какую форму имеет каждый элемент рефлекторного стекла фары почему выбрана именно такая форма

Правильный свет. Мат.часть.

Левый ксенон в рефлекторных фарах

Автомобилей с ксеноновыми фарами на наших дорогах становится всё больше и больше. В связи с этим, проблема ослепления встречного транспорта усугубилась как никогда. Несмотря на то, что есть немало принципиальных противников ксеноновых фар, даже установленных заводом изготовителем (что является весьма спорной темой и речь пойдет не об этом), всё же значительную часть проблемы ослепления создают автомобили, незаконно оборудованные ксеноновым светом.

Цель данной статьи – это попытка просто и ясно объяснить, почему нельзя устанавливать ксеноновые лампы в рефлекторные фары, изначально спроектированные под галогенные. Хотя информации на эту тему уже написано много, внятного ответа на вопрос: ”Почему нельзя?” найти не так легко. Можно получить только расплывчатое представление о том, что так делать нельзя, потому что: получается неправильное распределение света в луче ближнего света, пропадает дальний свет, или у китайских ксеноновых наборов низкая надёжность. Всё это верно, но касается главным образом тех, кто переделывает фары. Нам то без разницы, какой у них там свет получается. Главная же опасность заключается в другом, в том, что фары, подвергнутые ксеноновой модификации, обладают чрезмерно высоким слепящим эффектом, что уже перестаёт быть личным делом незаконных ксенонщиков. Как правило, с этим не готовы согласиться подавляющее большинство установивших левый ксенон. Такие люди искренне полагают, что если переоборудованные ксеноновые фары кого-нибудь бывает и ослепляют, то всё это де от неграмотной установки и регулировки. И если всё сделать так как надо и правильно настроить положение светотеневой границы, то автомобиль никогда не будет слепить встречных. К сожалению, это отражает только их субъективную точку зрения и является заблуждением.

Основная мысль этой статьи: “Рефлекторные галогенные фары с установленными в них ксеноновыми лампами обладают недопустимо высоким слепящим эффектом”.

Причина кроется в свойствах отражателей. Любая практическая отражательная поверхность (стеклянное зеркало, отполированный металл, алюминированный пластик, хромированная сталь и т.д.) не является идеальной. Она не только отражает падающие на неё лучи света, но часть их поглощает, часть пропускает, а часть рассеивает. Вот та часть, которая рассеивается, и не даёт нам спокойно жить. Поверхности принято характеризовать коэффициентами зеркального и так называемого диффузного отражений. На рисунке ниже схематически показано, как отражается луч от гладкой поверхности. Помимо основного, зеркально отражённого луча, попадающего в точку наблюдения A, имеются также диффузно отражённые, рассеянные лучи, попадающие, например, в точку наблюдения B. Если поверхность была бы идеально гладкой, то она отражала бы только зеркальным образом, и лучей, попадающих в точку B, не наблюдалось бы совсем. К сожалению, даже самым лучшим образом отполированные зеркала рассеивают (т.е. диффузно отражают) десятые доли процента падающего света. Технология изготовления отражателей, применяемых в автомобильных фарах, стадии полировки не предусматривает совсем, и с помощью неё можно достичь коэффициента диффузного отражения в лучшем случае не более пары процентов.

Теперь рассмотрим типовую конструкцию рефлекторной фары с параболическим отражателем. На рисунке схематически изображён принцип работы такой фары в режиме ближнего света. Лучи, исходящие из источника света, расположенного в фокусе параболического рефлектора, после отражения формируют пучок ближнего света, который направлен под небольшим наклоном вниз, обеспечивая необходимое положение светотеневой границы.

Всё сказанное справедливо только для хода основных лучей, которые отразились зеркально. Но помимо их, как видно из рисунка, существуют ещё и диффузно отражённые лучи, которые светят и вниз, и влево-вправо, и вверх, попадая в том числе и выше светотеневой границы.

Какова основная причина того, почему существуют желающие установить ксеноновые лампы вместо галогенных? Правильно, потому что они светят ярче (причем ярче почти в три раза). Соответственно и фары после установки в них ксеноновых ламп начинают светить ярче и освещать дорогу лучше. Но они начинают не только дорогу освещать лучше, но и слепить сильнее встречных за счёт света, рассеянного отражателем (больше света от лампы – больше рассеянного света). Строго говоря, данный эффект имеет отношение к установке не только ксеноновых, но также и галогенных ламп повышенной мощности. Увеличение количества света, излучаемое лампой, не зависимо от того, каким образом оно было получено, неизбежно приводит к возрастанию слепящего эффекта фар.

