Tengo un LED extremadamente brillante, tan brillante que no quisiera mirarlo cuando está a pleno brillo. Lo estoy atenuando con PWM (modulación de ancho de pulso) hasta 1/256 de su brillo original. En un ciclo de trabajo de 1/256, el LED aparece razonablemente tenue. (Todavía es bastante visible, pero no cegadoramente brillante).
Mi pregunta es esta: dado que el LED está enviando pulsos súper brillantes 1/256 de las veces, ¿pueden estos pulsos brillantes dañar el ojo más que un LED hipotético que estaba encendido constantemente y era 1/256 tan brillante?
Estoy usando el controlador LED TLC5947 , por lo que si mis cálculos son correctos, la frecuencia del PWM es de aproximadamente 1 kHz. (El reloj interno del chip es de 4 MHz, y un ciclo PWM tiene 4096 ciclos de reloj interno largos).
El LED que estoy conduciendo es esta pantalla RGB de 7 segmentos . El brillo de cada segmento es de 244 mcd para el rojo, 552 mcd para el verde y 100 mcd para el azul. Entonces, con los 7 segmentos iluminados, sería 7 veces eso.
Respuestas:
Está permitido dentro de ciertos límites. El mejor lugar para buscar es probablemente los estándares IEC asociados (IEC 60285 Laser Safety e IEC 62471 Lamp Safety), que generalmente son reconocidos internacionalmente como la mejor práctica. Lamentablemente, no puedo publicar extractos de ellos aquí, ya que tienen derechos de autor.
Elegir qué estándar aplicar depende de cómo se use el LED. OSRAM tiene una nota de aplicación muy completa que describe cómo se aplican estas normas a los LED infrarrojos y cómo calcular la exposición permisible.
Su caso particular se centra en la luz pulsada. En general, la luz PWM'd se pondera contra su valor promedio, siempre que los pulsos individuales no excedan un límite de irradiancia (dado por un cuadro en el estándar de longitud de pulso vs. irradiancia). Todo esto se describe en la nota de aplicación de OSRAM, aunque dado que se encuentra en el rango visible, deberá consultar los estándares de origen para ver cuáles son los límites particulares para sus longitudes de onda.
Editar: Encontré otra nota de aplicación que puede serle útil: OSRAM tiene una nota de aplicación en 62471 en su conjunto, no solo IR .
El mejor lugar para buscar es el estándar en sí mismo , pero cuesta alrededor de $ 250. Si este es un producto que está diseñando, probablemente valga la pena, pero si este es solo un proyecto de pasatiempo, buscaría información basada en las notas de las aplicaciones.
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En primer lugar, un descargo de responsabilidad: no soy un profesional médico ni tengo experiencia profesional en el área de oftalmología. Trataré de aprovechar mi comprensión de los mecanismos de falla en sistemas de sensores sensibles y algunas fuentes externas para aventurar una suposición educada:
Según este resumen de una revista de oftalmología, los mecanismos de daño al ojo pueden clasificarse como fototérmicos, fotomecánicos y fotoquímicos. Para cada mecanismo, debemos preguntar cuáles son las constantes de tiempo relevantes para comprender si el riesgo de daño ocular se correlacionaría con el brillo máximo (encendido) o el brillo tal como lo ve, promediado, por ejemplo, durante un ciclo PWM.
Fototérmico: esto ocurre cuando la temperatura de la retina se eleva por la energía electromagnética incidente. Es probable que la constante de tiempo térmico de la retena sea del orden de segundos (supongo, según la escala y la conductividad térmica del tejido biológico), de modo que la radiación promedio y no máxima se correlacionaría con el daño. En cualquier caso, se observa daño fototérmico en la exposición a un nivel de irradiancia muy alto (p. Ej., Láser) y no es un riesgo probable incluso con el LED incoherente más brillante.
