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Step-wise? - neue LEDs fürs Mikroskop

Die technische Entwicklung des künstlichen Konsumenten-Wohnlichts haben die meisten von uns über Jahrzehnte hinweg gleichermaßen kostenpflichtig wie schmerzvoll mitvollzogen. Erinnern wir uns: Nicht zuletzt dank des verfrühten Verbots der klassischen Glühbirne gelang es, den besonders hässlichen, quecksilberhaltigen Energiesparlampen (Kompakt-Leuchtstoffröhrenlampen) zeitweilig zur Marktdominanz zu verhelfen.

Die ersten Energiesparmodelle sprangen leider etwas zögerlich an. Sensible Personen konstatierten gewisse Farbverzüge, beispielsweise in Richtung auf ein - immerhin spinnenfreundliches - Geisterbahngrün. Andere beklagten eine, parallel zur allmählichen Erwärmung der Energiesparlampen nach dem Einschalten einsetzende, ausgesprochen launige Farbcharakteristik. Für sich alleine betrachtet hatten die Energiespar-Leuchtröhren überdies eine hohe Lebendauer - man musste in der Verkaufsargumentation ja nicht unbedingt auf die irgendwo andernorts unter Akkordbedingungen zusammengelötete, gelegentlich fehleranfällige Ansteuer-Elektronik hinweisen ...

An die wunderbare Lichtstimmung gewisser Leuchtstoffröhren hatten sich die meisten Konsumenten bereits vorher - im Arbeitsleben - gewöhnt: Dank der Leuchtstoffröhren bestand auch für breitere Bevölkerungskreise die Möglichkeit, ganztags den Licht-Charme von medizinischen OP-Szenarien und FBI-Verhörräumen zu genießen. Etwaige Zweifel wurden mit Hinweisen auf den angeblich ungemein hohen CRI (Farbwiedergabe-Index) der Röhren eloquent erstickt. Kritische Stimmen verwiesen allerdings trotzdem und völlig zu Recht auf das zu Grunde liegende, diskontinuierliche Spektrum, welches in manchen Situationen zwangsläufig zu einer falschen Farbwiedergabe führt:


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Abb. 1: Das von einer typischen Energiesparlampe ausgestrahlte Lichtspektrum. Auf der Rechtsachse sind die Wellenlängen zwischen 400 und 800 nm aufgetragen. Die Hochachse gibt die jeweilige Strahlungsintensität bei den unterschiedlichen Wellenlängen an. Es bedarf keiner besonderen Erläuterungen, dass die schwach ausgestrahlten Wellenlängen an den jeweils beleuchtenden Objekten keine Absorption erzeugen können. Die unten im Diagramm eingeblendete Farbskala dient lediglich dem Zweck, den von den unterschiedlichen Wellenlängen hervorgerufenen, visuellen Farbeindruck zu veranschaulichen.


Auch wenn es manchen Lesern vermutlich bekannt sein wird, sei hier zum Vergleich das Spektrum eines hell bewölkten Tageslichthimmels gezeigt:


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Abb. 2: Ein Spektrum von normalem Tageslicht (bei hell bewölktem Himmel). Es ist klar, dass dieses Licht über einen großen Wellenlängenbereich hinweg bei jeder einzelnen Wellenänge Licht liefert. Es kann deshalb alle erdenklichen Anregungsmöglichkeiten bei den jeweiligen Objekten bedienen. Die nach unten zeigenden "Haifischzähne" entsprechen übrigens den berühmten Fraunhofer-Linien (auf deren Basis man die chemische Zusammensetzung der Sonne ergründen konnte).

In der Mikroskopie wäre die vergleichsweise unzuverlässige Farbwiedergabe der Leuchtstoffröhrenlampen meist kein ernsthaftes Problem. Kaum jemand weiß ja, wie beispielsweise ein rotes Echiniscus-Bärtierchen in Wirklichkeit ausschaut. Dies ist auch der Grund, warum die vielen realitätsfremden "Staubsaugerbeutel"-Bärtierchenbilder aus dem Rasterelektronenmikroskop allgemein akzeptiert werden. Für mikroskopische Zwecke äußerst nachteilig sind jedoch die vergleichsweise große, am Mikroskop nicht leicht nutzbare Strahlerfläche sowie die sperrige Geometrie der Energiesparlampen.


Das sich in manchen Wohnzimmern, Küchen und vielen Museen zeitlich anschließende, brandheiß-gruselige Licht-Intermezzo mit den sogenannten Halogen-Hochvoltlampen wollen wir hier mit einem gnädigen Mantel des Schweigens übergehen - auch bei diesen, meist ebenfalls fragwürdigen Produkten wurde reichlich Geld verbrannt.

Für uns Mikroskopiker sehr viel interessanter ist die Entwicklung bei den LEDs. Die folgende Abbildung soll die Metamorphose der E14 Backofenlampe (dem einfachsten Netzspannungs-Mikroskoplicht) zu den E14 LED-Lampen veranschaulichen.


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Abb. 3: Die Metamorphose der 230V Backofenlampe Richtung LED
(1)  Klassische 230V Glühbirne mit 25 Watt Leistung. Vorsicht: Ein Bärtierchen-Grill! (109)
(2)  Eine frühe, ungünstigerweise nach allen Seiten abstrahlende LED-Lampe (10 ... 20)
(3)  Eine etwas modernere, mattierte LED-Lampe mit schon etwas höherer Leistung (30)
(4)  Unser Favorit - LED-Lampe mit 24 kleinflächig abstrahlenden LEDs (112)
Die roten Zahlen stehen für die jeweilige, ungefähre relative Helligkeit am Mikroskop. Zugegeben, mikroskopische Monsterleuchten mit aktiv kühlendem Ventilator könnten in diesem Vergleich mit relativen Helligkeiten bis zu etwa 1000 (!) punkten. Für die Bärtierchen kommen derartige Lichtgrills allerdings nicht in Frage.

Warum uns ausgerechnet das E14-Gewinde so wichtig ist? Das verraten wir im nächsten Journal (November 2019). Wer furchtbar gerne LEDs lötet, darf deshalb das November-Journal einfach überspringen 😀.



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© Text, Fotos und Filme von  Martin Mach