Đèn LED sáng có thể gây tổn thương cho mắt ngay cả khi chúng bị mờ với PWM?


8

Tôi có một đèn LED cực sáng, sáng đến mức tôi không muốn nhìn vào nó khi nó ở độ sáng tối đa. Tôi làm mờ nó với PWM (điều chế độ rộng xung) xuống còn 1/256 độ sáng ban đầu của nó. Ở chu kỳ làm việc 1/256, đèn LED xuất hiện khá mờ. (Vẫn còn khá rõ, nhưng không sáng chói.)

Câu hỏi của tôi là: vì đèn LED thực sự phát ra các xung siêu sáng 1/256 thời gian, những xung sáng này có thể làm tổn thương mắt nhiều hơn một đèn LED giả định liên tục và sáng 1/256 không?

Tôi đang sử dụng trình điều khiển LED TLC5947 , vì vậy nếu tính toán của tôi là chính xác, tần số của PWM là khoảng 1 kHz. (Đồng hồ bên trong của chip là 4 MHz và một chu kỳ PWM dài 4096 chu kỳ xung nhịp bên trong.)

Đèn LED tôi đang lái là màn hình 7 đoạn RGB này . Độ sáng của mỗi phân đoạn là 244 mcd cho màu đỏ, 552 mcd cho màu xanh lá cây và 100 mcd cho màu xanh lam. Vì vậy, với tất cả 7 phân đoạn được chiếu sáng, nó sẽ gấp 7 lần.


1
Phụ thuộc vào tần số.
Ignacio Vazquez-Abrams

1
Tôi không nghĩ vậy. Thiệt hại sinh lý cần có thời gian và 1kHz khá nhanh đối với tần số LED PWM. Nhưng điều này là xa lĩnh vực chuyên môn của tôi.
mkeith

2
Cách tiếp cận an toàn nhất có lẽ là giảm dòng điện cho đến khi đèn LED an toàn ở chu kỳ hoạt động 100%, và sau đó làm mờ chúng từ đó. Nhưng điều đó có thể ít thực tế hơn.
Dampmaskin

Tôi sẽ thử SE vật lý cho câu hỏi này.
Schizomor

1
Nó phụ thuộc vào mức độ sáng và trong bao lâu một sự kiện cực kỳ sáng có thể gây ra thiệt hại ngay cả khi thời gian và chu kỳ nhiệm vụ rất thấp. Nói chuyện với một người y tế, không phải là một trang web điện tử. Thông tin này dựa trên một nhận xét từ một trường đại học của tôi. Chúng tôi làm việc cho một công ty quang học, thương hiệu máy ảnh và y tế nổi tiếng nhưng tôi không có quyền truy cập vào đội ngũ y tế khi tôi gõ vì vậy tôi không sẵn sàng để đoán xem mức độ nào được coi là chấp nhận được.
Warren Hill

Câu trả lời:


6

Nó được cho phép trong giới hạn nhất định. Nơi tốt nhất để tìm kiếm có lẽ là các tiêu chuẩn IEC liên quan (An toàn Laser theo tiêu chuẩn IEC 60285 và An toàn đèn IEC 62471), thường được quốc tế công nhận là thông lệ tốt nhất. Thật không may, tôi không thể đăng các trích đoạn của chúng ở đây vì chúng có bản quyền.

Việc chọn tiêu chuẩn nào để áp dụng tùy thuộc vào cách sử dụng đèn LED. OSRAM có một bản chú thích rất toàn diện mô tả cách các tiêu chuẩn này áp dụng cho đèn LED hồng ngoại và cách tính toán phơi sáng cho phép.

Trường hợp cụ thể của bạn tập trung vào ánh sáng xung. Nói chung, ánh sáng của PWM được đặt trọng số so với giá trị trung bình của nó, miễn là các xung riêng lẻ không vượt quá giới hạn chiếu xạ (được đưa ra bởi một biểu đồ trong tiêu chuẩn về độ dài xung so với bức xạ). Tất cả điều này được nêu trong phần chú thích của OSRAM, mặc dù vì bạn ở trong phạm vi có thể nhìn thấy nên bạn sẽ phải tham khảo lại các tiêu chuẩn nguồn để xem giới hạn cụ thể của bước sóng của bạn là gì.

