I LED luminosi possono causare danni agli occhi anche se sono oscurati con PWM?

Ho un LED estremamente luminoso, così luminoso che non vorrei guardarlo quando è alla massima luminosità. Lo dimmerò con PWM (modulazione di larghezza di impulso) fino a 1/256 della sua luminosità originale. Ad un ciclo di lavoro di 1/256, il LED appare abbastanza fioco. (Ancora abbastanza visibile, ma non accecante.)

La mia domanda è questa: dato che il LED sta effettivamente inviando impulsi super-luminosi 1/256 del tempo, questi impulsi luminosi possono danneggiare l'occhio più di un ipotetico LED che era costantemente acceso ed era 1/256 più luminoso?

Sto usando il driver LED TLC5947 , quindi se i miei calcoli sono corretti, la frequenza del PWM è di circa 1 kHz. (Il clock interno del chip è di 4 MHz e un ciclo PWM è lungo 4096 cicli di clock interno.)

Il LED che sto guidando è questo display RGB a 7 segmenti . La luminosità di ogni segmento è di 244 mcd per il rosso, 552 mcd per il verde e 100 mcd per il blu. Quindi, con tutti e 7 i segmenti illuminati, sarebbe 7 volte quello.

È consentito entro certi limiti. Il posto migliore dove cercare sono probabilmente gli standard IEC associati (sicurezza laser IEC 60285 e sicurezza lampada IEC 62471), che sono generalmente riconosciuti a livello internazionale come best practice. Purtroppo non posso pubblicare estratti di questi qui poiché sono protetti da copyright.

La scelta dello standard da applicare dipende dall'utilizzo del LED. OSRAM ha una nota molto completa che descrive come questi standard si applicano ai LED a infrarossi e come calcolare l'esposizione consentita.

Il tuo caso particolare si concentra sulla luce pulsata. In generale, la luce PWM sarebbe ponderata rispetto al suo valore medio, a condizione che i singoli impulsi non superino un limite di irraggiamento (dato da un grafico nello standard della lunghezza dell'impulso rispetto all'irradianza). Tutto ciò è delineato nell'appendice OSRAM, anche se dal momento che siete nell'intervallo visibile dovrete fare riferimento agli standard di origine per vedere quali sono i limiti particolari per le vostre lunghezze d'onda.

Modifica: ho trovato un altro appnote che potrebbe esserti utile - OSRAM ha un appnote su 62471 nel suo insieme, non solo IR .

Il posto migliore per cercare è lo standard stesso , ma costa circa $ 250. Se questo è un prodotto che stai progettando, probabilmente ne varrà la pena, ma se questo è solo un progetto per hobby, eliminerei le informazioni in base alle note.

In primo luogo, un disclaimer: non sono un professionista medico, né ho alcuna esperienza professionale nel campo dell'oftalmologia. Cercherò di sfruttare la mia comprensione dei meccanismi di guasto nei sistemi di sensori sensibili e di alcune fonti esterne per avventurarmi in un'ipotesi istruita:

Secondo questo riassunto di una rivista di oftalmologia, i meccanismi di danno agli occhi possono essere classificati come fototermici, fotomeccanici e fotochimici. Per ogni meccanismo, dovremmo chiederci quali sono le costanti di tempo rilevanti al fine di capire se il rischio di danni agli occhi sarebbe correlato alla luminosità di picco (attiva) o alla luminosità come la vedi, mediata ad esempio su un ciclo PWM.

Fototermico: questo si verifica quando la temperatura della retina viene aumentata dall'energia elettromagnetica incidente. È probabile che la costante di tempo termica della retena sia nell'ordine dei secondi (a mio avviso, in base alla scala e alla conduttività termica del tessuto biologico), in modo che la radiazione media e non di picco sia correlata al danno. Ad ogni modo, si osserva un danno fototermico in caso di esposizione a livelli di irradianza molto elevati (ad es. Laser) e non un rischio probabile anche con il LED incoerente più luminoso.

Fotomeccanico: ciò si verifica quando le forze di compressione o trazione generate dall'energia incidente causano danni meccanici alle strutture ottiche sensibili. Se questo tipo di stress può sorgere su una scala meccanica molto piccola, potrebbe esserci qualche preoccupazione che la costante di tempo pertinente potrebbe essere inferiore al periodo PWM del LED. Tuttavia, puoi tranquillamente riposare, poiché l'articolo associa questo meccanismo di danno all'irradiamento nell'intervallo di terrawatt per cm ^ 2.

