Small bicycle lights - a quick test

small bicycle lights
BiSy FL (back), light with "Krypton" bulb and two C cells, Cateye HL-EL-500G, and Cateye HL-500 Micro IIG (left to right).

On this page I will present results form a first test with the new Cateye HL-EL-500G, the German version of the first headlight by Cateye with a single 1W LED. The "G" version complies to German regulation (K409) and features, in contrast to the international version, electronic regulation of the LED input as well as low battery warning. It might also show slight differences in the optics. I don't have the international version at hand and therefor can't compare to it.
Comparison is done with the well known BiSy FL dynamo driven headlight as well as two other small battery operated lights: The Cateye HL-500 Micro IIG (K17), a light with four AA cells and a very small 4.8V, 0.5A G2.5 halogen bulb in a tiny reflector. To extend the very limited runtime of this light a have a second light head at hand with six white 5mm LEDs. A very cheap light (K166) with two C cells and a 2.4V, 0.75A "Krypton" bulb with P13.5 base that is sold under various names mostly in supermarkets will serve as an example of a light with very limited application range.

Diese Seite zeigt Ergebnisse eines ersten Tests der neuen Cateye HL-EL-500G, der deutschen Version des ersten Scheinwerfers von Cateye mit einer einzelnen 1W LED. Die "G" Version hat eine deutsche Zulassung als Batteriebeleuchtung (K409) und verfügt im Unterschied zu der internationalen Version über eine elekronische Regulierung der Stromversorgung für die LED und über eine Kontroll-LED für die Batteriespannung. Eventuell wird sie auch leichte Änderungen der Optik aufweisen. Ich habe die internationale Version nicht vorliegen und kann deshalb keine Vergleiche anstellen.
Ein Vergleich wird mit dem bekannten BiSy FL Scheinwerfer für Dynamobetrieb und mit zwei weiteren, kleinen batteriebetriebenen Scheinwerfern durchgeführt: Der Cateye HL-500 Micro IIG (K17), einer Leuchte mit vier AA Zellen und einer kleinen Halogenlampe (4,8V, 0,5A, G2.5 Sockel), die mit einem sehr kompakten Reflektor kombiniert wird. Um die sehr beschränkte Leuchtdauer dieser Leuchte zu verlängern, habe ich sie mit einem zweiten Reflektor ergänzt, der auf sechs 5mm LEDs basiert. Schließlich wird der Vergleich mit einer billigen, mit zwei C Zellen und einer "Krypton" Lampe (2,4V, 0,5A, P13.5S Sockel) ausgestatteten Leuchte (K166) ergänzt, wie sie unter verschiedenen Markennamen vor allem in Supermärkten verkauft wird. Diese Leuchte ist beispielhaft für ein Produkt mit sehr eingeschränktem Anwendungsbereich.

Beam pattern

Pictures of the beam pattern were taken at 2m distance from a white wall. A digital camera was set to f11 and 1s at 100ISO and fixed white balance. Brightness and contrast are adjusted evenly for all pictures. The BiSy was driven by a small switching power supply at 6.0V which is a bit on the low side. It's bulb did serve me already quite some time on a MTB, so it might be not in best shape anymore. The battery operated lights were powered by alkaline and rechargeable cells of various age and shape. As I'm not aiming at a precise quantitative test of total light output this will not influence my conclusions.

Die Bilder der Lichtverteilung wurden in zwei Metern Abstand von einer weißen Wand mit einer Digitalkamera aufgenommen: Blende 11 und Belichtungszeit 1s bei 100ISO und festem Weißabgleich. Alle Bilder wurden gleichartig in Bezug auf Helligkeit und Kontrast angepaßt. Der BiSy wurde von einem kleinen Schaltwandler mit 6,0V versort, was etwas knapp ist. Seine Lampe ist möglicherweise nicht mehr im besten Zustand, da sie bereits einige Zeit an einem MTB montiert war. Die batteriebetriebenen Leuchten werden von alkalischen Zellen und Akkus unterschiedlichen Alters und Ladezustands versorgt. Da ich keine präzisen Messungen der Leuchtstärke anstrebe, werden meine Schlußfolgerungen dadurch nicht beeinflußt.