Chỉnh sửa: Tìm thấy một chú thích khác có thể hữu ích cho bạn - OSRAM có một chú thích trên 62471 nói chung, không chỉ IR .

Nơi tốt nhất tất nhiên để tìm là bản thân tiêu chuẩn , nhưng nó có giá khoảng 250 đô la. Nếu đây là sản phẩm bạn đang thiết kế, điều đó có thể đáng giá, nhưng nếu đây chỉ là một dự án sở thích, tôi sẽ tìm kiếm thông tin dựa trên các chú thích.


1
Cảm ơn, điều này chắc chắn trông đúng hướng. "Nói chung, ánh sáng của PWM có trọng số so với giá trị trung bình của nó, miễn là các xung riêng lẻ không vượt quá giới hạn chiếu xạ ..." Đó chính xác là những gì tôi muốn biết, mặc dù không biết giới hạn chiếu xạ, tôi vẫn có thể ' chắc chắn Tôi đã xem bản chú thích OSRAM thứ hai và họ đưa ra các đường cong cho 5 cd, 20 cd, 50 cd và 100 cd. Tối đa của tôi cho ánh sáng xanh sẽ là 0,7 cd (100 mcd * 7 phân đoạn), vì vậy thật khó để ngoại suy, nhưng tôi đoán rằng có lẽ nó sẽ an toàn. Vâng, tôi là người có sở thích, vì vậy 250 đô la là quá nhiều đối với tôi.
dùng31708

1

Thứ nhất, từ chối trách nhiệm: Tôi không phải là một chuyên gia y tế, tôi cũng không có chuyên môn chuyên môn trong lĩnh vực nhãn khoa. Tôi sẽ cố gắng tận dụng sự hiểu biết của mình về các cơ chế thất bại trong các hệ thống cảm biến nhạy cảm và một số nguồn bên ngoài để mạo hiểm đoán:

Theo tóm tắt này từ một tạp chí nhãn khoa, các cơ chế gây hại cho mắt có thể được phân loại thành quang nhiệt, quang cơ học và quang hóa. Đối với mỗi cơ chế, chúng ta nên hỏi các hằng số thời gian có liên quan là gì để hiểu liệu nguy cơ tổn thương mắt sẽ tương quan với độ sáng (bật) cực đại hay độ sáng như bạn thấy, tính trung bình trên ví dụ như chu kỳ PWM.

Quang nhiệt - điều này xảy ra khi nhiệt độ của võng mạc tăng lên do năng lượng điện từ sự cố. Hằng số thời gian nhiệt của võng mạc có thể theo thứ tự giây (theo dự đoán của tôi, dựa trên quy mô và độ dẫn nhiệt của mô sinh học), do đó, độ rọi trung bình và không cực đại sẽ tương quan với thiệt hại. Ở bất kỳ mức độ nào, thiệt hại quang nhiệt được quan sát thấy khi tiếp xúc với mức độ chiếu xạ rất cao (ví dụ như laser) và không phải là rủi ro có thể xảy ra với đèn LED không sáng nhất.

Quang cơ học - điều này xảy ra khi lực nén hoặc lực kéo được tạo ra bởi năng lượng sự cố gây ra thiệt hại cơ học cho các cấu trúc quang nhạy cảm. Nếu các loại ứng suất này có thể phát sinh ở quy mô cơ học rất nhỏ, có thể có một số lo ngại rằng hằng số thời gian liên quan có thể nằm dưới chu kỳ PWM của đèn LED của bạn. Tuy nhiên, bạn có thể có thể nghỉ ngơi dễ dàng, vì bài viết liên kết cơ chế thiệt hại này với sự chiếu xạ trong phạm vi terrawatts trên cm ^ 2.

Quang hóa - đây là loại tổn thương võng mạc phổ biến nhất, liên quan đến ví dụ như nhìn vào mặt trời. Cơ chế hóa học cuối cùng là quá trình oxy hóa - các electron trong nhiễm sắc thể bị kích thích bởi năng lượng ánh sáng tới và đôi khi có thể tạo ra các gốc tự do tiếp tục làm hỏng nhiều loại mô nhạy cảm. Trong một bài viết tóm tắt khác ở đây , một cuộc thảo luận về bệnh võng mạc gây ra bằng cách xem kính hiển vi hoặc kính soi đáy mắt với độ chiếu xạ ~ 1W / cm ^ 2 cung cấp một số con số và tài liệu tham khảo có liên quan. Ở cấp độ này, thiệt hại được chỉ định trên thang thời gian tính bằng phút đến vài giờ. Đối với tôi, điều này cho thấy rằng các quá trình sinh hóa có liên quan chậm hơn nhiều so với chu kỳ PWM.