Что касается ксеноновых ламп, то у них есть ещё одна особенность. Они не только светят ярче стандартных галогенных, но спектр их свечения содержит большее количество синего света, обладающего более короткой длиной волны по сравнению с жёлтым светом, который преобладает у галогенных ламп. Из физики известно, что чем короче длина волны, тем на большие углы происходит рассеяние света. Другими словами, синий свет в сравнении с жёлтым имеет более широкую диаграмму индикатрисы рассеяния при отражении от той же самой поверхности. Это приводит к дополнительному увеличению (до 30%) слепящего эффекта, и фары после установки в них ксеноновых ламп начинают слепить даже более чем в три раза сильнее. Справедливости ради надо отметить, что китайские ксеноновые лампы всё же имеют более низкую светоотдачу по сравнению с оригинальными, которая не достигает положенных по стандарту 3200 люмен (для ламп D1S или D2S), и поэтому сказать точно, насколько именно сильнее будут слепить фары с такими лампами, трудно. Несомненно одно, слепить они будут однозначно сильнее, чем со стандартными галогенными лампами.

Несмотря на то, что в данном примере был разобран только случай параболического отражателя, вывод остается справедливым для любых других типов рефлекторных фар: с параболическим гомофокальным отражателем, с отражателем сложной формы и т.д. На заре внедрения ксеноновых фар некоторые ведущие автопроизводители, такие например как Мерседес и Тойота оснащали свои автомобили рефлекторными фарами, специально спроектированными под ксеноновые лампы типа D1R и D2R. Вполне обоснованно они рассчитывали на новую технологию штамповки пластиковых отражателей с улучшенной гладкостью поверхности. Тем не менее, полностью избавиться от эффекта диффузного отражения не удалось и применение рефлекторных ксеноновых фар в дальнейшем сильно сократилось. В итоге практически все автопроизводители остановили свой выбор на проекторной конструкции ксеноновых фарах, в которой формирование светового пучка завершается стеклянной линзой. В отличие от отражателя эффект рассеяния света линзой как минимум на порядок ниже.

Реальные фотографии ниже наглядно демонстрируют то, как светят и ослепляют различные фары:

На них показаны три варианта света фар, снятые с одинаковыми параметрами экспозиции и баланса белого:

— Рефлекторная фара с установленной китайской ксеноновой лампой
— Рефлекторная фара с установленной галогенной лампой повышенной мощности 80 Ватт
— Линзованная фара с оригинальной ксеноновой лампой

Не вдаваясь в подробности формы лучей, внимание стоит обратить на то, как ярко освещено светлое пятно на воротах. Ярче всего оно выглядит на первой фотографии. Затем промежуточный результат у второй фотографии. И самая маленькая освещённость получилась на последней фотографии. Другими словами: линзованная фара имеет самый маленький слепящий эффект, а китайский ксенон в рефлекторной фаре – самый большой. Галогенная лампа повышенной мощности также показала неутешительный результат.

Последним элементом фары является защитное стекло, которое также вносит свой заметный вклад в общее рассеяние света особенно в случае его загрязнения. Поэтому чистота защитного стекла у ксеноновых фар является важным требованием для минимизации их слепящего эффекта. Комплектование ксеноновых фар омывателем это не прихоть ГОСТа, а настоятельная необходимость.

Проблема, затронутая в статье, касается только качества отражателя галогенной фары, чего уже достаточно, чтобы быть серьёзным аргументом против того, чтобы устанавливать ксенон в рефлекторные галогенные фары. Эту проблему невозможно устранить никаким способом, кроме установки сертифицированных ксеноновых фар целиком в сборе вместо галогенных.

Если же говорить о практикуемых методах установки ксеноновых ламп в рефлекторные фары, то они разнообразны и в ряде случаев могут в еще большей степени увеличить слепящий эффект. В основном это возникает при установке ксеноновых ламп типа D1S и D2S (или китайских под цоколь H1, H4, H7 и т.д.), не предназначенных для рефлекторной оптики из-за того, что они создают слишком большое количество несфокусированного паразитного света. Но даже специально спроектированные для ксеноновой рефлекторной оптики лампы D1R и D2R, будучи установленными в рефлекторные галогенные фары, не способны обеспечить требуемого уровня слепящего эффекта фар.

