Die Vorteile der LED-Beleuchtung – Langlebigkeit und geringer Energieverbrauch – lassen sich nun neben der Ringleuchte auch mittels Lichtleiter nutzen. Allein der geringere Energieverbrauch soll die Kosten um bis zu 80 % senken.
Kamen bislang bei der Beleuchtung mittels faseroptischer Lichtleiter Halogen-Lichtquellen zum Einsatz, ermöglicht der Bereich ‚Lighting and Imaging’ (früher ‚Fiber Optics’) der Mainzer Schott AG diese Art der Lichtführung nun auch für LED-Licht – mit den Lichtquellen KL 200 LED und KL 1500 LED. Parallel erhältlich sind die Ringleuchtenserien EasyLED und VisiLED, die direkt mit mehreren ‚radialen’ LEDs Objekte in der Stereomikroskopie beleuchten, so dass der Anwender nun die Wahl hat.
Die Verwendung von LEDs in Beleuchtungssystemen führt zu einigen Vorteilen:
- Physikalisch betrachtet sind LEDs keine Temperaturstrahler wie Halogenlampen, bei denen das Licht durch das Leuchten eines empfindlichen Glühdrahts erzeugt wird. Das Licht der LED entsteht durch Rekombination von Elektronen in einem Halbleitermaterial – und ist so unempfindlich gegenüber Stößen und Vibrationen.
- Weiße LEDs emittieren Licht, das dem natürlichen Tageslicht sehr nahe kommt (5600 – 6000 K). Bei Halogenlampen muss hierfür ein Konversionsfilter in den Strahlengang eingebracht werden, was aber den maximalen Lichtstrom um rund 50 % reduziert. Außerdem bleibt die Farbtemperatur von LED-Lichtquellen beim Regeln der Helligkeit nahezu konstant; bei der Bildverarbeitung ist also kein erneuter Weißabgleich erforderlich, sobald die Helligkeit verändert wurde.
- Da LEDs mit Gleichstrom betrieben werden, entstehen keine Interferenzeffekte (‚Flickern’).
Hauptvorteile der LED-Beleuchtung sind aber die hohe Lebensdauer und der geringe Energieverbrauch. Im Gegensatz zu Halogenlampen, die unter Volllast nach rund 50 h ausfallen, geben die Hersteller von LEDs eine Lebensdauer von mehr als 100 000 Stunden an. Eine ausreichende Kühlung vorausgesetzt, reduziert sich zudem nach etwa 50 000 Stunden die Intensität lediglich auf 70 %. Bei einem Einsatz in einem 2-Schicht-Betrieb entspricht dies etwa zehn Jahren. Das heißt: Der Anwender senkt seine Betriebskosten deutlich, da in dieser Zeit kein Lampenwechsel erforderlich ist.
Die Vorzüge von LED- gegenüber Halogen-Lichtquellen sind also offensichtlich. Bleibt die Frage, ob auch die Beleuchtung mittels Lichtleiter Stärken gegenüber einer direkten LED-Beleuchtung besitzt. In erster Linie lässt sich per Lichtleiter wesentlich mehr Lichtenergie auf einen kleinen Fleck konzentrieren, was gerade in der Stereomikroskopie bei starken Vergrößerungen von Bedeutung ist. Zudem hat man in einem separaten Gehäuse genug Platz, um einerseits die Optik unterzubringen (um das Licht in den Lichtleiter einzukoppeln), andererseits das Leuchtmittel optimal zu kühlen.
Kommen mehrere Hochleistungs-LEDs zum Einsatz, entsteht jede Menge Wärme, die mit entsprechendem Aufwand unmittelbar abtransportiert werden muss. Anderenfalls beschleunigt sich der Alterungsprozess in Form des Intensitätsverlustes stark. Bei Ringleuchten, Durchlichtbasen oder Spots, die das Objekt direkt beleuchten, ist man aus Platzgründen hinsichtlich der Kühlmöglichkeiten entsprechend eingeschränkt. Zwar sorgen wärmeleitende Kleber und Aluminiumgehäuse für eine ausreichende Kühlung der LEDs, die Kühleffizienz gegenüber ‚externen‘ Lichtquellen ist aber eingeschränkt. Das führt dazu, dass die ‚direkten‘ LED-Einheiten größer werden. Dies ist in der Stereomikroskopie nicht wünschenswert, da hierdurch Handling und Sichtfeld eingeschränkt werden. Schlanke und dünne Gehäuse lassen sich mit einer Faseroptik sehr viel einfacher realisieren.
Dennoch besitzen auch die direkten LED-Beleuchtungseinheiten – also Ringleuchten – Vorteile. Sie zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass die einzelnen LEDs segmentweise, das heißt in kleinen LED-Gruppen angesteuert werden können. Dadurch lässt sich eine schräge Beleuchtung, wie man sie etwa für die Kontrastierung mittels einer faseroptischen Punktbeleuchtung (‚Schwanenhals’) oder eines Linienlichts benutzt, emulieren. Der Vorteil hierbei ist, dass die Segmente sehr schnell wechselnd angesteuert werden können, so dass eine Rotation des aktiven Segments um das zu beleuchtende Objekt entsteht. Hierdurch muss das Prüfobjekt nicht mehr manuell gedreht werden, um es aus unterschiedlichen Richtungen zu beleuchten.
So oder so gehört die Zukunft aber der LED-Technik. Die hohe Lebensdauer und Energieeffizienz sind die Hauptargumente für den Wechsel von der Halogen- zur LED-Beleuchtung. Der Anwender hat dabei aber nun die Wahl, ob er sein Objekt direkt oder über einen faseroptischen Lichtleiter kontrastieren möchte.
Patrik Schober Applikations- und Produktmanager Mikroskopie bei der Schott AG in Mainz
LED-Lichtquellen für Faseroptiken
Bei der KL 200 LED handelt es sich um eine kleine Lichtquelle, die sowohl vom Preis als auch von der Leistungsfähigkeit in den Routinebereich (Greenough-Typ) passt. Als Leuchtmittel dient eine 3-W-High-Power-LED, entsprechend einer 20-W-Halogenlampe. Lichtleiter und Zubehör des Halogenlampen-betriebenen Vorgänger-Modells KL 200 passen in gleicher Weise an die LED-Variante.
Für Standard- und High-end-Anwendungen in Verbindung mit Mikroskopen mit parallelem Strahlengang (Galileo-Typ) empfiehlt sich die KL 1500 LED. Mittels einer speziellen Optik wird das Licht von sieben High-Brightness-LEDs in ein Glasfaserbündel mit einem Durchmesser von maximal 9 mm eingekoppelt. Der Leuchtfleck am Lichtleiterende ist dabei trotzdem homogen, der Lichtstrom vergleichbar dem einer 150-W-Halogenlampe – was es in dieser Form bislang nicht gab. Der Preis ist liegt trotzdem im Bereich des Vorgänger-Modells mit Halogenlampe.
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