Là một bài tập suy nghĩ cuối cùng, hãy xem xét rằng nhiều người thường xuyên liếc nhìn mặt trời trong khoảng hàng trăm triệu giây mà không bị bệnh võng mạc mặt trời. Chỉ khi mọi người chống lại xung lực sinh học để nhìn đi chỗ khác và giữ cái nhìn của họ trong vài giây hoặc hơn (vì họ đang kiểm tra nhật thực chẳng hạn) thì thiệt hại xảy ra.


Có một số ví dụ về những người bị tổn thương mắt nghiêm trọng và vĩnh viễn khi nhìn vào mặt trời, hoặc chụp ảnh hoàng hôn hoặc nhìn nhật thực. Chúng tôi là một trang web điện tử. Vui lòng giới hạn câu trả lời của bạn cho các lĩnh vực bạn hiểu. Nơi tôi từng làm việc, chúng tôi sử dụng các nguồn ánh sáng không nhìn thấy được bằng mắt người nhưng có thể gây mù.
Warren Hill

Thật vậy, có vô số ví dụ về tổn thương mắt nghiêm trọng và vĩnh viễn khi nhìn vào mặt trời! Tôi đã tìm thấy nhiều tài khoản (chuyên nghiệp, học thuật và giai thoại) đặt thời gian cho tổn thương mắt vĩnh viễn từ mặt trời không tập trung trong khoảng từ 10 đến 100 giây. Chắc chắn tôi phơi bày võng mạc trần trụi của mình một cách nhanh chóng (dưới 1 giây) dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp trên cơ sở thường xuyên khi ví dụ quét bầu trời để tìm nguồn âm thanh hoặc nhìn lên để đo thời tiết. Cho rằng sự chiếu xạ UV của đèn LED 1W thấp hơn đáng kể so với mặt trời trên bề mặt trái đất, tôi nghĩ đó là một tài liệu tham khảo có liên quan.
dùng49628

Số chính là thời gian tiếp xúc với độ sáng đầy đủ gây hại cho mắt. Một khoảng thời gian xung trong một ngày có khả năng làm hỏng mắt, ngay cả khi chu kỳ nhiệm vụ là 1/256. Cách tốt nhất để xác định thời gian phơi sáng cần thiết là bằng thí nghiệm trên các đối tượng người. Bạn sẽ phải thuê ngoài công việc đó cho một quốc gia cho phép thử nghiệm như vậy.
richard1941

1

Không. Một đèn LED 500 mcd với góc nhìn 120 ° điển hình là khoảng 1 Lumen.
Vì vậy, tối đa 7 lumens.

Không có cơ hội 550mcd x 7 sẽ làm hỏng mắt.



1 lum 523nm xanh = 2mW / m²sr chiếu xạ hoặc 14mW cho cả 7 phân đoạn

Nếu bạn nhìn vào bảng trên trang 2 trong OSRAM PDF, con số tối thiểu là 100 Watts. Đó là lớn hơn 7143 lần so với 14mW của bạn.

Trên trang 9 của bản PDF có ghi (lưu ý rằng đèn LED công suất cao của chúng có hàng trăm lumens):

Một đánh giá cơ bản về đèn LED công suất cao hiện có
từ Chất bán dẫn quang học OSRAM theo tiêu chuẩn IEC 62471 cho thấy rằng đèn LED đơn hiện có các màu xanh lục, vàng, cam, đỏ và siêu đỏ luôn rơi vào Nhóm rủi ro 0

Có do đó không cần thiết cho việc đánh giá an toàn cụ thể theo từng thiết kế của đèn LED trong dải phổ này (bước sóng 510nm ≤ 660nm) dựa trên công nghệ bán dẫn hiện có.

