Sobre linternas rojas.

EN CONSTRUCCIÓN

Introducción

Una de las herramientas esenciales de todo astrónomo aficionado es la linterna roja. Además, es probablemente el primer instrumento que nos construimos: aún recuerdo la primera vez que sujeté con una goma un trozo de celofán rojo en una linterna normal para poder consultar mi planisferio sin deslumbrarme...

Pero: ¿por qué una linterna roja? La razón que he oído alguna vez es que la luz roja "no deslumbra" o que no "rompe la adaptación a la oscuridad". Pero esto es mentira. Si alguna vez un novato te ha apuntado a los ojos con su frontal rojo (sin modificar) te habrás dado cuenta de que perdiste la adaptación a la oscuridad... ah!! y no le digas que tenga más cuidado, porque probablemente para él o ella será un dogma de fe que la luz roja "no deslumbra"...

Vale: la luz roja SÍ deslumbra. Pero entonces: ¿por qué se usan luces rojas? La respuesta correcta es que a misma intensidad luminosa la luz roja deslumbra menos que otros colores...

Nada evita cierta pérdida de adaptación a la oscuridad cuando usemos luz, sea la que sea. Lamentablemente, necesitamos luz para ver cartas, manipular equipo, dibujar, tomar notas....

Lo único que podemos hacer es tratar de minimizar el efecto de la luz que usemos. Y para ello seguiremos dos premisas:

  1. Usar una luz de la menor intensidad que nos permita ver lo que deseamos.

  2. Que esa luz sea roja.

Nótese que dado que unos lugares de observación son más oscuros que otros y que, en general, nuestra adaptación a la oscuridad irá variando a lo largo de la noche por diversas causas (pequeños deslumbramientos accidentales o pasar mucho tiempo sin luz alguna), para satisfacer el punto 1 es muy deseable que nuestra luz roja sea variable en intensidad: de esta forma podremos mantener su intensidad al mínimo usable.

LEDs para uso en linternas rojas

En las linternas de luz roja para astronomía son ampliamente usados los LEDs de color rojo. Su bajo consumo, duración, tamaño y versatilidad los hacen ideales para ello... siempre que se se sepa cómo...

Los LEDs interesante para su uso en las linternas rojas pueden ser de dos tipos:

Independientemente del tipo de LED, para hacerlos funcionar necesitamos una fuente (pilas) y hacer circular una intensidad eléctrica por ellos.

La cantidad de luz que nos dará el LED dependerá de la intensidad eléctrica que hagamos circular poe él (aunque esta dependencia no es lineal, como veremos).

Dado un voltaje determinado por las pilas usadas, usaremos una resistencia en serie con el LED. Variando el valor de esta resistencia, variaremos el brillo del LED.

Sobre este último punto hay que tener en cuenta dos cosas: la primera es que existe un "voltaje umbral" por debajo del cual el LED no se iluminará en absoluto; en la práctica, esto hace que las pilas que utilicemos deban darnos un voltaje por encima de este valor umbral (que dependerá del tipo de LED); la segunda es que a través del LED no debe circular nunca una intensidad por encima de cierto valor, o este se quemará o dañará. Para evitar estos daños, siempre colocaremos una resistencia mímama en serie que nos garantice que nunca circulará por el LED una intensidad mayor que esta "intensidad crítica" (que también depende del tipo de LED).

Nótese que la resistencia en serie puede ser (y de hecho será) mayor que esta resistencia mínima ya que lo que buscamos es que el LED emita poca luz, pero es importante conocer este valor mínimo de la resistencia en serie para no pasar de la "intensidad crítica" por accidente. Obviamente, la resistencia nunca podrá ser menor que esta resistencia mínima.

Así pues, para iluminar el LED primero buscaremos el "voltaje umbral" en las especificaciones. Normalmente decidiremos usar un número de pilas que nos de un voltaje algo mayor que el umbral. Usar voltajes muy grandes sólo se traduciría en una resistencia mínima en serie mayor y sólo traería desventajas (más número de pilas a cargar, más peso, más volumen, ...)

Una vez que hayamos decidido el voltaje V a usar, emplearemos la ley de Ohm para calcular, teniendo en cuenta la intensidad crítica Ic u voltaje humbral Vm del tipo de LED usado para calcular la resistencia mínima Rm, según la formula:

Rm = (V-Vm) / Ic

Y dado que los valores de las resistencias fijas están estandarizados, escogeremos el valor de la resistencia mínima redondeando hacia arriba el valor obtenido al valor estandard más próximo (o mayor aún, para más seguridad).

Ahora que conocemos la teoría sobre el uso de LEDs, veamos los tipos que normalmente se usan para hacer linternas rojas para uso en astronomía:

LEDs rojos de alta luminosidad de 5mm.

Los LEDs rojos de alta luminosidad tienen una forma igual a la de los LEDs de toda la vida... pero aunque la luz que emite es roja, el encapsulado está hecho de material transparente. El tamaño de 5mm son los usuales y los recomendables para hacer linternas rojas.