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BiSy FL	EL-500G	BiSy FL and EL-500G
HL-500 Micro IIG	"Krypton" light	Mirco II with LEDs

The central spot of both the BiSy and the EL-500G are cut off sharply which is good for low beam light used in traffic. The dynamo light's patch is significantly wider and much longer lighting up also the area near the front wheel. When both lights are pointed to the wall the EL-500G appears to be more intense than the BiSy in the central spot. But this might be an artefact of driving the halogen light at too low a voltage. As compared to these lights the beam of the Micro II is much less focused and much more patterned. It is essentially an oval without the cut off at the top. The lens is marked 'top' on one side, but from the beam pattern it appears to be symmetric. The beam of the 2C cell light is even shorter resulting basically in a line on the wall. This beam is too short. Just for comparison I also show the beam of the LED head for the Micro II. The six 5mm LEDs have a 20deg. light cone and are not focused by a lens or reflector. The image shows that the result is a very wide and non-structured beam that does not reach far enough to light up the road more than a few meters. I set up this light up as a 'to be seen' light with extended runtime. For this purpose it serves me nicely as the light is very bright when seen from front or side.

Der Lichtfleck des BiSy und der EL-500G sind nach oben scharf begrenzt, wie es für ein Abblendlicht für den Straßenbetrieb wünschenswert ist. Der Fleck des Dynamolichts ist deutlich breiter und länger und erreicht damit im Betrieb auch den Bereich näher am Vorderrad. Bei Überlagerung der beiden Leuchten erscheint die EL-500G im zentralen Fleck heller als der BiSy. Das kann durch den Betrieb der Halogenlampe bei zu geringer Spannung verursacht sein. Im Vergleich zu diesen beiden Leuchten zeigt die Micro II einen wesentlich schwächer fokussierten und zerfransten Lichtfleck. Er besteht im Wesentlichen aus einem Oval ohne die scharfe Begrenzung nach oben. Die Streuscheibe der Lampe ist auf einer Seite mit "top" markiert, die Lichtverteilung ist aber offenbar weitgehend symmetrisch. Der Lichtfleck der "Krypton" Lampe ist noch kürzer und besteht nur noch aus einer Linie auf der Wand. Dieser Lichtverteilung ist zu kurz. Zum Vergleich zeige ich auch den Lichtfleck des LED Einsatzes für die Micro II. Die sechs 5mm LEDs produzieren einen Lichtkegel von 20 Grad und werden nicht weiter fokussiert. Das Bild zeigt, daß diese Anordnung in einem sehr breiten und wenig differenzierten Lichtfleck resultiert, der auf der Straße nicht weiter als ein paar Meter reicht. Ich habe diese Leuchte als Positionslicht mit möglichst langer Brenndauer aufgebaut. Für diesen Zweck ist sie sehr nützlich, da die Lampe von vorne und auch von der Seite sehr hell und auffällig ist.

First outdoor tests

In addition to the "lab" tests I took a few pictures in a nearby park. I do not have a 6V battery pack, so I can't power the BiSy outdoors when standing still. The pictures are especially bad as I did not have a tripod at hand and also because of the limited contrast range of digital cameras. With a little effort one might discern a tree at the left side which is about ten metres from the lights. This is also the distance where the lights are focused too.

Als Ergänzung zu den "Labortests" habe ich ein paar Bilder in einem benachbarten Park aufgenommen. Ich verfüge nicht über eine mobile 6V Spannungsquelle und kann daher den BiSy im Freien nicht im Stand betreiben. Die Bilder sind sehr schlecht, da ich kein Stativ zur Hand hatte, und auch wegen des eingeschränkten Kontrastumfangs aktueller Bildaufnehmer. Mit etwas Mühe kann man auf der linken Seite einen Baum erkennen, der etwa zehn Meter entfernt steht. Das ist auch die Entfernung, auf die die Leuchten ausgerichtet wurden.

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EL-500G and Micro II	EL-500G	HL-500 Micro II	"Krypton" light

As can be expected from the pictures taken indoors the light patch of the EL-500G is more focused than that of the Micro II. It has also a sharper cut off at the top. Barely visible in the pictures are some halo rings around the central spot that light up the area directly at the front wheel and also the trees. The two 'ears' that make the light patch look like the Cateye logo do not disturb much. The human eye is much less critical for white balancing than a digital camera. I would describe the colour of the light as pure white, not as blue or green as on the photos. In direct comparison the halogen light has a yellow tint. The effect is overemphasised by the fixed white balancing setting of the camera and the colour of the park lane.
The light patch of the Micro II is less focused. It lights up the borders of the path better but also reaches less far and gives less useful light ahead of the rider. Both battery operated lights have less total output than the BiSy.
The light patch of the light with two C sized cells is much to short to be of any use. It's total light output is also not sufficient.

