Les LED lumineuses peuvent-elles endommager les yeux même si elles sont atténuées avec PWM?

J'ai une LED extrêmement brillante, si brillante que je ne voudrais pas la regarder lorsqu'elle est en pleine luminosité. Je l'atténue avec PWM (modulation de largeur d'impulsion) jusqu'à 1/256 de sa luminosité d'origine. À un rapport cyclique de 1/256, la LED semble relativement faible. (Toujours assez visible, mais pas d'une luminosité aveuglante.)

Ma question est la suivante: puisque la LED envoie en fait des impulsions super lumineuses 1/256 du temps, ces impulsions lumineuses peuvent-elles blesser l'œil plus qu'une LED hypothétique qui était allumée en permanence et était 1/256 aussi lumineuse?

J'utilise le pilote LED TLC5947 , donc si mes calculs sont corrects, la fréquence du PWM est d'environ 1 kHz. (L'horloge interne de la puce est de 4 MHz et un cycle PWM dure 4096 cycles d'horloge interne.)

La LED que je conduis est cet affichage RVB à 7 segments . La luminosité de chaque segment est de 244 mcd pour le rouge, 552 mcd pour le vert et 100 mcd pour le bleu. Donc, avec les 7 segments allumés, ce serait 7 fois plus.

Elle est autorisée dans certaines limites. Le meilleur endroit où regarder est probablement les normes CEI associées (Sécurité laser CEI 60285 et Sécurité des lampes CEI 62471), qui sont généralement reconnues internationalement comme les meilleures pratiques. Malheureusement, je ne peux pas en publier d'extraits ici car ils sont protégés par le droit d'auteur.

Le choix de la norme à appliquer dépend de la façon dont la LED est utilisée. OSRAM a une note très complète décrivant comment ces normes s'appliquent aux LED infrarouges et comment calculer l'exposition admissible.

Votre cas particulier se concentre sur la lumière pulsée. En général, la lumière PWM est pondérée par rapport à sa valeur moyenne, tant que les impulsions individuelles ne dépassent pas une limite d'irradiance (donnée par un graphique dans la norme de longueur d'impulsion en fonction de l'irradiance). Tout cela est décrit dans la note OSRAM, bien que puisque vous êtes dans la plage visible, vous devrez vous référer aux normes de la source pour voir quelles sont les limites particulières de vos longueurs d'onde.

Edit: Trouvé une autre appnote qui peut vous être utile - OSRAM a une appnote sur 62471 dans son ensemble, pas seulement IR .

Le meilleur endroit bien sûr pour regarder est la norme elle-même , mais cela coûte environ 250 $. S'il s'agit d'un produit que vous concevez, cela en vaut probablement la peine, mais s'il ne s'agit que d'un projet de loisir, je récupérerais des informations en fonction des annexes.

Tout d'abord, un avertissement: je ne suis pas un professionnel de la santé et je n'ai aucune expertise professionnelle dans le domaine de l'ophtalmologie. J'essaierai de tirer parti de ma compréhension des mécanismes de défaillance des systèmes de capteurs sensibles et de certaines sources extérieures pour tenter une supposition éclairée:

Selon ce résumé d'une revue d'ophtalmologie, les mécanismes de lésions oculaires peuvent être classés comme photothermiques, photomécaniques et photochimiques. Pour chaque mécanisme, nous devons nous demander quelles sont les constantes de temps pertinentes afin de comprendre si le risque de lésions oculaires serait corrélé avec la luminosité de crête (allumée) ou la luminosité telle que vous la voyez, en moyenne par exemple sur un cycle PWM.

Photothermique - cela se produit lorsque la température de la rétine est augmentée par l'énergie électromagnétique incidente. La constante de temps thermique de la rétène est susceptible d'être de l'ordre de quelques secondes (je suppose, en fonction de l'échelle et de la conductivité thermique des tissus biologiques), de sorte que le rayonnement moyen et non maximal correspondrait aux dommages. Quoi qu'il en soit, des dommages photothermiques sont observés lors d'une exposition à un niveau d'éclairement très élevé (par exemple des lasers) et ne constituent pas un risque probable, même avec les LED incohérentes les plus brillantes.

Photomécanique - cela se produit lorsque les forces de compression ou de traction générées par l'énergie incidente causent des dommages mécaniques aux structures optiques sensibles. Si ce type de contraintes peut survenir à une très petite échelle mécanique, il peut y avoir une certaine inquiétude que la constante de temps pertinente puisse être inférieure à la période PWM de votre LED. Cependant, vous pouvez probablement rester tranquille, car l'article associe ce mécanisme de dommage à un rayonnement de l'ordre de terrawatts par cm ^ 2.

