Вопрос о правильном размещении светодиодов в фонаре стоп-сигнала возникает у конструкторов довольно часто. Бывает, что хорошо выполненная конструкция, на которую затрачено немало средств, времени и сил, разочаровывает самодельщика неудовлетворительными световыми характеристиками. Чаще всего это - "пятнистость".
Начинается разочарование с того, что обращает на себя внимание
неприятный факт - яркость фонаря с некоторых направлений
высокая, но стоит немного отойти в сторону или повернуть фонарь вверх -
вниз, как свечение пригасает до неприемлемо слабой яркости.
После этого делаются опыты - свет фонаря направляется
на экран (белую стену), чтобы проверить распределение
светового потока. Увиденная картина световых полос и пятен,
с недопустимо большими перепадами яркости, разочаровывает окончательно.
В самом деле, получается, что едущим сзади водителям
представляется странное зрелище: стоп-сигнал горе-мотоциклиста
переливается огнями, то пригасая, то вспыхивая
яркими пятнами - так что непонятно, что вообще с ним
(то-ли со стоп-сигналом, то-ли с самим мотоциклистом :-))
происходит...
Более того, с некоторых направлений, где у стоп-сигнала
провалы яркости, другим водителям просто непонятно - включен
этот стоп-сигнал или нет.
В статье о применении светодиодов коротко сказано о правильной установке светодиодов в фонаре, упомянуто магическое число "2F". Здесь же мы рассмотрим этот вопрос более обстоятельно, однако не углубляясь при этом в дебри геометрической оптики.
Вот собирающая линза. Из школьного курса физики (извините за
ставшую уже традиционной ссылку, но школьная физика в самом деле
отличная штука!) известно, что линза может собрать
свет от точечного источника в плотный нерасходящийся пучок,
если источник света поместить на определенном расстоянии от
линзы. Это расстояние является важнейшей характеристикой
линзы, называется "фокусное расстояние" и обозначается
буквой F.
Если же источник поместить на расстоянии, вдвое большим
фокусного, 2F, то обнаружим другой интересный
факт: световой поток, попавший на линзу, после нее
снова соберется в одной точке, на расстоянии... правильно,
тоже 2F.
Впрочем, сами по себе эти факты пока не представляют
особого интереса. Но перейдем теперь к линзовым решеткам.
Смотрите:
Видите, что происходит с пучком излучения одиночного
светодиода, проходящим через линзовую решетку?
Появилась плоскость фокуса - в ней свет
собирается в отдельные ярчайшие точки. Но, представьте,
нам это абсолютно не важно. Зона фокуса находится на расстоянии 2F
от фонаря (обычно несколько сантиметров) и представляет лишь общий
интерес.
А вот что происходит за этой зоной - стоит посмотреть особо.
Световые пучки, прошедшие фокальные точки, далее идут
расширяясь так, что "слепые зоны" (промежутки между пучками)
не увеличиваются.
Это действительно важное наблюдение. В самом деле,
отмеченное обстоятельство означает, что линзовая решетка
настроена оптимально и оказывается "оптическим повторителем".
Потоки света, прошедшие через линзы,
собираются не в такие плотные шнуры, как в первом
варианте. Световые шнуры постепенно расходятся (и теряют при этом
яркость - естественно), но лишь настолько, чтобы закрыть
"слепые зоны" - не больше и не меньше.
Внимательный читатель заметит: но ведь слепые зоны
все же есть! В промежутках между пучками это ясно видно!
- Размер слепых зон равен удвоенному диаметру линз,
не превышает десятка миллиметров и не увеличивается
с расстоянием. Это значит, что пятно засветки
от подобного фонаря можно считать практически идеальным.
Впрочем, небольшое увеличение расстояния сверх 2F
позволяет получить и более широкие, взаимоперекрывающиеся пучки,
так что все руках конструктора - проектировщика.
Надо вспомнить и о том, что в фонаре устанавливается не один,
а несколько светодиодов. (Автору известно, что многие
самодельщики посоветовали бы написать "несколько десятков светодиодов".
Возможно. Однако автор устанавливает в типовых конструкциях
не более 9 светодиодов.) Распределение плотности
света в таком случае смешанное и, как правило, совершенно
равномерное - при условии соблюдения "правила 2F".
Несложный опыт. (Тут автор хотел написать о разных
простых способах определения F и 2F, но читатель при желании
сам легко это сделает. Напишу - для порядка - об одном, четком и ясном.)
Включите светодиод и посветите им через снятое стекло фонаря.
В затемненном помещении можно видеть картину распределения
плотности света на отдаленном экране - например, на стене.
Перемещая светодиод ближе/дальше к стеклу, вы увидите,
как меняется характер светораспределения - от ярких
пятен, растянутых в решетку с темными промежутками
(расстояние F), до равномерного (хотя и не столь яркого)
светового пятна (расстояние 2F).
Приемлемым можно считать растояние, при котором изображение на экране не имеет ясно выраженных многочисленных темных полос.
(Обычно конструктору желательно приблизить светодиоды
к стеклу - так проще скомпоновать устройство. Если при этом
пренебречь рассказанным выше, может получиться тот самый "пятнистый"
стоп-сигнал. На примере фонаря для
Jawa-638 хорошо видно, насколько пришлось уменьшить
размеры монтажной платы со светодиодами, чтобы она могла
быть установлена на достаточном расстоянии от стекла...