LED Umrüstung generell - Stand 2026

[Spectrum]

Hallo Forum,
Ich habe seit kurzem so ein kleines Spektrometer, mit dem man mit ausreichender Genauigkeit (zumindest für meine Zwecke) die Spektren von LED's und Filtern/Strahlteilern usw. ausmessen kann.
 
Bei geeignetem Aufbau, d.h. wenn nur die jeweiligen Komponenten ausgetauscht werden um die es geht, lassen sich so auch Vergleiche in Bezug zu der jeweiligen Leistung (W/m²/nm) einer Lichtquelle machen.
Hier sind die Ergebnisse für einige Marken LED's mit Datenblatt und auch für 2 "China-Kracher":
Der Versuchsaufbau in diesem Fall, war simpel. Die LED mit der Kollektoroptik des Leuchtrohr 15 direkt auf das Fenster des Spektrometers gerichtet.
Sieht so aus, das ganze. (Das Fenster des Spektrometers liegt mittig und mehr oder weniger lotrecht im Lichtstrahl der Beleuchtungsoptik.
Also genau so wie sie in den Standard Mikroskopen auf die jeweilige Kondensoroptik trifft:
Zuerst das Ergebnis für den Klassiker, eine Cree XM-L2, Farbtemperatur 5100K, bei der vollen Leistung meines Steuergeräts:

Jetzt bei 100mA:

Und jetzt verschiedene Farb-LED's.
Alle ebenfalls mit 100mA bestromt:

Ich hoffe das hilft eventuell weiter.
Und ja, bei mir reicht die XM-L2 auch für so ziemlich jedes Beleuchtungsverfahren. Ausser für Fluoreszenz. Da sind die Vorteile einer geeigneten (!) Farb-LED doch nochmal gewaltig. Auch im Blaubereich.
LG Holger

[MS19]

ich würde diese generelle Frage nach LEDs fürs Mik gerne ausdehnen auf die Frage der Farbe: bislang bezogen sich alle Beiträge nur auf weiße LEDs, es gibt sie aber von UV bis IR.
Ich selber habe auch ein Lampenhaus mit einer billigen UV-LED (für Fluoreszenz am IM35). Kann mit einer HBO 50 nicht wirklich mithalten, ist aber für "mal eben schnell" durchaus praktisch.
Von Zeiss gibt es die Colibri, auch für Fluoreszenz (oder mehr?), da kann man richtig Geld für ausgeben. Soll man sehr schön mit arbeiten können, mir selber ist leider noch keine "live" begegnet.

Der Colibri ist ganz nett, aber es gibt noch bessere kommerzielle Lichtquellen z.B. von CoolLED oder Lumencor. All diesen vielseitigen Lichtquellen ist leider gemein, dass sie fünfstellige Beträge kosten. Dabei darf man sich auch von einem Colibri oder einer CoolLed keine Wunder erwarten, was die Helligkeiten in den Wellenlängenbereichen um 500-600 nm angeht, bei denen monochrome LED entweder relativ schwach sind (505 nm, 525 nm, 590 nm) oder gar keine schmalbandigen LED existieren und man statt dessen aus einem sehr breiten Phosphorband per Filter einen relativ kleinen Teil herauspicken muss und dadurch viel Energie verliert. Nur Lumencor kann das derzeit zu Teilen durch einen LED-gepumpten remote-Phosphor kompensieren.

Wie so oft: wenn man selber baut, kann man noch neuere und selektierte Bauteile nutzen und die Helligkeiten weiter nach oben treiben, als es mit einem Colibri möglich wäre und bleibt dennoch bei halbwegs vernünftigen Materialpreisen.

Wie schmal das Band ist, wird bei LED-Lichtquellen vorrangig durch das Anregungsfilter bestimmt. Ohne ein solches kann man ohnehin nicht arbeiten, da immer eine Rotflanke verbleibt, die in den Emissionsweg einstrahlt. Ob nun die Bandbreite 5 oder 20 nm beträgt, ist für die Fluoreszenzanregung immer dann unkritisch, wenn das Emissionsfilter einen genügenden Abstand zum Anregungsband hat, so dass es erst bei Wellenlängen zu öffnen beginnt, bei der das Anregungsfilter bereits mit Faktor 10^6 sperrt. Dazwischen trennend natürlich der dichroitische Farbteiler.

Hier sollten sich vergleichsweise leistungsstarke Lösungen bereits mit relativ einfachen schmalbandigen LEDs realisieren lassen. Wobei ich leider für günstige LEDs nur selten präzise Angaben zum Spektrum gefunden habe.
Hat jemand von Euch in diesem Bereich Erfahrungen mit Selbstbaulösungen?

