Perigos do LED IR

Eu gostaria de construir um sistema de etiquetas a laser DIY. O marco do site recomenda um Vishay Tsal-6100 como IR-LED. Aqui está uma folha de dados: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf

Como quero focar a luz (talvez uma ou duas graus de divergência após a lente), comecei a pensar em perigos potenciais para os olhos. A leitura do tópico revela que a luz infravermelha pode ser muito problemática. O olho não vê os comprimentos de onda do infravermelho e não pode reagir à superexposição. Portanto, é crucial estar dentro dos limites dos padrões de segurança.

Como a IEC 62471, que parece ser a norma aplicável. De fato, a Vishay publicou um documento com dados sobre seus LEDs referenciados contra esta norma: http://www.vishay.com/docs/81935/eyesafe.pdf

O Tsal6100 é descrito como 400mW / sr no pior cenário. Isso significa que o LED é "isento" = menos perigoso que a classe 1.

Mas o que isso significa ? As especificações dizem 230mW / sr, então parece que elas já incluem algum tipo de margem de segurança. Não consegui encontrar a distância a que essa intensidade é alcançada. Se as especificações registrarem 230mW / sr a 1m de distância e o pior caso, de acordo com a norma, for 50cm, um feixe focalizado (diâmetro 10cm ^ 2, divergência de alguns ângulos) poderá ter uma intensidade muito maior.

Minha pergunta: Como faço para calcular a intensidade do meu feixe? Como sei se o LED é seguro?

Atualizar:

Eu li na unidade mW / sr e encontrei esta definição:

• phi como intensidade
• ômega como ângulo

O meio ângulo antes de focar o LED é de 10 graus, depois da lente espero obter algo como 1 grau. Então, o fator é cerca de 10. Eu apliquei um pouco de matemática:

Se eu entendi isso corretamente, um feixe de luz focalizado é 10 vezes mais poderoso do que o desfocado. Isto está certo ?

Um novo problema é: Como obtenho a área de origem? Deve ser a superfície da lente.

Tentei inserir os valores nesta calculadora: http://www.intersil.com/en/products/optoelectronics/ambient-light-sensors/eye-safety.html

(muito obrigado a Dave pelo ótimo link)

mas há muitos campos que simplesmente não sei como preencher. Um LED com 2300mW sempre acaba sendo letal, e isso não parece certo.

Como verificação de sanidade, tentei apenas copiar os valores da folha de especificações para a calculadora. Acontece que o LED é perigoso, mesmo sem foco. Agora tenho certeza que cometi algum erro, já que Vishay disse que este produto estava "isento".

1. Qual é o tipo de LED para minha configuração? Eu escolhi "Lensed"
2. Se eu escolher lentes, o que exatamente é "área de origem estendida"? A superfície da lente?

Você poderia me ajudar e tentar inserir os valores? A calculadora é uma planilha do Excel. Copiei-o na minha caixa de depósito, para que você possa usar o Microsoft Excel online. Aqui está um link: https://www.dropbox.com/s/r28n3p6bdf5m7hs/exposure-calculator.xlsx?dl=0

Novamente, o link para a folha de especificações é: http://www.mouser.com/ds/2/427/tsal6100-279822.pdf

Grande atualização:

Para ser mais preciso sobre meus problemas com a calculadora: Para obter limites interessantes, como limite de exposição e fator de segurança, é necessário escolher um "tipo de dispositivo de proximidade intersil". Neste campo, você pode escolher entre "sensor de proximidade padrão" ou "sensor de proximidade de longo alcance".

Se nenhuma escolha for feita, os campos para fatores de segurança permanecerão vazios.

Talvez possamos resolver o problema sem esta calculadora?

Eu pensei sobre esta unidade mW / sr. Aparentemente, não depende da distância. Portanto, para obter o efeito no olho, provavelmente é necessário determinar a fração da área que realmente "atinge" o olho. A uma distância de 10m do LED IR, o meio ângulo de 10 ° produziu um círculo com raio de 1,73m e área de 9,4m ^ 2. O olho (não a pupila, não tenho certeza do que pode ser prejudicado) talvez tenha uma área de 3cm ^ 2. Essa é uma porcentagem muito baixa, certamente inofensiva.

Então, eu poderia assumir que a lente cria um feixe de luz perfeitamente paralelo e, em seguida, cria a fração entre a área de superfície da lente e a área de superfície dos olhos.

Isso torna minha pergunta mais simples: que poder é inofensivo para os olhos. Assumindo uma área fixa para o olho, você pode calcular um diâmetro de lente que torne o LED inofensivo? Esta abordagem está correta?

Eu verifiquei o documento de segurança Vishay:

No caso de emissores de infravermelho, o limite dominante é o risco de córnea / lente na faixa de comprimento de onda de 780 nm a 3000 nm. Isso limita a irradiância a E_e = 100 W / m ^ 2, que é expressa como intensidade, um valor de I_e = 4 W / sr, com a condição de medição desse padrão com uma distância de 0,2 m.