Ниже на фотографиях в качестве примера представлено реальное сравнение света одной и той же рефлекторной фары с разными лампами:

— Левая верхняя фотография – штатное использование фары со стандартной галогенной лампой H4
— Правая верхняя фотография – фара с оригинальной ксеноновой лампой D2R через переходник
— Левая нижняя фотография – фара с оригинальной ксеноновой лампой D2S через переходник
— Правая нижняя фотография – фара с китайской ксеноновой лампой из набора для модернизации

Снова, не вдаваясь в характер распределения света в луче, смотрим только на то, что попадает выше светотеневой границы. Видно, что даже с лампой D2R (с самым адекватным вариантом переделки фар) уровень засветки становится выше. Другие ксеноновые варианты демонстрируют вовсе чудовищный уровень засветки и крайне опасны для встречных на дорогах общего пользования.

Источник

Физические основы действия элементов автомобильной фары и прибора для проверки и регулировки света фар

Несмотря на различия по форме, конструкции, цвету, материалам можно выделить следующее общее устройство фары: корпус, источник света, отражатель (рефлектор) и рассеиватель. Отражатель в конструкции фары отвечает за формирование пучка света. Простейший отражатель имеет параболическую форму. Современные отражатели имеют более сложную форму. Отражатель изготавливается из пластмассы, а для создания зеркальной поверхности наносится тонкая плёнка алюминия и покрывается лаком. Перед лампой на отражателе установлен экран-колпачок, предотвращающий ослепление водителей встречных транспортных средств прямыми лучами лампы.

Рассеиватель пропускает световой поток и в зависимости от конструкции преломляет его. Другая функция рассеивателя – защита фары от внешних воздействий. Сейчас рассеиватели изготавливают из прозрачного пластика, реже из стекла. С внутренней стороны которого выполнена сложная система линз и призм, которые являются простейшими оптическими приборами, которые изучают в теме физики «Геометрическая оптика». Ход лучей в этих приборах рассмотрим ниже.

Схема оптической камеры прибора для проверки и регулировки света фар

Основным узлом прибора для регулировки света фар является оптическая камера. Камера состоит из линзы Френеля 1, фокусирующей свет фар на расположенный от неё на расстоянии 100,500 мм экран 6. Экран снабжен устройством 2 для перемещения в вертикальной плоскости (стойки), а на его поверхности нанесена разметка. В фокусе линзы установлен фотоэлемент 3, который через выключатель 5 подключается к показывающему прибору 4.

Применение линзы Френеля обусловлено тем, что в случае перпендикулярности входящего светового потока к плоскости линзы изображение на измерительном экране при смещении геометрического центра фары относительно центра линзы в пределах ± 30 мм во всех направлениях не изменяется. Это значительно ускоряет процесс проверки, так как отпадает необходимость чёткого совмещения центров линзы и проверяемой фары.

Сила света фонарей (сигналов торможения, габаритных огней, указателей поворотов и аварийной сигнализации и др.) измеряется с помощью пары фотоэлемент — микроамперметр. Модель прибора для проверки света фар ОПК (ГАРО), оснащены устройством для автоматического измерения частоты следования проблесков указателей поворотов.

Ход световых лучей на границе раздела двух сред (отражение и преломление).

Рассмотрим физические теоретические основы действия элементов автомобильной фары и прибора для проверки и регулировки света фар.

Геометрическая оптика – раздел оптики, в котором распространение света рассматривают на основе представлений о свете как о совокупности световых лучей.

