Автомобильная оптика – светодиоды, галогенки, ксенон

Автомобильная оптика – светодиоды, галогенки, ксенон

Чем светодиоды отличаются от «ксенона», а он от «галогенок»? И почему светодиоды не могут отправить на свалку своих старых собратьев - простые лампы и другую газоразрядную оптику. В статье разбираются некоторые моменты автомобильных источников света, а так же почему на данный момент очень эффективно комбинировать источники света с разными технологиями.

История автомобильных фар началась чуть раньше истории самого автомобиля. Прототипами первых осветительных устройств, стали обычные керосиновые или восковые фонари, которые использовались в конных экипажах. Но очень быстро к инженерам пришло понимание, что такой вид освещения, мягко говоря, неудобен: слишком мало света давали керосиновые горелки и слишком трудно было поддерживать их в рабочем состоянии.

Тогда был придуман новый осветительный прибор – ацетиленовые фонари. Они работали от двух видов «топлива» - карбида и воды. Карбид, вступая в реакцию с водой, давал достаточно мощное свечение. Правда, и эти фары вскоре ушли в историю. Водителям было неудобно через каждые два часа останавливаться, чтобы поменять бочонки с водой и карбидом и почистить копоть на стекле фар.

Поэтому инженерная мысль начала поиск новых идей. 

_{Так выглядели автомобили с уже «развитыми» фарами}

Решено было попробовать в качестве автомобильных фар лампы накаливания. Инженеры французской фирмы Bassee & Michel ещё в конце XIX века разработали новое устройство осветительных приборов для машин. Они состояли из стеклянного корпуса и лампы накаливания с угольной нитью. Такие приборы давали достаточно мощный световой поток, не коптили и не дымили.

Но и им пришлось искать замену. Во-первых, лампы перегорали всякий раз, когда машина попадала в ухаб или дорожную яму (а это случалось довольно часто), а во-вторых, они требовали слишком много энергии. Поэтому приходилось брать в поездку большие съёмные аккумуляторы, ведь генераторов в автомобилях ещё не было.   

«Революция» в мире автоосвещения  произошла после изобретения лампочек с вольфрамовыми нитями. К этому времени в машинах уже начали устанавливать генераторы.

Но вновь возникли проблемы: выяснилось, что вольфрамовые фонари светят настолько ярко, что ослепляют встречных водителей. Для уменьшения яркости даже пришлось вводить в практику «асимметричное освещение», когда пассажирскую фару делали менее яркой, чем водительскую.

У современных водителей проблем с выбором приборов освещения не возникает. Любой автолюбитель может выбирать, какие лампы – газоразрядные, галогенные или светодиодные, устанавливать на своего железного коня. Технологии шагнули настолько далеко, что, вероятно, не за горами то время, когда машины будут освещать себе путь с помощью лазера.

Но пока эти идеи не нашли своего воплощения в реальности, поговорим о доступных и наиболее эффективных автомобильных фарах. Начнём с их устройства.   

На сегодняшний день апогеем инженерной гениальности можно считать «нелинзованные» фары, которые отлично подходят под галогеновые, и под ксеноновые, и под светодиодные лампы. Их главной особенностью можно считать оригинальную конструкцию, позволяющую направлять световой поток исключительно на проезжую часть. Можно назвать это классикой автомобильного света.

Свет от лампы в обычной фаре падает на металлический отражатель и проходит через рассеиватель, состоящий из множества линз. Появления современных материалов (прежде всего, пластиков нового уровня) позволило отказаться от тяжёлого и хрупкого стекла.  

_{Так устроена обыкновенная фара. Здесь световым потоком управляет сама лампа, в зависимости от включения одной или другой спирали, свет получается либо ближний, либо дальний. Отражатель только концентрирует свет.}

Иное устройство и принцип работы имеют «линзованные» фары. В них световой поток формируется  с помощью специального экрана, установленного внутри прибора. На него попадают потоки отражённого света, который затем проходит сквозь рассеивающую линзу.

Чем привлекателен именно этот тип устройства? Прежде всего, своей компактностью и оптимальными параметрами, а также мощностью и качеством светового потока.

Хотя чрезмерная яркость, как выяснилось, тоже имеет свои недостатки: человеческий глаз напрягается и устаёт от постоянного созерцания слишком резкой светотеневой границы.