Photochimique - il s'agit du type de lésion rétinienne le plus courant, associé par exemple à l'observation du soleil. Le mécanisme chimique est finalement oxydatif - les électrons des chromophores sont excités par l'énergie lumineuse entrante et peuvent occasionnellement générer des radicaux libres qui endommagent une variété de tissus sensibles. Dans un autre article de synthèse ici , une discussion sur la rétinopathie causée par la visualisation d'un microscope ou d'un ophtalmoscope avec un rayonnement de ~ 1 W / cm ^ 2 fournit quelques chiffres et références pertinents. À ce niveau, les dommages sont indiqués sur des échelles de temps en minutes à heures. Pour moi, cela suggère que les processus biochimiques pertinents sont beaucoup plus lents qu'un cycle PWM.

Comme exercice de réflexion final, considérez que de nombreux humains regardent régulièrement le soleil pendant probablement des centaines de millisecondes sans souffrir de rétinopathie solaire. Ce n'est que lorsque les gens résistent à l'impulsion biologique de détourner le regard et de maintenir leur regard pendant quelques secondes ou plus (parce qu'ils vérifient une éclipse, par exemple) que les dommages se produisent.

Non. Une LED 500 mcd avec un angle de vue typique de 120 ° est d'environ 1 lumen.
Donc max 7 lumens.

Il n'y a aucune chance que 550mcd x 7 endommagent les yeux.

1 lumen de 523 nm vert = irradiance 2 mW / m² ou 14 mW pour les 7 segments

Si vous regardez le tableau de la page 2 du PDF OSRAM, le chiffre minimum est de 100 watts. C'est 7143 fois supérieur à votre 14mW.

À la page 9 du PDF, il est dit (en gardant à l'esprit que leurs LED haute puissance vont en centaines de lumens):

Une évaluation de base des LED haute puissance actuellement disponibles
OSRAM Opto Semiconductors conformément à la norme CEI 62471 révèle que les LED simples comme actuellement disponibles dans les couleurs vert, jaune, orange, rouge et hyper-rouge tombent toujours dans le groupe de risque 0

Il par conséquent, il n'est pas nécessaire pour le moment d'évaluer la sécurité individuelle et spécifique à la conception des LED dans cette gamme du spectre (510 nm ≤ longueur d'onde ≤ 660 nm) sur la base de la technologie des semi-conducteurs existante.

Je travaille avec des bandes de LED qui produisent 100-1000 lumens. Le seul danger est de me promener avec des taches dans ma vision.

Il y a en fait beaucoup de recherches à ce sujet. Tout d'abord, chaque bit aussi important que la luminance est la longueur d'onde. La lumière bleue est potentiellement très dommageable pour les yeux, tandis que la lumière rouge n'est pas particulièrement dangereuse du tout. La lumière blanche contient la majeure partie du spectre visible, elle doit donc être traitée comme la lumière bleue du point de vue de la sécurité. De là, vous devez connaître l'intensité lumineuse, mesurée en candelas ou millicandellas, et la luminance, mesurée en candelas par mètre carré. C'est un sujet vraiment délicat et difficile à trouver de bonnes informations. Cependant, la réalité est qu’il faut beaucouppour endommager l'œil de la lumière visible. Le soleil a une luminance de quelque chose comme 10 ^ 9cd / m ^ 2, ce qui peut causer des dommages rétiniens en moins d'une seconde, et le flash d'un soudeur à l'arc est au moins un ordre de grandeur, avec des dommages se produisant en moins d'une seconde à plusieurs secondes.

il est hautement douteux que la LED que vous utilisez puisse causer des lésions oculaires permanentes, mais le mieux que vous puissiez faire pour être sûr est de comparer les numéros de fiche technique à d'autres sources connues pour causer des dommages et d'extrapoler à partir de là un temps d'exposition autorisé.

En ce qui concerne votre commentaire sur PWM, vous l'avez à l'envers: 100% du rapport cyclique est à pleine puissance (courant constant) et donc la luminosité maximale. Une valeur inférieure à 100% signifie qu'elle sera parfois éteinte, et donc la luminosité sera fonction du rapport marche / arrêt. Ce n'est pas différent du calcul du courant moyen DC, qui est basé sur le rapport du rapport de temps de marche / arrêt. Cependant, tout cela s'applique à la fréquence de commutation réelle, car vous avez des effets de stockage d'énergie qui peuvent entraîner une LED plus longue que la durée d'activation. Quoi qu'il en soit, la luminosité totale doit être inférieure à la luminosité lorsque la LED est allumée en continu.