Der Strahl der EL-500G ist besser fokussiert als derjenige der Mirco II, wie es von den Innenaufnahmen zu erwarten war. Es ist auch am oberen Ende besser abgeschnitten und erlaubt damit eine bessere Ausrichtung zur Horizontalen. Auf den Bildern sind einige Ringe um den zentralen Fleck nur schlecht zu erkennen. Sie beleuchten den Bereich um das Vorderrad, aber auch die Bäume. Die beiden Ohren, die den zentralen Fleck wie das Logo der Firma aussehen lassen, stören nicht weiter. Das menschliche Auge adaptiert sich besser an verschiedenfarbige Lichtquellen als ein digitaler Bildaufnehmer. Ich würde die Farbe der LED Leuchte als reines Weiß und nicht wie auf den Aufnahmen als grün oder blau bezeichnen. Im direkten Vergleich ist das Licht der Halogenleuchte gelblich. Der Effekt wird aber durch den festen Weißabgleich der Kamera und den dunklen Untergrund des Parkwegs auf den Aufnahmen übertrieben.
Der Fleck der Micro II ist nicht so fokussiert. Sie beleuchtet die Ränder des Wegs besser, reicht aber auch nicht so weit nach vorne. Beide Batterieleuchten sind insgesamt dunkler als der BiSy.
Der Lichtfleck der "Krypton" Leuchte ist viel zu kurz und daher nicht brauchbar. Auch die Lichtstärke ist insgesamt nicht ausreichend.

Mounting bracket and housing

Cateye changed the mounting bracket as compared to the Micro II. The good news is that the old light fits in the new bracket. The bad news is that the EL-500G does not fit the old bracket and that the mechanism is rotated by 180deg, so that the old light points backwards. The new mounting system has two hooks so it might rattle less. Like the old one it allows for horizontal alignment of the light.

Cateye hat die Befestigung im Vergleich zur Micro II geändert. Die alte Leuchte paßt in die neue Aufnahme. Aber das neue Licht paßt nicht die alte Aufnahme und die Befestigung ist um 180 Grad gedreht, sodaß das die Micro II nach hinten zeigt. Der neue Mechanismus hat zwei statt einem Haken und wird möglicherweise weniger klappern. Beide Leuchten lassen sich auch in der Horzontalen einstellen.

Mounting bracket and back of the light head.

The EL-500G is claimed to be waterproof which is a significant advantage over most other small lights. The housing is indeed well made [1] and consists of only of two parts connected by a bayonet socket with a thick rubber seal: The battery housing with a magnetic switch at the rear end and the light head. The latter contains all the electronics and does not seem to be serviceable. It would only be a minor effort to build a holder just for the head in order to run the light from some external source.
The front lens is completely flat and clear without Fresnel patterns. It therefor does not allow for visibility from the sides. As the beam is very well focused the light performs a little weak as a 'to be seen' light when viewed off axis from short distances. But the head has a transparent ring at the rear end which serves as a marker light. This might be annoying to the rider but can be covered easily with tape.
A magnet on a slider operates the switch. This is nice because all the electric components are sealed in the housing. The spring on the slider is, however, a little weak. The light might turn itself on when kept in a rucksack or saddlebag.

[1] After some weeks of use I managed to brake the battery case smashing the light on the floor. It appears that the bayonet socket puts load primarily on the sides of the case where it is weaker than on top or bottom. The design could be improved easily. But the head survived nicely while the the batteries were dented showing that it was quite a strong impact. I managed to repair the damage with some glass fibre and epoxy.

