'У костра'

Прежде чем начать эту запись я долго раздумывал - а нужно ли это кому-либо будет, ведь есть "фонаревка", раз и навсегда поставившая точку в выборе фонаря этой статьей, с моралью "линзовики - зло и отстой!" Однако потом собственный опыт стал расходиться с прочитанным там, и к настоящему времени мне представляются важными совершенно иные критерии выбора. Речь тут пойдет только о диодных фонарях - фонари на лампах накаливания должны умереть, а фонари на лампах HID  ("ксенон") настолько редки и дОроги, что выбирающий их обычно знает, зачем и почему.

Еще есть фонари прошлых поколений из нескольких простых светодиодов (в том числе и исторически любимые многими фонари peltzl - аж 40люмен за $60), но их тоже пора списать на свалку истории: светят плохо, КПД низкий и крайне неудобны. Примеры:

Правильные фонари имеют единственный мощный светодиод, и оптическую систему, собирающую излучение этого диода в пучок. Эта оптическая система, как и телескопы, бывает рефракторной и рефлекторной - то есть фонари подразделяются на линзовые, в которых пучок формируется линзой,  и зеркальные, где за формирование пучка отвечает параболическое зеркало. В свою очередь рефлекторы могут быть выполнены либо обычным зеркалом - металлическим или пластиковым с напылением, либо в виде прозрачной пластиковой болванки нужной формы, в которой луч отражается за счет явления полного внутреннего отражения - TIR(Total internal reflection).  В отличие от обычного зеркала у TIR оптики практически нет боковой засветки. 

Достаточно одного взгляда как на фонарь, так и на освещаемую им поверхность, чтобы определить, какого типа фонарь перед нами.

Для наглядности все фотографии будут парой: слева рефлектор, справа линзовка. (почти все фотографии будут с АлиЭкспресс, спасибо им, ну и реклама )

Внешний вид

Пучок на стене

Равномерное освещение линзового фонаря гораздо лучше для фотосъемки, чем яркое пятно в центре луча рефлектора.

Освещение объектов

Опять же  равномерное пятно линзового фонаря приятней для глаза.

Освещение перспективы

Луч рефлектора хорошо освещает даль, но рассмотреть мешает паразитная засветка вблизи. Линзовый фонарь хорошо освещает ближние объекты, за которыми темнота.

Освещение дороги

И вот тут стало понятно, для чего нужны рефлекторные фонари! Дорога освещена почти равномерно, тогда как у линзового фонаря яркий передний план и чернота за ним.

Однако у линзовых фонарей еще бывает изменяемое фокусное расстояние - то есть можно управлять шириной пучка. (Теоретически такое же может быть и у рефлекторов, и даже раньше было у фонариков на лампочках накаливания! - но при этом надо вдвигать диод в зеркало, выводя из фокуса - то есть крепить его на этакой ножке, ухудшая теплоотвод. Поэтому такая схема не прижилась.)

Так что еще раз те же картинки, но линзовый фонарь будет в режиме дальнего света

Пучок на стене

Луч линзового фонаря в этом режиме - проекция кристалла светодиода на стену, со всеми подробностями внутренней структуры - но почти без паразитной засветки.

Освещение перспективы

По сравнению с рефлектором нет паразитной засветки, отчего даже при равной яркости лучше видны детали вдали

Ну вот  с назначением определились - дорогу освещать рефлекторный фонарь, для остального - линзовый, верно? Но оказывается не все так просто!  У меня есть оба описываемых фонаря, и на практике неожиданно оказалось, что яркость пятна "дальнего света" линзового фонаря почему-то сильно уступает яркости пятна рефлектора! Более того, яркость этого пятна не сильно увеличивается  при уменьшении апертуры пучка, хотя казалось бы - весь свет, что распределялся на большую площадь, теперь идет на значительно меньшую... стоп, а весь ли?

Один взгляд на оптическую систему линзового фонаря, и все становится ясно - совершенно не весь! Чтобы понять, почему так происходит - табличка, сколько % излучения проходит через линзу диаметром 20мм, в предположении точечного источника.

используемые формулы

Получается, что уже на высоте, равной диаметру лизны, КПД падает до 10% - а остальная часть излучаемого света теряется! На практике будет чуть получше - диод излучает не равномерно а направленно, но все равно общий КПД линзового фонаря в режиме дальнего света не превышает 25%

Вот несколько иллюстраций. Кривая на них - диаграмма направленности наиболее популярного сейчас диода CREE XM-L T6 (отсюда)

А вот картинки точного расчета хода лучей в таком фонаре, построенные при помощи специальной программы.