Электромагнитные волны, в том числе и световые, могут распространяться не только в вакууме, но и в различных средах. При этом происходит взаимодействие электромагнитного излучения с веществом. Рассмотрим, как проходит свет через границу раздела двух прозрачных сред (например, воздух-вода). Тонкий световой пучок, падая на границу раздела, частично отражается и частично преломляется. Отражение света — явление, в результате которого электромагнитная волна (свет) изменяет направление своего распространения (вплоть до противоположного), оставаясь в первой среде. Законы отражения (рисунок выше):

Преломлением света называют изменение направления распространения волн (света) при переходе из одной среды в другую. Законы преломления:

Ход лучей в линзе Френеля

В приборе для проверки и регулировки света фар в оптической камере установлена линза, являющаяся линзой Френеля. Линза Френеля — сложная составная линза, образованная совокупностью концентрических колец относительно небольшой толщины, примыкающих друг к другу. Сечение каждого из колец имеет форму треугольника, одна из сторон которого криволинейна, и это сечение представляет собой элемент сечения сплошной сферической линзы. Благодаря такой конструкции линза Френеля имеет малую толщину и вес даже при большой угловой апертуре. Сечения колец у линзы строятся таким образом, чтобы снижалась её сферическая аберрация, и лучи точечного источника, помещённого в фокусе линзы, после преломления в кольцах выходят практически параллельным пучком

Призма — оптический элемент из прозрачного материала в форме геометрического тела — призмы, имеющая плоские полированные грани, через которые входит и выходит свет. Свет в призме преломляется. Важнейшей характеристикой призмы является показатель преломления материала, из которого она изготовлена. Простейшим типом призмы является треугольная призма, то есть тело, представляющее собой геометрическую фигуру призма с двумя треугольными основаниями и тремя боковыми гранями в форме прямоугольников. На рисунке приведены примеры хода лучей в призмах в зависимости от их падения на призму.

Фотометрия — раздел физической оптики и метрологии, в котором рассматриваются энергетические характеристики оптического излучения в процессах его испускания, распространения и взаимодействия с веществом.

Поток излучения Φ представляет собой среднюю мощность излучения за время, значительно больше периода колебаний волны; он характеризует полную энергию переносимую электромагнитной волной через какую-либо поверхность за единицу времени: . Единицей потока излучения является 1 Вт (Ватт; 1 ). Мощность излучения, приходящегося на видимый участок спектра (электромагнитные излучения с частотами от 3,9∙10 14 до 7,5∙10 14 Гц или с длинами волн от 760 до 400 нм), воспринимаемого глазом, называют световым потоком Φ₀. В СИ единицей светового потока служит 1 лм (люмен): 1 лм соответствует мощности излучения монохроматического источника на длине волны 555 нм (частоте 5,4∙10 14 Гц), равной .

Сила света вводится в оптике специально как важнейшая характеристика ламп и других точечных источников света. При этом источник называется точечным, если его размеры значительно меньше расстояния от источника до освещаемой поверхности и он излучает свет равномерно во все стороны.

Сила света I точечного источника в данном направлении равна отношению светового потока Φ к телесному углу Ω, внутри которого этот поток распространяется, т.е. .

Если источник точечный, то Ω=4π ср (стерадиан) и , где — полный световой поток, излучаемый источником по всем направлениям. Единицей силы света в СИ служит кандела (кд), определяемая с помощью специального эталонного точечного источника света. Таким образом, по определению, .

Источник

Виды автомобильной оптики: фара головного света

Сегодня даже опытные автомобилисты порой имеют весьма поверхностные представления о конструкции фары головного света – такое их теперь многообразие.
Давайте попробуем внести ясность в этот вопрос и вместе разобраться в столь важной детали современного автомобиля.

Безопасность и комфорт
Главная задача фары головного света – максимально ярко освещать дорогу перед автомобилем и не слепить других участников движения. Прежде всего, это касается ближнего света. По принятым в 1957 году европейским стандартам установлено понятие светотеневая граница (СТГ) с асимметричным светораспределением. СТГ – это такая линия на дороге (примерно в 55-60 метрах перед автомобилем), где луч света должен заканчиваться и переходить в практически полную темноту. Асимметричность заключается в том, что правая часть светового потока светит дальше, обеспечивая акцентированное освещение правой стороны дороги и обочины. До 90-х годов правильная СТГ достигалась путем отсечения световых пучков фильтрами и шторками, позже появились другие решения, но обо всем по порядку.

С параболическим отражателем
Вплоть до 90-х годов все автомобили были оснащены фарами с зеркальным параболическим отражателем. Лампа в них располагалась строго по центру, что удобно для дальнего света, когда лучи попадают на всю поверхность отражателя. При включении ближнего света, специальный фильтр не давал лучам падать на нижнюю часть зеркала. Также лампа прикрывалась специальным колпачком, который не позволял свету проходить прямо.

