Selbstbau-Projekt: Rotierbarer Polarisator als 6×20 mm Mikroskop-Schieber

[Wes]

Hallo zusammen!

Ich tüftle gerade an einem kleinen Selbstbauprojekt und würde mich riesig über euren Input freuen. Konkret möchte ich einen rotierbaren Polarisator als 6×20 mm Schieber (DIN-artiger Mikroskop-Slot) bauen — also einen Einsatz, bei dem ein linearer Polarisator in einer Halterung sitzt und sich über ein kleines Rädchen oder Zahnrad am herausragenden Ende von Hand drehen lässt, während der Schieber im Strahlengang steckt. Idealerweise mit Winkelskala und vielleicht sogar Rastpositionen.

Der Hintergrund: Ich arbeite an einem Zeiss Axiovert 100, und der 6×20er Slot sitzt bei mir so günstig, dass der Polarisator zwischen Fluoreszenzanregungsstrahl und Probe zu liegen kommt. Damit möchte ich untersuchen, wie sich die Emission fluoreszierender Kristalle in Abhängigkeit vom Polarisationswinkel der Anregung verändert. Der physikalische Kern ist die Kopplung zwischen dem Übergangsdipolmoment des Fluorophors und dem elektrischen Feldvektor der einfallenden Welle — die Absorptionswahrscheinlichkeit skaliert mit cos²θ zwischen den beiden, und bei kristallin geordneten Emittern sollte sich das in einer klaren Winkelabhängigkeit der Emissionsintensität zeigen. Genau das möchte ich sichtbar (und idealerweise messbar) machen.

Jetzt zum Knackpunkt: Ich habe null formale Erfahrung im Design oder Druck von 3D-Teilen — bin aber absolut lernwillig und finde es eine super Gelegenheit, da reinzukommen. Deshalb meine offene Frage an euch: Welche allgemeinen Design-Überlegungen würdet ihr mir mit auf den Weg geben? Worauf sollte ich bei so einem dünnen (6 mm!) Schieber mit beweglichen Teilen achten — Material (PETG, Resin, ABS?), Toleranzen, Lagerung der drehbaren Polarisator-Aufnahme, sinnvolle Antriebsmechanik (Zahnrad, Reibrad, Schneckengetriebe?), Streulichtunterdrückung, etc.? Auch grundsätzliche Tipps für jemanden, der gerade erst anfängt mit FDM/SLA, nehme ich super gerne. Bin offen für alles — verrückte Ideen ausdrücklich willkommen! 🙂

Vielen Dank schon mal!
Wes

[Peter_le]

Abend Wes,

Hast du bedacht, dass viele Folienpolarisatoren im UV-Bereich nicht nennenswert Polarisieren?
Es gibt natürlich teure die das können.


Je länger, je weniger breit der Schlitz, desto mehr Zahnräder/Reibräder werden benötigt.

Über das Streulicht würde ich mir nicht soviele Gedanken machen.

Eher über Vignettierung.

Grüße
Peter

[Wes]

Hallo Peter und vielen Dank für den Input!

Sehr guter Punkt mit den Folienpolarisatoren im UV-Bereich — das ist tatsächlich ein wichtiger Hinweis, an den viele (mich eingeschlossen am Anfang) nicht sofort denken. Genau aus dem Grund werde ich mich bei meinen Experimenten auf Anregungswellenlängen im sichtbaren Bereich beschränken (also typischerweise ab ~400 nm aufwärts, eher Richtung Blau/Grün). Da funktionieren auch die günstigen Linearpolarisatoren aus HN-Folie noch zuverlässig mit ordentlichem Extinktionsverhältnis. Echte UV-taugliche Polarisatoren (z.B. Glan-Taylor oder spezielle Dichroit-Folien) sprengen tatsächlich schnell jedes Hobbybudget.

Der Hinweis mit Länge vs. Schlitzbreite und Anzahl Zahn-/Reibräder ist sehr hilfreich — daran hatte ich in der Form noch nicht gedacht. Wenn das Drehrad weit außerhalb sitzt und die Polarisator-Aufnahme tief im Schlitz, braucht man entweder eine längere Welle (die in dem dünnen 6 mm Profil leicht durchbiegt) oder eben mehrere Zwischenräder. Ich werde mal überlegen, ob ich die Polarisator-Position eher näher ans Bedienende lege, um die Übersetzung möglichst kurz und kompakt zu halten.

Beim Streulicht beruhigt mich dein Kommentar — gut zu wissen, dass das in der Praxis kein großes Thema ist. Dann spare ich mir aufwendige Schwärzung im Inneren.

Vignettierung dagegen werde ich definitiv im Auge behalten — die freie Apertur sollte auf jeden Fall großzügig dimensioniert sein (mindestens Ø16 mm, eher mehr), damit nichts vom Strahlengang abgeschnitten wird. Hast du da eine Faustregel, wie viel Reserve man bei so einem Slot-Einsatz typischerweise einplanen sollte?

Danke nochmal — sehr wertvolles Feedback!
Wes

[Michael K.]

