Os LEDs brilhantes podem causar danos aos olhos, mesmo se estiverem esmaecidos com o PWM?

Eu tenho um LED extremamente brilhante, tão brilhante que não gostaria de vê-lo quando estiver com brilho total. Estou escurecendo-o com PWM (modulação por largura de pulso) até 1/256 do seu brilho original. Em um ciclo de trabalho 1/256, o LED parece razoavelmente escuro. (Ainda bem visível, mas não ofuscantemente brilhante.)

Minha pergunta é a seguinte: como o LED está realmente emitindo pulsos super brilhantes 1/256 do tempo, esses pulsos brilhantes podem prejudicar os olhos mais do que um LED hipotético que estava constantemente aceso e 1/256 tão brilhante?

Estou usando o TLC5947 driver de LED , portanto, se meus cálculos estiverem corretos, a frequência do PWM é de aproximadamente 1 kHz. (O relógio interno do chip é de 4 MHz e um ciclo PWM tem 4096 ciclos de relógio interno.)

O LED que estou dirigindo é esse monitor RGB de 7 segmentos . O brilho de cada segmento é 244 mcd para vermelho, 552 mcd para verde e 100 mcd para azul. Assim, com todos os 7 segmentos iluminados, seria 7 vezes isso.

É permitido dentro de certos limites. O melhor local para procurar é provavelmente os padrões IEC associados (IEC 60285 Laser Safety e IEC 62471 Lamp Safety), que geralmente são internacionalmente reconhecidos como melhores práticas. Infelizmente, não posso postar trechos deles aqui, pois eles têm direitos autorais.

A escolha de qual padrão aplicar depende de como o LED é usado. A OSRAM possui uma nota de aplicação muito abrangente, descrevendo como esses padrões se aplicam aos LEDs infravermelhos e como calcular a exposição permitida.

Seu caso em particular se concentra na luz pulsada. Em geral, a luz PWM'd é ponderada em relação ao seu valor médio, desde que os pulsos individuais não excedam um limite de irradiância (fornecido por uma tabela no padrão de comprimento de pulso vs. irradiância). Isso tudo está descrito na nota da OSRAM, embora, como você esteja na faixa visível, tenha que consultar os padrões de origem para ver quais são os limites específicos de seus comprimentos de onda.

Editar: Encontrou outra nota de app que pode ser útil para você - a OSRAM possui uma nota de app 62471 como um todo, não apenas o IR .

O melhor lugar para procurar é o padrão em si , mas custa cerca de US $ 250. Se este é um produto que você está criando, provavelmente vale a pena, mas se esse é apenas um projeto de hobby, eu buscaria informações com base em notas de aplicativo.

Em primeiro lugar, um aviso: eu não sou um profissional médico, nem tenho qualquer conhecimento profissional na área de oftalmologia. Tentarei aproveitar meu entendimento dos mecanismos de falha em sistemas sensíveis de sensores e algumas fontes externas para arriscar um palpite:

De acordo com este resumo de uma revista de oftalmologia, os mecanismos de lesão ocular podem ser classificados como fototérmicos, fotomecânicos e fotoquímicos. Para cada mecanismo, devemos perguntar quais são as constantes de tempo relevantes para entender se o risco de lesão ocular estaria correlacionado com o pico (ligado) do brilho ou o brilho que você vê, em média, por exemplo, em um ciclo de PWM.

Fototérmica - isso ocorre quando a temperatura da retina é elevada por energia eletromagnética incidente. É provável que a constante de tempo térmico da retena seja da ordem de segundos (acho, com base na escala e na condutividade térmica do tecido biológico), de modo que a radiação média e não o pico se correlacionem com os danos. De qualquer forma, danos fototérmicos são observados na exposição a níveis muito altos de irradiância (por exemplo, lasers) e não são um risco provável, mesmo com o LED mais brilhante e incoerente.

Fotomecânica - isso ocorre quando forças de compressão ou tração geradas pela energia incidente causam danos mecânicos às estruturas ópticas sensíveis. Se esse tipo de estresse puder ocorrer em uma escala mecânica muito pequena, pode haver alguma preocupação de que a constante de tempo relevante possa estar abaixo do período PWM do seu LED. No entanto, você provavelmente pode ficar tranquilo, pois o artigo associa esse mecanismo de dano à irradiância na faixa de terrawatts por cm ^ 2.

