunkeladaption bestens Bescheid, ein sehr wichtiger Aspekt (ich würde indoor arbeiten und kann den Raum auch stark verdunkeln). Die konkreten Angaben zur Fotografie, der ich auch seit 55 Jahren zugehörig bin, führen mich zielsicher weiter.

Ich bin beeindruckt von der Ausführlichkeit Eurer Antworten, die mein vorhandenes Bild zu dem Thema bestätigen, vervollständigen oder die Bewertung einzelner Punkte korrigieren. Ich kann damit das Thema für mich abschließen.

mit erleuchtenden Grüßen
Erik

[Bob]

Hallo Erik,

mal ganz praktisch: Meine Anwendungen mit dem höchsten Lichbedarf sind Auflicht-Dunkelfeld und Dunkelfeld mit 100er Objektiv. Da empfinde ich eine 10W LED schon als die äußerste Untergrenze bei meinen Belechtungseinrichtungen.

Bob

[Peter V.]

Hallo Bob,

richtig - aber jetzt mal Hand aufs Herz: Wer - außer den Enderlein-Scharlatanen - arbeitet mit dem 100er im Dunkelfeld? Und AL-Dunkelfeld ist ja eine Spezialanwendung in der Materialmikroskopie und für einen Hobbymikroskopiker de facto irrelevant.

Herzlich

[Erik Wischnewski]

Hallo zusammen,

so etwas Blödes: Hatte ich mich doch im Betreff verschrieben und "Wie Licht braucht das Auge?" geschrieben statt "Wieviel Licht braucht das Auge?". Ich weiß nicht, ob man das bei dieser Forumssoftware nachträglich korrigieren kann.

Ein schönes Wochenende.
Erik

[Frank D.]

...Ich wollte gerade wegen dieser Kompliziertheit (auch abhängig von HF, DH, PhaKO, usw und visuelle/fotografisch) gerne Praxiswerte erhaschen. Die habt Ihr mir aber auch gegeben und ich kann mir nun meine eigenes Bild machen, wieviel Watt die Lampe haben sollte, damit ich (!) damit zufrieden bin. ...

Hallo Erik,

wenn auf das korrekte Leuchtmittel geachtet wird, die Glasflächen beider Strahlengänge (Beleuchtung, Beobachtung) sauber und die Linsen zueinander richtig ausgerichtet sind, ist bei den frühen Mikroskopen der großen Anbieter selbst mit 6V/15W eine ausreichende Beleuchtung vorhanden.
Trotz der hohen Linsenzahl -die ja speziell beim Zeiss Photomikroskop im Auflichtstrahlengang häufig belächelt wird- kommt man bei der visuellen Beobachtung mit einem Refraktor auch nicht selten auf 16 Glas-/Luftflächen. Und man benutzt ihn trotzdem für die lichtschwache Deep-Sky Beobachtung.

Ich habe vor einiger Zeit den was-ist-machbar Test mit einem Zeiss Photomikroskop der ältesten Baureihe und seinem 6V/15W-Leuchtmittel (kein Halogen) gemacht. Phako, Dunkelfeld, DIK, Polarisation, Kristall-Achsenbilder im Durchlicht und selbst Auflichtpolarisation waren damit visuell gut möglich. Fotografisch, bedingt durch die unbelebten Präparate und die dadurch freie Wahl der Belichtungszeit, war noch mehr machbar.

Wie viel Licht braucht das Auge in der Mikroskopie ... lässt sich schwer beantworten. Teilweise reichen kleine Photonenpakete aus, um die Beobachtung als Erfolg zu werten. Als einen Extremfall könnte ich z.B. die feinen Lichtblitze nennen, die radioaktive Präparate in Zinksulfid erzeugen. Natürlich ist das nicht die von Dir angefragte Anwendung, .... ich möchte damit auch nur beschreiben, dass man seine Wahrnehmung, gerade wegen der LED-durchfluteten Umgebung, mit einem niedrigen Lichtniveau zufrieden stellen sollte. Aber das ist Dir, als einen "indirekt Sehenden", ja mehr als bekannt

Noch ein anderes Beispiel von 'geringer Beleuchtungsstärke mit guter Lichtausbeute':
Momentan steht hier ein Hund H500- Mikroskop auf meinem Tisch, welches ich durch eine geringe Positionsänderung des nur 6V/20W-starken Halogenleuchtmittels sowie durch die Wahl geeigneter Filter, zur Durchlichtfluoreszenz, mit wirklich schwarzem Hintergrund und leuchtenden Farben der HE- und W3A-Präparate, bewegen konnte. Ich bin selbst überrascht, wozu ein 20W-Leuchtmittel imstande ist. Auflichtfluoreszenz mit 100W-Halogen und HBO 50 habe und kenne ich. Aber mit 20W ....

Herzliche Grüße
Frank

[d65]

Auch von jenen Partikel, die unter der Auflösungsgrenze liegen, werden umso mehr sichtbar, je stärker die Lichtquelle ist.

Will man dieses Streulicht wirklich sehen?

Kommt drauf an was man vorhat. Bei der Ultramikroskopie (https://de.wikipedia.org/wiki/Ultramikroskop) ging es genau darum. Hat immerhin einen Nobelpreis für Zsigmondy ergeben.

Steffen

[Rawfoto]

Hallo Erik

Bei der bisherigen Diskussion wird außer Acht gelassen das es einen gewaltigen Unterschied zwischen 100 W Lampen der gleichen Gehäuseform gibt. Schau einmal bei Osram auf der Homepage, die Einheit die mehr aussagt ist Lumen da der Wirkungsgrad bei den 100 Watt Leuchtmittel sehr unterschiedlich ist.

Bei den von mit verwendeten Trinos gibt es die Möglichkeit 100% in Richtung Sensor zu schicken.

Liebe Grüße

Gerhard

[Matthias-Aw]

[quote author=Erik Wischnewski
PS: Als Physiker weiß ich natürlich über Lichtausbeute usw Bescheid. Es wäre besser, wenn man Lumen statt Watt angeben würde. Insofern genügt mir auch eine Lumen-Angabe. Finde ich vielleicht auch irgendwo (!) im Internet. Es geht hier ja auch um Kontraste und Schwellwerte der Netzhaut, genauer der Zäpfchen.
[/quote]

Hallo, ich bin gerade hierüber gestolpert:

http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/7198

Falls sich jemand intensiver mit der Problematik beschäftigen möchte... da gibt es auch gemessene Werte mit Hintergrund

Matthias