Hallo,

Wenn ich das bauen müsste, würde ich eine lange Gewindestange nutzen. Den Filter wird in ein Zahnkranz gesetzt der von der Gewindestange angetrieben wird. Am anderen Ende, quasi an das was aus dem Mikroskop rangt; würde ich das gleiche machen. Also Zahnkranz diesmal aber mit eingelegter Scheibe auf der Winkel
aufgetragen sind. Mit einer Gewindestange kann man es fein einstellen.


Gruss
Michael

[TStein]

Hallo Wes,
ich habe kürzlich auch nach Polarisatorfolien recherchiert und es gibt bspw. bei Edmund Optics schon spezielle PolFolien, welche auch noch gut im UV funktionieren. Ein bisschen teurer sind sie aber schon, im Vergleich zu den Standardfolien, aber bei weitem nicht so teuer, wie die Kristall- oder Wiregrid-Polarisatoren. https://www.edmundoptics.de/f/ultraviolet-uv-linear-polarizing-film/39991/
LG Tino

[olaf.med]

Hallo Wes,

bezüglich des 3-D-Drucks habe ich meine zunächst völlig ablehnende Haltung geändert und halte ihn nun für viele Anwendungen für sehr hilfreich. Bei dem von Dir geplanten Projekt bin ich jedoch äußerst skeptisch. Die Wanddstärken sind bei der erforderlichen inneren Mechanik so gering, dass ich bezweifele, dass die Stabilität ausreicht und es wirklich funktionieren würde.

Hier siehst Du meine konventionelle Lösung aus Messing. Es handelt sich um einen drehbaren Lambda-Kompensator, aber mechanisch ist der natürlich identisch mit einem drehbaren Polarisator.





Die Lösung mit drei Zahnrädern ist ideal, da die Drehrichtung des äußeren Zahnrads und des Polarisators damit gleichsinnig ist. Die Zahnräder habe ich zugekauft (Modul 0,5) und entsprechend nachbearbeitet.  Bei meinem Kompensator habe ich in das äußere Rad nur parallele Striche eingraviert die der Schwingungsrichtung des Kompensators entsprechen, aber eine Winkelteilung einzugravieren ist auch kein Problem. Unter der Voraussetzung, dass es sich um Metall handelt kann ich dabei meine Hilfe gerne anbieten.

Herzliche Grüße,

Olaf

[Wes]

Hallo zusammen, und vielen Dank für die weiteren Antworten!

@Michael: Spannender Ansatz mit der Gewindestange — eine Art Schneckengetriebe also, das durch die Übersetzung sehr feine Winkelschritte erlauben würde. Werde ich mir auf jeden Fall für eine eventuelle v2 merken, wenn die einfachere Zahnradlösung in der Auflösung an Grenzen stößt.

@Tino: Top Hinweis mit den UV-Polfolien von Edmund Optics — gar nicht so teuer wie befürchtet! Das öffnet die Tür für spätere UV-Anregungs-Experimente (DAPI etc.). Werde die Polarisator-Aufnahme gleich so dimensionieren, dass ich später eine solche Folie einlegen kann.

@Olaf: Vielen Dank für das Foto und die ausführliche Antwort — das ist genau die Art von Referenz, auf die ich gehofft hatte! Dein Laves-Ernst-Kompensator ist mechanisch wirklich elegant gelöst, und die Sandwich-Bauweise mit zwei dünnen Platten plus drei Zahnrädern in Taschen überzeugt mich auf Anhieb. Besonders der Punkt mit der gleichsinnigen Drehrichtung von Bedienrad und Polarisator durch das mittlere Zwischenrad ist ergonomisch ein riesiger Unterschied, den man als Anfänger gar nicht auf dem Schirm hat — schön, dass du das nochmal explizit hervorhebst. Auch deine Bestätigung von Modul 0,5 als richtige Wahl ist sehr hilfreich.

Deine Skepsis bezüglich der 3D-Druck-Stabilität nehme ich sehr ernst. Du hast völlig recht — bei 6 mm Gesamthöhe abzüglich zwei Plattenwänden bleibt für die innere Mechanik kaum Material, und gedruckte Kunststoff-Lagerflächen verschleißen oder verziehen sich gerne. Mein Plan wäre zunächst ein Funktionsprototyp aus SLA-Resin (Plattenkörper) kombiniert mit zugekauften Messingzahnrädern Modul 0,5 und Messing-Einschmelzbuchsen für die Schraubverbindungen — also ein Hybrid, der zumindest die kritischen Lagerflächen und das Zahnspiel aus richtigem Metall hat. Ob das langfristig hält, wird sich zeigen.

Dein Hilfsangebot finde ich super und würde ich sehr gerne annehmen — ich würde gerne mehr darüber lernen, wie man so etwas in Metall sauber umsetzt. Insbesondere bei der Beschaffung der richtigen Teile (passende Zahnräder Modul 0,5, geeignete Halbzeuge für die Platten, Lagerungslösungen) wäre ich für deine Erfahrung sehr dankbar — du hast den Weg ja schon einmal gegangen und weißt, wo man die brauchbaren Komponenten bekommt. Magst du etwas konkreter werden, woran du dabei gedacht hast? Ich bin offen für alles, was mich der Sache näherbringt.

Nochmals vielen Dank an alle — das ist wirklich genau die Art von Diskussion, die ich mir erhofft hatte!

Viele Grüße,
Wes