Модернизация микроскопа. LED Освещение.

Модернизация микроскопа. Замена галогенных ламп на светодиодные модули

Последние 5 лет в вопросе источников света для микроскопии произошла маленькая революция. Практически все известные производители перешли на светодиодное освещение. Еще несколько лет назад светодиоды начали устанавливать в микроскопы рутинного и учебного классов, а сегодня каждый второй исследовательский микроскоп снабжается мощным светодиодным источником света. Модернизация микроскопа заменой источника света — и Это очень интересное направление, поэтому, для начала, расскажем почему светодиоды завоевали такую популярность во всех направлениях микроскопии.

Зачем менять старый, но работающий всю жизнь, галогенный осветитель на новый светодиодный?

Ответ кажется неутешительным. Светодиодные осветители ярче, гораздо экономичнее, на порядок дольше служат, а главное, позволяют добиться ранее недоступного разрешения микроскопа. Рассмотрим все по порядку.

Приведенный по мощности спектр светодиодного и галогенного источника света

Замечание: Под светодиодным источником мы будем понимать «люминофорный светодиод» – светодиод, основанный на принципе люминесценции с комбинированием синего (чаще) или ультрафиолетового (реже) полупроводникового излучателя и люминофорного конвертера. Самая распространённая конструкция такого светодиода содержит синий полупроводниковый чип и люминофор с максимумом переизлучения в области жёлтого цвета. Часть мощности исходного излучения чипа покидает корпус светодиода, рассеиваясь в слое люминофора, другая часть поглощается люминофором и переизлучается в области меньших значений энергии (желто-красное излучение). Спектр переизлучения захватывает широкую область от красного до зелёного, однако результирующий спектр такого светодиода имеет два пика – узкий пик в синей и пологий в желтой областях.

Глядя на спектр галогенной лампы и люминофорного светодиода можно сделать некоторые выводы. Во-первых, светодиод работает только в видимом и ближнем УФ и ИК спектре. У него нет огромного «хвоста» в инфракрасном диапазоне, в отличие от галогенного источника. Этот хвост и обуславливает низкую производительность галогенных ламп – для того чтобы получить высокую яркость в видимом спектре, лампа постоянно должна перерабатывать бОльшую часть электрической энергии в тепло. Низкий КПД галогенного источника света резко увеличивает затрачиваемую мощность. Возможно, в рамках одного микроскопа это не так сильно скажется в счетах на электричество, но в масштабах клиники или отдела экономия при модернизации микроскопов будет значительная.

Сконцентрируемся на отличиях в видимом спектре. Как вы уже знаете, разрешение микроскопа напрямую зависит от длины волны источника света. В случае галогенного осветителя максимальная интенсивность находится в желто-красной зоне, в то время как у светодиода есть отчетливый пик в синей области – 450 нм, позволяющий увеличить разрешение микроскопа в полтора раза. Это будет заметно при работе на объективах 50–150х в субмикронном и микронном диапазоне контролируемых размеров. Цветовая температура при выборе светодиода может варьироваться от 3000 до 6500К, но оптимальным будет подбор цветовой температуры, близкой к галогенному источнику с цветобалансирующим DayLight фильтром – около 4000К.

Постоянство цветовой температуры при изменении интенсивности.

При работе на микроскопе вы редко работаете на полной яркости источника, а значение номинальной цветовой температуры галогенной лампы определяется именно для максимально допустимого светового потока. При уменьшении интенсивности галогенного источника (снижение напряжения на лампе) ее цветовая температура уменьшается и свет становится более теплым. При работе с цифровой камерой, вам приходится использовать разный баланс белого при съемке образцов на разных уровнях интенсивности.

Это вносит неудобство в работу, к тому же субъективно, изображения на объективах до 20х кажутся желтее чем на объективах от 50х, так как при работе с большим увеличением вам требуется больше света.

Светодиодные осветители сохраняют цветовую температуру при изменении интенсивности. Изменение интенсивности светодиода происходит за счет изменения скважности напряжения на контактах осветителя. Изменение скважности в мегагерцовой чистоте не заметно глазу (монитор, перед которым вы сидите тоже обладает светодиодной подсветкой, мигание которой с мегагерцовой частотой вы никогда не заметите). При модернизации микроскопа, мы разрабатываем и интегрируем электрические схемы в штатив вашего микроскопа, с сохранением всех органов управления. Мы не добавляем внешние блоки и дополнительную коммутацию. Мощный источник света интегрируется на место старой лампы, а привычный вам регулятор яркости подключается к дополнительной схеме устанавливаемой в штатив.

Эквивалентная мощность при равном световом потоке.

Узнать требуемую мощность светодиодного осветителя не трудно. Она в должна быть ориентировочно в 10 раз меньше чем мощность галогенного источника. Таким образом, если в микроскопе установлена лампа мощностью 30Вт, светодиода мощностью 3Вт будет достаточно, а светодиод на 10Вт обеспечит тройной прирост интенсивности.

Недостатки светодиодов, с которыми мы успешно справляемся.

• Белые светодиоды в производстве значительно дороже и сложнее аналогичных по световому потоку ламп накаливания, хотя их цена постоянно снижается. Этот недостаток окупается длительностью безотказной работы светодиодных источников света. 20 000 часов — это почти 10 лет непрерывной работы на микроскопе по 8 часов в день.
• Обладают в большинстве невысоким качеством цветопередачи (индекс CRI, по сравнению с солнечным цветом), которое, однако, постоянно растет с развитием технологий производства светодиодов. Это важно. Если цвет для вас – основополагающий элемент анализа препаратов стоит обратить внимание на светодиодные осветители с цветопередачей максимально приближенной к дневному свету (к примеру, как на микроскопе Olympus BX-43), или остановиться на привычном галогенном источнике c DayLight фильтром.
• Светодиоды, в зависимости от мощности, требуют надежную пассивную или активную систему охлаждения. При модернизации микроскопов мы проводим тепловые расчеты и всегда учитываем необходимый коэффициент запаса, ведь иногда, при длительных исследованиях, работа на микроскопе не прекращается неделями. Источник света должен работать стабильно и не иметь отклонения по интенсивности в течении всего срока службы.
• Яркость светодиода нельзя регулировать изменением напряжения. Для того чтобы микроскоп сохранял возможность регулировки яркости мы встраиваем в него дополнительную электрическую схему, сохраняя при этом все органы управления.