Fotoquímico - este é o tipo mais comum de dano retiniano, associado a, por exemplo, olhar para o sol. O mecanismo químico é finalmente oxidativo - os elétrons nos cromóforos ficam excitados com a energia luminosa recebida e, ocasionalmente, podem gerar radicais livres que danificam uma variedade de tecidos sensíveis. Em outro artigo de resumo aqui , uma discussão sobre retinopatia causada pela visualização de um microscópio ou oftalmoscópio com irradiância de ~ 1W / cm ^ 2 fornece alguns números e referências relevantes. Nesse nível, o dano é indicado em escalas de tempo em minutos a horas. Para mim, isso sugere que os processos bioquímicos relevantes são muito mais lentos que um ciclo de PWM.

Como um exercício final de reflexão, considere que muitos humanos olham rotineiramente para o sol por provavelmente centenas de milissegundos sem sofrer retinopatia solar. Somente quando as pessoas resistem ao impulso biológico de desviar o olhar e desviar o olhar por segundos ou mais (porque estão verificando um eclipse, por exemplo) é que ocorrem danos.

Não. Um LED de 500 mcd com um ângulo de visão típico de 120 ° é de cerca de 1 lúmen.
Então, no máximo 7 lúmens.

Não há chance de 550mcd x 7 danificar os olhos.

1 lúmen de 523nm verde = irradiância de 2mW / m²sr ou 14mW para todos os 7 segmentos

Se você olhar a tabela na página 2 no PDF da OSRAM, o valor mínimo é 100 Watts. Isso é 7143 vezes maior que seus 14mW.

Na página 9 do PDF, diz (lembrando que seus LEDs de alta potência entram em centenas de lúmens):

A avaliação básica dos LEDs de alta potência atualmente disponível
da OSRAM Opto Semiconductors, de acordo com a norma IEC 62471 revela que LEDs individuais como atualmente disponível nas cores verde, amarelo, laranja, vermelho e sempre vermelho hiper-incluídos no Grupo de Risco 0

Não Consequentemente, não é necessário, no momento, a avaliação de segurança individual específica de projeto de LEDs nesta faixa do espectro (510nm ≤ comprimento de onda ≤ 660nm) com base na tecnologia de semicondutores existente.

Eu trabalho com tiras de LEDs que produzem 100-1000 lúmens. O único perigo é andar por aí com manchas na minha visão.

Na verdade, há muita pesquisa sobre isso. Primeiro, tão importante quanto a luminância é o comprimento de onda. A luz azul é potencialmente muito prejudicial para os olhos, enquanto a luz vermelha não é particularmente perigosa. A luz branca contém a maior parte do espectro visível, portanto deve ser tratada como luz azul do ponto de vista da segurança. A partir daí, é necessário conhecer a intensidade luminosa, medida em candelas ou millicandellas, e a luminância, medida em candelas por metro quadrado. É um assunto realmente complicado e difícil de encontrar boas informações. No entanto, a realidade é que é preciso muitodanificar o olho da luz visível. O sol tem uma luminância de algo como 10 ^ 9cd / m ^ 2, que pode causar danos na retina em menos de um segundo, e o flash de um soldador de arco é uma ordem de magnitude mais baixa pelo menos, com danos ocorrendo em menos de um segundo a alguns segundos.

é altamente duvidoso que o LED que você está usando possa causar danos permanentes nos olhos, mas o melhor que você pode fazer para estar seguro é comparar os números das folhas de dados com outras fontes conhecidas por causar danos e extrapolar um tempo de exposição permitido a partir daí.

No que diz respeito ao seu comentário sobre o PWM, você tem o contrário: o ciclo de trabalho de 100% é completo (corrente constante) e, portanto, o brilho máximo. Qualquer coisa abaixo de 100% significa que parte do tempo será desligada e, portanto, o brilho será uma função da proporção liga / desliga. Não é diferente do cálculo da corrente média DC, que é baseada na razão da relação do tempo ligado / desligado. No entanto, tudo isso se aplica à frequência de comutação real, porque você tem efeitos de armazenamento de energia que podem fazer com que o LED conduza mais tempo do que o tempo ligado. Independentemente disso, o brilho total deve ser algo menor que o brilho quando o LED está ligado continuamente.