Isso especifica: Uma distância de visualização de 0,2 me um limite de 4 W / sr. De acordo com o meu pensamento acima, eles provavelmente calcularam o cone a essa distância e depois determinaram a porcentagem da área da superfície do olho. Então você poderia obter um valor concreto para I_e = 4 W / sr.

O que significa que eu poderia obter valores para outras distâncias. A potência por área é de no máximo 4W / sr para a distância de 0,2m. A 0,1 m, a área do cone é 1/4 dessa área, então eu obteria um máximo de 1W / sr para I_e - Pensando: o cone é 1/4 dessa área -> a porcentagem da superfície dos olhos é 4 vezes maior - > A potência por área deve ser 1/4 do valor de referência. E a 0,05m, apenas 250mw / sr seriam permitidos.

Para o TSAL-6100, o documento diz: "intensidade máxima com classificações máximas absolutas" 400mW / sr.

Portanto, acredito que eu poderia usar um LED com f> 0,063m. Cálculo por trás disso: A potência máxima por área de TSAL é de 400mW / sr. Isso é 10 vezes menor que a potência de referência por área. A área do fundo do cone diminui quadrática com a altura do cone. Portanto, posso diminuir a distância em sqrt (10). Isso leva a uma distância de visualização de 6,3 cm.

Acredito que 6,3 cm é o limite de segurança para olhar diretamente para um TSAL-6100. Você poderia verificar meus cálculos?

Se eu montasse uma lente exatamente nesse ponto com a distância focal exata de 6,3xxx cm, a qualquer distância seria como se eu olhasse para o LED a uma distância de 6,3 cm. Qual é a margem de segurança exata.

Algo que ainda me incomoda: LEDs diferentes têm diferentes ângulos. Como eles podem especificar um I_e concreto para todos os seus LEDs IR? O cone de um TSAL-6200 (20 ° de meio ângulo) é muito maior que o do TSAL-6100. Portanto, a fração da luz que entra no olho deve ser menor. Portanto, I_e deve ser maior.

Talvez toda a minha abordagem esteja quebrada?

Le Goog adquiriu um documento sobre "IEC 62471" da Intersil com as equações relevantes. Obrigado, Le Goog.

Tente usar o Google no padrão de segurança. Aqui está o passeio de Intersil.

Edit: Ok, eu realmente deveria ter sido direto e apenas lhe disse para fazer as contas. Ee = Ie / (d ^ 2) = (400mW / sr) / (0,2m ^ 2) = 10 W / m ^ 2.

De acordo com as definições na folha intersil que forneci acima, se não houver limite de tempo ou se o prazo exceder 1000 segundos (que você não precisará transmitir os dados de acerto para a marcação a laser) A soma de todos os comprimentos de onda Ee deve ser menor que 100 W / m ^ 2 (o que você obteria). O inverso é que a distância mínima de visualização segura para o seu IRLED seria (0,4W / sr) / (100W / m ^ 2) = d ^ 2 = 0,004 -> sqrt (0,004) = 0,063246m. Então, sim, sua matemática para uma distância segura mínima estava correta. Mas, novamente, gostaria de salientar que o seu sistema de marcação a laser não leva 1000 segundos para enviar a luz pulsada. É mais provável que você possa se aproximar e não sofrer danos irreparáveis ​​(sério, a maioria dos sistemas de etiquetas a laser produz cerca de 0,1 segundos de luz pulsada). De qualquer forma, por favor , use a matemática. (não calculadora)

Edit 2: Um exemplo concreto sobre laser tag. Hackeando o LightStrike

O link fornecido possui algumas informações básicas sobre uma versão da etiqueta a laser existente no mercado (existia, não tenho certeza se é mais vendida). Usando sua decodificação, o pior momento para transmitir "dados de acerto" é 6750us + (marcadores de 32 bits * 900us) + (32 bits * 3700us (por um)) = ~ 4 segundos. Ninguém deve esperar tanto tempo e este exemplo é apenas um exemplo de pior caso, usando um esquema de produto conhecido. Passando 4 segundos, são menos de 1000 segundos. Usando a Eq.1 da folha de informações intersil que eu vinculei. Ee <= 18000 * (4seg) ^ - 0,75 ou Ee <= 6363,96 W / m ^ 2. Aplicando novamente a matemática inversa para obter uma distância segura mínima, obteríamos (0,4 W / sr) / (6363,96 W / m ^ 2) = d ^ 2 = 6.28539e-5 -> sqrt (6.28539e-5) = 0.007928m ou cerca de 8 mm. Portanto, sua distância mínima de segurança é de 8 mm, se você a usar com um marcador de laser a laser. Os resultados variam de acordo com a codificação, é claro. Espero que isso tenha fornecido informações mais que suficientes para julgar a segurança do seu dispositivo (que é a primeira pergunta). Se tiver mais perguntas, faça uma nova pergunta para que outras pessoas tenham a oportunidade de ajudá-lo.