Fotomecánico: esto ocurre cuando las fuerzas de compresión o tensión generadas por la energía incidente causan daños mecánicos a las estructuras ópticas sensibles. Si este tipo de tensiones pueden surgir en una escala mecánica muy pequeña, puede haber cierta preocupación de que la constante de tiempo relevante podría estar por debajo del período PWM de su LED. Sin embargo, es probable que pueda descansar tranquilo, ya que el artículo asocia este mecanismo de daño con la irradiación en el rango de terravatios por cm ^ 2.
Fotoquímica: este es el tipo más común de daño retiniano, asociado con, por ejemplo, mirar al sol. El mecanismo químico es en última instancia oxidativo: los electrones en los cromóforos se excitan por la energía de la luz entrante y ocasionalmente pueden generar radicales libres que dañan una variedad de tejidos sensibles. En otro artículo resumido aquí , una discusión sobre la retinopatía causada por la observación de un microscopio u oftalmoscopio con una irradiancia de ~ 1W / cm ^ 2 proporciona algunos números y referencias relevantes. En este nivel, el daño se indica en escalas de tiempo en minutos a horas. Para mí, esto sugiere que los procesos bioquímicos relevantes son mucho más lentos que un ciclo PWM.
Como ejercicio final de reflexión, considere que muchos humanos miran al sol de forma rutinaria durante probablemente cientos de milisegundos sin sufrir retinopatía solar. Solo cuando las personas resisten el impulso biológico de mirar hacia otro lado y mantener la mirada fija durante segundos o más (porque están observando un eclipse, por ejemplo), se produce el daño.
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No. Un LED de 500 mcd con un ángulo de visión típico de 120 ° es de aproximadamente 1 lumen.
Entonces max 7 lúmenes.
No hay posibilidad de que 550 mcd x 7 dañen los ojos.
1 lumen de 523 nm verde = 2 mW / m²sr de irradiancia o 14 mW para los 7 segmentos
Si mira la tabla en la página 2 en el PDF de OSRAM, la cifra mínima es de 100 vatios. Eso es 7143 veces mayor que sus 14mW.
En la página 9 del PDF dice (teniendo en cuenta que sus LED de alta potencia entran en cientos de lúmenes):
Trabajo con tiras de LED que producen entre 100 y 1000 lúmenes. El único peligro es caminar con manchas en mi visión.
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En realidad hay mucha investigación sobre esto. Primero, cada bit tan importante como la luminancia es la longitud de onda. La luz azul es potencialmente muy dañina para el ojo, mientras que la luz roja no es particularmente peligrosa en absoluto. La luz blanca contiene la mayor parte del espectro visible, por lo que debe tratarse como luz azul desde una perspectiva de seguridad. A partir de ahí, debe conocer la intensidad luminosa, medida en candelas o milicandellas, y la luminancia, medida en candelas por metro cuadrado. Es un tema realmente complicado y difícil de encontrar buena información. Sin embargo, la realidad es que toma muchodañar el ojo de la luz visible. El sol tiene una luminosidad de algo así como 10 ^ 9cd / m ^ 2, lo que puede causar daño en la retina en menos de un segundo, y el destello de un soldador de arco es un orden de magnitud menor al menos, y el daño ocurre en menos de un segundo a varios segundos
es muy dudoso que el LED que está utilizando pueda causar daño ocular permanente, pero lo mejor que puede hacer para estar seguro es comparar los números de la hoja de datos con otras fuentes que se sabe que causan daños y extrapolar un tiempo de exposición permisible desde allí.
En cuanto a su comentario sobre PWM, lo tiene al revés: el ciclo de trabajo del 100% está lleno (corriente constante) y, por lo tanto, el brillo máximo. Algo inferior al 100% significa que parte del tiempo estará apagado y, por lo tanto, el brillo estará en función de la relación encendido / apagado. No es diferente al cálculo de la corriente promedio de CC, que se basa en la relación de la relación de tiempo de encendido / apagado. Sin embargo, todo esto se aplica a la frecuencia de conmutación real, ya que tiene efectos de almacenamiento de energía que pueden hacer que el LED conduzca más tiempo que el encendido. En cualquier caso, el brillo total debe ser algo menor que el brillo cuando el LED está encendido continuamente.
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