Tôi làm việc với các dải đèn LED tạo ra 100-1000 lumens. Nguy hiểm duy nhất là đi bộ xung quanh với các điểm trong tầm nhìn của tôi.

nhập mô tả hình ảnh ở đây nhập mô tả hình ảnh ở đây


Cảm ơn, nhưng bạn có thể trích dẫn bất kỳ nguồn nào cho việc này?
dùng31708

Bạn có bản OSRAM PDF. Tôi đã cập nhật bài viết của mình.
Hiểu lầm

-1

Thực sự có rất nhiều nghiên cứu về điều này. Đầu tiên, mỗi bit quan trọng như độ chói là bước sóng. Ánh sáng xanh có khả năng gây hại cho mắt, trong khi ánh sáng đỏ không đặc biệt nguy hiểm. Ánh sáng trắng chứa hầu hết các quang phổ nhìn thấy được, vì vậy nó nên được xử lý như ánh sáng xanh từ góc độ an toàn. Từ đó, bạn cần phải biết cường độ sáng, được đo bằng nến hoặc millicandellas, và độ chói, được đo bằng nến trên một mét vuông. Đây là một chủ đề thực sự khó khăn và khó tìm thấy thông tin tốt về. Tuy nhiên, thực tế là nó cần một rất nhiềulàm hỏng mắt từ ánh sáng nhìn thấy. Mặt trời có độ chói của một cái gì đó như 10 ^ 9cd / m ^ 2, có thể gây ra tổn thương võng mạc trong chưa đầy một giây và đèn flash của máy hàn hồ quang ít nhất là một cường độ thấp hơn, với thiệt hại xảy ra trong chưa đầy một giây đến vài giây.

Rất nghi ngờ đèn LED bạn đang sử dụng có thể gây tổn thương mắt vĩnh viễn, nhưng cách tốt nhất bạn có thể làm để an toàn là so sánh các số bảng dữ liệu với các nguồn khác được biết là gây ra thiệt hại và ngoại suy thời gian phơi sáng cho phép từ đó.

Theo như nhận xét của bạn về PWM, bạn đã hiểu điều đó: chu kỳ nhiệm vụ 100% là đầy đủ (dòng không đổi) và do đó độ sáng tối đa. Bất cứ điều gì ít hơn 100% có nghĩa là một số thời gian sẽ tắt, và do đó độ sáng sẽ là một chức năng của tỷ lệ bật / tắt. Nó không khác gì tính toán của dòng trung bình DC, dựa trên tỷ lệ của tỷ lệ thời gian bật / tắt. Tất cả điều này áp dụng cho tần số chuyển đổi thực tế, bởi vì bạn có hiệu ứng lưu trữ năng lượng có thể khiến đèn LED hoạt động lâu hơn thời gian bật. Bất kể, tổng độ sáng phải là một cái gì đó nhỏ hơn độ sáng khi đèn LED bật liên tục.


1
Có thể làm rõ những gì bạn có nghĩa là tôi có nó ngược? Chu kỳ nhiệm vụ của tôi là 1/256, tương đương 0,39%. Câu hỏi của tôi là liệu trung bình là cách chính xác để tính toán mức độ nguy hiểm cho mắt, hay là mối nguy hiểm được đặt ra bởi độ sáng tối đa, bất kể nó ngắn đến mức nào?
dùng31708

@dluberger Ánh sáng trắng (với điều kiện không có thành phần UV) ít nguy hiểm hơn ánh sáng xanh thuần khiết, vì nó gây ra phản xạ ánh sáng đồng tử mạnh hơn ánh sáng xanh thuần khiết. Vì vậy, tôi không nghĩ rằng ánh sáng trắng nên được coi là màu xanh. Thay vào đó, hồ quang của máy hàn flash rất nguy hiểm do thành phần UV mạnh.
hack tiếp theo

Tôi đã thêm thông tin vào bài viết gốc của mình về độ sáng. Đó là đèn LED RGB, vì vậy nó có thể có màu trắng hoặc xanh. (Hoặc đỏ hoặc xanh lá cây hoặc bất kỳ màu nào khác.)
user31708

1
Xin lưu ý, @ user31708: Đèn LED chỉ có thể xuất ra màu sắc của đèn LED. Nó không tạo ra bất kỳ màu nào khác (bước sóng) ở giữa. Mắt của bạn cảm nhận được các màu khác do sức mạnh tương đối của kích thích của hình nón.
Transitor
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.