На левой картинки - ближний свет - КПД (без учета потерь в линзе) составил 79.7%, на правой - 14.6%

На картинках наглядно видно, что в режиме ближнего света используется практически весь свет от диода, а в режиме дальнего света - не более половины. Но на самом деле все еще хуже - диод светит в пространстве а не на плоской картинке, и чтобы получить пространственный КПД, полученное значение надо возвести в квадрат. Получается 90% и 24% соответственно. Понятно почему дальний свет такой слабый - ему достается дай Бог четверть светового потока!

Кстати, по второй картинке можно также оценить КПД зеркального фонаря, поменяв местами потоки: примерно 75% света попадает на зеркало и формирует пучок, а ~25% проходит мимо и формирует паразитную засветку.

А теперь пора начать выбирать СВОЙ фонарь. А перед этим - ответить на вопрос - А ДЛЯ ЧЕГО? Как именно будет оный использоваться? 

Не берусь говорить за всех, но я вот по дорогам ночью с фонарем не хожу. И по катакомбам всяким. И тем более не езжу с фонарем. Мне фонарь нужен чтобы лагерь в ночи разложить, грибы набранные почистить, машинку в грязюке застрявшую по темноте вытащить - и прочие задачи, ну никак не предполагающие движения по дороге. Ибо для того фары на транспорте есть, а фонарь, особенно налобник - это исключительно местный свет.

И ежели у вас похожие задачи для фонаря, то стОит подняться чуть выше по тексту и перечитать его в районе сравнения зон освещения. Ну как, вы все еще хотите светить себе перед лицом рефлектором?

Однако на выборе рефлектор-рефрактор вопросы вовсе  не кончаются.  Оный линзовик на 1000 люмен в реальном использовании оказался... слишком ярким, даже в тусклом режиме. Ибо и глаза от него в темноте устают, и батарейку (две литиевые 18650!) он сжирает слишком быстро. А процедура его включения-выключения быстро вызывала раздражение: режимы переключаются выключено-ярко-тускло-мигание-выключено, и для включения тусклого режима сначала приходится включить яркий, получив всеми 1000 люменами по глазам, а при выключении он успевает пару раз мигнуть, шарахнув по глазам пару раз.

Так что когда дело дошло до покупки нового фонаря, "хотелки" уже были сформированы: регулируемые фокус и яркость, и адекватное включение. Ну и отдельный отсек для батарей, чтобы не одной здоровенной блямбой на лбу а уравновешенно с обеих сторон

Однако попытка найти нечто соответствующее не увенчалась успехом - ни один из сайтов онлайн торговли ничего похожего не предлагал Так что поиск затянулся почти на год, пока в апреле 2012 года не был обнаружен фонарик фирмы PopLite, модель H3. Стоил он тогда слегка дороже $50, и хотя он не обладал выдающимися характеристиками - "всего лишь" 160 люмен яркость, питание от 3-х батарей ААА - но от отсутствия выбора сразу же купили пару. (К сожалению, сейчас у них на сайте исчезла английская версия... Зато эти фонари появились на DealExtreme и даже дешевле)  

Сразу бросилось в глаза отличие их линзы от обычных линзовых фонарей - не просто выпуклая, а странной выпукло-вогнутой формы. И на TIR не особо похоже - там лицевая поверхность гладкая...

Ну да какая разница, светит и ладно Фонари были положены в коробку к другим фонарям, и стали кататься с нами - какой хочешь тот и берешь вечером.

Постепенно обнаружилось, что другими фонарями мы пользоваться перестали!   Эти фонари оказались очень удобными и комфортными, расстраивал только небольшой ресурс батарей - на полной яркости их хватало на пару часов.

И этих пары часов как раз хватило во время того безумного ночного сплава в половодье, когда только свет этого фонаря (случайно оказавшегося в кармане после ночной разбивки лагеря!) позволил благополучно добраться до финиша.

Порадовавшись чудесному спасению, я тут же решил досконально выяснить - а как у них это получается? Благо для выяснения пришлось всего лишь отвернуть 4 шурупчика.