Недостатком таких фар была низкая эффективность. Лишь часть света лампы в итоге попадало на дорогу. Что подтверждает КПД в 27%. Ни один современный автопроизводитель уже не использует такой вид головной оптики в конструкции автомобиля.

С отражателем сложной формы (рефлекторные)
В 90-х годах, с появлением совершенно новых материалов, изменением технологий и внедрением компьютерного моделирования в автопромышленность пришли отражатели сложной формы, что кардинально преобразило внешний вид фары.

Отражатель в них разработан таким образом, чтобы свет от него попадал в нужное место дороги. Каждый изгиб отвечает за освещение конкретного участка дороги. При этом задействована и верхняя, и нижняя часть.

Рассеиватель стал больше не нужен, фара закрыта теперь ровным поликарбонатом. Отказ от стекла позволил снизить вес конструкции почти на килограмм.
Благодаря всем изменениям эффективность фары повысилась почти в два раза, до 45%.

Линзовая фара с проекционным (эллипсоидным) отражателем
Это самый современной тип фары, использующей отражатель. Пучок света в них формирует линза, которая и распределяет его в нужное место дороги.

Для получения четкой СТГ, применяется специальный экран, отсекающий часть света. Он выполняет роль заслонки, прерывающей луч света снизу. Подобная технология используется в биксеноновой фаре, но об этом позже.

КПД линзовой фары составляет 52%.

Корректоры света
Первые фары с параболическим отражателем нуждались в механической регулировке при помощи специальных винтов. Сегодня все автомобили оснащаются устройством, меняющим высоту света из салона. Водитель приподнимает лучи или опускает их, в зависимости от рельефа местности и загруженности багажника. Называется такое устройство корректором.
Бывают механические, гидравлические, пневматические и электромеханические устройства. Чаще всего встречаются электромеханические корректоры. Их начали применять с середины девяностых годов 20 века и используют до сих пор в большинстве легковых автомобилей.

С появлением ксеноновых ламп, понадобились автоматические корректоры. Они регулируют высоту лучей на основе телеметрических датчиков, отслеживающих высоту дорожного просвета.
Если вы решили самостоятельно установить ксенон в фары, в которых он не предусмотрен штатно, учтите, что по ГОСТ Р 51709-2001 вам придется раскошелиться и на автоматический корректор, иначе серьезного разговора с инспектором ДПС не избежать.

Какие лампы подойдут?
Часто на автофорумах приходится читать утверждения «опытных» водителей о том, что «линзованная оптика разработана исключительно для ксенона».
Начнем с того, что любая ксеноновая лампа имеет в своем названии букву S или R. S-type предназначена для элипсоидных отражателей, R–type – для рефлекторных.

S-type применяется в биксеноне. При переключении на ближний, свет лампы не уменьшается, как думают многие, а используется механическая шторка, которая поднимается и перекрывает нижнюю часть отражателя, образуя светотеневую границу.
R –type разработана для рефлекторных отражателей и работает, как правило, в качестве лампы ближнего света. Функцию механической шторки выполняет фильтр, расположенный на самой колбе лампы. По сути, это защитное покрытие, которое не пропускает свет на нижний отражатель и формирует все ту же СТГ.

Как увеличить яркость?
Еще один распространенный вопрос автомобилистов: «Можно ли ставить лампу большей мощности, чем рекомендует изготовитель?». Если на фаре написано 55Вт, то превышать эту цифру не стоит.
Во-первых, вырастет энергопотребление бортовой сети. Во-вторых, более мощная лампа будет перегревать фару, что в конечном итоге выведет из строя весь блок. Если вы не удовлетворены яркостью лампы, вам не обязательно повышать ее мощность. Например, новое поколение NIGHT BREAKER LASER является сегодня самой яркой галогенной автолампой OSRAM! При этом потребляемая мощность составляет все те же 55 Вт.
Инновационные лазерные технологии обеспечивают до 150% больше яркости, если сравнивать с минимальными установленными требованиями, а тщательно продуманная структура нити накала позволила добиться дополнительной светоотдачи. Световой луч от этой лампы до 150 м длиннее, а излучаемый свет до 20% белее. Как конструкторам удалось добиться столь выдающихся показателей, мы расскажем позже в отдельной статье.

Источник