Поэтому на ксеноновых фарах стали делать на линзе небольшие риски, а на ксеноновых монтировать автокорректоры. Эти приспособления скорректировали световые потоки.

_{На схеме показана работа линзовой оптики: слева — фара примерно конца 80-х годов, справа —  уже показана современная фара со свободным отражателем, наличие которого можно заметить по экрану меньшего размера. Он находится во втором фокусе светового потока и формирует границу. После чего лучи света вновь формируются линзой. На данное время линзы устанавливаются во многие ксеноновые фары.}

Впрочем, несмотря на важность оптики и световых линз, главным элементом фары всё-таки является лампа. Именно она является источником света. Поэтому сейчас мы более подробно поговорим именно о типах осветительных приборов. Сейчас, как уже говорилось выше, у покупателя есть выбор – приобрести галогеновые, ксеноновые или светодиодные автомобильные фары.  Отличаются данные типы фар друг от друга не только принципом работы, но и техническими характеристиками.   

Самой «древней» можно назвать простую лампу. С её устройством знаком каждый школьник. Внутрь стеклянного корпуса помещается  вольфрамовая нить, натянутая между двумя электродами. Затем из пространства лампы откачивается воздух и заполняется инертным газом под низким давлением. Модернизация лампы позволила использовать дополнительные вещества (галогены), которые удлиняют срок службы спирали и позволяют повысить её температуру. При этом в обиходе такие лампы стали называться галогенками.

Ксенон, относящийся к категории газоразрядных приборов, вырабатывает свет не при помощи нити накаливания, а за счёт электрической дуги. Именно поэтому эффективность данных приборов в 1,5 – 2 раза выше, чем галогеновых ламп. Но по энергетическим затратам пока ни кто не превзошёл светодиодные источники света.

Поэтому эксперты в области безопасности на дорогах решили, что ксеноновые фары необходимо оснащать дополнительными устройствами и приборами (корректорами, омывателями), снижающими их яркость. Подключение ксеноновых ламп требует переоборудования штатной проводки и установки преобразователя напряжения.

Светодиодные автомобильные фары занимают особое место. На рынке осветительных приборов они появились позднее других рассмотренных разновидностей. Принцип их работы основан на прохождении электрического тока через полупроводник. Свойства и характеристики светодиода обещают ему большое будущее. Ведь такие лампы быстро включаются, потребляют незначительное количество энергии, не перегреваются и, самое главное, генерируют мощный световой поток. Кроме того, они практически не перегорают.

Сейчас светодиоды активно используются в производстве автомобилей. Они монтируются в стоп-сигналы, «поворотники», дневные ходовые огни.

• А — Обыкновенная автомобильная лампа;
• Б —  Галогеновая автомобильная лампа;
• И — Ксеноновая автомобильная лампа;
• Г — Светодиод (схематическое представление).

Хотя производители работают не только над совершенствованием светодиодных фар, но и галогеновых. Так, к примеру, на базе электротехнических лабораторий всемирно известной фирмы Philips ведутся разработки новой «галогенки» для авто, которая бы обеспечила качество света на уровне газоразрядных ламп. Как утверждают специалисты, для этого требуются «сущие пустяки»: взамен обычного стекла сделать кварцевый корпус лампы, подвергнув его оптической полировке и покрыть палладием и закачать внутрь совершенно иную смесь газов. Такие манипуляции, по мнению инженеров, позволят достичь выработки светового потока близкого к спектру солнечного свечения. К тому же предполагается, что срок службы лампы увеличиться вдвое. О стоимости ноу-хау, которую придётся заплатить потребителю, речи пока не идёт.  

Надо отметить, что технология производства автомобильных фар  на современных предприятиях полностью автоматизирована. Так, к примеру, на заводах фирмы Philips все операции выполняет компьютеризированная техника. Все операции по производству галогеновых, газоразрядных и светодиодных ламп производятся на автоматизированных линиях без участия человеческого труда.

Технологии идут вперёд семимильными шагами, кто в результате останется «рулить светом» пока не известно. Но каждая технология, светодиоды, ксенон, либо другие источники света, уже давно завоевали свои ниши в световой карусели. Они наравне используются в автомобильных фарах, каждый имеет свои преимущества и некоторые недостатки. Выбор стоит за самим автомобилистом, какой свет он хочет иметь в своём авто.