Bei uns laufen von aktuell 11 Fluoreszenzmikroskopen nur vier mit kommerziellen Lichtquellen und sieben mit selbst gebauten Ein- oder Mehrfarb-LED-Anregungen. Darunter auch solche, bei denen die verfügbare Lichtmenge wirklich limitierend wird, so z.B. in der TIRF-Mikroskopie. Die LED-Vereinigung kann entweder Intensitäts-mindernd über einen homogenisierenden Lichtleiter geschehen oder Intensitäts-erhaltend über dichroitische Spiegel. Für den Aufbau einer solchen LED-Vereinigung nutze ich gerne Konstruktionsprofile oder kleine Aluminium-Breadboards als Grundgerüst, auf denen dann ein 40-mm-Schienensystem von Linos/Qioptiq samt Reitern, Haltern, ... aufgebaut wird. Andere Optomechanink-Hersteller haben vergleichbare Lösungen und ganz eifrige Bastler können solcherlei Aufbauten auch gänzlich selber anfertigen.

Essentiell ist die korrekte Berechnung und Ausführung des Auflicht-Strahlenganges, damit die Ausleuchtung maximal hell und homogen ist. Da habe ich schon vieles an Unfug gesehen. Wer an einen vorhandenen Auflicht-Strahlengang an Stelle einer Kurzbogenlampe eine große LED montiert und sich dadurch viel Helligkeit erhofft, der kann sich auf herbe Enttäuschungen gefasst machen - einfach weil die Étendue der LED viel zu groß ist und dadurch der größte Teil der abgestrahlten Leistung nicht am richtigen Ort bzw. in den benötigten Winkeln an der Objektivrückseite ankommt. Wer aber die Strahlgeometrie versteht und den Strahlengang entsprechend aufbaut, kann aus einer violetten oder blauen 1x1 mm²-LED in der Probenebene eine enorme Leistungsdichte gewinnen. Wir liegen mit z.B. einem 40er-Öl-Objektiv bei Wellenlängen zwischen 365 nm und 460 nm bei 100-300 W/cm² in der Probenebene. Zum Vergleich: das ist gut 100-fach heller, als wir zuvor mit einer Monochromator-gekoppelten 150 W-Xenon-Hochdrucklampe lagen.

Im schwachen Wellenlängenbereich zwischen 500-600 nm muss man im Fall einzelner Farb- oder Phosphor-konvertierten LED mit geringeren Intensitäten zurechtkommen. Die besten darunter lassen sich ja mittlerweile trotz eines Die-Fläche von nur 1x1 mm² schon mit 3 A treiben. In einem Testsystem habe ich auch mal einen Workaround per Selbstbau betrieben, indem ich einen on-chip Dioden-Laser-gepumpten remote Phosphor (Kyocera SLD) als Lichtquelle einsetzte. Ja, das wird dann richtig hell, aber das Laser-Strahlprofil erzeugt bei dem konkreten Bauteil eine extrem kleine und gleichzeitig inhomogen helle Abstrahlfläche des Phosphors und wiederum eine andere des am Phosphor gestreuten blauen Pumplasers, so dass man den Lichtweg anders berechnen muss und auch dann nur mit weiteren Tricks eine homogene Bildfeldausleuchtung erzielt. Also eher nichts für den Anfang.

[MS19]

weil das vorhin angesprochen wurde (Beitrag von MS19): Macht es Sinn, die Silikonlinse abzuschneiden und wenn ja, wie geht das ohne den Emitter zu beschädigen, wo wäre ggf. die optimale Schnittstelle?

Das wird knifflig. Besser man kauft einfach eine Version, die keinen Dom bzw. nur ein flaches Fenster hat. Gerade bei weißen LED bieten ja manche Hersteller auch beide Versionen parallel an.

Sofern die Platzverhältnisse dies zulassen, würde ich für Durch- oder Auflicht bei Power-kritischen Anwendungen z.B. mit dieser weißen LED mit hohem CRI starten:
https://www.led-tech.de/de/CREE-XE-G-auf-SYSTEM-Slider-Kupfer-4000K-CRI90

Falls der Platz nicht vorhanden ist, kann man die selbe LED sicher auch auf kleinerem Starboard bekommen bzw. sie auf ein solches auflöten. Bei bis zu 3 A Bestrombarkeit sollte das auch für anspruchsvolle Anwendungen genügen.

Im UV-Bereich arbeite ich auch sehr gerne mit Luminus-LED, bei weiß haben wir aktuell ältere LedEngin- oder aktuellere Ostar Stage-Modelle bei 3 A am laufen, wobei diese nicht auf einen hohen CRI optimiert sind.

[A_Wedemeyer]

Hallo,

Die LED-Vereinigung kann entweder Intensitäts-mindernd über einen homogenisierenden Lichtleiter geschehen oder Intensitäts-erhaltend über dichroitische Spiegel. Für den Aufbau einer solchen LED-Vereinigung nutze ich gerne Konstruktionsprofile oder kleine Aluminium-Breadboards als Grundgerüst, auf denen dann ein 40-mm-Schienensystem von Linos/Qioptiq samt Reitern, Haltern, ... aufgebaut wird.

könnten wir von so einem Aufbau mal ein paar Bilder sehen?

Viele Grüße
Axel