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Dunkelfeld-Beleuchtung für Stereomikroskope
20.10.2017
Durchlicht-Dunkelfeld
Die Beleuchtung eines Objektes unter dem Stereomikroskop kann notfalls mit einer einfachen Schreibtischlampe erfolgen. Recht schnell jedoch kommt der Wunsch nach einer leistungsfähigeren Illumination der kleinen Objekte auf. Ausgangspunkt der Entwicklung war der Wunsch, Planktonproben sowie verschiedenste Mikroorganismen-Kulturen in Petrischalen wirkungsvoll zu beleuchten. Die Handhabung von Schwanenhals-Lichtleitern erwies sich bald als umständlich und nicht transportfreundlich. Die Auflicht-Beleuchtung mit einer einfachen, eingebauten Lampe ergab deutliche Schwächen bei höherer Vergrößerung. Die Durchlicht-Dunkelfeld-Beleuchtung hebt selbst kleinste Organismen plastisch und nahezu greifbar hervor, lässt sich aber mit herstellerseitig dafür vorgesehenen Stativunterbauten selten optimal einstellen. Zudem ergibt sich größenbedingt wiederum ein Transportproblem.
Die Fortschritte in der LED Technik legten es nahe, diese universellen Lichtemittenten für den Bau verschiedenster Beleuchtungen einzusetzen. Dabei kommen in diesem Falle keine Hochleistungs-Module zum Einsatz, die üblicherweise die Halogenbrenner in den Lampengehäusen der normalen Mikroskope ersetzen können. Verwendung finden hier die sogenannten superhellen LEDs der normalen, bedrahteten Bauform mit 5mm Durchmesser und klarem Kunststoffkörper mit Stückpreisen um die 40 Cent. Kreisförmig unter der Präparateebene angeordnete Leuchtdioden ergeben hierbei das gewünschte Dunkelfeld. Die ersten Prototypen verendeten 8 LEDs. Das nutzbare Leuchtfeld von knapp 15 mm Durchmesser erwies sich jedoch bald als zu klein. Nach vielen konstruktiven Gesprächen mit befreundeten Mikroskopikern hat der hier vorgestellte Beleuchtungstisch jetzt einen Leuchtfelddurchmesser von 30mm, der von 12 Leuchtdioden erhellt wird.
Der Grundkörper des Tisches besteht aus einem Kunststoffzylinder aus POM (Polyoxymethylen), einem handelsüblichen Kunststoff, der sehr gut spanabhebend bearbeitet werden kann. Verwendet wird ein Materialdurchmesser von 102mm. Einerseits bietet diese Größe genügend Innenraum für die ringförmig angeordneten LEDs, andererseits kann der Tisch damit in Stativen mit 100mm Bohrungsdurchmesser eingesetzt werden. Die Anpassung an unterschiedliche Lochdurchmesser ist durch abdrehen eines entsprechenden Absatzes leicht möglich. Die im Stativboden des Stereomikroskops verwendete Bodenplatte wird entfernt und der Tisch eingesetzt. Die Beleuchtung ist damit zentriert und der Tisch verrutscht nicht bei Manipulationen am Objekt. Der fertige Grundkörper ist dabei treppenförmig ausgedreht, damit genügend Platz für den Leuchtdioden-Ring vorhanden ist. Nach unten ist der Grundkörper offen. Die Tischplatte wird aus weißem Plexiglas erstellt, mit einer zentrischen Bohrung von 30mm Durchmesser. Die gesamte Bauhöhe des Tisches über dem Stativfuß beträgt 25-30mm.
Die 12 Leuchtdioden werden ringförmig auf einem separaten Ringkörper angeordnet. Der Außendurchmesser des Ringes beträgt dabei 45mm. Der Ringkörper besteht aus einer Platine, die alle Bauteile aufnimmt und einem 4mm hohen Kunststoffring zur Stabilisierung der LEDs. Damit die Einstellung der Helligkeit einfach durch die Variation der Betriebsspannung über einfache Steckernetzteile möglich ist, muss jede LED mit einem entsprechenden Vorwiderstand versehen werden. Für bedrahtete Bauteile ist jedoch der Platz zu gering, daher werden hier Widerstände im SMD Bauform verwendet (SMD: surface mounted device ) . Je LED werden 2 SMD Widerstände zu 160 Ohm verwendet, um die anfallende Verlustwärme sicher abzuleiten. Mit etwas Übung lassen sich die winzigen Widerstände unter der Stereolupe problemlos löten. Die Leuchtdioden werden mit ca. 20mm Abstand verlötet, um die für das Dunkelfeld notwendigen Winkel einzustellen. Durch einfaches zurechtbiegen per Hand kann so für jede Beleuchtungsaufgabe der passende Winkel voreingestellt werden. Optional können 2 Sektoren zu jeweils 6 LEDs separat geschaltet werden.
Auflicht-Dunkelfeld
Nach dem gleichen Prinzip wurde gleichzeitig eine Auflicht-Dunkelfeldbeleuchtung erstellt. Die Ringe sind hier nur entsprechend größer im Durchmesser, die mechanische und elektrische Anordnung der Leuchtdioden ist identisch. Je nach Arbeitsabstand des Objektives werden die Anschlussdrähte der LEDs entsprechend gebogen. Bedingt durch den notwendigen größeren Durchmesser der Anordnung und den flacheren Beleuchtungswinkel zeigt hier die Sektorenschaltung deutlich bessere Ergebnisse als bei der Durchlicht Dunkelfeld-Anordnung. Es finden insgesamt 20 LEDs auf dem Platinen-Ring Platz, verschaltet zu 2 separat schaltbaren Sektoren.
Fazit
Der Dunkelfeldtisch hat sich für die präparative Arbeit am Stereomikroskop bewährt. Die Manipulation kleinster Objekte auf Objektträgern ist schattenfrei möglich. Ein Hochgenuss ist das Beobachten der Kleinlebewesen in Wasserproben. Die plastische Beleuchtung einer großen Amöbe oder verschiedenster Ciliaten ist mit dieser LED Anordnung sehenswert. Der LED Ring für die Auflicht-Beleuchtung ergibt durch den flachen Beleuchtungswinkel bei kurzem Arbeitsabstand sehr plastische Bilder. Die sektorweise Schalung erhöht noch die Wirkung. Trotz des geringen Freiraumes ist die Probenmanipulation noch problemlos möglich.