Fotochimico: questo è il tipo più comune di danno alla retina, associato ad esempio a guardare il sole. Il meccanismo chimico è in definitiva ossidativo: gli elettroni nei cromofori si eccitano con l'energia della luce in entrata e possono occasionalmente generare radicali liberi che danneggiano una varietà di tessuti sensibili. In un altro articolo di sintesi qui , una discussione sulla retinopatia causata dalla visualizzazione di un microscopio o opthalmoscope con irraggiamento di ~ 1W / cm ^ 2 fornisce alcuni numeri e riferimenti pertinenti. A questo livello, il danno è indicato su scale temporali in minuti o ore. Per me, questo suggerisce che i processi biochimici rilevanti sono molto più lenti di un ciclo PWM.

Come esercizio di pensiero finale, considera che molti umani guardano abitualmente il sole probabilmente per centinaia di millisecondi senza soffrire di retinopatia solare. È solo quando le persone resistono all'impulso biologico di distogliere lo sguardo e trattenere lo sguardo per qualche secondo o più (perché stanno verificando un'eclissi, per esempio) che si verificano danni.

No. Un LED da 500 mcd con un tipico angolo di visione di 120 ° è di circa 1 lumen.
Quindi max 7 lumen.

Non è possibile che 550mcd x 7 danneggino gli occhi.

1 lumen di 523nm verde = 2mW / m²sr di irraggiamento o 14mW per tutti e 7 i segmenti

Se si guarda la tabella a pagina 2 nel PDF OSRAM la cifra minima è di 100 Watt. Questo è 7143 volte maggiore del tuo 14mW.

A pagina 9 del PDF si dice (tenendo presente che i loro LED ad alta potenza vanno in centinaia di lumen):

Una valutazione di base dei LED ad alta potenza attualmente disponibile
da OSRAM Opto Semiconductors secondo la norma IEC 62471 rivela che i LED singoli come attualmente disponibile nei colori verde, giallo, arancio, rosso e iper-RED sempre rientrano in gruppo di rischio 0

Ci di conseguenza non è attualmente necessario per la valutazione della sicurezza individuale e specifica per progetto dei LED in questo intervallo di spettro (510 nm ≤ lunghezza d'onda ≤ 660 nm) basato sulla tecnologia dei semiconduttori esistente.

Lavoro con strisce di LED che emettono 100-1000 lumen. L'unico pericolo è camminare con i punti nella mia visione.

In realtà c'è molta ricerca su questo. Innanzitutto, ogni bit importante quanto la luminanza è la lunghezza d'onda. La luce blu è potenzialmente molto dannosa per gli occhi, mentre la luce rossa non è particolarmente pericolosa. La luce bianca contiene la maggior parte dello spettro visibile, quindi dovrebbe essere trattata come luce blu dal punto di vista della sicurezza. Da lì, è necessario conoscere l'intensità luminosa, misurata in candele o millicandellas, e la luminanza, misurata in candele per metro quadrato. È un argomento davvero complicato e su cui è difficile trovare buone informazioni. Tuttavia, la realtà è che ci vuole moltoper danneggiare l'occhio dalla luce visibile. Il sole ha una luminanza di qualcosa come 10 ^ 9cd / m ^ 2, che può causare danni alla retina in meno di un secondo e il lampo di un saldatore ad arco è almeno un ordine di grandezza inferiore, con danni che si verificano in meno di un secondo a diversi secondi.

è altamente dubbio che il LED che stai usando possa causare danni permanenti agli occhi, ma la cosa migliore che puoi fare per essere sicuro è confrontare i numeri del foglio dati con altre fonti che sono note per causare danni ed estrapolare un tempo di esposizione consentito da lì.

Per quanto riguarda il tuo commento su PWM, ce l'hai al contrario: il 100% di duty cycle è full-on (corrente costante) e quindi la massima luminosità. Qualsiasi valore inferiore al 100% significa che in alcuni casi sarà spento, e quindi la luminosità sarà una funzione del rapporto on / off. Non è diverso dal calcolo della corrente media CC, che si basa sul rapporto del tempo di accensione / spegnimento. Tutto ciò si applica tuttavia alla frequenza di commutazione effettiva, poiché si hanno effetti di accumulo di energia che possono far sì che il LED conduca più a lungo del tempo di accensione. Indipendentemente da ciò, la luminosità totale deve essere inferiore alla luminosità quando il LED è costantemente acceso.