Die EL-500G wird als wasserdicht beworben, womit sie sich von den meisten anderen kleinen Batterieleuchten unterscheidet. Das Gehäuse macht einen soliden Eindruck [1]. Es besteht aus lediglich zwei Teilen, die mit einem Bajonettverschluß mit einem dicken Gummiring verbunden sind: Das Batteriegehäuse mit einem magnetischen Schalter am Ende und das Scheinwerfergehäuse mit Optik und Elektronik. Das Scheinwerfergehäuse ist verklebt und erlaubt keinen Zugang zu den Komponenten. Es wäre vergleichsweise einfach, einen Halter zur Aufnahme dieses Gehäuses zu bauen, um die Leuchte mit einer externen Stromversorgung zu betreiben.
Die "Streuscheibe" ist klar und flach und schränkt damit die Sichtbarkeit von der Seite her ein. Da das Licht auch stark gebündelt wird, ist der Nutzen als Positionslicht bei Betrachtung aus kurzer Distanz unter großen Winkeln eingeschränkt. Dafür besitzt die Leuchte einen transparenten Ring am Fuß, der die Sichtbarkeit auch von der Seite verbessert. Dieser Ring könnte je nach Montageort zur Eigenblendung des Fahreres führen, kann aber leicht mit Klebeband abgedeckt werden.
Als Schalter dient ein Magnet an der Rückseite, der einen Reedkontakt betätigt. Das ist sehr vorteilhaft, da auf diese Weise am Schalter kein Wasser eindringen kann. Die Feder, die den Schalter hält, ist allerdings etwas schwach, und die Leuchte kann sich daher beim Transport im Rucksack oder einer Packtasche selbst einschalten.

[1] Nach ein paar Wochen zebrach das Batteriegehäuse durch einen Sturz. Der Schaden zeigt, daß der Bajonettverschluß die schwächer ausgeführten Seitenteile statt des stärkeren Bodens oder Deckels belastet. Der Entwurf könnte recht einfach verbessert werden. Dagegen überlebte der Kopf den Schlag, dessen schwere sich auch durch Dellen an den Kontaktflächen der Akkus zeigte. Ich konnte den Schaden allerdings mit etwas Glasfasermatte und Epoxyharz reparieren.

Electrical properties

Due to the lights sealed packing I do not have access to the electronics regulating the LED. Andreas Oehler did a first measurement of the voltage at the battery contacts vs. the input current:

Die Elektronik der Leuchte ist für mich aufgrund des hermetisch geschlossenen Kopfes nicht zugänglich. Andreas Oehler hat aber eine Messung der Spannung und Stromstärke an den Batteriekontakten gemacht:

voltage| current| low batt indicator
-------+--------+-------------------
4.00 V | 440 mA | on (light darker)
4.25 V | 520 mA | on
4.60 V | 500 mA | on
4.80 V | 460 mA | off
6.00 V | 400 mA | off
6.50 V | 360 mA | off

Cateye claims a runtime of six hours with alkaline cells which seems to be a bit optimistic in view of the figures above. But it is also not completely off. I might do some tests with rechargeables.

Cateye bewirbt die Leucht mit der Brenndauer von sechs Stunden bei der Verwendung von alkalischen Batterien. Das erscheint im Vergleich zu den obigen Zahlen etwas optimistisch, aber auch nicht völlig unrealistisch. Ich werde eventuell einige Messungen mit Akkuzellen durchführen.

Summary

A first ride in and outside town showed that the EL-500G is not too bad as a headlight despite the very narrow beam. I do like it better than the Micro II, but the BiSy is superior in terms of beam shape as well as total output. I consider all three lights to be sufficient for unlit country roads. I would not want to rely on them as a single light source for fast offroad trails. But the EL-500G might be a nice and lightweight backup and stand in for a high power offroad lighting system in order to extend it's run time during slow climbing sections.

Ein erste Ausfahrt innerorts und über Land hat gezeigt, daß die EL-500G trotz des sehr engen Scheinwerferkegels ein brauchbares Licht ist. Ich bevorzuge es gegenüber der Micro II, aber der BiSy ist besser im Bezug auf die Lichtverteilung und die Lichtstärke. Alle drei Scheinwerfer sind meiner Ansicht nach für unbeleuchtete Landstraßen ausreichend. Ich würde sie nicht als einzige Lichtquelle auf schnellen Strecken im Gelände einsetzen wollen. In diesem Einsatzbereich könnte die EL-500G aber als Ergänzung zu einem wattstarken Lichtsystem nützlich sein, um über eine Rückfallebene und ein sparsames Licht für langsame Anstiege zu verfügen.