Увиденное внутри все расставило на свои места: этот фонарь и не линзовый, и не зеркальный! Он все же TIR, но при этом  комбинированный  - в нем есть и линза оптической системы, и зеркало, работающее на полном внутреннем отражении! Только в оличие от TIR-оптики, зеркало может перемещаться относительно диода. И если на ближнем свете работает в основном линза, то на дальнем пучок складывается из двух, прошедшего сквозь линзу и отразившегося от зеркала. Картинки:

На картинках видно, что в любом положении такая комбинированная линза собирает весь свет диода, и потери происходят только в узком кольце, где линза и зеркало соединены. Светодиод тут должен располагаться на "пенечке", но он может быть довольно толстым и поэтому на теплоотвод сильно не влияет.

Ну а раз эта оптическая система настолько удачная, то неужели никто больше не делает фонарей на ее основе? Надо бы поискать, но как? Все знают про рефлекторные и линзовые фонари, и ничего другого ну никак не ищется! Остается простой перебор: "Cree t6" и потом глазами, рассматривая объектив... А фонарей в интернете много, ну очень...

Вот через несколько месяцев поиска (полчаса каждый день) были найдены и тут же куплены "китайские подделки" (яркость была заявлена аж 500 люмен, но стоит применить "закон числа Пи", и все становится на свои места) :) 

Слева - PopLite, справа безымянный фонарь стоимостью... чуть дороже $8 Причем как видно он подделка не PopLite, а LedLenser'a - достаточно глянуть сюда. Качество оказалось вполне на уровне, есть как плюсы так и минусы.

Плюсы - он заметно компактнее и легче, ручка регулировки яркости наглядно отображает заданный уровень.
Минусы - нет верхней лямки (хотя и без нее фонарь не сползает), и ручка регулировки фокуса нарушает герметичность фонаря.

Светят они практически одинаково, вот только КПД у дешевых похуже (тупо резистивный балласт 10ом вместо импульсного стабилизатора в PopLite), и в одном из дешевых фонарей диод оказался смонтирован криво, так что пятна от линзы и зеркала не совпадают - зато это позволило наглядно увидеть формирование пучка!

Видно что пучок действительно состоит из двух частей: более тусклого квадрата - проекции кристалла диода (работа линзы), и яркого пятна с рефлектора.

Но, к глубокому сожалению, это оказалась единственная подобная модель фонарей... Хотелось найти что-либо по аналогичной схеме но с бОльшей яркостью, или хотя бы любой фонарь на Cree XM-L Т6 с плавной регулировкой яркости для последующей пересадки органов - но до сих пор ничего найти не удалось.  У фирмы PopLite появилась еще одна модель с такой оптикой - H6, но отличие только в батарее 18650, светодиод тот же Cree Q5, и яркость 170 люмен, но уже без плавной регулировки. Нет, есть конечно еще и LedLenser, но с их ценами - $100+ за аналогичный фонарь на ~150 люмен - они естественным образом выпадают из рассмотрения

А теперь - полевые испытания. Ближняя цель - 15 метров, дальняя - 145 метров (красным кружочком отмечено куда светили).

Парное выступление. Слева - PopLite H3 (напомню, заявлено всего 160 люмен!), справа - линзовик на 1000 люмен. 

Свет вперед на землю

Да, правое пятно заметно ярче. Ближняя цель.

А вот тут PopLite уже обогнал гораздо более яркий фонарь с простой линзой.

Дальняя цель.

Пятно PopLite отчетливо видно (и глазом, а не фотоаппаратом, там таки видно дерево), пятно линзовика уже надо угадывать. Более того, оно настолько слабое что на снимке видны огни далекой деревни по другую сторону ущелья

Вот те же фотографии, но с растяжением динамического диапазона вдвое:

Теперь слева PopLite, справа рефлектор 1000 люмен. Под ноги

Ну для того рефлектор и предназначен - светим под ноги но освещаем и дальнюю цель.

Ближняя цель.

Пятно рефлектора поярче, но сильно неравномерное.

Дальняя цель.

Если отходишь в сторону цели метров на 20, чтобы не было уже паразитной засветки, то рефлектор освещает цель намного ярче, чем PopLite, вот только тот кто светит этого не видит - засветка ближней зоне не дает глазу (и фотоаппарату) рассмотреть детали вдали.

Все снимки сделаны с одного места, фотоаппаратом в режиме "ночная съемка" на полном автомате. Зрительно фотографии чуть темнее чем казалось на месте, и после коррекции динамического диапазона кажутся больше похожими на то, что виделось при съемке.