Su utilidad para hacer linternas rojas no viene del hecho de que sean "de alta luminosidad" (que lo son), si no de que emiten luz de forma direccional. Esto es: el haz de luz es relativamente estrecho y dirijido hacia adelante. Esto es deseable porque, como se trata de iluminar lo mínimo imprescindible, así concentramos toda la luz en un circulo relativamente pequeño y evitamos luz dispersa que resultaría inutil pero contribuiría a deslumbrarnos igualmente.

Hasta hace muy poco, estos LEDs de "alta luminosidad" eran los habituales en los frontales de luz roja, aunque actualmente se están usando otro tipo de LED aún más potentes que suelen tener forma cuadrada, con una mancha amarilla en el centro y que normalmente vienen soldados directamente a la placa del circuito, de forma similar a un dispositivo SMD. Estos últimos (los cuadrados) no son aconsejables para hacer linternas rojas ya que no ofrecen ninguna ventaja sobre los otros y tienen voltajes umbrales bastante más altos.

LEDs rojos "normales" de 3 y 5mm.

Con la aparación de los LEDs de alta luminosidad, estos LEDs "normales" ya no se suelen usan para fabricar linternas rojas. Sin embargo, el de 3mm se sigue usando en una variedad de linterna en la que es deseable una baja direccionalidad: los iluminadores de retículo. Más sobre los iluminadores de retículo en los siguientes apartados.

Zonas de funcionamiento en función de la intensidad

Tras algunos experimentos con LEDs, puede determinarse que en función de la intensidad que circula por uno de ellos (o lo que es lo mismo, dado un voltaje fijo, en función de la resistencia en serie empleada) y asumiendo que estamos usando un voltaje mayor que el umbral, existen estas zonas de funcionamiento :

  ^
  |
I |                                  ^
N |                                  |
T |                                  |(4)
E |                                  |
N |                           (3)    |
S |                     +------------+
I |                    /
D |                   /
A |                  /
D |              (2)/
  |                /
L |               /
U |         (1)  /
Z |      |------+
  |      |
  +------|------|-------|------------|---->
  0      I1     I2      I3           I4
          INTENSIDAD ELÉCTRICA (LOG)

Primeramente, para intensidades muy bajas el LED no se encenderá en absoluto. Pero pasado cierto umbral (I1) este se enciende y podemos distinguir las siguentes zonas:

    • El LED se enciende muy debilmente. La luminosidad no varía apreciablemente al aumentar la intensidad hasta cierto valor (I2).
    • La luminosidad del LED comienza a aumentar a medida que de va aumentando la intensidad eléctrica, hasta alcanzar aquella un valor máximo para un valor I3 de esta. Hay que hacer incapié en que la relación entre las intensidades luminosa y eláctrica NO ES LINEAL (no dejarse engañar por la gráfica).
    • La luminosidad del LED ha alcanzado un máximo y no varía apreciablemente al aumentar la intensidad.
    • Pasado cierto valor I4 de intensidad, el LED se quema.

Relación no lineal entre intensidad eléctrica y percepción de brillo

Como se ha señalado en el apartado anterio, la zona interesante de funcionamiento del LED es la zona (2) de la gráfica. Pero la relación entre las intensidades luminosa y eláctrica NO ES LINEAL.

La dependencia entre estas dos variables es LOGARITMICA.

Esto quiere decir que para regular la intensidad de la linterna roja necesitamos usar un potenciómetro logaritmico...

Hay que notar que aunque la linterna debe funcionar en un rango de intensidades que estén entre los valores I2 e I3 de la gráfica, las intensidades mínima y máxima no tienen por qué cubrir todo el rango entre I2 e I3, si no simplemente estar incluído en él.

Esto es: sea Im la intensidad que circula por el LED cuando la linterna está al mínimo e IM cuando está al máximo; debe cumplirse que:

I2 < Im <IM <I3

Constituyentes de una linterna roja de LED de intensidad variable

Tenemos ya la base teórica para saber cómo hacer una linterna roja de intensidad variable basada en LED; a saber:

  1. Un LED rojo de alta intensidad (o normal, si se trata de un iluminador de retículo.

  2. Una resistencia fija que nos fije la intensidad IM que marcará la máxima intensidad luminosa de la linterna.

  3. Un potenciómetro logaritmico. La suma de la resistencia máxima de este potenciómetro más la anterior resistencia fija macará la intensidad Im que dará la mínima intensidad luminosa. Como la resistencia máxima del potenciómetro será micho mayor que el valor de la resistencia fija, en la práctica podemos despreciar el valor de la resistencia fija a la hora de calcular Im.

Estos elementos se conectarán en serie... y ya está.

Valores empíricos (y aproximados) para una linterna de intensidad variable "por pasos"

Modificación de linternas comerciales

Anatomía (y modificación) de un iluminador de retículo (LED normal 3mm)

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Usar LEDs rojos de alta intensidad (son más direccionales)

Linterna guai de declaton: - Potenciometro de 500M (Omnio) - Resistencia de 10 (Omnio)

Linterna sin potenciometro (por pasos) - Resistencia comun: 100 (Omnio) - Resistencias: 0.22K (220M), 1K, 4.7K, 39K