Encontrar el haz puntual perfecto: el arte y la ciencia de estrechar los ángulos de apertura

Exploración del papel de la óptica, la física y la estética a la hora de conseguir haces puntuales más cerrados para aplicaciones comerciales y arquitectónicas.

 

A lo largo de los años, nuestro equipo ha recibido numerosas peticiones de clientes de haces puntuales con ángulos más cerrados. Si bien lograr un ángulo de apertura de incluso 1° resulta relativamente sencillo sin limitaciones de tamaño, crear un haz de luz más concentrado con una fuente de luz mayor plantea todo un reto. También entendemos que el uso de una óptica mayor para el haz de luz estrecho deseado no siempre es factible, ya que los productos están optimizados para sus tamaños estándar y una gama de haces más amplia. Además, la miniaturización es una tendencia muy extendida en la industria. Aunque a LEDiL le apasiona superar los límites, es importante entender las limitaciones físicas para encontrar la mejor solución posible.

 

Aspectos básicos

En ingeniería de iluminación es esencial comprender los ángulos de anchura a media altura (FWHM) y anchura a un décimo de la altura (FWTM) para evaluar el rendimiento del componente óptico. FWHM es la anchura de distribución de la luz a la mitad del nivel máximo, mientras que FWTM es el ancho a una décima parte del nivel máximo. FWHM por sí sola no indica la distribución total de la luz, por lo que se necesita FWTM para entender mejor el rendimiento.

 

El valor FWHM por sí solo no es suficiente para evaluar el rendimiento de un componente óptico.

 

Por ejemplo, las dos lentes que se muestran en la ilustración anterior tienen el mismo ángulo FWHM, pero la lente A (línea gris) tiene una eficiencia óptica (cd/lm) mucho mayor y un haz de luz más concentrado con un valor FWTM de ángulo estrecho, mientras que la lente B (línea azul) tiene una eficiencia relativamente baja y la mayor parte de la luz cae fuera del área del haz de luz central, lo que se traduce en un valor de FWTM de ángulo más amplio. Es importante tener en cuenta los valores FWHM y FWTM a la hora de comparar distintos componentes ópticos.

 

Física

La mayoría de las tareas de iluminación se pueden realizar con haces de luz estrechos que oscilan entre 15° y 24° para los que están optimizados las carcasas de iluminación y los tamaños de LED habituales. No obstante, para tareas más especializadas, es posible que sea necesario un haz más estrecho de 6° a 10°. Por ejemplo, en un museo con un techo alto, un haz de luz de 15° puede rebasar el área prevista, mientras que uno de 8° servirá para la tarea a costa de la eficiencia. En el pasado, se usaban luces halógenas para conseguir haces de luz estrechos, pero hoy en día se dispone de mejores alternativas. La óptica, como lentes y reflectores, funcionan reflejando o refractando la luz de forma fija. Si bien los colimadores funcionan mejor con una fuente puntual teórica, los LEDs como los COB no emiten luz desde un solo punto. En su lugar, la luz procede de distintos ángulos y se desvía de la dirección deseada. El grado del ángulo de desviación se ve afectado por la precisión de la óptica, así como por el tamaño de COB.

 

Ángulos de desviación de la óptica con LES de 6 mm y COB de 14,5 mm.

 

Si se alcanzan los límites físicos, se pueden llevar a cabo ajustes en el tamaño de la óptica o del LED. Hacer que la óptica sea mayor o el LED menor puede reducir el ángulo de desviación y crear un efecto de fuente más cercana al punto. Si no es posible aumentar el tamaño de la óptica, se puede usar un LED más pequeño con mayor densidad lumínica. Los haces estrechos tienen un pico de candelas mayor, por lo que los haces muy estrechos pueden conseguir suficiente intensidad con menos lúmenes que los haces más anchos.

 

Mientras mayor sea el LES, más ancho será el haz de luz..

 

A veces, el uso de múltiples fuentes más pequeñas con un módulo de lentes puede dar lugar a una mayor precisión, pero también puede exigir sacrificios en comparación con una solución típica.

 

Ejemplo de iluminación sobre riel con varias ópticas LEILA-Y para iluminación de museos.

 

Estética

Los puntos no son todos iguales, como explicamos en nuestro artículo. Un colimador teórico produce una imagen del LED con problemas de uniformidad de color, que la lente debe compensar. El ángulo de apertura también desempeña un papel importante, ya que el haz de luz necesita un ángulo de corte preciso sin mucha pérdida de luz después del haz principal. Conseguir un haz de luz estrecho no resulta suficiente en muchas aplicaciones; también debe ser estéticamente agradable para la iluminación arquitectónica y de tiendas. Las características de mezcla de color en la lente son esenciales para una iluminación de alta calidad. Una lente con características de mezcla de color da lugar a una iluminación atractiva, uniforme y de vanguardia, mientras que una lente sin tales características no resulta adecuada para un alumbrado puntual de alta calidad a pesar de tener el haz más estrecho e intenso.

 

Ejemplo de una lente puntual con y sin características de mezcla de color.

 

Conclusiones

El tamaño de la fuente de luz (tamaño LES) y la óptica utilizada desempeñan un papel importante a la hora de determinar el ángulo de apertura del alumbrado puntual. Una fuente de luz más pequeña se traduce en un haz más estrecho, mientras que una óptica mayor también puede ayudar a conseguir un haz de luz más estrecho. Sin embargo, una fuente de luz mayor produce más luz, pero puede hacer que parte de esta no ilumine el área objetivo, por lo que la iluminación será menos intensa. Por tanto, un alumbrado puntual con una fuente de luz menor puede conseguir un resultado más deseable con un mejor contraste y un pico de candelas más potente. El haz más estrecho se puede conseguir con luces sobre riel que disponen de varias lentes individuales donde la fuente de luz es relativamente pequeña en comparación con el tamaño de la lente.

 

Comparación de las características de la óptica puntual con distintos tamaños y configuraciones de LES.

 

Nuestro equipo se esfuerza constantemente por innovar y superar los límites de las soluciones de alumbrado puntual. Aunque en ocasiones nos encontramos con solicitudes que pueden no ser factibles debido a limitaciones físicas, siempre estamos dispuestos a colaborar con nuestros clientes para buscar conceptos alternativos o compromisos que se ajusten a sus necesidades.